Análisis de compuestos bioactivos y tóxicos naturales en alimentos de origen vegetal. Avances en la aplicación de técnicas miniaturizadas en preparación de muestra
- Autores: Sergio Izcara Sierra
- Directores de la Tesis: Isabel Sierra Alonso (dir. tes.), Sonia Morante Zarcero (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Rey Juan Carlos ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Belén Gómara Moreno (presid.), Judith Gañán Aceituno (secret.), Jorge Augusto Machado Pereira (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias por la Universidad Rey Juan Carlos
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TESEO
- Resumen
En las últimas décadas numerosos estudios científicos han demostrado que los alimentos de origen vegetal son ricos en compuestos biológicamente activos, los cuales pueden aportar una gran variedad de efectos beneficiosos sobre el organismo y la salud humana. Sin embargo, estos alimentos pueden verse afectados por diversos tipos de contaminantes, como pueden ser residuos de pesticidas o incluso tóxicos naturales, comprometiendo la seguridad alimentaria. En este sentido, la población actual es cada vez más exigente y demanda alimentos de origen vegetal que sean seguros e inocuos y que tengan un alto valor nutricional. Por tanto, dentro del ámbito alimentario, agencias y organismos internacionales como la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) tratan de establecer un adecuado control sobre los alimentos y centran sus esfuerzos en poder ofrecer garantías de calidad y seguridad alimentaria a los consumidores, para lo que resulta imprescindible desarrollar nuevas metodologías analíticas rápidas, sensibles, selectivas y medioambientalmente sostenibles. Las muestras de alimentos son matrices muy complejas, de manera que para obtener un buen rendimiento analítico y que el análisis sea satisfactorio es esencial la aplicación de técnicas de preparación de muestra previo a su análisis. En este contexto, la tendencia actual se orienta hacia la aplicación de nuevos procedimientos miniaturizados de extracción y purificación de muestra, los cuales pueden ser incluso utilizados en combinación con la aplicación de nuevos materiales que permitan mejorar la eficiencia de extracción e incluso la sensibilidad de los análisis. De esta forma, la combinación de técnicas micro-extractivas de preparación de muestra con técnicas instrumentales de análisis de alta resolución rápidas, sensibles y selectivas da lugar a metodologías analíticas rápidas, eficaces y con bajo impacto ambiental. Por tanto, según lo expuesto, el objetivo de esta Tesis Doctoral se ha centrado en el desarrollo de nuevas metodologías analíticas avanzadas mediante la evaluación y aplicación de técnicas miniaturizadas y micro-extractivas de preparación de muestra, en algunos casos empleando nuevos materiales, en combinación con la cromatografía de líquidos de ultra-alta eficacia (UHPLC) y con la cromatografía de gases (GC) para desarrollar métodos analíticos multicomponente rápidos, sensibles, selectivos, eficaces, económicos y sostenibles con el medioambiente para la determinación de compuestos bioactivos y tóxicos naturales en distintas muestras de alimentos de origen vegetal, que permiten evaluar su calidad y garantizar su seguridad alimentaria.
Así, en el Capítulo I se recogen tres artículos científicos que aplican la técnica µ-QuEChERS (acrónimo de “quick, easy, cheap, effective, rugged and safe”) para evaluar tanto la seguridad como la calidad alimentaria de distintas muestras de alimentos de origen vegetal. Los dos primeros artículos se basan en el procedimiento µ-QuEChERS para la extracción y purificación simultánea de alcaloides pirrolizidínicos (PAs) y sus N-óxidos (PANOs), en hierbas aromáticas, utilizando para la identificación y cuantificación multicomponente la UHPLC acoplada a espectrometría de masas en tándem con analizador de trampa de iones (UHPLC-IT-MS/MS). El primer artículo muestra el procedimiento µ-QuEChERS empleando PSA como adsorbente dispersivo de limpieza en extractos de orégano, mientras que en el segundo artículo se introducen mejoras en el procedimiento µ-QuEChERS mediante la sustitución de la PSA por una sílice mesoestructurada de poro expandido funcionalizada con grupos amino (previamente sintetizada y caracterizada estructuralmente), para la purificación de extractos de distintas hierbas aromáticas, como romero, albahaca, tomillo y hierbas de Provenza. Los resultados obtenidos en las muestras analizadas no solo confirman la preocupante presencia de estos tóxicos naturales en hierbas aromáticas, sino que también muestran las elevadas cantidades determinadas de algunos PAs/PANOs (europina N-óxido, senecivernina, senecionine, lasiocarpina, lasiocarpina N-óxido, equimidina N-óxido, etc.) en dichas muestras, evidenciando la necesidad urgente de desarrollar estrategias analíticas que permitan controlar y regular la presencia de estos contaminantes en los alimentos. En el tercer artículo se aplica la estrategia µ-QuEChERS para llevar a cabo la micro-extracción multicomponente de polifenoles en flores comestibles para su posterior determinación mediante UHPLC acoplada a un detector de matriz de fotodiodos (PDA). Los resultados obtenidos han permitido caracterizar las flores comestibles analizadas en términos de abundancia y contenido de polifenoles, proporcionando información muy valiosa sobre la calidad nutricional de estos alimentos y poniendo de manifiesto que son una excelente fuente de compuestos bioactivos. La aplicación del procedimiento µ-QuEChERS en los tres artículos científicos ha resultado en la obtención de metodologías de análisis más rápidas, eficientes, de menor coste y más sostenibles que cumplen con los requerimientos de la Química Analítica Verde (GAC).
