Nel controllo della sicurezza alimentare cresce l’interesse per tecnologie capaci di individuare contaminanti in modo rapido, selettivo e possibilmente direttamente in linea. In questo scenario si inseriscono i sensori supramolecolari, sistemi basati su interazioni molecolari reversibili che possono riconoscere specifici analiti, come pesticidi, micotossine, residui di farmaci veterinari, metalli pesanti o marcatori di deterioramento.

La review “Advanced supramolecular food safety sensing technology: principles and applications”, pubblicata su Food Chemistry nel 2025, spiega come i sensori supramolecolari siano strumenti promettenti per il controllo della sicurezza alimentare, grazie alla capacità di riconoscere in modo selettivo contaminanti tramite interazioni non covalenti e sistemi host–guest. L’articolo evidenzia applicazioni per la rilevazione rapida di residui chimici, micotossine, additivi e altri pericoli alimentari, sottolineando però che la complessità delle matrici reali e la trasferibilità su scala industriale restano le principali sfide applicative.

Macrocicli supramolecolari

I rapidi progressi nella chimica supramolecolare, in particolare nei sistemi ospitante – ospite (host -guest), e nelle tecnologie di chemiosensing stanno offrendo nuove strategie per l’analisi della sicurezza alimentare. I macrocicli supramolecolari sono recettori molecolari caratterizzati da cavità interne in grado di legare selettivamente molecole o ioni bersaglio attraverso interazioni non covalenti, deboli e reversibili, come interazioni elettrostatiche, effetti idrofobici, interazioni π, legami ione-dipolo e forze di van der Waals. La forza di queste interazioni è descritta dalla costante di associazione, misurabile con tecniche come la calorimetria di titolazione isotermica. Proprio la possibilità di controllare affinità, selettività e complementarità spaziale tra recettore e analita rende questi sistemi particolarmente interessanti per il riconoscimento molecolare. Tra i macrocicli più studiati ci sono eteri corona, ciclodestrine, calixareni, cucurbiturili e pillarareni. Queste strutture presentano dimensioni e forme modulabili, numerosi siti di riconoscimento e buone possibilità di funzionalizzazione chimica. Dal punto di vista dell’automazione, l’interesse di questi sistemi risiede nella possibilità di accoppiare il riconoscimento molecolare a una piattaforma di trasduzione ottica, fluorescente o elettrochimica, in modo che l’interazione tra recettore e analita possa essere convertita in un segnale misurabile, digitalizzabile e potenzialmente integrabile nei sistemi di controllo di linea. In prospettiva, segnali di questo tipo potrebbero essere integrati nei sistemi di supervisione e controllo di linea, contribuendo a decisioni automatiche o semi-automatiche sul blocco, la segregazione o il ricontrollo del prodotto non conforme. Tuttavia, nel contesto alimentare reale, tali prestazioni devono essere valutate con attenzione, perché la presenza di proteine, grassi, zuccheri, sali e altri componenti della matrice può influenzare il legame tra recettore e analita. Per questo motivo, i macrocicli supramolecolari rappresentano una piattaforma promettente, ma ancora da consolidare in ambito industriale.

Applicazioni nel rilevamento della sicurezza alimentare

Le applicazioni più immediate riguardano il rilevamento di contaminanti chimici già a basse concentrazioni, sfruttando il cambiamento di fluorescenza o colore derivante dalle interazioni specifiche tra il pesticida e il recettore. In alcuni casi si utilizzano array di sensori, cioè insiemi di recettori non perfettamente specifici ma capaci di produrre una “impronta” di risposta. Questo approccio è utile quando i contaminanti hanno strutture chimiche simili e devono essere discriminati non da un singolo segnale, ma da un profilo complessivo.

Un altro campo rilevante è la ricerca di micotossine critiche per cereali, frutta secca, spezie, vino, caffè e mangimi. La difficoltà sta nella necessità di rilevarle a concentrazioni estremamente basse, con elevata selettività e in presenza di molte interferenze naturali. I sistemi supramolecolari, soprattutto se combinati con nanomateriali o piattaforme fluorescenti, possono migliorare sensibilità e rapidità di risposta. Anche l’analisi di residui di antibiotici e farmaci veterinari è un filone di ricerca promettente, in quanto i sensori supramolecolari permettono di impostare sistemi di riconoscimento selettivo basati sulla forma, sulla carica e sui gruppi funzionali della molecola target. La rilevazione di metalli pesanti rappresenta un ulteriore ambito applicativo. In questo caso il riconoscimento può essere ottenuto mediante recettori capaci di coordinare selettivamente gli ioni metallici con un segnale ottico o elettrochimico. Un aspetto particolarmente interessante della sensoristica supramolecolare è la possibilità di rilevare marcatori di freschezza e deterioramento, come ammine biogene, istamina, putrescina, cadaverina, trimetilammina e ammoniaca, che possono essere intercettati da materiali funzionalizzati capaci di modificare colore o fluorescenza in funzione della loro concentrazione. Applicazioni di questo tipo potrebbero essere integrate in etichette intelligenti, film attivi o sistemi di packaging capaci di fornire informazioni visive sullo stato di conservazione del prodotto. L’interesse industriale sui sensori supramolecolari nei sistemi di controllo di processo è elevato, ma l’applicazione su matrici reali richiede grande attenzione, perché proteine, sali, grassi, zuccheri e sostanze naturali possono interferire con il legame tra recettore e analita.

L’integrazione alla linea

La chimica supramolecolare ha ampiamente dimostrato la sua efficacia in vitro, come si evince da diversi studi, ma deve ancora provare di reggere i flussi di una linea di produzione e superare ostacoli quali la compatibilità con i cicli CIP, la continuità operativa e lo sporcamento delle superfici sensibili. Nelle linee di lavorazione dei fluidi alimentari, un sensore integrato nel flusso di processo può essere esposto a lavaggi alcalini e acidi, sollecitazioni meccaniche e, in alcuni impianti, temperature elevate durante le fasi di sanificazione. Alcuni recettori supramolecolari possono offrire vantaggi di stabilità rispetto a sistemi biologici basati su enzimi o anticorpi, ma la loro robustezza va comunque verificata nelle condizioni reali di processo, soprattutto in presenza di cicli di lavaggio, variazioni di pH, temperatura e fouling.