1H NMR jako narzędzie do oceny jakości olejów roślinnych

• Autorzy: Patrycja Słomczyńska , Paweł Siudem , Katarzyna Paradowska

Warianty tytułu

1H NMR as a Tool for Vegetable Oil Quality Assessment

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Wprowadzenie: Oleje roślinne pełnią ważną rolę zarówno w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym, jak i kosmetycznym. Są nie tylko źródłem substancji odżywczych, lecz także mogą stanowić nośnik substancji bioaktywnych jako składnik kremów czy emulsji. Niektóre oleje, jak np. oliwa z oliwek extra virgin, czy olej arganowy z powodu dużego zapotrzebowania przez konsumentów, jak i wysokiej ceny, mogą być obiektem zafałszowań tańszymi i łatwiej dostępnymi olejami. Stąd potrzeba opracowywania nowych metod badawczych umożliwiających szybkie rozpoznawanie takich zafałszowań, ale również pozwalających na ocenę jakości oleju np. w zmiennych warunkach przechowywania. Standardowo do oceny profilu kwasów tłuszczowych w oleju wykorzystuje się chromatografię gazową (GC). W ocenie jakości oleju bierze się pod uwagę również parametry oleju takie jak: liczba kwasowa, liczba nadtlenkowa czy liczba jodowa. Jednak zamiast wykonywać wszystkie wspomniane badania, parametry te można wyznaczyć również bezpośrednio z widm 1H NMR. Stąd duży potencjał zastosowań tej metody w szybkim, przesiewowym badaniu jakości olejów. Technika 1H NMR zyskuje w ostatnich latach na znaczeniu w badaniach jakości i składu żywności, w tym olejów roślinnych. W badaniach olejów wykorzystuje się również wielowymiarowe techniki NMR, czy analizę innych jąder (13C NMR). Celem pracy jest przedstawienie zastosowań najpowszechniej wykorzystywanej techniki 1H NMR.
Wyniki i wnioski: W artykule zawarto przykłady zastosowań tej metody w kontekście badań składu, jakości i autentyczności oliwy z oliwek, oleju konopnego i oleju arganowego jako olejów stosowanych (zarówno w kontekście spożywczym, medycznym lub kosmetycznym) oraz zyskujących coraz większą popularność wśród konsumentów. (abstrakt oryginalny)

EN

Background. Vegetable oils play an important role in the food, pharmaceutical and cosmetic industries. They are not only a source of nutrients, but also a carrier of bioactive substances as an ingredient of creams or emulsions. Some oils, like extra virgin olive oil or argan oil, due to high consumer demand and high prices, may be subject to adulteration by using cheaper and easily accessible oils. Hence, the need to develop new research methods enabling the quick identification of such adulterations, but also enabling the assessment of oil quality, e.g. in variable storage conditions. Typically, gas chromatography (GC) is used to assess the profile of fatty acids. Oil parameters such as acid number, peroxide value and iodine number are also assessed to determine oil quality. Nevertheless, instead of performing all the abovementioned tests, these parameters can also be determined directly from 1H NMR spectra. Hence, there is great potential for using this method in quick screening of oil quality. The 1H NMR technique has been growing in importance in recent years in researching the quality and composition of food, including vegetable oils. Multidimensional NMR techniques and analysis of other nuclei (13C NMR) are also used in the study of oils. The aim of this work is to present the applications of the most commonly used 1H NMR technique.
Results and Conclusions. The article contains examples of the application of this method in testing the composition, quality and authenticity of olive oil, hemp oil and argan oil as oils used (both in the food, medical or cosmetic context) and becoming more and more popular among consumers. (original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Olej jadalny; Oleje roślinne; Jakość produktu; Produkcja kosmetyków; Przemysł farmaceutyczny

EN

Edible oil; Vegetable oils; Product quality; Production of cosmetics; Pharmaceutical industry

• Czasopismo: Żywność: nauka - technologia - jakość
• Rocznik: 31 (2024)
• Numer: nr 1 (138)
• Strony: 47--65

