Development of high resolution mass spectrometric methods for the investigation of food authenticity

Abstract

Food authenticity has become increasingly important in recent years due to food fraud incidents and the handling of low quality products with misleading labels. The guarantee of the authenticity of olive oil arises great public concern because of its sensory, nutritional and economic importance. The main objective of this thesis is to develop integrated LC-HRMS workflows, including target, suspect and non-target screening strategies, coupled with advanced chemometric tools, for olive oil fingerprinting.First, the biological activities of some minor constituents in olive oil, phenolic compounds, are reported and their occurrence and wide-scope properties in olive matrices, as well as effects of various factors on olive oil phenolic profile, are discussed. The present state of the art for their determination in foodomics science is presented, focusing on target and non-target screening HR-MS workflows coupled to chemometrics. The experimental section of the thesis consists of three sections: (1) Olive oil authenticity studies by target and non-target LC-QTOF-MS combined with advanced chemometrics, for identifying markers that classify olive oil to defective and EVOOs (Chapter 3), (2) Investigating the organic and conventional production type of EVOOs with target and suspect screening by LC-QTOF-MS, a novel semi-quantification method using chemical similarity and advanced chemometris; in order to identify a marker with a concentration threshold, by ACO/RF, that can be used to discriminate organic and conventional EVOOs (Chapter 4), and (3) Classification of Greek olive oil varieties with non-target UHPLC-QTOF-MS and advanced chemometrics; for the investigation of the fingerprints of six greek olive oil varieties and the identification of markers, with post-defined concentration thresholds, that guarantee the varietal and geographical origin (Chapter 5).We believe that these studies have made great progress in the food authenticity field via the introduction of novel integrated HRMS screening workflows which are followed by advanced data processing, comprehensive data mining and predictive modelling tools.

Η αυθεντικότητα των τροφίμων αποτελεί ένα ιδαίτερα σημαντικό γεγονός τα τελευταία χρόνια, λόγω των πολλών περιστατικών νοθείας τροφίμων και διακίνησης προϊόντων κατώτερης ποιότητας με παραπλανητικές ετικέτες. Η εξασφάλιση της αυθεντικότητας του ελαιολάδου δημιουργεί μεγάλη ανησυχία λόγω της οργανοληπτικής, θρεπτικής και οικονομικής του σημασίας. Ο κύριος στόχος αυτής της διατριβής είναι η ανάπτυξη αναλυτικών μεθόδων υγροχρωματογραφίας φασματομετρίας μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας (LC-HRMS) που θα συμπεριλαμβάνουν στρατηγικές στοχευμένης, «ύποπτης» και «μη στοχευμένης σάρωσης», σε συνδυασμό με προηγμένα χημειομετρικά εργαλεία, για την εύρεση του αποτυπώματος του ελαιολάδου.Aρχικά, αναφέρονται οι βιολογικές δράσεις των ελάσσονων συστατικών του ελαιολάδου, των φαινολικών ενώσεων, και οι επιδράσεις διαφόρων παραγόντων στο φαινολικό προφίλ. Παρουσιάζονται όλες οι σύγχρονες και αναλυτικές μέθοδοι που συνδυάζουν την επιστήμη των τροφίμων με τεχνικές μεταβολομικής, με έμφαση στις μεθόδους HR-MS. Το πειραματικό μέρος της διατριβής αποτελείται από τρία τμήματα: (1) Μελέτες αυθεντικότητας ελαιολάδου με LC-QTOF-MS σε συνδυασμό με στοχευμένη και μη στοχευμένη σάρωση και χημειομετρία για την αναγνώριση δεικτών που κατατάσσουν το ελαιόλαδο ως ελαττωματικό ή έξτρα παρθένο. (Κεφάλαιο 3), (2) Διερεύνηση του βιολογικού και συμβατικού τύπου παραγωγής των έξτρα παρθένων ελαιολάδων με LC-QTOF-MS σε συνδυασμό με στοχευμένη και «ύποπτη» σάρωση, προτείνοντας μια νέα μέθοδο ημι-ποσοτικοποίησης (Κεφάλαιο 4), και (3) Ταξινόμηση έξι ελληνικών ποικιλιών ελαιoλάδου με LC-QTOF-MS μη στοχευμένη στοχευμένη σάρωση και χημειομετρία, για την αναγνώριση δεικτών με προκαθορισμένα όρια συγκέντρωσης, που εγγυώνται την ποικιλιακή και γεωγραφική προέλευση (Κεφάλαιο 5).Πιστεύουμε ότι οι παραπάνω μελέτες έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο στον τομέα της γνησιότητας των τροφίμων με την ανάπτυξη αναλυτικών μεθόδων HR-MS και μέσω της εισαγωγής μιας νέας ολοκληρωμένης ροής εργασιών που περιλαμβάνει στρατηγικές στοχευμένης, «ύποπτης» και μη στοχευμένης σάρωσης HRMS, σε συνδυασμό με, ολοκληρωμένα εργαλεία εξόρυξης, επεξεργασίας δεδομένων και προγνωστικά μοντέλα.