Perfluoroalkylated substances in food matrices: development of mass spectrometry based analytical methods and preliminary monitoring

Perfluoroalkylated substances are a group of chemicals that have been largely employed during the last 60 years in several applications, widely spreading and accumulating in the environment due to their extreme resistance to degradation. As a consequence, they have been found also in various types of food as well as in drinking water, proving that they can easily reach humans through the diet. The available information concerning their adverse effects on health has recently increased the interest towards these contaminants and highlighted the importance of investigating all the potential sources of human exposure, among which diet was proved to be the most relevant. This need has been underlined by the European Union through Recommendation 2010/161/EU: in this document, Member States were called to monitor their presence of in food, producing accurate estimations of human exposure. The purpose of the research presented in this thesis, which is the result of a partnership between an Italian and a French laboratory, was to develop reliable tools for the analysis of these pollutants in food, to be used for generating data on potentially contaminated matrices. An efficient method based on liquid chromatography-mass spectrometry for the detection of 16 different perfluorinated compounds in milk has been validated in accordance with current European regulation guidelines (2002/657/EC) and is currently under evaluation for ISO 17025 accreditation. The proposed technique was applied to cow, powder and human breast milk samples from Italy and France to produce a preliminary monitoring on the presence of these contaminants. In accordance with the above mentioned European Recommendation, this project led also to the development of a promising technique for the quantification of some precursors of these substances in fish. This method showed extremely satisfying performances in terms of linearity and limits of detection, and will be useful for future surveys.

Valorization of pomaces from the mechanical extraction of virgin olive oils in dairy animal feeding

This research work is aimed at the valorization of two types of pomace deriving from the extra virgin olive oil mechanical extraction process, such as olive pomace and a new by-product named “paté”, in the livestock sector as important sources of antioxidants and unsaturated fatty acids. In the first research the suitability of dried stoned olive pomace as a dietary supplement for dairy buffaloes was evaluated. The effectiveness of this utilization in modifying fatty acid composition and improving the oxidative stability of buffalo milk and mozzarella cheese have been proven by means of the analysis of qualitative and quantitative parameters. In the second research the use of paté as a new by-product in dietary feed supplementation for dairy ewes, already fed with a source of unsaturated fatty acids such as extruded linseed, was studied in order to assess the effect of this combination on the dairy products obtained. The characterization of paté as a new by-product was also carried out, studying the optimal conditions of its stabilization and preservation at the same time. The main results, common to both researches, have been the detection and the characterization of hydrophilic phenols in the milk. The analytical detection of hydroxytyrosol and tyrosol in the ewes’ milk fed with the paté and hydroxytyrosol in buffalo fed with pomace showed for the first time the presence in the milk of hydroxytyrosol, which is one of the most important bioactive compounds of the oil industry products; the transfer of these antioxidants and the proven improvement of the quality of milk fat could positively interact in the prevention of some human cardiovascular diseases and some tumours, increasing in this manner the quality of dairy products, also improving their shelf-life. These results also provide important information on the bioavailability of these phenolic compounds.

Strategie alimentari atte a incrementare il contenuto di Omega3 e CLA del latte

Tra i componenti naturali biologicamente attivi, e con cui è possibile arricchire il latte, notevole importanza rivestono gli acidi grassi Omega3 e i CLA. I ruoli benefici svolti da questi particolari lipidi si manifestano soprattutto nella regolazione dei processi infiammatori, nella prevenzione del diabete e delle malattie cardiovascolari; è inoltre dimostrato come i CLA abbiano attività anticancerogena e ipocolesterolemica, stimolino il sistema immunitario e prevengano l’insorgenza del diabete e delle malattie croniche non trasmissibili. Lo scopo di questo lavoro è stato quello di individuare, in condizioni sperimentali controllate e nelle comuni realtà di allevamento, le possibili strategie alimentari atte ad aumentare le concentrazioni di Omega-3 e CLA del latte vaccino, senza penalizzare i titoli di grasso del latte. I lavori sperimentali effettuati possono essere distinti in 3 fasi: una prima fase in cui l’oggetto principale delle ricerche svolte è stato l’incremento in acidi grassi Omega3 del latte, una seconda fase in cui l’obiettivo si è allargato anche all’incremento delle concentrazioni in CLA, e una terza fase che ha avuto come scopo quello di incrementare i livelli di Omega3 e CLA del latte senza penalizzare i titoli di grasso. Le strategie alimentari più efficaci si sono basate sulla modificazione degli apporti lipidici della razione attraverso la supplementazione con seme di soia o relativo olio, semi di lino o relativo olio, olii di pesce e acido stearico. Le ricerche svolte hanno evidenziato come, attraverso opportune ed accurate modulazioni degli apporti lipidici delle razioni, sia di fatto possibile innalzare i contenuti di acidi grassi della serie Omega3 e CLA nel latte vaccino, senza penalizzare i titoli del grasso del latte.

