Vývoj 1H NMR metody na určení botanického původu medu

Bc. Dominika Hrabáková

Master's thesis

Development of 1H NMR method for assessment of botanical origin of honey

Abstract:

Med je luxusní potravina a často podléhá falšování původu a nevhodné manipulaci, které ohrožují jeho kvalitu, klamou spotřebitele a negativně ovlivňují čestné výrobce. Neustále se vyvíjí nové metody, které by byly schopné levně a efektivně testovat kvalitu a autenticitu medu. V této práci byly na základě 1H NMR spekter vytvořeny a testovány prediktivní schopnosti modelů vícerozměrné statistické analýzy (PCA, OPLS-DA), nakolik jsou od sebe schopny rozlišit české medovicové, řepkové a akátové medy, celkem 100 vzorků. Zároveň byla provedena pilotní studie pro studium účinků tepelného ošetření na 1H NMR spektra medu (2 vzorky). Spektra byla zaznamenána na 500 MHz spektrometru s pomocí pulzní sekvence 1d noesy (doporučené nastavení parametrů), zpracována Fourierovou transformací, automaticky upravena, zjednodušena pomocí binnů o šířce 0,04 ppm a použita pro necílovou analýzu. Plná spektra byla profilována s pomocí Chenomx, s využitím interní databáze látek a vlastní knihovny. Pomocí prediktivních modelů PCA a OPLS-DA od sebe byly snadno odlišeny květové a medovicové medy, utvořily jasně oddělené klastry. Řepkové a akátové medy si byly podobnější, přesto byl OPLS-DA model rozlišující mezi akátovým a řepkovým medem validní a vysoce prediktivní (Q2 = 0,75). Byly nalezeny potenciální biomarkery botanického původu – pro řepkový med to byl vyšší obsah aminokyselin valinu, leucinu, isoleucinu, vyšší obsah derivátu kyseliny benzoové a patrně niacinu; pro akátový med to byl vyšší obsah fruktosy, turanosy, sacharosy, maltosy, dále pravděpodobně pinocembrin, kyselina abscisová a také neznámá sloučenina s chemickým posunem 5,25 ppm. Tepelné ošetření vedlo ke změnám ve složení medu, ale vzhledem k malému počtu vzorků se nedala určit univerzální změna. 1H NMR metabolomika se jeví jako vhodná metoda ověřování pravosti a kvality medu, ale pro její použití v běžné praxi bude ještě nutné provést obsáhlejší výzkum na více vzorcích.

Abstract:

Honey, as a luxury food, is often subject to deception as to origin and improper handling, which threatens its quality, deceives consumers, and negatively impacts honorable producers. New methods are constantly being developed that will enable testing of the quality and authenticity of honey with reasonable cost and efficiency. In this work the predictive abilities of models of multidimensional statistical analysis (PCA, OPLS-DA) were created and tested based on 1H NMR spectra to determine to what extent they are able to distinguish Czech honeydew, rapeseed and acacia honeys in a total of 100 samples. At the same time, a pilot study was performed to assess the effects of heat treatment on the 1H NMR spectra of honey (2 samples). The spectra were recorded on a 500 MHz spectrometer using a 1d noesy pulse sequence (recommended parameter settings), processed by Fourier transform, automatically adjusted, simplified with 0,04 ppm bins, and used for non-target analysis. Full spectra were profiled with the help of Chenomx, using an internal database and library of substances. Using predictive models PCA and OPLS-DA, blossom and honeydew honeys were easily distinguished from each other, forming clearly separated clusters. Rapeseed and acacia honeys were more similar, however, the OPLS-DA model distinguishing between acacia and rapeseed honey was evaluated valid and highly predictive (Q2 = 0.75). Potential biomarkers of botanical origin were found – for rapeseed honey it was a higher content of amino acids valine, leucine, isoleucine, a higher content of benzoic acid derivative and probably niacin; for acacia honey it was a higher content of fructose, turanose, sucrose, maltose, then probably pinocembrin, abscisic acid and also an unknown compound with a chemical shift of 5.25 ppm. Heat treatment led to changes in the composition of the honey, but due to the small number of samples, a universal change could not be determined. 1H NMR metabolomics seems to be a good method for verifying the authenticity and quality of honey, but for its use in common practice, more extensive research needs to be carried out on more samples.

Keywords

med, metabolomika, 1H NMR, nukleární magnetická rezonance

Keywords

honey, metabolomics, 1H NMR, nuclear magnetic resonance

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 7. 2020

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jaroslav Havlík, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Farm Products Quality and Processing / Farm Products Quality and Processing