Quality assessment of extra virgin olive oil (EVOO) and edible olive drupes using NMR spectroscopy and mass spectrometry (MS) metabolic profiling approaches
Authors: Μπετεινάκης Σταύρος 
Published: March 2021

Ο τομέας της διατροφής όσον αφορά τον άνθρωπο έχει υποστεί πολλές σημαντικές αλλαγές στο μοτίβο τους τελευταίους αιώνες. Οριμένες μελέτες έχουν στρέψει την προσοχή τους στη διερεύνηση του αντίκτυπου της διατροφής στην ανθρώπινη υγεία, από την ευεξία έως τις κληρονομικές αλλαγές στα εκφρασμένα γενετικά τοπία. Οι βιοδραστικές ενώσεις που περιέχονται σε τρόφιμα, κυρίως φυσικής προέλευσης, έχουν συσχετιστεί σε μεγάλο βαθμό με πιθανά θετικά χαρακτηριστικά στην ανθρώπινη υγεία. Τα προϊόντα πρωτογενούς ή δευτερογενούς μεταβολισμού στα φυτικά προϊόντα ανήκουν σε χημικές τάξεις όπως πολυφαινόλες, τερπένια, στερόλες, καροτενοειδή, μέταλλα, στανόλες, αλκαλοειδή, κουμαρίνες, φλαβονοειδή και λιπαρά οξέα. Ένα ευρύ φάσμα θετικών δράσεων ως προς την υγεία έχει αποδοθεί σε αυτά, όπως καρδιοπροστατευτικό, αντιοξειδωτικό, αντικαρκινικό, αντιβακτηριακό, νευροπροστατευτικό, ανοσορυθμιστικό και αντιφλεγμονώδες. Η εισαγωγή νέων τεχνολογιών και μεθόδων στη βιομηχανία τροφίμων επέτρεψε την ανάπτυξη μεθοδολογιών υψηλής απόδοσης για την αξιολόγηση της ποιότητας τέτοιων προϊόντων. Η προσδοκία των καταναλωτών για ορισμένα χαρακτηριστικά, όπως οργανοληπτικά και θρεπτικά, συνοδευόμενα από προκύπτοντα οφέλη και ορισμένα επιθυμητά χαρακτηριστικά που θα μπορούσαν να δικαιολογήσουν την προστιθέμενη αξία που καταβάλλει ο πελάτης είναι νέες προσθήκες στον όρο «Ποιότητα Τροφίμων». Αυτό συνεπάγεται επίσης μορφές και περιοχή παραγωγής ή βοτανική προέλευση των καταναλωθέντων αγαθών. Τα προϊόντα της ελιάς, με πρωταρχική έμφαση στο ελαιόλαδο και τις επιτραπέζιες ελιές, έχουν προσελκύσει την προσοχή του επιστημονικού κόσμου, ιδιαίτερα μετά τους εκδοθέντες ισχυρισμούς υγείας σχετικά με τη χημική σύνθεση των προαναφερθέντων που συνδέθηκε με θετικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία. Σε αυτό το πλαίσιο, επιλέχθηκαν και μελετήθηκαν σε αυτή τη διατριβή κυρίως τα ελαιόλαδα από τις κορυφαίες 3 χώρες παραγωγής παγκοσμίως, Ισπανία, Ιταλία και Ελλάδα. Αναγνωρίζοντας τη σημασία των μεθόδων προετοιμασίας των δειγμάτων πριν από την ανάλυση, η πρώτη προσπάθεια σε αυτή τη διατριβή ήταν η σύγκριση και βελτιστοποίηση ήδη υπαρχόντων και νέων μεθόδων, και ιδίως εκείνων που πρότεινε το Διεθνές Συμβούλιο Ελαιολάδου (IOC). Συγκεκριμένα, η εκχύλιση (ανάκτηση ενώσεων) είναι ένα από τα πιο κρίσιμα και αποφασιστικά στην ανάλυση τροφίμων, καθώς ορίζει ποιοτικά και ποσοτικά τις