Twórcy

autor

Patrycja Słomczyńska

• Koło Naukowe "Free Radicals"

autor

Paweł Siudem

• Warszawski Uniwersytet Medyczny

autor

Katarzyna Paradowska

• Warszawski Uniwersytet Medyczny

Bibliografia

• [1] Alonso-Salces R.M., Gallo B., Collado M.I., Sasía-Arriba A., Viacava G.E., García-González D.L., Toschi T.G, Servili M., Berrueta L. Á.: 1H-NMR fingerprinting and supervised pattern recognition to evaluate the stability of virgin olive oil during storage. Food Control, 2021, 123, 1-13.
• [2] Alonso-Salces R.M., Moreno-Rojas J.M., Holland V.M., Reniero F., Guillou C., Serra F., Segebarth, N.: NMR and Isotopic Fingerprinting for Food Characterisation. European Comission, 2007, EUR 22724, 1-24.
• [3] Aydar A., Bağdatlıoğlu N., Köseoğlu O.: Effect of ultrasound on olive oil extraction and optimization of ultrasound-assisted extraction of extra virgin olive oil by response surface methodology (RSM). Grasas y Aceites, 2017, 68 (2), 1-11.
• [4] Barceló-Coblijn G., Murphy E.J.: Alpha-linolenic acid and its conversion to longer chain n- 3 fatty acids: Benefits for human health and a role in maintaining tissue n- 3 fatty acid levels. Progress Lipid Res., 2009, 48 (6), 355-374.
• [5] Barthlott I., Scharinger A., Golombek P., Kuballa T., Lachenmeier D.W.: A quantitative 1H NMR method for screening cannabinoids in CBD oils. Toxics, 2021, 9 (6), 1-20.
• [6] Bourafai-Aziez A., Jacob D., Charpentier G., Cassin E., Rousselot G., Moing A., Deborde C.: Development, Validation, and Use of 1H-NMR Spectroscopy for Evaluating the Quality of Acerola- Based Food Supplements and Quantifying Ascorbic Acid. Molecules, 2022, 27 (17), 5614, 1-19.
• [7] Calò F., Girelli C.R., Angilè F., Del Coco L., Mazzi L., Barbini D., Fanizzi F.P.: 1H-NMR profiling shows as specific constituents strongly affect the international EVOO blends characteristics: The case of the Italian oil. Molecules, 2021. 26 (8), 1-15.
• [8] Cañabate-Díaz B., Carretero A.S., Fernández-Gutiérrez A., Vega A.B., Frenich A.G., Vidal J.M., Martos J.D.: Separation and determination of sterols in olive oil by HPLC-MS. Food Chem., 2007, 102 (3), 593-598.
• [9] Del Coco L., Schena F.P., Fanizzi F.P.: 1H nuclear magnetic resonance study of olive oils commercially available as Italian products in the United States of America. Nutrients, 2012, 4 (5), 343-355.
• [10] Dais P., Hatzakis E. Quality assessment and authentication of virgin olive oil by NMR spectroscopy: A critical review. Anal. Chim. Acta, 2013, 765, 1-27.
• [11] Eads T.M., Croasmun W.R.: NMR applications to fats and oils. 1988.
• [12] Ellis D.I., Dunn W.B., Griffin J.L,. Allwood J.W., Goodacre, R.: Metabolic fingerprinting as a diagnostic tool. Pharmacogenom.,2007 8 (9), 1243-1266.
• [13] Fotakis C., Kokkotou K., Zoumpoulakis P., Zervou M.: NMR metabolite fingerprinting in grape derived products: An overview. Food Res. Inter., 2013, 54 (1), 1184-1194.
• [14] Gertig H.: Bromatologia. Zarys nauki o żywności i żywieniu. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2015.
• [15] Girell, C.R., Calò F., Angilè F., Mazzi L., Barbini D., Fanizzi F.P.: 1H NMR spectroscopy to characterize Italian extra virgin olive oil blends, using statistical models and databases based on monocultivar reference oils. Foods, 2020, 9 (12), 1-15.
• [16] Guillaume D. Charrouf Z.: Argan oil and other argan products: Use in dermocosmetology. Eur. J. Lipid Sci.Technol., 2011, 113 (4), 403-408.
