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Detecció ràpida de perills químics en els aliments
Dr. Massimo Castellari IRTA - Programa de Seguretat Alimentària
“Mètodes ràpids en higiene i seguretat alimentària”
Jornada tècnica MONELLS, dimecres 28 de maig de 2014
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En los alimentos, a lo largo de la cadena de producción, transformación y distribución, pueden acumularse, intencionalmente o no, distintas clases de compuestos químicos que constituyen un peligro y un posible riesgo que debe ser analizado de una manera eficaz, con el objeto de poder garantizar al consumidor la inocuidad de dichos alimentos.
Riesgo – probabilidad de que se dé un efecto adverso en la salud de la población expuesta, como consecuencia de la existencia de un peligro en el alimento.
Peligro - cualquier agente biológico, químico o físico presente en un medio (agua, aire, alimento, etc..) que tiene la potencialidad de producir efectos adversos en la salud.
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Principales peligros químicos en los alimentos
sustancias químicas, extrañas a los componentes naturales de los alimentos, se clasifican como:
Residuos de medicamentos veterinarios utilizados en la crianza de los animales
(antibioticos, coccidiostáticos, antibióticos, hormonas, etc.)
Residuos de Pesticidas
utilizados en campo y post-cosecha
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Contaminantes
: sustancias introducidas no intencionalmente en los alimentos, durante las etapas de producción, almacenamiento o distribución o procedentes del medio ambienteMicotoxinas (aflatoxinas, OTA, patulina, etc..)
Contaminantes Orgánicos Persistentes (dioxinas, PCBs) Metales pesados, radionúclidos, etc ..
Materiales en contacto con alimentos (envases)
Contaminantes de proceso (acrilamida, restos de desinfectantes) Tóxicos naturales (alcaloides)
Compuestos indeseados
(alérgenos, aminas biógenas)
Compuestos no permitidos y practicas fraudulentas
colorantes artificiales no autorizados (Sudan IV, verde malachita..), melamina
Peligros químicos..
Medicamentos veterinarios - > 200 autorizados Pesticidas - > 800 autorizados
Materiales en contacto con alimentos (lista positiva) Aditivos alimentarios (lista positiva)
Micotoxinas – aflatoxinas, fumonisinas, OTA, etc..
Contaminantes de neo-formación -
HMF, acrilamida, nitrosaminas, etc..
Contaminantes medioambientales
( 175 dioxins, 209 PCBs, PAH, etc..)
Sustancias no autorizadas para uso alimentario (¿?)
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Las medidas preventivas y los planes de control centrados en las primeras etapas de la cadena son los más efectivos…
Europa ha desarrollado un marco legislativo integral basado en el control de la seguridad alimentaria a lo largo de toda la cadena alimentaria
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Nuevos retos para asegurar la seguridad alimentaria
• Nuevas fuentes de suministro y una larga cadena alimentar: mercado global, difícil de controlar
• Cambios climáticos y en el medioambiente
• Los estándares y la sensibilidad inherentes a la seguridad alimentar pueden ser muy diferente en distintos países
• La moderna producción de alimentos incluye un gran numero de materias primeras y ingredientes adquiridos en el mercado global. La larga cadena alimentar hace que el seguimiento y la trazabilidad sean complicados.
La existencia de organismos específicos encargados de verificar su cumplimiento no ha impedido que a pesar de los controles oficiales (o debido a su eficacia) se han ido registrado varias alertas alimentarias graves en los últimos años:
• Acetato de Medroxyprogesterona en carne de cerdo (Holanda 2002)
• Sudan IV en chili (desde 2002)
• Verde malachita en pescado (desde 2005)
• Aceite mineral en aceite de girasol procedente de Ucraina (2008)
• Melamina en pienso (2007-2008) y leche (2008)
• Dioxinas en pienso (2010)
• Carne de caballo y phenylbutazone (2013)
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Dioxins, 2010-2011
Como se extiende la amenaza ………
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Mas importantes que nunca es la disponibilidad de ensayos rápidos y eficaces para aumentare la confianza en la cadena alimentaria que sean:
• rápidos
• de alto rendimiento
• baratos
• multianalito
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¿que significa “detección” o “análisis” rápida?
