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Desarrollo de técnicas de análisis de alimentos para combatir contaminantes emergentes

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Desarrollo de técnicas de análisis de alimentos para combatir contaminantes emergentes

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La contaminación de los alimentos no es un problema nuevo; es por eso que los productores de alimentos se preocupan de realizar evaluaciones de riesgo y mantener sus operaciones lo más higiénicas posible. Pero en los últimos años, el surgimiento de una nueva clase de contaminantes se ha convertido en una preocupación importante paraLa industria.

Estos contaminantes emergentes, también conocidos como contaminantes de preocupación emergente
1 puede ingresar al suministro de agua y la cadena alimentaria a través de las aguas residuales industriales 2 e incluyen medicamentos, productos para el cuidado personal, productos químicos agrícolas y microplásticos. Estos compuestos no fueron diseñados para ser ingeridos con alimentos de esta manera y, como resultado, sus efectos sobre la salud humana y animal en general aún no se comprenden bieny potencialmente peligroso.

Dados los riesgos potenciales que se presentan a los consumidores, un número cada vez mayor de estos contaminantes se examinan ahora de forma rutinaria en la industria alimentaria. En la actualidad, esto se hace principalmente con la ayuda de
espectrometría de masas Técnicas MS, como la espectrometría de masas de alta resolución HRMS o la espectrometría de masas en tándem MS / MS, pero los científicos están continuamente tratando de desarrollar métodos nuevos y mejorados para hacer frente a estos riesgos emergentes.

Dos desarrollos interesantes que se están investigando actualmente son la aplicación de nuevos métodos de EM y el desarrollo de biosensores electroquímicos basados ​​en aptámeros para la detección rápida y económica de residuos de contaminantes emergentes.

Yendo más allá con la espectrometría de masas


La MS es una técnica analítica extremadamente sensible, lo que significa que los contaminantes emergentes presentes incluso en el nivel de partes por billón se pueden detectar de manera efectiva. Como resultado, los métodos HRMS y MS / MS se han vuelto ampliamente utilizados para la detección de contaminantes emergentes.
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“Para HRMS, una de las ventajas clave es que una muestra se puede analizar retroactivamente, por lo que no es necesario tener una idea de cuáles son los compuestos objetivo con anticipación. Siempre que se determinen los fragmentos y las masas empíricas,uno puede armar el rompecabezas de qué contaminantes hay en el material ”, dijo un científico de alimentos, autor y consultor de la industria alimentaria.
Dr. Bryan Le .

Pero si bien estos métodos son efectivos, aún están abiertos a mejoras. Anteriormente, los métodos solían centrarse en una sola clase de contaminante a la vez, lo que dificulta el estudio de múltiples riesgos potenciales. Dada la gran diversidad química de los contaminantes emergentes, existe una necesidad real de un método analítico más "universal" que pueda detectar un alcance más amplio de residuos contaminantes potenciales en una sola ejecución.

En 2008, Mol et al.
4 desarrolló el primer método integral que era capaz de combinar el cribado de varias clases de sustancias dentro de un procedimiento analítico. Ha continuado el desarrollo de métodos de clases múltiples, que culminó con la publicación de un artículo en Química analítica y bioanalítica 5 a principios de este año que describe un enfoque de clases múltiples capaz de cubrir más de 1000 sustancias únicas en una sola ejecución analítica.

Este método utilizado
cromatografía líquida con espectrometría de masas en tándem LC-MS / MS para estudiar más de 1000 compuestos en 2 matrices de piensos para ganado y fue desarrollado y validado internamente por investigadores del Universidad de Recursos Naturales y Ciencias de la Vida y el Centro austriaco de competencia para la calidad, seguridad e innovación de piensos y alimentos . Con el interés de minimizar la carga de trabajo asociada con el método, los investigadores optaron por utilizar un método simple de preparación de muestras de "diluir y disparar".

“Los contaminantes químicos son los más adecuados para [la detección con] esta tecnología, para este enfoque de EM, y hay muchos usos potenciales”, dijo la Dra. Angela Anandappa, directora fundadora de la organización sin fines de lucro
Alianza para el saneamiento avanzado y un instructor en ciencia de los alimentos y evaluación de riesgos en Northeastern University.