• [17] Guillén M.D., Ruiz A.: High resolution 1H nuclear magnetic resonance in the study of edible oils and fats. Trends Food Sci. Technol., 2001, 12 (9), 328-338.
• [18] Guillén M.D., Ruiz A.: Rapid simultaneous determination by proton NMR of unsaturation and composition of acyl groups in vegetable oils. Eur. J. Lipid Sci. Technol., 2003, 105 (11), 688-696.
• [19] Gunning Y., Jackson A.J., Colmer J., Taous F., Philo M., Brignall R.M., El Ghali T., Defernez M., Kemsley E.K.: High- throughput screening of argan oil composition and authenticity using benchtop 1H NMR. Magnetic Resonance Chem., 2020, 58 (12), 1177-1186.
• [20] Hatzakis E.: Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy in food science: A comprehensive review. Compreh. Rev. Food Sci. Food Safety, 2019, 18 (1), 189-220.
• [21] Ingallina C., Cerreto A., Mannina L., Circi S., Vista S., Capitani D., Spano M., Sobolev A.P., Ma- rini, F.: Extra-virgin olive oils from nine Italian regions: An 1H NMR-chemometric characterization. Metabolites, 2019, 9 (4), 1-12.
• [22] Kengne A.P., Bentham J. i in. Trends in obesity and diabetes across Africa from 1980 to 2014: an analysis of pooled population-based studies. Int. Epidem., 2017, 46 (5), 1421-1432.
• [23] Khallouki F., Mannina L., Viel S., Owen R.W.: Thermal stability and long-chain fatty acid positional distribution on glycerol of argan oil. Food Chem., 2008, 110 (1), 57-61.
• [24] Kolanowski W., Dlugolancuchowe wielonienasycone kwasy tluszczowe omega-3-znaczenie zdrowotne w obnizaniu ryzyka chorob cywilizacyjnych. Bromat. Chem. Toksykol., 2007, 40 (3), 229- 237.
• [25] Krishnan P., Kruger N., Ratcliffe R.: Metabolite fingerprinting and profiling in plants using NMR. J. Exp. Botany, 2005, 56 (410), 255-265.
• [26] Lairon D., Intervention studies on Mediterranean diet and cardiovascular risk. Mol. Nutr. Food Res., 2007, 51 (10), 1209-1214.
• [27] Leizer C., Ribnicky D., Poulev A., Dushenkov S., Raskin I.: The composition of hemp seed oil and its potential as an important source of nutrition. J. Nutraceuticals, Funct. Med. Foods, 2000, 2 (4), 35-53.
• [28] Merchak N., El Bacha E., Khouzam R.B., Rizk T., Akoka S., Bejjani J: Geoclimatic, morphological, and temporal effects on Lebanese olive oils composition and classification: A 1H NMR metabolomic study. Food Chem., 2017, 217, 379-388.
• [29] El Monfalouti H., Guillaume D., Denhez C., Charrouf Z.: Therapeutic potential of argan oil: a review. J.Pharm. Pharmacol., 2010, 62 (12), 1669-1675.
• [30] Olmo-Cunillera A., López Yerena A., Lozano Castellón J., Tresserra Rimbau A., Vallverdú Queralt A., Pérez M.: NMR spectroscopy: A powerful tool for the analysis of polyphenols in extra virgin olive oil. J. Sci. Food Agric., 2020, 100 (5), 1842-1851.
• [31] Owen R., Mier W., Giacosa A., Hull W.E., Spiegelhalder B., Bartsch H.: Phenolic compounds and squalene in olive oils: the concentration and antioxidant potential of total phenols, simple phenols, secoiridoids, lignansand squalene. Food Chem. Toxicol. 2000, 38 (8), 647-659.
• [32] Di Pietro M.E., Mannu A., Mele A.: NMR determination of free fatty acids in vegetable oils. Processes, 2020, 8 (4), 1-15.
• [33] Da Porto C., Decorti D., Tubaro F.: Fatty acid composition and oxidation stability of hemp (Cannabis sativa L.) seed oil extracted by supercritical carbon dioxide. Ind. Crops Prod., 2012, 36 (1), 401- 404.
