Lourdes Arce Departamento de Química Analítica …evoocongress.qvextra.es/wp-content/uploads/2016/04/Research-in... · humedad/tierra, moho, aceites de alpechinera, aceite de repaso,

Lourdes Arce

Departamento de Química Analítica

Universidad de Córdoba

Toledo, 16 de marzo de 2016

II CONGRESO INTERNACIONAL DEL ACEITE DE OLIVA VIRGEN EXTRA

Problemática actual

Introducción a la técnica

Trabajos de investigación realizados

Transferencia de resultados de investigación al sector

Perspectivas y líneas de trabajo actuales

• Acidez (Valoración)

• Índice de peróxidos (Valoración)

• Espectroscopía UV

• Ceras (GC)

• Estigmatadienos (GC) • Isómeros trans de ácidos grasos (GC)

• Diferencia ECN42 (HPLC)

• Esteroles (GC)

• Eritrodiol (GC)

Método oficial

ANÁLISIS ORGANOLÉPTICO

Regulación (EC) No. 2568/1991

Largos tiempos de análisis

Alta cantidad de muestra

Uso de reactivos químicos

Personal cualificado…

¿CALIDAD DEL

ACEITE DE OLIVA?


“Flavour”: aroma + sabor

ANÁLISIS ORGANOLÉPTICO

- No es posible la identificación de más de

3 o 4 componentes individuales.

- Sólo puede analizar 6 muestras por día.

- Diferentes percepciones de los

catadores para una misma muestra.

-Pocos laboratorios acreditados para el

análisis organoléptico.

ACEITE DE OLIVA VIRGEN EXTRA: AOVE

ACEITE DE OLIVA VIRGEN: AOV

ACEITE DE OLIVA LAMPANTE: L

Optimizar y validar un método instrumental que

permita responder a estas preguntas RETO ANALÍTICO

FlavourSpec

¿¿¿ACEITE DE OLIVA LAMPANTE???

¿Qué tipo de muestras se necesitan para validar esta metodología?

Muestras necesarias para validar la metodología

a.- Muestras trazables con características definidas

a.1.- Aceites de oliva virgen extra

a.2.- Aceites con defectos:

Atrojado, borras, avinado/avinagrado, madera húmeda, rancio,

humedad/tierra, moho, aceites de alpechinera, aceite de repaso,

aceite de orujo crudo (defecto quemado), aceites desodorizado…

b.- Muestras de distintos orígenes geográficos

b.1.- Graneles de almazaras

b.2.- Aceite envasado


TRAZABILIDAD DE LAS MUESTRAS DE ACEITE

1. Fecha de producción del aceite

2. Fecha de la toma de muestras

3. Variedad de la aceituna

4. Zona de recolección de la aceituna

5. Zona de la toma de muestra

6. Sistema de extracción empleado (aceites defectuosos)

7. Histórico

8. Forma de almacenamiento

9. Nº de lote (muestras envasadas)

10. Características del envase

11.Campaña de producción

12.Análisis físico-químico

13.Análisis sensorial

14.…



Introducción a la técnica IMS




ESPECTROMETRÍA DE MOVILIDAD IÓNICA PARA

CONOCER LA CATEGORÍA DEL ACEITE DE OLIVA

Ion Mobility Spectrometry (IMS)

¿Cuál es su

categoría?

Gas de deriva

Gas de salida

Campo eléctrico

Fuente de

ionización

Detector Región de deriva

Tratamiento

quimiométrico

OBJETIVO

Conocer la categoría de un aceite de oliva de forma rápida y fiable

AOVE

AOV

L


ACEITE DE OLIVA VIRGEN EXTRA: AOVE

ACEITE DE OLIVA VIRGEN: AOV

ACEITE DE OLIVA LAMPANTE: L

ESPECTROMETRÍA DE MOVILIDAD IÓNICA (IMS)

Región de

ionización Región de deriva

CAMPO ELÉCTRICO

Gas de deriva

Placa de

Faraday

Salida de gas

Rendija de

entrada

Entrada de

muestra

Detector

Rendija de

salida Anillos de

voltaje

La IMS mide la distinta velocidad que experimentan los iones gaseosos en un

campo eléctrico la cual depende de la masa, carga, forma y tamaño.


ESPECTROMETRÍA

DE MOVILIDAD

IÓNICA

Buena sensibilidad

Buena precisión

Rápida

Fácil de usar

Monitorización a tiempo real

Operación a presión ambiente

Portátil

-Selectividad baja si no se

acopla el equipo de IMS a una

columna de separación.

-Reacciones ión-molécula que

dificultan la interpretación del

espectro.