“Espero que veamos muchos más puntos de referencia para residuos de plaguicidas y contaminantes similares que se puedan monitorear a través de esta tecnología. En todos estos casos, es importante que usemos las últimas herramientas y estándares de referencia para que los nuevos y emergentesLos riesgos para la inocuidad de los alimentos se pueden identificar y clasificar mejor antes de que se puedan hacer anuncios de éxito ”.

De hecho, será necesario un mayor desarrollo y perfeccionamiento de estos métodos de clases múltiples antes de que sea probable que esta técnica desafíe la EM / EM y HRMS tradicionales en el laboratorio de pruebas promedio. Por ejemplo, los investigadores detrás de la nueva Química analítica y bioanalítica el documento también informa problemas actuales con la “gestión de datos abrumadora” en algunas ejecuciones analíticas. Pero con una mayor validación, el grupo de investigación cree que la implementación de pautas de desempeño sensatas sobre este tema podría abrir la puerta a nuevas posibilidades para la detección simultánea de contaminantes.

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Otras vías de innovación en las pruebas de alimentos se han alejado por completo del enfoque de EM.

Los residuos de antimicrobianos son una de las clases de contaminantes emergentes más relevantes para la industria alimentaria. Este tipo de contaminación tiende a afectar a los productos alimenticios de origen animal, en particular, debido al uso de antimicrobianos en la cría de animales. Por lo general, estos se analizan para utilizar fisicoquímicostécnicas como LC-MS / MS, pero también se pueden detectar mediante pruebas inmunológicas p. ej.,
ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas ELISA o pruebas en placa microbiológica.

Los biosensores han surgido recientemente como una nueva vía de desarrollo para superar algunas de las limitaciones de estos métodos existentes. Si bien las técnicas microbiológicas son económicas, pueden carecer de sensibilidad para algunos tipos de medicamentos antimicrobianos. Los ensayos inmunológicos son rápidos y sensibles a una amplia gama dede antimicrobianos, pero el costo de esta prueba puede crecer drásticamente a medida que aumenta el número de familias de antimicrobianos para las que se requiere detección. Técnicas como LC-MS / MS ofrecen la mejor sensibilidad pero son extremadamente costosas. Los investigadores en el campo creen que los biosensores efectivospodría representar una solución de prueba portátil más barata que aún conserva una buena sensibilidad.

aptasensores electroquímicos
6 son una de las principales tecnologías que se proponen para este propósito. Se trata de una clase de biosensor que utiliza un aptámero, el nombre que se le da a una molécula de ADN o ARN monocatenario, como elemento de reconocimiento del biosensor. Este aptámero puede fácilmentemodificarse químicamente para garantizar una buena afinidad por las moléculas diana en cuestión y puede funcionalizarse aún más con nanomateriales para mejorar una variedad de características de rendimiento, incluidas la sensibilidad y la estabilidad.

“Los sensores basados ​​en aptámeros son tecnologías analíticas de vanguardia que son altamente sensibles a una amplia variedad de analitos, incluidos iones de metales pesados, toxinas, patógenos y moléculas pequeñas”, explicó el Dr. Le.

“Gran parte de la investigación se ha concentrado en usos de diagnóstico en el campo médico, por lo que la tecnología aún no se encuentra en la práctica estándar para aplicaciones alimentarias y no existen fabricantes comerciales a gran escala de sensores basados ​​en aptámeros utilizados para detectar contaminantes alimentarios. Sin embargo, los aptámeros son más rentables que los sensores basados ​​en anticuerpos y serían valiosos para la detección in situ de contaminantes. Son una nueva tecnología prometedora que reducirá el costo de los ensayos de tipo ELISA que utilizan aptámeros en lugar de anticuerpos como plataforma de unión ".

Una revisión científica reciente
7 de aptasensores electroquímicos para la detección de antimicrobianos en productos alimenticios encontró numerosos casos en los que los dispositivos de prueba de concepto pudieron detectar y cuantificar medicamentos antimicrobianos de manera eficaz en una muestra determinada. Detectar el uso de antibióticos ampliamente prohibidos como el cloranfenicol 8 parece ser un área de particular interés, 7 ya que es crucial evitar falsos positivos en estos casos. La especificidad del aptasensor electroquímico podría usarse con gran ventaja aquí.