¿..cromatografia rapida?
¿ ..espectrometria de masas de “super-ultra-hyper” alta resolución?
¿....biosensores ?
¿..procesar muchas muestras por hora?
¿ ..metodos multianalito?
¿..y rápido en comparación a que..?
Resultado analítico
[c]ppb
Pre-tratamiento de la muestra
(extracción, purificación)
Muestreo
Análisis
(separación, detección)
Procesamiento
de los datos
¿Hay peligros químicos en un alimento?
“Target Analysis”
(compuestos definidos a priori)
“Target analysis”
Búsqueda predefinida de pocos compuestos (10-100) o de moléculas previamente incluidas en una base de datos (150-500 compuestos).
“Target Analysis”
(compuestos definidos a priori)
Métodos de
“Screening”
Métodos de Confirmación
“Target” Análisis
Análisis de compuestos predefinidos
y/o conocidos
Requiere la definición de las condiciones especificas de extracción, pre-tratamiento de la muestra y análisis instrumental para el compuesto/grupo de compuestos predefinidos.
¿Hay peligros químicos en un alimento?
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Los métodos de CRIBADO o de “screening”:
Se caracterizan por la posibilidad de analizar un elevado número de muestras con poco instrumental o con equipos pocos complejos y en poco tiempo.
Deben ser rápidos, robustos, relativamente baratos
Permiten descartar las muestras negativas y volver a analizar las muestras halladas positivas mediante técnicas de laboratorio más sofisticadas.
Con ellos se trata sobretodo de evitar falsos negativos (<5%) y reducir el coste y el tiempo de análisis.
Algunos falsos positivos se pueden aceptar, porque se
confirmarán posteriormente por otros métodos analíticos.
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Técnicas
Cromatográficas
TLC, HPLC, GC
Separación de la molécula y empleo de sistemas de
detección específicos (MS, FLD, DAD)
Técnicas Inmunológicas
ELISA, Biosensores
Interacción entre analito y un elemento de reconocimiento especifico (anticuerpo, aptamero, polimero de huella molecular).
Técnicas Biológicas
Inhibición del crecimiento de
microorganismos o líneas celulares
Técnicas
Espectroscópicas
UV-Vis, NIR, Raman, THz
Interacción de las ondas
electromagnéticas con la materia
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QuEChERS
Quick, Easy, Cheap, Effective, Rugged and Safe
Pre-tratamiento de la muestra (1)
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Purificación de la muestra on-line (LC)
Pre-tratamiento de la muestra (2)
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http://www.waters.com
Cromatografía liquida de ultra-alta resolución (UHPLC)
Técnicas cromatográficas (1)
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Fases estacionarias LC con particulas no porosas
http://www.phenomenex.com/Kinetex/CoreShellTechnology
Técnicas cromatográficas (2)
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GC bidimensional (2D)
Técnicas cromatográficas (3)
http://blog.restek.com/wp-content/uploads/2011/05/GCxGC-Pesticide-Std-Zoom.jpg
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Espectrometría de masas de alta resolución (1)
http://www.absciex.com/applications/food-and-beverage-testing/contaminants-in-food-discovery-testing?country=Spain
Técnicas cromatográficas (4)
21 http://www.chem.agilent.com
Espectrometría de masas de alta
resolución (2)
Técnicas cromatográficas (5)
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http://www.thermoscientific.com
Espectrometría de masas de alta
resolución (3)
Técnicas cromatográficas (6)
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Espectrometria de masas en “ambiente” y en tiempo real
http://www.ionsense.com/ http://www.kranalytical.co.uk
Técnicas cromatográficas (7)
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Screening rápido con ELISA
Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay
Analisis simultanea de multiples muestras
Los biosensores son dispositivos analíticos microelectrónicos miniaturizados . En la estructura de un biosensor se pueden diferenciar dos elementos distintos :
una biomolécula o componente biológico inmovilizado anticuerpo, enzima, ADN, proteína vegetal, célula , dotado de propiedades específicas de reconocimiento químico;
un dispositivo transductor (óptico, electroquímico, piezoeléctrico, acústico) el cual es capaz de convertir el proceso de bioreconocimiento de un analito, que está acompañado por una variación de algún parámetro fisicoquímico, en una señal, en general eléctrica u óptica, cuantificable.
