Il controllo della qualità nell'industria alimentare è una questione chiave che richiede metodi rapidi, efficienti e selettivi in grado di discriminare i prodotti, rilevare adulterazioni fraudolente o accidentali e identificare il contenuto di alcuni biomarcatori all'interno di un particolare processo di condizioni di conservazione. In questo senso, la spettroscopia Raman in combinazione con le proprietà ottiche delle nanostrutture metalliche è una tecnica potente che può essere implementata nell'analisi degli alimenti.
La spettroscopia Raman amplificata dalla superficie (SERS) è una tecnica che sfrutta le proprietà ottiche delle nanostrutture di metalli nobili (es. nanosfere d'oro o d'argento) per potenziare i segnali Raman delle molecole adsorbite sulla superficie del metallo. I cambiamenti nel materiale, nella geometria e nelle dimensioni delle strutture metalliche consentono la modulazione nel miglioramento di queste nanoantenne uniche. Questo progresso ha portato a molte applicazioni, inclusa la progettazione di sensori nuovi e selettivi con limiti di rilevabilità inferiori per i metaboliti alimentari al fine di adattarsi alle esigenze dell'agricoltura e dell'industria. Inoltre, SERS riduce al minimo il tempo di acquisizione e riduce la quantità di campione necessaria.
A tal proposito, questo report mostra come funziona il dispositivo Raman portatile i-Raman Plus 785 può essere utilizzato in combinazione con nanotriangoli d'oro modificati per sviluppare un metodo di quantificazione alternativo per la trigonellina. Questo alcaloide è un biomarcatore presente in diversi alimenti, come caffè e quinoa, che fornisce potenziali benefici per la salute e la cui degradazione termica (ad esempio, durante il processo di tostatura dei chicchi di caffè verde) rende possibile la formazione di diversi composti aromatici e di sapore. Ad esempio, un infuso di caffè potrebbe contenere circa 2,3 mM di trigonellina e ci potrebbero essere circa 30-65 μmol di trigonellina in un grammo di chicchi di caffè verde, che sarebbe un indicatore di qualità e potrebbe essere testato utilizzando questa tecnica.
I nanotriangoli d'oro modificati con acido mercaptopropionico sono stati utilizzati come nanoantenne per quantificare la concentrazione di soluzioni di trigonellina dal segnale SERS. Le nanostrutture sono state ottimizzate per migliorare i segnali tra 700-800 nm di lunghezza d'onda.
Le curve di calibrazione sono state preparate utilizzando l'area dek picco a1034 cm-1 e confrontato con la tradizionale spettroscopia Raman. I risultati mostrano i vantaggi della tecnica, che includono limiti di rilevabilità inferiori, e il potenziale di questo metodo per quantificare la trigonellina negli alimenti.
Strumentazione: spettrometro portatile i-Raman Plus con eccitazione laser a 785 nm, range shift Raman 150-2800 cm-1, tempo di integrazione di 50 sec, 10 scansioni e portacuvette per liquidi con cammino ottico di 10 mm.
Campioni: soluzioni acquose trigonellina standard comprese tra 10,0 mM e 0,5 mM. Nanotriangoli d'oro modificati con acido mercaptopropionico e sospesi in acqua deionizzata (AuNTs).
Una soluzione di 250 mM di trigonellina è stata analizzata utilizzando la spettroscopia Raman convenzionale. Lo spettro dentro la Figura 1 mostra un segnale intenso a 1034 cm-1, corrispondente alla modalità di respirazione dell'anello piridinico, che potrebbe essere utilizzata per monitorare la concentrazione di questo composto nell'acqua.
Quattro set indipendenti a cinque diverse concentrazioni sono stati analizzati nell'intervallo 0,5 mM e 10 mM mediante spettroscopia Raman convenzionale e SERS. Quest'ultimo richiede un passaggio aggiuntivo in cui i nanotriangoli d'oro modificati vengono miscelati con le soluzioni di trigonellina (trigonellina: nanotriangoli d'oro = 15:2) prima che i campioni vengano scansionati. In tutti i casi, il segnale forte osservato a 1034 cm-1 è stato monitorato e l'area del picco compreso nella finestra spettrale 1010-1045 cm-1 è stata utilizzata per determinare la concentrazione dell'alcaloide. Sulla base dei risultati e delle curve di calibrazione (figura 2) è stato possibile osservare un miglioramento del rapporto segnale/rumore di SERS rispetto agli spettri Raman convenzionali a parità di condizioni sperimentali. I risultati mostrano che è possibile rilevare concentrazioni inferiori a 0,5 mM utilizzando questo metodo.
In sintesi, descriviamo un metodo semplice per quantificare la presenza di trigonellina diluita nelle soluzioni utilizzando la spettroscopia Raman amplificata dalla superficie come strumento che potrebbe potenzialmente migliorare il processo di controllo della qualità di prodotti alimentari come caffè e quinoa.
Application Notes correlate
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Vorremmo ringraziare Angeline Saldaña Ramos, Yulán Hernandez e la Prof. Betty C. Galarreta del Departamento de Ciencias – Sección Química, Pontificia Universidad Católica del Perú per aver condiviso i risultati della ricerca.
- Galarreta, BC; Hernandez, Y.; Saldaña Ramos, A. "Sintesi e applicazione di nanotriangoli dell'oro e del nastro di un metodo di valutazione di un potenziale alcaloide terapeutico: la trigonelina" Dirección de Gestión de la Investigación (DGI-2016-352) PUCP.
- Galarreta, BC; Maruenda, H. "Spettroscopio vibrazionale e risonanza magnetica nucleare e controllo del calibro di caffetteria organica peruano e caffetteria istantanea" Direzione di gestione della ricerca (DGI-2014-078) PUCP.
- Aroca, R. "Spettroscopia vibrazionale di superficie" John Wiley & Figli, 2016.
- Jaworska, A.; Malek, K.; Marzec, km; Baranska, M. “Nicotinamide e trigonellina studiati conspettroscopia FT-Raman con superficie migliorata” Spettroscopia vibrazionale (2012) 63,469-476.
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