TRITIO-COLUMNA DE GASES-

ESPECTRÓMETRO DE MOVILIDAD IÓNICA

FlavourSpec

Automuestreador

IMS Tª 60ºC

Columna Capilar

(30 m) Tª 40ºC

Jeringa Vinyección 100 mL

Tª 80ºC

Gas de arrastre (N2) 30 mL/min

Gas de deriva (N2) 500 mL/min

Gas de salida

Fuente

de tritio

(6.5 keV)

Placa de Faraday

Inyector Tª 80ºC

1 g de aceite de oliva Tiempo de incubación 10 min Tª 60ºC


FlavourSpec

Tipo de datos que se obtienen de un IMS:

-Tiempo de retención (s)

-Tiempo de migración (ms)

-Intensidad (V)

INFORMACIÓN

TRIDIMENSIONAL

GLOBAL = Huella espectral

ESPECÍFICA = Compuestos químicos


Objetivo 1: Búsqueda de una HUELLA ESPECTRAL

característica de cada tipo de aceite

VIRGEN

EXTRA

LAMPANTE VIRGEN

INFORMACIÓN TRIDIMENSIONAL GLOBAL


Reduce la PROBLEMÁTICA de otros métodos analíticos

que no eran capaces de evaluar correctamente las

interacciones de los diferentes volátiles entre sí ya que usaban

solo la información de un grupo de compuestos químicos.

HUELLA ESPECTRAL

o FINGERPRINT

característica de cada tipo de aceite

VIRGEN

EXTRA

LAMPANTE VIRGEN

Uso de TODA la INFORMACIÓN del espectro de IMS

Información GLOBAL


Objetivo 2: Búsqueda de COMPUESTOS QUÍMICOS que se puedan

asociar con atributos positivos o con defectos

INFORMACIÓN TRIDIMENSIONAL ESPECÍFICA


Relación de COMPUESTOS QUÍMICOS con atributos y/o defectos presentes en los aceites

Defectos Compuestos

químicos Aroma Compuestos químicos Aroma

Humedad 3-penten-2-ol Hexanal 1-octen-3-ona 2-hexenal Ocimene 2-metil-1-butanol 3-metil-1-butanol 2-heptenal 6-metil-5-hepten-2-ona Piranona 2-heptanol

Perfume, madera Hierba, manzana verde Setas, hongos, picante Verde, almendras amargas moho Avinado, aromático Madera, dulce Picante, jabón Hierba, picante Vela quemada Tierra, dulce

2-octanol 1-octen-3ol 2,4-heptadienal 6-metil-5-hepten-3-ol Acido propanoico Acido butanoico Acido pentanoico Acido hexanoico Guaiacol Acido octanoico 3-xilenol

Tierra, grasa Moho, tierra Grasa, nuez Perfume, nuez Picante, amargo, moho Rancio, queso, dulce desagradable, picante Amargo, intenso Madera, humo, aromático Aceite, grasa Olor seco

Moho Octano Acetato de etilo 2-butanona Propanoato de etilo Acetato de butilo Butanoato de etilo Butanoato de propilo

Dulce, alcalino Pegamento, alcalino Etéreo, frutado Frutado, intenso Verde, frutado, picante Dulce, frutado Piña, intenso

Butanoato de 2-metilpropilo 2-butanol 1-pentanol 6-metil-5-heptne-2-one Acido acéitco Acido heptanoico

Desagradable, aviando, moho Avinado Pegamento, balsamico, fuerte Picante, verde Vinagre, amargo Rancio, grasa

Avinado/ avinagrado

Etanol 2-pentenal 2-heptanone

Alcohol Manzana, verde Dulce, frutado

2-octanone 1,2-butanediol 2-hexen-1-ol

Moho, verde Picante Hierba, hojas

Rancio Pentanal Heptanal Octanal Nonanal 2-octenal

Madera, amargo, aceitoso Aceitoso, grasa, madera Grasa, intenso Grasa, ceroso, picante Hierba, aromático

Decanal 2-decenal Nonanol 2,4-nonadienal 2,4-decadienal

penetrante, dulce, ceroso Pintura, pescado, grasa Grasa Jabonoso, penetrante Fuerte, grasa







UV-IMS Tritio-MCC-IMS

1 Trabajos de investigación realizados

Intervalo de tiempo de

retención: 2.7 - 68.6 s

(95 espectros)

Intervalo de tiempo de deriva:

6.6 - 11.3 ms (703 variables)