Ricerca di contaminanti in tessuti animali e in alimenti destinati all'uomo.

La contaminazione chimica rappresenta uno dei rischi principali per la sicurezza alimentare e può arrecare anche gravi danni alla salute umana. Rientrano in questa tesi di dottorato tre famiglie di contaminanti: Micotossine, Metalli e Insetticidi. La ricerca di aflatossina B1 è stata effettuata su 90 confezioni di farina, sia biologici sia convenzionali. La presenza della micotossina è stata rilevata solo nelle farine di mais. Solo un campione di produzione convenzionale ha superato il limite di 2 ppb definito per legge. Il dato di maggior rilievo è stato che il quantitativo di 5 grammi di campionamento si è dimostrato non rappresentativo sul totale della confezione commerciale di farina. Più attendibile si è invece dimostrato un campionamento di 20 grammi. L’aflatossina M1 è stata ricercata in 58 campioni di latte di cui 35 sono risultati positivi. Tuttavia, i livelli riscontrati erano costantemente inferiori al limite previsto per legge. Sono stati sottoposti a estrazione e purificazione, e analizzati con metodica HPLC-FL per la ricerca di Ocratossina A, 114 campioni di bile, 35 campioni di plasma, 40 campioni di rene prelevati da polli in Giordania. Le analisi hanno fornito risultati costantemente negativi. Sono stati analizzati 72 campioni (30 di muscolo, 29 di fegato e 13 di rene) prelevati da 30 bovini nel macello di Irbid (Giordania), di età compresa tra 8 e 30 mesi e provenienti da allevamenti diversi, per la ricerca di 13 elementi essenziali e non essenziali. In questo studio nessun campione supera i livelli massimi stabiliti dalla normativa europea per quanto riguarda gli elementi considerati. Infine, sono stati analizzati 37 campioni di latte ovino e 31 campioni di latte bovino, prelevati in Giordania in diversi allevamenti, per la ricerca di 4 neonicotinoidi (imidacloprid, acetamiprid, thiamethoxam e thiacloprid). I campioni, analizzati con sistema HPLC/MS/MS, sono risultati costantemente negativi ai quattro neonicotinoidi ricercati.

Valutazione della presenza di contaminanti perfluoroalchilici in alimenti destinati al consumo umano

Le sostanze perfluoralchiliche (PFAS), composti fluorurati ampiamente utilizzati negli ultimi anni in diverse applicazioni industriali e commerciali, sono ritrovati diffusamente nell’ambiente e in diverse specie animali. Recentemente i PFAS hanno destato preoccupazione anche per la salute umana. Il rischio di esposizione è principalmente legato alla dieta (i prodotti ittici sembrano essere gli alimenti più contaminati). Lo scopo di questo lavoro è stato quello di valutare la presenza del perfluorottanosulfonato (PFOS) e dell’acido perfluorottanoico (PFOA), in diverse matrici alimentari: latte vaccino commercialmente disponibile in Italia, latte materno italiano, diverse specie di pesce commercialmente disponibili in Italia e 140 branzini di diverse aree (principalmente Mediterraneo). I campioni di latte sono stati trattati con estrazione liquido-liquido seguita da due fasi di purificazione mediante cartucce SPE prima dell’iniezione nell’UPLC-MS/MS. L’analisi del latte vaccino ha evidenziato una contaminazione diffusa di PFOS, ma a basse concentrazioni (fino a 97 ng/L), mentre il PFOA è stato ritrovato raramente. In questo studio, in grado di individuare anche i livelli delle ultra-tracce, sono state osservate nel latte materno concentrazioni di 15-288 ng/L per il PFOS e di 24-241 ng/LPFOA. Le concentrazioni e le frequenze più alte, per entrambi i PFAS, sono stati ritrovate in campioni di latte forniti da donne primipare, suggerendo un rischio di esposizione per i primogeniti. Il metodo utilizzato per i campioni di pesce era basato su un’estrazione con solvente organico seguita da due fasi di purificazione: una con i sali e una con fase solida dispersiva. L’estratto, analizzato in UPLC-MS/MS, ha confermato la contaminazione di questa matrice a livelli significativi, ma anche l’alta variabilità delle concentrazioni misurate. Il monitoraggio monospecie ha mostrato una contaminazione rilevante (PFOS 11,1- > 10000 ng/L; PFOA < 9-487 ng/L), soprattutto nei branzini pescati, rispetto a quelli allevati.