Analýza markerů v potravinách

Mgr. Marcela JELÍNKOVÁ

Doctoral thesis

Identification of markers for foods characterization

Abstract:

Disertační práce se zabývá studiem a identifikací markerů za účelem charakterizace potravinářských produktů. Pro analýzu potenciálních markerů byla použita především metoda mikroextrakce tuhou fází (SPME) ve spojení s plynovou chromatografií s hmotnostní detekcí. Pro identifikaci markerů, odhalení případných souvislostí a vnitřní struktury dat byly aplikovány vícerozměrné statistické metody. Dále byly zkoumány možnosti využití matematických transformací na distribuci datového souboru a následnou interpretaci výsledků. Pro objasnění odrůdových charakteristik vinných destilátů byla aplikována tzv. clr (centred logratio) transformace a analýza hlavních komponent (PCA). Byla identifikována skupina terpenických látek, které lze označit jako potenciální markery odrůdového aroma vinných destilátů: o-cymen, limonen, (Z)-beta-ocimen, linalool oxid, linalool, isoborneol, terpinen-4-ol, alfa-terpineol, (E)-sabinyl acetát a (E)-kalamenen. Terpenické látky, které jsou podstatnou složkou tzv. primárního aroma byly analyzovány také u moravských destilátů typu grapa. Pro analýzu byla aplikována metoda mikroextrakce tuhou fází v headspace uspořádání (HS-SPME) a technika přímého ponoření vlákna do roztoku (DI-SPME) a bylo identifikováno 61 terpenických látek. Mezi destiláty typu grapa a vinnými destiláty byly zjištěny patrné rozdíl v zastoupení terpenických látek. Kromě výše uvedených látek byla u destilátů grapa identifikována také obsáhlá skupina sesquiterpenických látek (např. alfa-ylangen, beta-bourbonen, gama-kadinen, (E)-nerolidol nebo (2Z,6E)-farnesol). Metoda HS-SPME byla také využita pro analýzu aromatických látek českých a zahraničních chmelů a pro studium zastoupení složek chmelové silice v pivech. V pivu bylo identifikováno 15 terpenických látek, jejichž zastoupení do jisté míry souvisí s použitým chmelem a technologií výroby. Při studiu fenolických kyselin ve vínech byla aplikována transformace dat a porovnána klasická a robustní statistická metoda PCA. Aplikace clr transformace a robustní varianty PCA poskytla nejlépe interpretovatelné výsledky. Kyselina vanilová, syringová a gallová byly identifikovány jako významné markery červených vín, kyselina gentisová a kávová byly navrženy jako perspektivní markery technologického způsobu zpracování. Za účelem studia procesu zrání a k identifikaci potenciálních markerů Olomouckých tvarůžků byla využita metoda mikroextrakce tuhou fází ve spojení s plynovou chromatografií. U sýrů byly identifikovány některé látky, které můžeme označit jako markery vhodné konzumní doby tvarůžků (dimethyl disulfid, propan-2-ol, butan-2-ol) anebo markery kvality použitých surovin (terpenické látky). Paralelně byly tvarůžky analyzovány metodou Ramanovy spektrometrie. Pro studium aromatického profilu káv druhu Arabika a Robusta byla využita metoda HS-SPME. Pro statistické zpracování a hodnocení aromatického profilu káv byla použita clr transformace, analýza hlavních komponent a shluková analýza a bylo identifikováno šest aromaticky aktivních látek (kyselina octová, 2-methylpyrazin, furfural, 2-furfurylalkohol, 2,6-dimethylpyrazin, 5-methylfurfural), na jejichž základě bylo možné rozdělit soubor 30-ti komerčních káv podle převládajícího druhu kávy.

Abstract:

This dissertation thesis deals with the study and identification of markers for food products characterization. The solid-phase microextraction (SPME) in connection with gas chromatography - mass spectrometry (GC/MS) was applied for analysis of prospective markers. Analytical results were processed by multivariate statistical methods on behalf of the identification of possible markers and detection of any relations and structures within the framework of experimental data. Furthermore, the using of mathematical transformations for data processing and the studying of their effects on the data set distribution and subsequent interpretation of the results was performed. So-called clr (centred logratio) transformation and principal component analysis (PCA) were applied for investigation of the wine distillates varietal characteristics. Some terpenic compounds (o-cymene, limonene, (Z)-beta-ocimene, linalool oxide, linalool, isoborneol, terpinen-4-ol, alpha-terpineol, (E)-sabinyl acetate and (E)-calamenene) were identified as potential markers of varietal aroma of wine distillates. Terpenic compounds, essential components of the so-called primary aroma, were also analysed in the Moravian grape distillates. The headspace solid-phase microextraction (HS-SPME) and method of direct immersion of fibre into the solution (DI-SPME) were applied. A total of 61 terpenic compounds were identified in grape distillates. There were found noticeable differences in the representation of terpenic compounds among grape distillates and wine distillates. In addition to above mentioned compounds, there was identified a large group of sesquiterpenoic compounds in grape distillates (e.g. alpha-ylangene, beta-bourbonene, gama-cadinene, (E)-nerolidol, (2Z,6E)-farnesol). HS-SPME method was also used for analysis of aromatic compounds of Czech and foreign hops, and for profiling of essential oil components in beers as well. A total of 15 terpenic compounds were identified in beers, which representation could be linked with the hops and the beer production technology. The data transformation and comparison of classical and robust PCA was used for the study of phenolic acids content in wines. Application of clr transformation and robust variant of the PCA provided better interpretable results. Vanillic, syringic and gallic acids were identified to be significant markers of red wines, when gentisic and caffeic acids were proposed as promising markers of technological process. The solid-phase microextraction in connection with gas chromatography - mass spectrometry was used in order to study the process of maturing, and even to identify potential markers of the Olomouc curd cheese. Certain compounds were identified as suitable markers of maturatuin time (dimethyl disulfide, butan-2-ol, propan-2-ol). Moreover, there was identified a group of markers discribing quality of raw materials used (terpenic compounds). HS-SPME was also used for the study of the aromatic profile Arabica and Robusta coffee. Centred logratio transformation, principal component analysis and cluster analysis were applied for the statistical processing and evaluation of the aromatic profile of coffee for particular coffee varieties. There were identified six aromatic compounds (acetic acid, 2-methylpyrazine, furfural, 2-furfuryl alcohol, 2,6-dimethylpyrazine and 5-methylfurfural), which were essential for distinguishing of 30 coffee samples.

Keywords

markery, potraviny, Olomoucké tvarůžky, mikroextrakce tuhou fází, plynová chromatografie, hmotnostní spektrometrie, analýza hlavních komponent

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 11. 2011

Accessible from:: 3. 11. 2011

Thesis defence

• Supervisor: Doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Analytical Chemistry