Advanced non-targeted methodologies applied to food authenticity

Abstract

La presente tesi di dottorato è incentrata sugli approcci analitici “proattivi” utilizzati per garantire l’integrità e autenticità dei prodotti alimentari. I moderni programmi di sorveglianza sono fondamentalmente basati su strategie reattive, includendo al loro interno uno nuovo rischio solo dopo il verificarsi di gravi intossicazioni alimentari. Tuttavia, tale approccio si è dimostrato inadeguato a proteggere la salute dei consumatori nel medio-lungo periodo. Anche se la priorità rimane la sicurezza (e.g. chimica e biologica) degli alimenti, il presente manoscritto si è focalizzato sulla “Food Authenticity” – attributo qualitativo che riveste oggi sempre maggiore importanza per il consumatore. Ad oggi, molte strategie proattive sono state implementate a livello manageriale, ma lo stesso approccio viene richiesto nei punti di controllo, attraverso metodi analitici che siano adatti al rilevamento di frodi alimentari. Il potenziale degli emergenti “non-targeted analytical approaches” è stato investigato assieme alle sfide scientifico-analitiche da affrontare nello sviluppo di tali protocolli. Tre studi scientifici sono stati condotti sullo sviluppo “non-targeted fingerprinting methods” basati su diverse tecnologie (i.e., spettroscopia vibrazionale, naso elettronico, spettrometria di massa) ed applicati per l’autenticazione di miele, olio d’oliva ed erbe aromatiche essiccate. Vantaggi e svantaggi di tali metodi sono stati elencati assieme a considerazioni sull’odierno utilizzo della chemometria. Infine, prospettive future e lacune da colmare sono state illustrate secondo il punto di vista dell’autore.

The present dissertation deals with the transition from reactive to proactive approaches for ensuring food integrity and authenticity, thoroughly discussed from the analytical perspective. Current food surveillance programmes normally start monitoring a specific health hazard after an incident occur; yet, such approach has proven to be ineffective in protecting consumers over the medium/long-term period. Although the main concern still remains the safety of food products, the present thesis addresses the subject matter of food authenticity - a quality-related aspect ever more claimed by the consumers. While several proactive strategies have been proposed and tested at the management level, this thesis focuses on the monitoring stage, where reliable analytical methods accounting for the disguising nature of food adulteration are increasingly demanded. The potential of emerging non-targeted analytical approaches for food fraud detection has been investigated and the scientific/analytical challenges to be faced for their development and implementation in routine analysis have been described. Three scientific studies (Section 2), focusing on the development of suitable and fit-for-purpose non-targeted fingerprinting methods, have been carried out. In particular, diverse detection principles (i.e. vibrational spectroscopy, electronic noses, ambient mass spectrometry) have been tested for the authentication of different food commodities (i.e. honey, olive oil, dried herbs). The advantages over traditional analytical protocols and the intrinsic drawbacks of non-targeted fingerprinting-based methods are reviewed in Section 3, along with considerations on the use (and misuse) of chemometrics in the data treatment workflow. Finally, future perspectives of non-targeted approaches and the gaps to be bridged for boosting their relevant implementations in official food controls are illustrated from the author’s standpoint.