ενώσεις που θα αναλυθούν. Επιπλέον, διερευνήθηκε ο αναλυτικός προσδιορισμός των βιοφαινολών του ελαιολάδου, καθώς οι ήδη υπάρχουσες παρουσιάζουν αρκετούς περιορισμούς, και ειδικότερα η μέθοδος που βασίζεται σε HPLC-UV που προτείνει ο IOC μέχρι σήμερα. Έτσι, συγκρίθηκαν διαφορετικές μέθοδοι εκχύλισης και αναλυτικές μέθοδοι βασισμένες σε HPLC-UV για την ανάκτηση του συνολικού φαινολικού κλάσματος (TPF) και τον προσδιορισμό της περιεκτικότητάς του σε βιοφαινόλες (BC), ενώ προτάθηκαν και νέες. Επιπλέον, μεμονωμένες ενώσεις, όπως η τυροσόλη (Tyr), η υδροξυτυροσόλη (HT), η ολεασίνη (OLEA) και η ολεοκανθάλη (OLEO), οι οποίες είναι οι πιο σχετικές με τον ισχυρισμό υγείας της EFSA, ποσοτικοποιήθηκαν με τη χρήση της μεθόδου του IOC και νέων, προτεινόμενων αναλυτικών μεθόδων με βάση την HPLC-DAD, καθώς και προσεγγίσεων όπως η υδρόλυση των βιοφαινόλων. Όλα τα ποιοτικά και ποσοτικά αποτελέσματα (TPF, BC, Tyr, HT, OLEO, OLEA) συγκρίθηκαν και αξιολογήθηκαν προς τη βελτιστοποίηση ολόκληρης της διαδικασίας και προσδιορίστηκαν στα επιλεγμένα εμπορικά δείγματα EVOO. Η φασματοσκοπία NMR επιστρατεύτηκε για τη σταθερότητα και την ποσοτική της φύση στον προσδιορισμό των επιπέδων ολεασίνης και ολεοκανθάλης σε δείγματα με διαφορετικές αναπτυγμένες μεθόδους. Τα αποτελέσματα από αυτές τις διαφορετικές μεθοδολογίες συγκρίθηκαν για πρώτη φορά στην ανάλυση του ελαιολάδου. Η μεταβολομική, μια ολοκληρωμένη προσέγγιση που ενσωματώνει προηγμένα αναλυτικά όργανα, όπως μαγνήτες NMR και φασματόμετρα μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας, με τη δύναμη της βιοπληροφορικής, έχει επιτρέψει τη συσσώρευση και ερμηνεία υψηλών όγκων δεδομένων. Τελικά, αυτό έχει οδηγήσει στη χαρτογράφηση προϊόντων διατροφής, μεταξύ των οποίων το ελαιόλαδο, με βάση την ονομασία προέλευσης, τη διαδικασία παραγωγής ή τη βοτανική προέλευση και την ανακάλυψη νέων βιοδραστικών ενώσεων ή δεικτών που αποδίδουν μοναδικά χαρακτηριστικά στην ποιότητα ενός προϊόντος. Σε αυτή τη μελέτη, δύο διαφορετικά σύνολα δειγμάτων υποβλήθηκαν σε τεχνικές λήψης μεταβολομικού προφίλ με βάση το NMR. Ελληνικά και ευρωπαϊκά ελαιόλαδα (εμπορικά δείγματα από Ελλάδα, Ισπανία, Ιταλία, άλλες χώρες της ΕΕ και μείγματα) ερευνήθηκαν για πθανούς βιοδείκτες που θα βοηθούσαν στον προσδιορισμό της γεωγραφικής ή και της βοτανικής τους προέλευσης στην περίπτωση των ελληνικών δειγμάτων. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των δύο συνόλων δειγμάτων ενσωματώθηκαν με στατιστικό τρόπο. Εξ' όσων γνωρίζουμε, δεν έχει διεξαχθεί μέχρι σήμερα μελέτη στο ελαιόλαδο από κορυφαίες χώρες παραγωγής με τη χρήση μεταβολομικής με την τεχνική του NMR.