PORCENTAJE DE

ÉXITO

97 % clasificación

87 % predicción

Total muestras analizadas: 98

Virgen extra: 43

Virgen: 28

Lampante: 27



Automuestreador

IMS Tª 45ºC

Columna Multicapilar Tª 40ºC

Jeringa Vinyección 250 mL

Tª 80ºC

Gas de arrastre

(N2) 30 mL/min

Gas de deriva (N2)

250 mL/min

Gas de salida

Fuente

de tritio

(6.5 keV)

Placa de Faraday

Inyector Tª 80ºC

1 g de aceite de oliva

Tiempo de incubación 8 min

Tª 60ºC

Mejora de los resultados

cambiando

columna multicapilar por una

columna capilar de

30 m de longitud

Tubo de deriva de 5 o 10 cm


CHEMICAL GROUP

ANALYTE ATTRIBUTE RETENTION

TIME WITH

CC (s) K0 (cm2V-1s-1)1

ODOUR THRESHOLD

VALUE (mg/kg)

LIMIT OF

DETECTION OF

THE METHOD

(mg/kg)

DESIRABLE UNDESIRABLE

Aldehydes Acetaldehyde - - 84.3 1.80 - -

Pentanal 0.05

2-Pentenal - Winey-vinegary 139.6 1.97/1.60 0.30

Hexanal green-sweet, green apple, grass Rancid 172.7 1.73/1.39 0.08 0.08

2-Hexenal freshly cut grass, banana - 260 1.84/1.43 0.42 0.01

Heptanal 0.02

2-Heptenal - Musty-humid, rancid 580 1.73/1.30 0.001 0.04

2,4-Heptadienal 0.3

Octanal - Rancid 831.6 1.53/1.20 0.32 0.4

2-Octenal - Rancid 1409 1.64/1.20 0.004 0.2

Decanal - Rancid 2012.5 1.54/1.16 - -

2-Decenal - Rancid 1526 1.45/1.03 0.01 -

Benzaldehyde - - 545 1.87/1.47 - 0.05

Ketones 2-butanone - Fusty 70 1.46/1.74 40 <0.01

1-Penten-3-one green- spicy - 96.3 1.70 0.7

6-methyl-5-hepten-2-one 50 0.2

2-Nonanone - Musty-humid 1860 1.54/1.15 <0.1 -

Alcohols 2-Butanol - Fusty 75.6 1.44/1.62 0.1 0.05

2-Methylbutanol - Fusty, winey-vinegary, musty-humid 130.7 1.46 0.48

3-Methylbutanol - Winey-vinegary, fusty 129.8 1.78/1.47 0.1

1-Pentanol spicy - 151 1.74/1.43 3.0

2-Penten-1-ol banana - 157.5 1.48/1.33 0.25

1-Hexanol Banana, freshly cut grass - 316.1 1.66/1.34 0.4

3-Hexen-1-ol Grass, green leaves, bitter almond - 275 1.61/1.20 5.0

2-Octanol - Musty-humid 910 1.54/1.19 0.1

1-Octen-3-ol - Musty-humid 722 1.88/1.36 0.001

Esters Ethyl acetate - Fusty, winey-vinegary 74.8 1.62 0.94 <0.01

Methyl butanoate <0.5

Ethyl butanonate - Fusty 180 1.40 0.03

Propyl butanoate - Fusty 310 1.25/1.67 0.15 0.05

Ethyl hexanoate 0.1

Hexylacetate Green, fruit, banana, flower - 960 1.56/1.15 0.0014 0.25

Hexenylacetate 0.3

Others a-pinene 0.2

2,5-dimethylfurane <0.1

limonene 2

Variando ligeramente la configuración del equipo se podrán identificar mas compuestos químicos.


Estudio de la vida útil del aceite de oliva según el tipo de envase


Estudio de la vida útil del aceite de oliva según el tipo de envase

Bag in

box

Lata

Vidrio negro

Vidrio transparente

Botella de plástico (pet)


2-heptenal

1-penten-3-one

Se asocia con el OLOR A RANCIO.

La concentración del compuesto se

asocia con la oxidación del aceite.

Su alta concentración se asocia con

aceites de ALTA CALIDAD y se puede

asociar con las notas verdes y

picante de un aceite.


¿Puede un AOVE mantener su calidad durante un año?

El mantenimiento de la calidad se puede controlar a

través de las condiciones de almacenamiento

4

RETO:

Revisar el consumo preferente dependiendo

del tipo de envase.