• [34] Ray C.L., Gawenis J.A., Greenlief C.M., A new method for olive oil screening using multivariate analysis of proton NMR spectra. Molecules, 2021, 27 (1), 1-13.
• [35] Romero C., Brenes M., Yousfi K., García P., García A., Garrido, A.: Effect of cultivar and processing method on the contents of polyphenols in table olives. J. Agric. Food Chem., 2004, 52 (3), 479-484.
• [36] Rongai D., Sabatini N., Del Coco L., Perri E., Del Re P., Simone N., Marchegiani D., Fanizzi, F.P.: 1H NMR and multivariate analysis for geographic characterization of commercial extra virgin olive oil: A possible correlation with climate data. Foods, 2017, 6 (11), 1-10.
• [37] Rotondo A., Salvo A., Gallo V., Rastrelli L., Dugo G.: Quick unreferenced NMR quantification of Squalene in vegetable oils. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2017, 119 (11), 1-6.
• [38] Ruiz-Aracama A., Goicoechea E., Guillén M.D.: Direct study of minor extra-virgin olive oil components without any sample modification. 1H NMR multisupression experiment: A powerful tool. Food Chem., 2017, 228, 301-314.
• [39] De Santis S., Clodoveo M.L., Corbo F.: Correlation between chemical characterization and biological activity: an urgent need for human studies using extra virgin olive oil. Antioxidants, 2022, 11 (2), 1-11.
• [40] Siudem P., Wawer I., Paradowska K.: Rapid evaluation of edible hemp oil quality using NMR and FT-IR spectroscopy. J. Mol. Struct., 2019, 1177, 204-208.
• [41] Siudem, P., Zielinska A., Kowalska V., Paradowska K.: 1H NMR and chemometric methods in verification of hemp-seed oil quality. J. Pharm. Biomed. Anal., 2022, 212, 1-5.
• [42] Shi T., Zhu M., Zhou X., Huo X., Long Y., Zeng X., Chen Y.: 1H NMR combined with PLS for the rapid determination of squalene and sterols in vegetable oils. Food Chem. 2019, 287, 46-54.
• [43] Triyasmono L., Schollmayer C., Schmitz J., Hovah E., Lombo C., Schmidt S., Holzgrabe U.: Simultaneous determination of the saponification value, acid value, Ester value, and iodine value in com- mercially available red fruit oil (Pandanus conoideus, lam.) using 1H qNMR spectroscopy. Food Anal. Methods, 2023, 16 (1), 155-167.
• [44] Vigli G., Philippidis A., Spyros A., Dais P.: Classification of edible oils by employing 31P and 1H NMR spectroscopy in combination with multivariate statistical analysis. A proposal for the detection of seed oil adulteration in virgin olive oils. J. Agric. Food Chem., 2003, 51 (19), 5715-5722.
• [45] Worldwide production major vegetable oils, https://www.statista.com/statistics/263933/ production- of-vegetable-oils-worldwide-since-2000/, [dostęp 2023-09-11].
• [46] Wspólne Rozporządzenie Delegowane Komisji Europejskiej, 2022/2104 z dnia 29 lipca 2022 r. uzupełniające rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 1308/2013 w odniesieniu do norm handlowych dotyczących oliwy z oliwek oraz uchylające rozporządzenie Komisji (EWG) nr 2568/91 i rozporządzenie wykonawcze Komisji (UE) nr 29/2012.
• [47] Wu G., Han S., Li X., Karrar E., Xu L., Jin Q., Zhang H., Wang, X.: Effect of the phenolic extract of Camellia oleifera seed cake on the oxidation process of soybean oil by 1H nuclear magnetic resonance during frying. LWT-Food Sci. Technol., 2021,. 150, 1-9.

Identyfikatory

DOI

10.15193/zntj/2024/138/486