Tesis
Desarrollo de métodos quimiométricos mediante espectroscopia FTIR-HATR para cuantificar parámetros químicos y perfil de ácidos grasos cis y trans en margarina
Fecha
25/01/2011Registro en:
Hernández Martínez, Diana Maylet. (2009). Desarrollo de métodos quimiométricos mediante espectroscopia FTIR-HATR para cuantificar parámetros químicos y perfil de ácidos grasos cis y trans en margarina. (Maestría en Ciencias en Alimentos). Instituto Politécnico Nacional, Sección de Estudios de Posgrado e Investigación, Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, México.
Autor
Hernández Martínez, Diana Maylet
Institución
Resumen
ABSTRACT: The identification and quantification of fatty acids in food are very important quality
characteristic due to health implications, especially trans fatty acids (TFA). Margarines are
among the major sources of TFA in the diet, due to the partial oil hydrogenation involved in their
processing. In this investigation project, two methods were developed by using Fourier transform
infrared spectroscopy (FTIR) with horizontal attenuated total reflectance (HATR) coupled to
multivariate analysis. One method predicts the the fatty acid profile and chemical composition of
margarines. The other one classifies margarine samples into two possible groups, one with less
than 2.0 g TFA /100 g fat and other with more than 2.0 g TFA / 100 g fat. Classification is in
accordance with the Official Danish Standard which is the more rigorous around the word
respect to TFA. Samples of forty-two commercial margarines were analyzed in terms of total fat,
moisture, salt and fatty acids content, in addition, FTIR-HATR margarine spectra were obtained.
Chemical parameters for total fat, moisture and salt content, range between 39 –84.5%, 14.5-
59% and 0.3-2.6%, respectively. Fatty acids profile showed that the concentration of TFA,
saturate fatty acid (SFA), monounsaturated fatty acid (MUFA) and polyunsaturated fatty acid
(PUFA), range between 0-34.06%, 17.17-54.20%, 15.26 -34.49% and 4.02-53.89% (g/100 g fat),
respectively. HATR-FTIR spectra were processed in the Spectrum Quant+ software in order to
develop a chemometric model to quantify the chemical parameters described above. The best
model was obtained using the PLS1 algorithm, obtaining a determination coefficients (R2) greater
than 0.994 for the different chemical parameters and standard errors of calibration (SEC) and
prediction (SEP estimated) less than 0.3815 and 0.482, respectively. Furthermore, FTIR-HATR
spectra were processed in Assure ID Software to develop a SIMCA model which showed 100%
correct classification rate of both margarines with less than 2.0 g TFA/100 g margarine fat and
more than 2.0 g TFA/100 g margarine fat. The chemometric models developed showed effective
results of several parameters at the same time, without sample pretreatments or large amounts
of reagents, in approximately 10 minutes, while the separate steps of traditional analysis
normally take hours. This shows the great potential of Chemometrics. RESUMEN: La identificación y cuantificación de los tipos de ácidos grasos en los alimentos son características de calidad muy importantes, debido a las implicaciones en la salud que tienen los ácidos grasos y en particular los ácidos grasos trans (TFA, por sus siglas en inglés). Las margarinas se encuentran entre las principales fuentes de TFA en la dieta, debido a la hidrogenación parcial involucrada durante su procesamiento. En el presente trabajo de investigación se desarrollaron dos métodos rápidos usando espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) con reflectancia total atenuada (HATR) acoplada al análisis multivariante. Un método predice la composición química, perfil de ácidos grasos y proporciones entre ácidos grasos que indican la calidad nutricional de las margarinas. El otro método clasifica muestras de margarina en dos posibles grupos, uno con menos de 2.0 g TFA / 100 g de grasa
(considerados aptos para el consumo humano) y otro con más de 2.0 g TFA / 100 g de grasa. La clasificación es de acuerdo a la Norma Oficial Danesa que es la más rigurosa a nivel mundial respecto a los TFA. Se analizaron 42 margarinas comerciales en cuanto a su contenido de grasa total, humedad, sal y contenido de ácidos grasos, y se obtuvieron los espectros FTIRHATR de las muestras. Los parámetros químicos de grasa total, humedad y sal de las muestras variaron entre 39–84.5%, 14.5-59% y 0.3-2.6%, respectivamente. El perfil de ácidos grasos mostró que la concentración de los TFA, ácidos grasos saturados (SFA), ácidos grasos monoinsaturados (MUFA) y ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) varió entre 0-34.06%, 17.17-54.20%, 15.26-34.49% y 4.02-53.89% (g/100g grasa), respectivamente. Los espectros FTIRHATR se procesaron en el software Spectrum Quant+ para desarrollar un modelo quimiométrico que cuantificara los parámetros químicos antes descritos. El mejor modelo se obtuvo utilizando el algoritmo PLS1 obteniéndose coeficientes de determinación (R2) > 0.994 para los diferentes parámetros químicos y errores estándar de calibración (SEC) y de predicción (SEP estimado) <0.3815 y 0.482, respectivamente. También, los espectros FTIR-HATR fueron procesados en el software Assure ID para desarrollar el modelo SIMCA, con el modelo optimado se obtuvo un % de reconocimiento del 100% tanto para las margarinas con menos de 2.0 g TFA/100 g grasa y con más de 2.0 g TFA/100 g grasa. Los modelos quimiométricos desarrollados mostraron se efectivos para obtener resultados de varios parámetros a la vez, sin la necesidad de pretratar la muestra o el uso de grandes cantidades de reactivos y en un tiempo aproximado de 10 minutos; en tanto que los análisis tradicionales normalmente tomarían cerca de 24 hrs por separado, esto demuestra el enorme potencial de la Quimiometría.