Evaluación de la autenticidad de productos alimenticios mediante el empleo de técnicas analíticas rápidas y poco invasivas – Hacia el desarrollo de métodos analíticos ‘verdes’

Abstract

Esta Tesis Doctoral desarrolla, aplica y explora el potencial del tándem espectrometría-quimiometría en el control de la calidad y autenticidad, rápido y poco invasivo, de productos alimenticios. El objetivo principal es el de desarrollar métodos analíticos sostenibles para el análisis de alimentos, explorando para tal fin diversas técnicas espectrométricas capaces de proporcionar señales analíticas que encierren la información química necesaria. Considerando dichas señales como una huella instrumental no específica, se han explorado diversas herramientas quimiométricas para el desarrollo de métodos analíticos multivariable. Una visión general de este enfoque ha sido revisado y puesto en valor en el Capítulo 1 de la tesis, y materializado en forma de capítulo de libro. Se han aplicado diversas técnicas analíticas para la consecución del objetivo general, como son la espectrometría Raman en su modalidad no invasiva SORS, la espectrometría de infrarrojo cercano (NIR) y la espectrometría de resonancia magnética nuclear de baja frecuencia de campo (LF-NMR). Esto condujo a la adquisición de huellas instrumentales características de varios alimentos, concretamente: productos lácteos (margarinas y quesos en lonchas) y aceites vegetales. El tratamiento y análisis de los datos adquiridos se llevó a cabo mediante la aplicación de diversas herramientas quimiométricas, que podrían agruparse en: (i) métodos no supervisados para el análisis exploratorio y de similitud, (ii) métodos supervisados para el desarrollo de aplicaciones cualitativas y cuantitativas, y (iii) métodos para la optimización de procesos analíticos de adquisición de señales instrumentales. Esto permitió ejecutar los estudios presentados a lo largo de la presente tesis, demostrando la relevancia de la quimiometría como parte indispensable para la resolución de los problemas propios de la química analítica. Además, se han realizado propuestas innovadoras, dos de ellas dirigidas a la evaluación ex-ante, por un lado, (i) de la ‘blancura’ de un nuevo método analítico basado en técnicas no destructivas / no invasivas para el análisis de alimentos, y (ii) de la calidad informativa de una señal analítica antes del desarrollo del método. Asimismo, se recoge un capítulo de libro que pone de manifiesto la relevancia del análisis de similitud de señales analíticas en las diversas etapas del desarrollo de una metodología o procedimiento analítico. Aparte de los dos capítulos de libro ya mencionados, se han publicado 6 artículos científicos en revistas internacionales de alto impacto, que recogen la mayoría de los resultados obtenidos en los estudios experimentales.

This Doctoral Thesis develops, applies and explores the potential of the spectrometry-chemometrics tandem for the rapid and non-invasive control of the quality and authenticity of food products. The main objective is to develop sustainable analytical methods for food analysis by exploring different spectrometric techniques providing analytical signals that contain the required chemical information. Considering these signals as a nonspecific instrumental fingerprint, various chemometric tools have been explored for the development of multivariate analytical methods. An overview of this approach has been reviewed and highlighted in Chapter 1 of the thesis and presented in the form of a book chapter. Several analytical techniques have been applied to achieve the general aim, such as Raman spectrometry under the non-invasive SORS mode, near infrared spectrometry (NIR) and low-field nuclear magnetic resonance spectrometry (LF-NMR). This led to the acquisition of instrumental fingerprints characteristic of several foods, namely: dairy products (margarines and sliced cheeses) and vegetable oils. The handling and analysis of the acquired data was performed by applying various chemometric tools, which could be grouped into: (i) unsupervised methods for exploratory and similarity analysis, (ii) supervised methods for the development of qualitative and quantitative applications, and (iii) methods for process optimization related to instrumental signal acquisition. This allowed the studies presented throughout this thesis to be carried out, demonstrating the relevance of chemometrics as an essential part for solving analytical chemistry problems. Furthermore, innovative proposals have been presented, two of them aimed at the ex-ante evaluation of: (i) the ‘whiteness’ of a new analytical method based on non-destructive / non-invasive techniques for food analysis, and (ii) the informative quality of an analytical signal prior to method development. In addition, a book chapter highlights the relevance of analytical signal similarity analysis throughout the various stages of the development of an analytical methodology or procedure. In addition to the two book chapters, six scientific articles have been published in high impact international journals, which include most of the results obtained in the experimental studies.