Synteza, charakterystyka oraz zastosowanie nowych sorbentów do zatężania bisfenoli z próbek żywności

W ostatnich latach zarówno surowce wykorzystywane do produkcji żywności jak i sama żywność narażona jest na coraz większe zanieczyszczenia, do których może dojść już podczas jej wytwarzania, pakowania lub przechowywania. Bisfenole to związki, które mogą migrować z opakowań do przechowywanej żywności, a poprzez potwierdzoną wysoką aktywność endokrynologiczną stanowią istotne zagrożenie dla zdrowia człowieka. Ze względu na niskie zawartości bisfenoli w produktach spożywczych, niezbędne jest wieloetapowe przygotowanie i oczyszczenie badanych próbek. Ponadto próbki żywności są szczególnie wymagające ze względu na ich różną oraz skomplikowaną matrycę. Obecnie większość metod zatężania bisfenoli polega na zastosowaniu klasycznych kolumienek do ekstrakcji do fazy stałej. W ramach niniejszej rozprawy opracowane zostały nowe sorbenty oraz procedury analityczne pozwalające na skuteczne wydzielanie i zatężanie bisfenoli z próbek żywności za pomocą ekstrakcji do fazy stałej. Pierwsza część badań dotyczyła charakterystyki oraz wykorzystania sorbentu z nadrukiem cząsteczkowym (MIP, ang. molecularly imprinted polymers). MIP-y to sorbenty posiadające wnęki wiążące, komplementarne pod względem wielkości i kształtu do cząsteczki- wzorca. Po usunięciu wzorca powstają specyficzne miejsca wiązania dla cząsteczek identycznych (MIP) lub o podobnej strukturze jak wzorzec (DMIP, ang. dummy molecularly imprinted polymers). W dalszej części rozprawy podjęto również próby syntezy polimerów wrażliwych na bodźce zewnętrzne (SR-MIP, ang. stimuli-responsive molecularly imprinted polymers) takie jak zmiana pH oraz temperatury. Wszystkie sorbenty dokładnie scharakteryzowano fizykochemicznie, wyznaczono również parametry kinetyczne oraz równowagowe sorpcji bisfenoli. Pomimo początkowych obiecujących wyników nie udało się z sukcesem zsyntetyzować SR-MIP-ów wrażliwych na pH oraz temperaturę. Jednak dalsze badania pozwoliły na wykorzystanie uzyskanych polimerów (mikrożeli) do ekstrakcji bisfenoli, ponieważ mikrożelowe sorbenty wykazywały bardzo dużą pojemność sorpcyjną w stosunku do bisfenoli. Kolejnym etapem badań było opracowanie procedury przygotowania próbek i ekstrakcji (dobór masy sorbentu, eluentu do wymycia itd.) analizowanych związków z żywności. Do oznaczania bisfenoli wykorzystano wysokosprawną chromatografię cieczową z detekcją fluorescencyjną oraz UV (HPLC-UV/FLD, ang. high performance liquid chromatography coupled with UV and fluorescence detector). Optymalizacja warunków rozdzielenia chromatograficznego bisfenoli (dobór kolumny, eluentu i jego przepływ) pozwoliła na dokonanie analizy ilościowej w próbkach żywności takich jak kapusta kiszona i ogórki kiszone (w opakowaniach oznaczonych nr 7 – tworzywa inne) oraz żywności w puszkach (warzywa, owoce w syropie, napoje energetyczne). Przedstawione wyniki badań przyczyniły się do poszerzenia wiedzy z zakresu wykorzystania mikrożeli jako sorbentów. Opublikowana przeze mnie praca [1] jest jedną z nielicznych, w których mikrożel zastosowano jako sorbent w ekstrakcji związków ze skomplikowanej matrycy jaką jest żywność. Rezultaty przedstawione w ramach niniejszej rozprawy doktorskiej pozwoliły na opracowanie efektywnych procedur analitycznych umożliwiających ekstrakcję oraz oznaczanie bisfenoli w próbkach żywności [1-2]. Zsyntetyzowane sorbenty (MIP-y oraz mikrożele) są dobrą alternatywą do klasycznych sorbentów stosowanych w ekstrakcji do fazy stałej, a ich zastosowanie w kontroli jakości żywności, może przyczynić się do skuteczniejszej analizy bisfenolu A oraz jego analogów.

In recent years, both raw materials used in food production and food itself are exposed to the increasing contamination, which can occur during their production, packaging or storage. Bisphenols are compounds which can migrate from packaging to stored food, and due to their proven high endocrine activity, they pose a significant threat to human health. Due to the low concentration of bisphenols in food products, it is necessary to prepare and clean the samples in many stages. Moreover, food samples are particularly demanding due to their different and complex matrix. Most of the methods of preconcentration of bisphenols focus on the use of classic solid-phase extraction columns. As a part of this dissertation, novel sorbents and analytical procedures were developed to allow the separation and preconcentration of bisphenols from food samples using solid-phase extraction technique. The first part of the research was devoted to the characterization and use of molecularly imprinted polymers (MIP). MIPs are sorbents with binding cavities, complementary in size and shape to the template molecule. After removal of the template, specific binding sites are created for molecules of substances identical (MIP) or similar in structure to the template (DMIP, dummy molecularly imprinted polymers). Later in the dissertation, attempts were made to synthesize stimuli-responsive molecularly imprinted polymers (SR-MIP), which will respond to the changes in the pH and temperature. All the synthesized sorbents were thoroughly physiochemically characterized, and the kinetic and equilibrium parameters of bisphenol sorption were determined. Despite the initial promising results, the pH and temperature sensitive SR-MIPs were not successfully synthesized. However, further research allowed the use of the obtained polymers (microgels) for the extraction of bisphenols, as microgel sorbents showed a very high sorption capacity for bisphenols. The next stage of the research was about the development of the sample preparation and extraction procedure (such as selection of the mass of the sorbent, choosing the appropriate solvent for the elution, etc.) of the analyzed compounds from food. High performance liquid chromatography coupled with UV and fluorescence detector (HPLC-UV/FLD) was used for the determination of bisphenols. Optimization of the chromatographic conditions for the separation of bisphenols (selection of the column, eluent and the flow rate) allowed for a quantitative analysis in food samples such as sauerkraut and pickled cucumbers (in packages marked No. 7 - other materials) and canned food (vegetables, fruit in syrup, energy drinks). The presented research results contributed to the broadening the knowledge in the use of microgels as sorbents. The published paper [1] is one of the few works in which a microgel was used as a sorbent for the extraction of compounds from complex food matrix. The results presented in this doctoral dissertation allowed for the development of effective analytical procedures enabling the extraction and determination of bisphenols in food samples [1-2]. The synthesized sorbents (MIPs and microgels) are a good alternative to the classical sorbents usually used for solid-phase extraction, and their application in food quality control laboratories may contribute to more effective analysis of bisphenol A and its analogues.