Development of advanced high-resolution mass spectrometry methods for the thorough characterization of olive oil

Abstract

The characterization of olive oil composition and quality has gained wide interest, especially after the health claim EU 432/2012 establishment that highlighted the health benefits related to olive oil’s bioactive compounds. Moreover, due to olive oil eminent marketplace and added value, it is one of the food products most suffering fraud attempts, mainly involving mislabeling of variety, geographical origin as well as the adulteration with inferior oils. Initially, an introduction on olive oil’s bioactive constituents, metabolomics approach and the current legislative framework on authenticity are presented. The current HRMS methodologies combined with chemometrics for the olive oil authenticity assessment are reported, while a thorough investigation on the state of the art trapped ion mobility spectrometry incorporated in the current HRMS methodologies is being introduced. The experimental section of this thesis is constituted of the following four parts: (i) Targeted and untargeted metabolomics for the characterization, classification and mapping of extra virgin olive oil using LC-HRMS (Chapter 3), (ii) Separation and identification of isomeric compounds found in olive oil using Trapped Ion Mobility Spectrometry (Chapter 4), (iii) Trapped Ion Mobility incorporated in LC-HRMS workflows for the authenticity assessment of extra virgin olive oil in the cases of variety and geographical origin discrimination (Chapter 5) and iv) Untargeted 4D-metabolomics in extra virgin olive oil adulteration study with lower-quality olive oils using LC-TIMS-HRMS.It is our strong belief that the extensive and deep analysis of the HRMS workflows, presented through this thesis, aiming to the identification and quantification of the chemical compounds responsible for olive oil authenticity will contribute to a better comprehension of the complex analytical landscape of olive oil.

Ο χαρακτηρισμός της σύστασης και της ποιότητας του ελαιολάδου έχει αποκτήσει μεγάλο ενδιαφέρον, ειδικά μετά τον ισχυρισμό υγείας EU 432/2012 που κατέδειξε τα οφέλη για την υγεία που σχετίζονται με τις βιοδραστικές ενώσεις του ελαιολάδου. Επιπλέον, λόγω της εξέχουσας θέσης του ελαιολάδου στην αγορά και λόγω της προστιθέμενης αξίας του, είναι ένα από τα προϊόντα διατροφής που υφίστανται τις περισσότερες απόπειρες απάτης, που αφορούν κυρίως λανθασμένη σήμανση ποικιλίας, γεωγραφικής προέλευσης καθώς και νοθεία με κατώτερα έλαια.Αρχικά, παρουσιάζεται μια εισαγωγή στα βιοδραστικά συστατικά του ελαιολάδου, η μεταβολομική προσέγγιση και το ισχύον νομοθετικό πλαίσιο για την αυθεντικότητα. Αναφέρονται οι τρέχουσες μεθοδολογίες HRMS σε συνδυασμό με χημειομετρικά εργαλεία για την αξιολόγηση της αυθεντικότητας του ελαιολάδου, ενώ εισάγεται μια διεξοδική έρευνα για την φασματομετρία ιοντικής ευκινησίας παγίδευσης ιόντων που ενσωματώνεται στις τρέχουσες μεθοδολογίες HRMS. Το πειραματικό τμήμα της παρούσας διατριβής αποτελείται από τα ακόλουθα τέσσερα μέρη: (i) Στοχευμένη και μη στοχευμένη μεταβολομική για τον χαρακτηρισμό, ταξινόμηση και χαρτογράφηση του έξτρα παρθένου ελαιολάδου με χρήση LC-HRMS (Κεφάλαιο 3), (ii) Διαχωρισμός και ταυτοποίηση ισομερών ενώσεων που απαντώνται στο ελαιόλαδο χρησιμοποιώντας φασματομετρία ιοντικής ευκινησίας παγίδευσης ιόντων (Κεφάλαιο 4), (iii) Φασματομετρία ιοντικής ευκινησίας παγίδευσης ιόντων ενσωματωμένη στις ροές εργασίας LC-HRMS για την αξιολόγηση της αυθεντικότητας του έξτρα παρθένου ελαιολάδου για τη διάκριση ποικιλίας και γεωγραφικής προέλευσης (Κεφάλαιο 5) και iv) Μη στοχευμένη 4D-μεταβολομική μελέτη νοθείας έξτρα παρθένου ελαιολάδου με ελαιόλαδα χαμηλότερης ποιότητας χρησιμοποιώντας LC-TIMS-HRMS.Είναι πεποίθησή μας πως η εκτενής και βαθιά ανάλυση των ροών εργασίας HRMS, που παρουσιάζεται μέσω αυτής της διατριβής, με στόχο τον εντοπισμό και την ποσοτικοποίηση των χημικών ενώσεων που είναι υπεύθυνες για την αυθεντικότητα του ελαιολάδου, θα συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση του πολύπλοκου αναλυτικού τοπίου του ελαιολάδου.