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Los dos elementos se utilizan conjuntamente o están integrados en un único microsistema que normalmente incluye la microfluidica.
Entre las principales ventajas que presenta un biosensor ideal cabe destacar la posibilidad de realizar medidas de uno o varios analitos de forma selectiva
y Automatizable
http://www.randoxfooddiagnostics.com/ 27
Biosensores comerciales (1). Randox
https://www.biacore.com/lifesciences/company/index.html 28
Surface Plasmon Resonance (SPR)
Biosensores comerciales (2). Biacore
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Bioensayo para dioxinas
http://www.biodetectionsystems.nl/
CALUX
®Analisis simultanea de multiples muestras
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Espectroscopia Vis-NIR (1)
Analisis en “Real time”
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Espectroscopia Vis-NIR (2)
Analisis en “Real time”
¡..miles de compuestos no autorizados..!
Melamina - leche en polvo, piensos
Colorantes ilegales – Sudan IV, Verde malachita (chili, pescado) Acrilamida – paratas fritas, cereales para desayuno
BADGE – pescado envasado
ITX (2 –isopropyilthioxanthone ) – alimentos envasados Productos químicos & farmacéuticos para humanos
Técnicas de “Target” análisis..
Alta capacidad de detección de los compuestos predefinidos
Idóneas para los Controles Oficiales en un marco legal estrictamente definido
Eficaces en el control de calidad
¿Hay peligros químicos en un alimento?
“Target Analysis”
(compuestos definidos a priori)
“Target analysis”
Búsqueda predefinida de pocos compuestos (10-100) o de moléculas previamente incluidas en una base de datos (150-500 compuestos).
“Non-target Analysis”
(compuestos NO definidos a priori)
“Non-Target analysis”
Búsqueda no predefinida de moléculas no definidas previamente;
se buscan desviaciones del perfil analítico del alimento respecto a la norma.
¿Hay peligros químicos en el alimento?
“Target Analysis”
(compuestos definidos a priori)
Métodos de
“Screening”
Métodos de Confirmación
“Non-target Analysis”
(compuestos NO definidos a priori)
“Profiling fingerprint”
Primera Identificación del peligro
¿Hay peligros químicos en el alimento?
“Target Analysis”
(compuestos definidos a priori)
Métodos de
“Screening”
Métodos de Confirmación
“Non-target Analysis”
(compuestos NO definidos a priori)
“Profiling fingerprint”
Primera Identificación del peligro
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“Non-target analysis”....
Comparación de perfiles analíticos obtenidos con adquisición non pre-definida
Muestra “estándar” Muestra “incógnita”
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“Non-target analysis”
..es una búsqueda a ciegas.. Se buscan diferencias entre muestras
“autenticas” y muestras “incógnitas”, desviaciones respecto a la norma…
…sin saber exactamente lo que se está buscando
La ventaja es que se pueden identificar nuevas fuentes de
peligro que de otra forma pueden pasar desapercibidas….
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“Non-target Analysis”
La preparación de la muestra debe ser mínima y en cualquier caso la extracción debe ser inespecífica para cubrir un amplio rango de polaridades y propiedades fisico-químicas;
La adquisición de datos debe ser también inespecífica:
FTIR, Raman
LC, GC acoplados a detectores HRMS (full scan mode) NMR
El tratamiento de los datos se realiza mediante técnicas quimiometricas y de “pattern recognition” (modelización y clasificación de las muestras)
http://tellspec.com/ 39
