Development of innovative analytical strategies for olive oil quality and authenticity assessment

Abstract

Olive oil (OO) is a highly appreciated food product due to its nutritional value and organoleptic properties, marketed worldwide. In spite of being one of the most regulated food products, its high economic value becomes a motivation for different types of fraudulent practices. Besides, some of the current official control procedures result inefficient to either detect emerging adulterants or verify some label-declared properties on OOs, thus triggering the opportunity of fraud. As a result, the latest official reports from the European Commission place OO on the top of the most notified food products in regards of fraud and non-conformities. In addition to the mistrust on the OO sector, fraudulent practices put food safety on great risk due to the loss of traceability. Therefore, emerging trends in food analysis should be considered in order to develop instrumental tools that support the current reference protocols. For this reason, the present thesis aims at contributing to guarantee OO quality and authenticity by developing prediction models based on suitable markers as well as the appropriate analytical and chemometric techniques, focusing on the enhancement of the following issues: i) supporting the organoleptic assessment of virgin OOs by the sensory panels, ii) detecting blends of OO with low amounts of other vegetable oils and, iii) verifying the geographical origin of virgin OOs. Pursuing the highest efficiency, authentication models have been developed following innovative untargeted approaches, such as profiling and fingerprinting, given the advantages over traditional target analyses. Virgin OO chromatographic fingerprints determined by HS-SPME-GC-MS were used to build classification models aiming at different purposes. Fingerprints of virgin OOs sesquiterpene hydrocarbon fraction proved to be successful for geographical authentication, from European label-declared oils to specific geographical indication schemes. This screening tool could serve as an instrumental support for the documental review process, which is currently performed by the control bodies to check the compliance with the mandatory label-declared origin. On the other hand, models based on virgin OO volatile fingerprints resulted the fit-for-purpose screening tool for the assignment of virgin OO commercial category (extra virgin, virgin or lampante OO). In order to provide full support to the sensory panel, together with the last tool focused on olfactory-related compounds, an accurate prediction of taste-related positive attributes in virgin OOs was also achieved by fluorescence spectroscopy. An untargeted profiling, achieved by a high-throughput technique such as shotgun triacylglycerol high-resolution mass spectrometry, was proposed to build authentication models discriminating genuine from adulterated OOs. The developed models allowed the detection of low concentrations of high-linoleic or high-oleic vegetable oils, including some considered as emergent adulterants. This authentication tool would allow an efficient screening according to the actual OO production rate. Additionally, a protocol to validate the analytical signal of chromatographic fingerprints has also been suggested. This would be a first step of a comprehensive validation procedure for untargeted methods, which is not currently available and it is required to achieve their transferability as future reference methods. Meanwhile, the promising strategies developed to assess the quality and authenticity of OOs could be soon implemented as screening tools to support the current reference methods and to guide control bodies’ inspections.

El aceite de oliva es un alimento muy apreciado por su valor nutricional y sus propiedades organolépticas, mundialmente comercializado. A pesar de ser uno de los productos alimentarios más regulados, su elevado valor económico resulta un factor motivacional para cometer prácticas fraudulentas de distinta tipología. Además, alguno de los métodos oficiales de control resulta ineficiente para detectar adulterantes emergentes o verificar propiedades presentes en la etiqueta, incrementando así la oportunidad de fraude. Como resultado, informes recientes de la Comisión Europea sitúan al aceite de oliva en cabeza de los productos más notificados por fraude o disconformidades. Además de la desconfianza generada en el sector del aceite de oliva, las prácticas fraudulentas ponen en riesgo la seguridad alimentaria ocasionado por la pérdida de trazabilidad. Por lo tanto, para el desarrollo de métodos instrumentales que den soporte a los actuales protocolos de control oficial, deberían considerarse las tendencias emergentes en análisis de alimentos. Por este motivo, la presente tesis doctoral tiene como objetivo contribuir al aseguramiento de la calidad y la autenticidad del aceite de oliva mediante el desarrollo de modelos de predicción basados en los marcadores adecuados, así como el empleo de técnicas analíticas y quimiométricas apropiadas, enfocados a la mejora de las siguientes cuestiones: i) proporcionar soporte a la evaluación organoléptica del aceite de oliva virgen efectuado por el panel de cata, ii) detectar mezclas de aceite de oliva con pequeñas cantidades de otros aceites vegetales y, iii) verificar el origen geográfico de los aceites de oliva vírgenes. Buscando la máxima eficiencia, los modelos de autenticación se han desarrollado siguiendo aproximaciones de tipo untarget, como los llamados profiling o fingerprinting, dadas las ventajas que estos métodos ofrecen en comparación con el análisis tradicional de tipología target. Los fingerprints cromatográficos de los aceite de oliva vírgenes, analizados por HS-SPME-GC-MS, se emplearon para la construcción de modelos de clasificación con distintos objetivos. Los fingerprints correspondientes a la fracción de hidrocarburos sesquiterpénicos mostraron resultados satisfactorios para la autenticación geográfica, tanto para la verificación de aceites declarados europeos como para comprobar el cumplimiento con determinados sellos de calidad certificada relacionados con el origen, como son las denominaciones de origen protegidas. Dicha herramienta de cribado podría servir como soporte instrumental al actual proceso de revisión documental, que es llevado a cabo por los organismos de control pertinentes para verificar el origen que debe ser declarado obligatoriamente en la etiqueta de los aceite de oliva vírgenes. Por otro lado, los modelos basados en el fingerprint de compuestos volátiles del aceite de oliva virgen resultaron ser la herramienta apta para la asignación de las categorías comerciales (aceite de oliva extra virgen, virgen y lampante). Para aportar un soporte completo al panel de cata, junto al último método instrumental que está enfocado en los atributos olfativos, se logró predecir los atributos gustativos positivos del aceite de oliva virgen mediante espectroscopía de fluorescencia. El untargeted profiling conseguido mediante una técnica de alto rendimiento como es el análisis de tipo shotgun de triglicéridos por espectrometría de masas de alta resolución, fue propuesto para el desarrollo de modelos de autenticación que discriminan aceites de oliva genuinos de adulterados. Dichos modelos permitieron la detección de bajos niveles de aceites vegetales ricos en ácido linoleico o en ácido oleico, algunos de ellos considerados adulterantes emergentes. Esta herramienta de autenticación permitiría un cribado eficiente acorde con la producción actual de aceite de oliva. En la presente tesis, se ha sugerido un protocolo de validación de la señal analítica de los fingerpints cromatográficos. Este sería el primer paso hacia un proceso de validación completo de los métodos untargeted, que actualmente no está disponible y es necesario para lograr su transferencia a futuros métodos de referencia. No obstante, las estrategias prometedoras desarrolladas para evaluar la calidad y autenticidad de los aceites de oliva podrían ser implementadas pronto como herramientas de cribado para apoyar los métodos de referencia actuales o bien guiar las inspecciones de los organismos de control.