Φασματοσκοπία 31P NMR στην ανάλυση τροφίμων. Προσδιορισμός γλυκερόλης στο κρασί και στο ελαιόλαδο, υγρασίας και φωσφολιπιδίων στο ελαιόλαδο

Abstract

This study describes two novel analytical techniques based on 31P NMR spectroscopy for the determination of (a) glycerol in Greek wines of Protected Designation of Origin (PDO) and extra virgin olive oils, and (b) moisture in extra virgin olive oils. This methodology is based on the replacement of the two hydrogen atoms of the water molecule with tagging phosphorus agents and the use of the 31P chemical shifts to identify the phosphitylated compounds. Quantification of glycerol in wines and olive oils and moisture in olive oils was accomplished by integration of the appropriate signals in the 31P NMR spectra and the use of phosphitylated internal standards. The method was reproducible and accurate. A comparison study was conducted and the agreement between 31P NMR and HPLC methods for the glycerol determination, and between NMR and Karl Fisher titration was evaluated by using the Bland & Altman statistical analysis. Also, 31P NMR spectroscopy with no derivatization was employed for the quantification of phospholipids extracted from olive oils. This method was faster, simpler and more accurate than conventional analytical techniques.

Ο έλεγχος της ποιότητας και της αυθεντικότητας των τροφίμων επιτυγχάνεται σήμερα με μια πληθώρα τεχνικών, όπως η αέρια και υγρή χρωματογραφία (GC και HPLC), η φασματοσκοπία UV και IR, οι διαφόρων ειδών τιτλοδοτήσεις κα. Ορισμένες από τις τεχνικές αυτές, παρά τα πλεονεκτήματα τους, παρουσιάζουν και κάποια μειονεκτήματα, όπως τη μεγάλη διάρκεια των πειραμάτων, την καταστροφή του δείγματος, καθώς και το γεγονός, ότι για τον προσδιορισμό πολλών συστατικών σε ένα τρόφιμο απαιτείται συνδυασμός διαφόρων μεθόδων. Επίσης, σε ορισμένες περιπτώσεις οι τεχνικές αυτές δεν είναι αποτελεσματικές και παρουσιάζουν αδυναμία για τον προσδιορισμό και την ταυτοποίηση ορισμένων σημαντικών ενώσεων που απαντούν στα τρόφιμα. Υπάρχει λοιπόν ανάγκη για την ανάπτυξη νέων μεθόδων ανάλυσης των τροφίμων, οι οποίες θα συμπληρώνουν ή/και θα αντικαθιστούν τις παλιές ή θα καλύπτουν το κενό στις περιπτώσεις που οι συμβατικές μέθοδοι δεν είναι αποτελεσματικές. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναφέρεται στην εφαρμογή της φασματοσκοπίας ΝΜR μιας και δυο διαστάσεων στην ανάλυση τροφίμων. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκε ποσοτικός προσδιορισμός της γλυκερόλης σε κρασιά και ελαιόλαδα με φωσφιτυλίωση των υδροξυλίων αυτής με 2-χλωρο-4,4,5,5-τετραμεθυλοδιοξαφωσφολάνιο και ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό του φωσφιτυλιωμένου παραγώγου με τη φασματοσκοπία 31P NMR. Στην περίπτωση του κρασιού, τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με ανάλογα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη συμβατική μέθοδο υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC). Επίσης, προσδιορίστηκε η υγρασία σε 14 δείγματα παρθένου ελαιολάδου και ένα δείγμα πυρηνελαίου με τη φασματοσκοπία 31P NMR χρησιμοποιώντας δυο αντιδραστήρια φωσφιτυλίωσης. Το 2-χλωρο-4,4,5,5-τετραμεθυλοδιοξαφωσφολάνιο και το χλώρο-διφαινυλοφωσφινοξείδιο. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν, συγκρίθηκαν με τη επίσημη μέθοδο προσδιορισμού της υγρασίας, την τιτλοδότηση Karl-Fisher. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός φωσφολιπιδίων σε ελαιόλαδο με τη χρήση εσωτερικού προτύπου και της φασματοσκοπίας 31P NMR. Πραγματοποιήθηκε ανάθεση των κορυφών των φωσφολιπιδίων του ελαιολάδου στα φάσματα πρωτονίου και άνθρακα-13 με τη χρήση της φασματοσκοπίας NMR δύο διαστάσεων. Η ανάθεση των κορυφών στα φάσματα οδήγησε στον προσδιορισμό της σύστασης των φωσφολιπιδίων σε λιπαρά οξέα (με τη φασματοσκοπία 1H NMR), και στη κατανομή της θέσης των λιπαρών οξέων στο μόριο της γλυκερόλης (με τη φασματοσκοπία 13C NMR).