Estrategias analíticas avanzadas para controlar la seguridad alimentaria. Aplicación de nuevos materiales y técnicas de micro-extracción para el análisis de tóxicos naturales y de procesado en los alimentos

Resumen

La transmisión de enfermedades a través de los alimentos supone un problema a nivel mundial, tanto para los países desarrollados como para los que están en vías de desarrollo, poniendo en duda la seguridad alimentaria. Esto conlleva a diferentes desafíos para garantizar la salud y el bienestar humano. En la actualidad, la seguridad de los alimentos debe ir de la mano de la sostenibilidad. En este contexto están enmarcados los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) aprobados por la Organización de las Naciones Unidas (ONU). Para cumplir con la seguridad alimentaria y los ODS propuestos por la ONU es necesario controlar los alimentos en toda la cadena alimentaria, ya que en todas las etapas puede haber algún tipo de contaminación. En especial los contaminantes químicos son un problema actual que debe ser controlado. Para ello el desarrollo de nuevas metodologías analíticas sensibles, rápidas, efectivas y sostenibles es primordial. Además, el desarrollo de estas metodologías siguiendo los requisitos de la Química Analítica Verde (GAC), pueden contribuir a alcanzar los ODS y conseguir una adecuada seguridad alimentaria. En base a lo expuesto, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido desarrollar nuevas estrategias analíticas basadas en la aplicación de nuevos materiales a base de sílice mesoestructurada, para mejorar la etapa de preparación de muestras y, por otro lado, aplicar técnicas micro-extractivas, con el fin de obtener metodologías rápidas, sensibles y respetuosas con el medio ambiente. La combinación de estas técnicas con la cromatografía de líquidos acoplada a masas/masas (HPLC-MS/MS) ha permitido el control de contaminantes químicos, concretamente de algunos contaminantes del procesado como acrilamida, hidroximetilfurfural (HMF), furfural y 5-metilfurfural, y de toxinas naturales de la familia de los alcaloides tropánicos (TAs), atropina y escopolamina, en diferentes tipos de alimentos. Para conseguir estos objetivos, se han llevado a cabo diferentes investigaciones las cuales se presentan en esta Tesis Doctoral como un compendio de 8 artículos publicados en revistas indexadas, de alto impacto y reconocido prestigio y una nota de aplicación en colaboración con la industria (EPREP, Australia). Para el cumplimiento de los objetivos se han abordado tres líneas de investigación principales: 1. Desarrollo de metodologías analíticas aplicando nuevos materiales de sílice mesoestructurada funcionalizada en la etapa de preparación de muestras para la determinación de contaminantes del procesado. 2. Desarrollo de metodologías analíticas aplicando nuevos materiales de sílice mesoestructurada funcionalizada en la etapa de preparación de muestras para para la determinación de TAs. 3. Desarrollo de metodologías analíticas aplicando técnicas micro-extractivas para la determinación de TAs. En primer lugar, se ha realizado una exhaustiva búsqueda bibliográfica que en el caso de los TAs ha dado lugar a un primer artículo de revisión (Artículo 1). En segundo lugar, teniendo en cuenta la línea de investigación 1, se han desarrollado dos metodologías analíticas que incluyen una extracción sólido-líquido (SLE) seguida de una purificación, usando como adsorbente de la técnica de extracción en fase sólida (SPE) una sílice mesoestructura tipo SBA-15 de poro expandido (SBA-15-LP) funcionalizada con ligandos orgánicos. En la primera metodología (Artículo 2) se compararon diferentes sílices funcionalizadas con distintos ligandos, grupos amino (NH2) y octilsilano (C8) y bi-funcionalizadas con ambos (C8/NH2), como adsorbentes de SPE para determinar HMF en muestras de barritas de cereales e insectos, obteniendo mejores resultados con SBA-15-LP-NH2. En la segunda metodología (Artículo 3) se usó el mismo material (SBA-15-LP-NH2) que en el Artículo 2, pero este fue aplicado en 3 analitos más además del HMF; es decir en acrilamida, 5-metilfurfural y furfural, desarrollando por primera vez una metodología multicomponente que incluía estos 4 contaminantes del procesado. Siguiendo la segunda línea de investigación, se desarrollaron dos nuevas metodologías para determinar atropina y escopolamina. En ambas se realizó primero una SLE a la muestra sólida. En una de estas metodologías se usó sílice SBA-15 funcionalizada con grupos sulfónicos ácidos (SO3-) como adsorbente de SPE para extraer y purificar los TAs del extracto obtenido de harinas y granos sin gluten (Artículo 4). En la segunda metodología, se compararon diferentes soportes de sílice funcionalizadas con grupos sulfónicos ácidos, SBA-15-SO3- y HMS-SO3-, en dos técnicas basadas en adsorbentes (SPE y extracción en fase sólida dispersiva - dSPE) (Artículo 5), obteniendo mejores resultados con HMS-SO3-, en SPE y una baja cantidad de adsorbente (75 mg) durante su aplicación en muestras de hierbas aromáticas. En cuanto a la tercera línea de investigación, se han desarrollado metodologías analíticas más verdes ya que permiten una rápida extracción de atropina y escopolamina, consumiendo una mínima cantidad de disolventes y por tanto generando menos residuos. Para ello se han aplicado técnicas de micro-extracción como μSPEed® (Artículo 6 y Nota de aplicación) y μ-QuEChERS, acrónimo de procedimiento Rápido, Fácil, Económico, Efectivo, Robusto y Seguro (Artículo 7). La técnica μSPEed® fue aplicada para extraer y purificar atropina y escopolamina, de una forma exacta y precisa, en diferentes muestras de infusiones de hierbas y tés, mientras que la técnica μ-QuEChERS fue aplicada para purificar los TAs mencionados en muestras de verduras de hoja. Ambas metodologías demostraron las ventajas que estas técnicas de micro-extracción pueden ofrecer frente a las técnicas convencionales. Por último, en el último trabajo de investigación de esta Tesis (Artículo 8), los métodos SLE-SPE desarrollados en el Artículo 4 y 5 y el método μSPEed® desarrollado en el Artículo 6 y mostrado en la Nota de aplicación se probaron y validaron en muestras de especias y en el estudio de infusiones de hinojo, demostrando la aplicabilidad de las técnicas desarrolladas en otro tipo de muestras. Así mismo, estas metodologías han permitido conocer la presencia y exposición a atropina y escopolamina desde muestras de especias y evaluar la transferencia de TAs a las infusiones elaboradas con especias. De manera general se puede concluir que las metodologías analíticas desarrolladas en esta Tesis Doctoral pueden suponer un avance en el campo de la Química Analítica y a su vez contribuir a un mejor control de la seguridad alimentaria.