Ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός αφλατοξίνης σε κελυφωτά φιστίκια και φιστικέλαιο Αιγίνης με τις φασματοσκοπικές τεχνικές FTIR και Raman

Abstract

Τα κελυφωτά φιστίκια θεωρούνται ένας από τους πιο νόστιμους και διατροφικά άριστους ξηρούς καρπούς λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς τους σε ακόρεστα λιπαρά, μέταλλα, φυτικές πρωτεΐνες και αντιοξειδωτικές πολυφαινόλες. Ωστόσο, οι καρποί είναι πιθανό να μολυνθούν από τοξικογόνα στελέχη του μύκητα Aspergillus sc Flavi τα οποία παράγουν αφλατοξίνη, την πιο σημαντική ομάδα των μυκοτοξινών από τοξικολογική και οικονομική σκοπιά. Η διαλογή των μολυσμένων φιστικιών και του φιστικέλαιου είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για την απομάκρυνση καρπών στους οποίους η συγκέντρωση αφλατοξίνης ξεπερνά τα θεσμοθετημένα όρια και για τη διασφάλιση ότι τα μολυσμένα προϊόντα δε θα εισέλθουν στη τροφική αλυσίδα. Η παρούσα μελέτη ασχολείται με την ποιοτική και ποσοτική διαφοροποίηση μεταξύ υγιών και μολυσμένων με αφλατοξίνη κελυφωτών φιστικιών και φιστικέλαιου Αιγίνης εφαρμόζοντας τις φασματοσκοπικές μεθόδους FTIR και Raman. Σκοπός της μελέτης είναι να διερευνηθεί εάν οι χρονοβόρες και υψηλού κόστους χρωματογραφικές μέθοδοι ανάλυσης της αφλατοξίνης μπορούν να αντικατασταθούν με τις μη καταστρεπτικές για το δείγμα και ταχείες μεθόδους FTIR και Raman. Για τον ανωτέρω σκοπό, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερις ομάδες δειγμάτων φιστικιών: α) υγιή β) φυσικώς μολυσμένα με αφλατοξίνη γ) τεχνητώς μολυσμένα με τοξικογόνα στελέχη του Aspergillus flavus και δ) τεχνητώς μολυσμένα με μη τοξικογόνα στελέχη του Aspergillus flavus. Κάθε δείγμα αλέσθηκε χονδροειδώς και ακολούθησε κοκκομετρία (500μ < μέγεθος < 800μ). Η περιεκτικότητα σε υγρασία και ολικό λίπος προσδιορίστηκαν με τις επίσημες μεθόδους 925.40 και 948.22 του AOAC, αντίστοιχα, ενώ παράλληλα προσδιορίστηκε η ποσότητα της αφλατοξίνης με HPLC. Στη συνέχεια, λήφθησαν φάσματα από 49 κοκκομετρημένα δείγματα και τα έλαιά τους με τις μεθόδους FTIR (τεχνικές DRIFTS και δισκίων ZnSe) και Raman. Τα φάσματα III υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με το λογισμικό OMNIC 7.3 με τη βοήθεια της Χημειομετρίας (Διαχωριστική Ανάλυση) στο στατιστικό πρόγραμμα TQ Analyst προκειμένου να αναπτυχθούν μοντέλα για την ποιοτική και ποσοτική διάκριση μεταξύ υγιών και μολυσμένων φιστικιών. Για τον ποσοτικό διαχωρισμό χρησιμοποιήθηκαν τα αποτελέσματα ανάλυσης της HPLC. Τα μοντέλα που λήφθηκαν μπορούν με επιτυχία να διαχωρίσουν ποιοτικά τα υγιή από τα μολυσμένα δείγματα. Για τα κονιορτ οποιημένα δείγματα, παρατηρήθηκε 91,8% ποσοστό επιτυχίας και η μεγαλύτερη ακρίβεια για τη διαφοροποίηση επιτεύχθηκε σε δύο φασματικές περιοχές: 1770,17-1721,20 cm-1 και 3034,51-2820,65 cm-1. Για το φιστικέλαιο με τη μέθοδο FTIR, παρατηρήθηκε 83,4% ποσοστό επιτυχίας και η μεγαλύτερη ακρίβεια για τη διαφοροποίηση επιτεύχθηκε σε δύο φασματικές περιοχές: 1772,26-1683,55 cm-1 και 3035,41-2821,35 cm-1. Για το φιστικέλαιο με τη μέθοδο Raman, παρατηρήθηκε 85,7% ποσοστό επιτυχίας και η μεγαλύτερη ακρίβεια για τη διαφοροποίηση επιτεύχθηκε σε δύο φασματικές περιοχές: 1681,03-1626,46 cm-1 και 1491,25-1400,70 cm-1. Το μοντέλο για τον ποσοτικό διαχωρισμό παρουσίασε ικανοποιητικό συντελεστή συσχέτισης (R2 = 0,91981), αλλά οι τιμές των RMSEC και RMSEP ήταν ιδιαίτερα υψηλές.

Pistachios are considered one of the most delicious and nutritionally excellent nuts due to their high content in unsaturated fat, minerals, vegetable protein and their antioxidant polyphenols. However, the nuts are likely to be affected by toxigenic fungal strains of Aspergillus sc Flavi, which produce aflatoxin, the most prominent group of mycotoxins in toxicological and economic terms. Sorting of contaminated pistachios and pistachio oil could be an excellent tool to remove nuts in which aflatoxin concentration is above legal limits and ensure that contaminated material does not enter the food chain. This study deals with the qualitative and quantitative separation of healthy and aflatoxin contaminated pistachios and pistachio oil applying the FTIR and Raman spectroscopy methods. The aim of the study is to investigate whether the time and cost consuming chromatographic analysis of aflatoxin could be replaced with the non-destructive for the sample and rapid FTIR and Raman methods. For the above purpose, four groups of pistachio samples were used: a) healthy b) naturally contaminated with aflatoxin c) artificially contaminated with toxigenic strains of Aspergillus flavus and d) artificially contaminated with non-toxigenic strains of Aspergillus flavus. Each sample was finely ground and a particle size separation was followed (500μ < size < 800μ). Μoisture and total fat content were determined according to the official 925.40 and 948.22 AOAC methods, respectively, while aflatoxin was measured by HPLC. Then, spectra of 49 ground samples and their oils were obtained using the FTIR (DRIFT and ZnSe techniques) and Raman methods. The above spectra were processed with OMNIC 7.3 software by means of Chemometrics (Discriminant Analysis) in the statistical TQ Analyst program in order to develop a model to discriminate qualitatively and quantitatively between healthy and contaminated pistachios. For the quantitative discrimination, HPLC analysis results were used. The obtained models could successfully classify qualitatively the healthy V from the aflatoxin contaminated samples. For ground samples, it was observed 91,8% success rate and the greatest accuracy for the differentiation was achieved in two spectral regions: 1770,17-1721,20 cm-1 and 3034,51-2820,65 cm-1. For pistachio oil with the FTIR method, it was observed 83,4% success rate and the greatest accuracy for the differentiation was achieved in two spectral regions: 1772,26-1683,55 cm-1 and 3035,41-2821,35 cm-1. For pistachio oil with the Raman method, , it was observed 85,7% success rate and the greatest accuracy for the differentiation was achieved in two spectral regions: 1681,03-1626,46 cm-1 και 1491,25-1400,70 cm-1. The model for the quantitative discrimination showed satisfactory correlation coefficient (R2 = 0,91981), but the values of RMSEC and RMSEP were high.