La revisión también destaca algunas áreas para mejoras futuras. Lo más importante es que estos sensores aún deben probarse en más muestras del mundo real. Se encontraron varios estudios en la revisión que informaron metodologías capaces de analizar muestras de leche
efectivamente, 9 pero aún debe demostrarse que la técnica es útil para analizar alimentos sólidos. Se deben realizar ensayos de validación adicionales antes de que estos aptosensores electroquímicos puedan considerarse más que una prueba de concepto. Aún así, a partir de la literatura existente, esclaro que esta técnica tiene muchas promesas potenciales para el futuro.

El uso de plaguicidas en la agricultura industrial, antimicrobianos en la cría de animales y el uso generalizado de productos de cuidado personal y medicamentos es una necesidad ineludible en la vida moderna. Mientras este sea el caso, es fundamental que los científicos tengan la capacidad deLa EM de clases múltiples y el desarrollo de biosensores baratos pero sensibles son solo dos de las vías que los científicos están explorando actualmente para combatir la amenaza que presentan los contaminantes emergentes, pero es muy alentador queAmbas técnicas muestran una promesa considerable para el futuro.

Referencias

1. Contaminantes emergentes. Servicio geológico de EE. UU. http://www.usgs.gov/mission-areas/water-resources/science/emerging-contaminants?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects . Consultado el 21 de mayo de 2021.

2. Beadle A. Contaminantes emergentes en el agua: fuentes, efectos y tratamientos. Redes de tecnología. http://www.news-courier.com/applied-sciences/articles/emerging-contaminants-in-water-sources-effects-and-treatments-296802 . Publicado en 2018. Consultado el 21 de mayo de 2021.

3. Farré M, Barceló D, Barceló D. Análisis de contaminantes emergentes en alimentos. TrAC Trends Anal Chem . 2013; 43: 240-253. Doi: 10.1016 / j.trac.2012.12.003

4. Mol HGJ, Plaza-Bolaños P, Zomer P, De Rijk TC, Stolker AAM, Mulder PPJ. Hacia un método de extracción genérico para la determinación simultánea de plaguicidas, micotoxinas, toxinas vegetales y medicamentos veterinarios en matrices de piensos y alimentos. Química anal . 2008; 80 24: 9450-9459. Doi: 10.1021 / ac801557f

5. Steiner D, Malachová A, Sulyok M, Krska R. Desafíos y direcciones futuras en el desarrollo de métodos multiclase basados ​​en LC-MS para la cuantificación de contaminantes alimentarios. Anal Bioanal Chem . 2021; 413 1: 25-34. Doi: 10.1007 / s00216-020-03015-7

6. Di Pietrantonio F, Cannatà D, Benetti M. Capítulo 8 - Tecnologías de biosensores basadas en nanomateriales. Micro y nano tecnologías . Elsevier; 2019: 181-242. Doi: 10.1016 / B978-0-12-814401-5.00008-6

7. Gaudin V. Contribución de los nanomateriales al desarrollo de aptasensores electroquímicos para la detección de residuos de antimicrobianos en productos alimenticios. quimiosensores . 2021; 9 4. Doi: 10.3390 / quimiosensores9040069

8. La FAO insta a los países a que dejen de utilizar cloranfenicol en la producción animal. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. http://www.fao.org/asiapacific/news/detail-events/en/c/47419/ . Publicado el 24 de enero de 2002.

9. Mohammad Danesh N, Ramezani M, Sarreshtehdar Emrani A, Abnous K, Taghdisi SM. Un nuevo aptasensor electroquímico basado en la estructura en forma de arco del conjugado de hebra complementaria de aptámero y exonucleasa I para la detección sensible de estreptomicina. Biosens Bioelectron. 2016; 75: 123-128. Doi: 10.1016 / j.bios.2015.08.017

Conozca al autor
Alexander Beadle
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