Επιπλέον, καθώς επιμείναμε στην ενίσχυση της εμπιστοσύνης ταυτοποίησης των μεταβολιτών, μία μεγάλη δυσκολία στα foodomics, επιστρατεύτηκε η Φασματοσκοπία Στατιστικής Ολικής Συσχέτισης (STOCSY). Το STOCSY είναι ένα ισχυρό στατιστικό εργαλείο που εκμεταλλεύεται την πολυ-γραμμικότητα της έντασης των μεταβλητών σε ένα σύνολο φασμάτων για τη δημιουργία ψευδο-NMR φασμάτων, τα οποία εμφανίζουν τη συσχέτιση των εντάσεων των διαφόρων κορυφών σε ολόκληρο το δείγμα. Αρχικά εισήχθη σε μελέτες μεταβολομικής σε βιολογικά δείγματα με λίγες μόνο εφαρμογές να υπάρχουν σε τρόφιμα, ενώ χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην ανάλυση EVOO. Αυτό το εργαλείο, σε συνδυασμό με καταγεγραμμένα 2D φάσματα και ευρεία αναζήτηση βιβλιογραφίας, έχει οδηγήσει σε μία συνεχιζόμενη απόδοση ενώσεων στο φάσμα 1Η NMR του συνολικού εκχυλίσματος ελαιολάδου. Τέλος, χρησιμοποιήθηκαν μεταβολομικές πλατφόρμες NMR και HRMS για τη διερεύνηση δειγμάτων ελληνικής επιτραπέζιας ελιάς. Οι επιτραπέζιες ελιές, παρά τα υψηλά επίπεδα HT, παραμελούνται σε σύγκριση με το ελαιόλαδο. Έτσι, στην παρούσα μελέτη ερευνήθηκαν οι κύριοι ελληνικοί τύποι βρώσιμων ελιών που προέρχονταν από διαφορετικές περιοχές της χώρας, διαφορετικές ποικιλίες και εναλλακτικές μεθόδους ξεπικρίσματος. STOCSY, 2D φάσματα και βιβλιογραφία χρησιμοποιήθηκαν για το NMR μαζί με διάφορα εργαλεία ταυτοποίησης στην περίπτωση του HRMS, οδήγησαν σε έναν άνευ προηγουμένου χαρακτηρισμό των χημικών τους προφίλ. Η χημειομετρία εφαρμόστηκε και στα δύο σύνολα δεδομένων, ενώ τα μοντέλα διάκρισης επέτρεψαν τον προσδιορισμό ορισμένων ενώσεων-δεικτών που ήταν συγκεκριμένοι για τη γεωγραφική προέλευση, τη μέθοδο καλλιέργειας ή τη μέθοδο ξεπικρίσματος. Συνολικά, ο συνδυασμός διαφορετικών προσεγγίσεων στη μελέτη των ελαιολάδων και των επιτραπέζιων ελιών περιλαμβάνει μια συστηματική προσπάθεια επέκτασης των γνώσεών μας σχετικά με τη χημική τους σύνθεση, την απάτη και την εσφαλμένη σήμανση. Φιλοδοξούμε ότι οι προσεγγίσεις και οι μέθοδοί μας, εκτός από το ελαιόλαδο και την επιτραπέζια ελιά, θα είναι χρήσιμες για την ανάλυση άλλων τροφίμων. Οι εφαρμογές μεταβολομικής με αυτό το αντικείμενο, γνωστές και ως «Foodomics», αποτελούν ένα τομέα του μέλλοντος που θα βοηθήσει να ξεπεραστούν ορισμένες από τις προκλήσεις που ήδη αντιμετωπίζει. Οι νέες μεθοδολογίες αποδεικνύονται αναγκαιότητα σε αυτήν την εποχή και υπό την παγκόσμια προσπάθεια διασφάλισης της προέλευσης των τροφίμων και του ποιοτικού ελέγχου. Η φασματοσκοπία NMR και οι προσεγγίσεις MS θα μπορούσαν σίγουρα να σηκώσουν αυτό το βάρος για τα επόμενα χρόνια.