TRANSFERENCIA de resultados de INVESTIGACIÓN al sector



MUESTRAS FASE I

Total de muestras de aceite analizadas durante la fase I: 460

Muestras ciegas: 124

MUESTRAS DE ACEITE ANALIZADAS

MUESTRAS FASE II

Total de muestras de aceite analizadas durante la fase II: 394

Muestras ciegas: 78


MÉTODO usando GC-IMS

Automuestreador

IMS Tª 45ºC

Tª 40ºC

Jeringa VInyección 200 mL

Tª 80ºC

Gas de arrastre (N2) 5 mL/min

Gas de deriva (N2) 250 mL/min

Gas de

salida

Fuente

de tritio

(6.5 keV)

Placa de Faraday

Inyector Tª 80ºC

1 g de aceite de oliva

Tiempo de incubación 8 min

Tª 60ºC

Columna Capilar (apolar, 30m, 0.44mm

OD, 0.32mm ID FS-SE-54-

CB-0.25)

FlavourSpec®

Tiempo global de

análisis/muestra:

30 min (incluyendo la limpieza

del equipo)

48 muestras/día


EVALUACIÓN DE RESULTADOS USANDO TODA LA HUELLA ESPECTRAL

Encontrar posibles marcadores químicos en las muestras dudosas

que permitan identificar defectos para clasificar una muestra de

forma inequívoca.

- Las muestras para calibrar los equipos se han catado por un solo

panel sensorial (100 % fiabilidad al panel sensorial), el error del panel

se ha transferido a los métodos.

DEBILIDADES

ALTERNATIVAS EN ESTUDIO

FORTALEZAS DEL MÉTODO DE GC-IMS

- % de predicción similares a los obtenidos con el análisis sensorial.

- Método instrumental de fácil uso, rápido y de bajo coste.


Estudio de las muestras de aceite

usando marcadores químicos


Heptanal

2y 3-metilbutanol

6-metil-5-

hepten-2-ona

2-heptenal

Defectos

1-penten-3-one t-2-hexenal y 2-hexen-1-ol hexilacetato

Frutado

(defectos: moho-humedad 5.1 y atrojado-borras 3.1)

1. Muestra LAMPANTE por análisis sensorial

Usando TODA LA HUELLA ESPECTRAL sería una MUESTRA DUDOSA

Usando MARCADORES QUÍMICOS esta muestra NO podría ser EXTRA porque

los compuestos de frutado tienen una intensidad muy baja y presenta algunos

compuestos de defectos


(Madera húmeda 6.5)

2 y 3-metilbutanol

(defecto madera húmeda)

Decidir si siempre que se encuentre

2 y 3 metilbutanol y

tenga valores bajos de 1-penten-3-ona

se clasifica como AOV o L.

2. Muestra LAMPANTE por análisis sensorial

Usando TODA LA HUELLA ESPECTRAL sería una muestra VIRGEN con el 80%

de probabilidad.

Bastante intensidad de t-2-hexenal pero

poca intensidad de 1-penten-3-ona


Según la cata es EXTRA con un 2.7 de frutado

Heptanal, compuesto característico

de rancio.

LOD: 0.02 mg/kg << OTV: 0.5 mg/kg

2 y 3-metilbutanol asociados a varios

defectos (moho-humedad, avinado,

atrojado)

LOD: 0.01-0.05 mg/kg < OTV: 0.5-0.1 mg/kg

El método GC-IMS ha encontrado algunos compuestos asociados a defectos

cuyo LOD está por debajo del OTV

1. Muestra EXTRA por análisis sensorial

Usando TODA LA HUELLA ESPECTRAL sería una MUESTRA DUDOSA.

6-metil-5-hepten-2-ona, compuesto

característico de moho-humedad.

LOD: 0.2 mg/kg << OTV

OTV: odor treshold value o umbral de percepción


Presencia de 2 y 3-metilbutanol

LOD 0.01-0.05 mg/kg < OTV

2. Muestra EXTRA por análisis sensorial

Según la cata es EXTRA con un 4,6 de frutado

Usando TODA LA HUELLA ESPECTRAL sería una MUESTRA DUDOSA.

El método GC-IMS ha encontrado algunos compuestos asociados

con defectos por lo tanto NO podría ser EXTRA

Decidir si:

A. Siempre que se detecten algunos compuestos químicos asociados a

defectos ya NO se puede clasificar como EXTRA.

o si…

B. Dependiendo del nivel de concentración se clasifica como EXTRA a

pesar de detectar estos compuestos químicos (asociados con defectos).


CONCLUSIONES

• La GC-IMS es un método que proporciona resultados prometedores

para clasificar las muestras de aceite de oliva como AOVE, AOV o L.

• El uso de métodos quimiométricos es indispensable para tratar toda

la INFORMACIÓN GLOBAL DEL ESPECTRO.