En el Capítulo II se recogen dos artículos científicos en los que se lleva a cabo la determinación de polifenoles en el fruto del madroño con el fin de evaluar el contenido de compuestos fenólicos de estos frutos silvestres y potenciar sus aplicaciones. Para ello, en el primer trabajo se ha llevado a cabo la optimización, validación y aplicación de un método analítico que permite la determinación de 21 polifenoles pertenecientes a distintas familias (ácidos fenólicos, flavonoides, etc.) mediante una extracción sólido-líquido (SLE) previa a su análisis por cromatografía de líquidos de alta eficacia acoplada a espectrometría de masas en tándem con analizador de triple cuadrupolo (HPLC-TQ-MS/MS). El método se aplicó a la evaluación de los compuestos fenólicos en frutos del madroño con diferentes estados de maduración (inmaduro, intermedio y maduro) y los resultados obtenidos avalan que los madroños son una excelente fuente de compuestos bioactivos al igual que otros frutos rojos y que en estado inmaduro podrían ser utilizados para el desarrollo de nuevos alimentos funcionales por el alto contenido que presentan en catequina, procianidina B2 y epigalocatequina. En el segundo artículo se introdujeron mejoras en la etapa de preparación de muestra utilizando una sílice mesoestructurada híbrida funcionalizada con β-ciclodextrina (β-CD) como adsorbente en la técnica de extracción en fase sólida dispersiva (dSPE) para llevar a cabo la extracción y purificación multicomponente de compuestos fenólicos en frutos del madroño, y su posterior análisis mediante UHPLC-IT-MS/MS. Los resultados de este trabajo muestran que este material proporcionó mejores resultados en dSPE que en extracción en fase solida (SPE), obteniendo mejores porcentajes de recuperación y una metodología más rápida, económica, sostenible y eficaz que cumple con los requerimientos de la GAC. Además, los resultados muestran que la arbutina y la catequina son los compuestos fenólicos más abundantes en los frutos del madroño analizados. Este segundo método analítico supone un avance con respecto al primero porque permite llevar a cabo la purificación y preconcentración de los extractos del madroño antes de su análisis mejorando la sensibilidad del análisis a la vez que permite una mejor aplicación en la realización de análisis de rutina ya que al eliminar efectos de matriz se alarga la vida útil de la columna cromatográfica y el rendimiento del analizador de MS.
Por último, en el Capítulo III se agrupan dos artículos científicos en los que se lleva a cabo la aplicación de la técnica miniaturizada de preparación de muestra conocida como micro-extracción en fase solida con espacio de cabeza (HS-SPME), mediante la cual se realiza la extracción y preconcentración de metabolitos orgánicos volátiles (VOMs) en muestras de flores comestibles y especias alimenticias, para su posterior análisis mediante GC-MS. Se han identificado un total de 78 y 162 VOMs pertenecientes a diferentes familias químicas en las muestras de flores comestibles y especias analizadas, respectivamente. Los resultados obtenidos demuestran el gran potencial de esta técnica para establecer el perfil volátil completo de las muestras analizadas, permitiendo la identificación de los VOMs más dominantes en cada muestra y obtener información útil para establecer el valor nutricional de las muestras según los compuestos fitoquímicos presentes. Además, la caracterización de la huella volatilómica de las muestras analizadas puede servir como una herramienta muy eficaz para la detección de fraudes y adulteraciones que afectan al perfil volátil genuino de las mismas, permitiendo asegurar la autenticidad y el control de calidad de este tipo de productos alimentarios.
Todos estos resultados demuestran que las técnicas miniaturizadas de preparación de muestra optimizadas y aplicadas en esta Tesis Doctoral suponen un importante avance para el análisis de compuestos bioactivos y tóxicos naturales en alimentos de origen vegetal, y que acopladas a técnicas cromatográficas avanzadas permiten contribuir notablemente en la evaluación y el control de la calidad y seguridad alimentaria dentro del ámbito de la GAC.
