Desarrollo de metodologías analíticas para la caracterización y autenticación de fármacos y alimentos derivados de productos naturales de origen vegetal y ricos en polifenoles

Abstract

En los últimos años, el consumo de productos naturales ha aumentado enormemente. Cada vez más, los consumidores prefieren una línea natural para la alimentación, medicinas, cosméticos y hasta perfumería, en lugar de consumir productos procesados o preparados sintéticamente. La obtención de productos naturales suele tener un coste más elevado que la de productos sintéticos o procesados, debido a múltiples factores como por ejemplo la necesidad de cumplir con ciertos parámetros de calidad. Por ello, cada vez es más fácil encontrar en el mercado productos naturales con diferentes logos o etiquetas que garantizan su composición natural, su elaboración y su procedencia. La regulación de los productos naturales varía a nivel mundial y además depende del tipo de producto comercializado. Sin embrago, el fraude en los productos naturales sigue siendo una práctica muy extendida que busca principalmente el beneficio económico, ya sea a través de un aumento en las ventas o mediante la reducción de los costes de producción. Esta práctica es muy difícil de combatir, debido principalmente a la globalización del comercio, la complejidad de las cadenas de suministro, las diferencias políticas regulatorias entre cada país y el hecho de que la responsabilidad legal principal se delega de forma predeterminada en los fabricantes. El fraude es un término colectivo que abarca la sustitución, la adición, la manipulación, la tergiversación de ingredientes o envases, o declaraciones falsas o engañosas sobre un producto para beneficio económico. Por tanto, el fraude de un producto natural abarca desde la adulteración del producto hasta un etiquetado incorrecto con la finalidad de obtener un beneficio económico a costa del consumidor. Sin embargo, se debe considerar que el fraude no solo tiene consecuencias económicas sino que también representa importantes problemas de salud cuando se agregan sustancias prohibidas (y puede que tóxicas). Por lo tanto, se requiere el desarrollo de nuevas metodologías analíticas para garantizar la integridad y autenticidad de los productos naturales, considerando también que su adulteración se ha vuelto cada vez más sofisticada, a menudo especialmente diseñada para evitar la detección mediante análisis de rutina. La cromatografía líquida es una de las técnicas de separación más eficaces para garantizar la integridad y autenticidad de los productos naturales. Normalmente se emplean dos enfoques principales: análisis dirigidos y no dirigidos. El análisis dirigido se basa en la determinación específica de un grupo dado de sustancias químicas seleccionadas como los compuestos polifenólicos. La concentración y distribución de estos compuestos obtenidos por LC acoplada a espectrometría de masas de baja resolución (LRMS) o espectrometría de masas de alta resolución (HRMS), pueden emplearse como descriptores químicos para lograr la autenticación de los productos naturales mediante métodos quimiométricos. Por el contrario, los enfoques no dirigidos (basados en la obtención del perfil metabolómico) se basan en las respuestas instrumentales LC-LRMS y LC-HRMS sin asumir ningún conocimiento previo de sus componentes. En este trabajo, se han desarrollado varias estrategias por LC-LRMS y LC-HRMS dirigidas y no dirigidas en combinación con métodos quimiométricos multivariados (análisis de componentes principales y análisis discriminante de mínimos cuadrados parciales) para abordar la clasificación y autentificación de los varios productos naturales y alimentos. Las diferentes metodologías se aplicaron con éxito en muestras de arándanos rojos, arándano azul, uva, frambuesa y productos farmacéuticos a base de arándano rojo, para garantizar su composición en función de la fruta de origen, así como muestras de pimentón de la Vera, pimentón de Murcia y pimentón procedente de la República Checa con la finalidad de garantizar las denominaciones de origen (DOP) y sus diferentes variedades de sabor.

In recent years, the consumption of natural products has increased enormously. Nowadays, consumers prefer a natural production line for food, medicine, cosmetics and even perfumery, instead of consuming processed or synthetically prepared products. Obtaining natural products usually has a higher cost than synthetic or processed ones, due to multiple factors such as the need to comply with certain quality parameters. For this reason, it is becoming easier to find natural products on the market with different logos or labels that guarantee their natural composition, their production and their origin. The regulation of natural products varies worldwide and also depends on the type of product marketed. However, fraud in natural products continues to be a very widespread practice that seeks primarily economic benefit, either through an increase in sales or by reducing production costs. This practice is very difficult to prevent, mainly due to the globalization of trade, the complexity of supply chains, the regulatory political differences between each country and the fact that the main legal responsibility is delegated by default to the manufacturers. Fraud is a collective term that encompasses the substitution, addition, manipulation, misrepresentation of ingredients or packaging, or false or misleading statements about a product for financial gain. Therefore, the fraud of a natural product ranges from the adulteration of the product to an incorrect labeling in order to obtain an economic benefit at the expense of the consumer. However, it must be considered that fraud not only has economic consequences but also represents significant health problems when prohibited (and maybe toxic) substances are added. Therefore, the development of new analytical methodologies is required to guarantee the integrity and authenticity of natural products, considering also that their adulteration has become increasingly sophisticated, often specially designed to avoid detection by routine analysis.

Liquid chromatography is one of the most effective separation techniques to ensure the integrity and authenticity of natural products. Two main approaches are typically used: targeted and non-targeted analysis. Targeted analysis is based on the specific determination of a given group of selected chemicals such as polyphenolic compounds. The concentration and distribution of these compounds obtained by LC coupled to low- resolution mass spectrometry (LRMS) or high-resolution mass spectrometry (HRMS) can be used as chemical descriptors to achieve the authentication of natural products by chemometric methods. In contrast, non-targeted approaches (based on metabolomic fingerprinting) are based on the LC-LRMS and LC-HRMS instrumental responses without assuming any prior knowledge of their components.

In this work, several targeted and non-targeted LC-LRMS and LC-HRMS strategies have been developed in combination with multivariate chemometric methods (principal component analysis and partial least squares regression-discriminant analysis) to address the classification and authentication of several natural products and food. The different methodologies were successfully applied with samples of cranberries, blueberries, grapes, raspberries and cranberry-based pharmaceutical products, to guarantee their composition depending on the fruit of origin, as well as samples of La Vera, Murcia and Czech Republic paprika in order to guarantee the designations of origin (PDO) and their different flavor varieties.