•Las muestras clasificadas como dudosas con los métodos

instrumentales usando toda la información química se deben valorar

usando los marcadores químicos asociados con atributos positivos o

negativos.

• Establecer límites para que el método de GC-IMS no sacrifique (¿o

si?) los AOVE* que tengan compuestos asociados a defectos a un

nivel de concentración por debajo del umbral de percepción.

• Establecer límites para los defectos que permitan clasificar las

muestras como AOV o L.

RETOS


*clasificada según la información global (huella espectral).






¿Es posible buscar unos marcadores químicos asociados a defectos

y valores límite que permitan clasificar las muestras dudosas* como

NO EXTRA (VIRGEN o LAMPANTE)?

Estos valores límites se deben buscar con ayuda del PANEL DE CATA


Si

*clasificada según la información global (huella espectral).

Máximos permitidos CE Aceite de Oliva Virgen Extra (AOVE)

Grado de acidez (%) <0,8

Índice de peróxidos (mEq O2/Kg) <20

Espectrometría UV (K270) < 0,22

Espectrometría UV (∆K) < 0,01

Espectrometría UV (K232) < 2,50

Tabla 1. Valores máximos permitidos para los índices de calidad del AOVE.

Búsqueda de marcadores químicos asociados a defectos y valores límite que permitan clasificar una muestra como VIRGEN o LAMPANTE

En el ÁREA CLÍNICA existen niveles para

determinados compuestos que permiten

valorar si un paciente tiene una enfermedad.

Estos valores se han establecido después de observar a un número elevado de

enfermos y estudiando los niveles encontrados de un determinado compuesto

químico y la patología que presenta dicho enfermo.

Existen revisiones de límites establecidos debido a que se ha visto que estos

límites son a veces muy permisivos o restrictivos para relacionarlos con una

determinada enfermedad.


¿Cómo se podrían establecer estos

nuevos límites para clasificar un aceite?

…al igual que se hace en otras áreas

Con estudios colaborativos

¿Conoce el consumidor la diferencia entre un AOVE y uno Virgen?

Para ESTABLECER LOS NIVELES DE CONCENTRACIÓN LÍMITE para

determinados compuestos relacionados con atributos negativos de un

ACEITE DE OLIVA se deberían tener en cuenta estas PREGUNTAS:

¿Se debería reservar el nombre AOVE para un aceite que

no tenga

o

tenga por debajo de un valor

compuestos químico asociado a defectos?


¿Estos valores se deben establecer teniendo en cuenta el nivel de percepción de expertos catadores o el de los consumidores?

• ¿cada vez exige aceites de más calidad?

• ¿Prefiere comprar un aceite de menor precio aunque este tenga

algunos atributos negativos?

El consumidor …

…. La optimización de los métodos analíticos no se podrán terminar

de poner a punto sin la respuesta a las preguntas anteriores.

…. mientras llegan estas respuestas seguimos mejorando la tecnología

Estudio colaborativo

ANÁLISIS QUÍMICO SECTOR OLEICO

PANEL DE CATA


Aprox. 12.500 €

Cromatógrafo de Gases

Acoplamiento 5000 €

4. Desarrollo de software para realizar tratamiento de datos automático. 5. Uso de librería de espectros para identificar mas señales

3. Detector de Movilidad Iónica Drift tube inner diameter: 15.2 mm Drift tube /lenght: 98 mm Drift field strength: 500 V/cm

Temperature/Heating: up to 100°C (optional)

DESARROLLO TECNOLÓGICO

1. Columnas cromatográficas apolar y polar 2. Horno cromatográfico

Aprox. 40.000 €


TRABAJOS DE INVESTIGACIÓN EN CURSO

3. Estudio de la mejora del % clasificación al usar la información

obtenida por técnicas analíticas complementarias (GC-MS)

a la GC-IMS.

1. Estudio de la idoneidad de integrar muestras de varias

campañas en los modelos de calibración usados para asignar la

categoría correcta a un aceite.

2. Comparación de los resultados obtenidos al analizar un

mismo grupo de muestras por varios paneles de cata y varias

técnicas analíticas.


4. Identificación y cuantificación de marcadores químicos

en las muestras dudosas.


-Dra. Rocío Garrido-Delgado

- Interprofesional del aceite de

oliva español

-Empresa SOVENA

- Empresa El Olivo Global



Agradecimientos

Lourdes Arce



Toledo, 16 de marzo de 2016

II CONGRESO INTERNACIONAL DEL ACEITE DE OLIVA VIRGEN EXTRA

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