Implementation and validation of the analysis method for paralytic shellfish toxins (PST) by HPLC with fluorescence detection (HPLC-FLD)

Pintor, Marc Bello

http://hdl.handle.net/10400.1/27106

Use this identifier to reference this record.

Name:	Description:	Size:	Format:
85962 Thesis report_MARC BELLO PINTOR.pdf		2 MB	Adobe PDF	Download

Send Feedback

Authors

Pintor, Marc Bello

Advisor(s)

Leal, Joana Ferreira

Cristiano, Maria de Lurdes

Abstract(s)

O crescimento contínuo da população leva a um aumento da procura de alimentos. Uma opção viável é a exploração sustentável dos recursos marinhos. Nas últimas décadas, o consumo de marisco tem crescido consideravelmente. No entanto, atualmente, menos de 3% dos alimentos consumidos a nível mundial são de origem marinha. Embora os produtos do mar tenham um elevado valor nutricional, a sua qualidade é muitas vezes questionada devido à presença de substâncias nocivas para o organismo, por exemplo substâncias orgânicas tóxicas provenientes da descarga de efluentes, microplásticos, ou complexos de catiões de metais pesados. Outro problema relacionado com a exploração de alimentos de origem marinha é a proliferação de algas tóxicas, eventos conhecidos como Harmful Algal Blooms (HABs). Este fenómeno é especialmente preocupante porque estas algas servem de alimento a outros organismos marinhos, que bioacumulam as toxinas. Geralmente, as toxinas não têm efeitos nocivos para os organismos marinhos. Todavia, o seu consumo em concentrações elevadas pode ser prejudicial para os humanos. Existem várias classes de toxinas, que estão distribuídas em cinco grupos principais, com base nos seus efeitos tóxicos: envenenamento paralisante por marisco (PSP), envenenamento amnésico por marisco (ASP), envenenamento neurotóxico por marisco (NSP), envenenamento diarreico por marisco (DSP) e envenenamento por azaspirácidos (AZP). As toxinas PSP estão entre as que causam os efeitos mais graves para a saúde, podendo levar à morte. A sua estrutura é formada por um sistema tricíclico 3,4-propinoperhidropurina e dois grupos guanidina, com carga positiva nos sistemas pirimidina e imidazol. Atualmente são conhecidas mais de 50 toxinas derivadas da saxitoxina, a principal representante do grupo PSP. A análise quantitativa destas toxinas tem sido trabalhosa devido, por exemplo, às variações na polaridade associadas às diferenças nas estruturas químicas e à presença de epímeros. O método de análise mais adequado é o HPLC-FLD com derivatização pré-coluna. Esta derivatização baseia-se em reações de oxidação, utilizando peróxido para toxinas não-N-hidroxiladas e periodato para toxinas N-hidroxiladas. O trabalho descrito nesta dissertação centrou-se na implementação e validação do método HPLC-FLD para a análise de toxinas PSP. A principal diferença entre o sistema utilizado e o método oficial é o comprimento da coluna de HPLC, que é maior no sistema utilizado nesta investigação. Para cumprir o objetivo principal foram utilizados os onze materiais de referência certificados (CRMs) de toxinas PSP disponíveis no mercado: C1&2, dcGTX2&3, dcSTX, GTX2&3, Implementation and validation of the analysis method for paralytic shellfish toxins by HPLC-FLD. Page | 5 GTX5 e STX (toxinas não-N-hidroxiladas) e C3&4, dcNEO, GTX6, GTX1&4 e NEO (toxinas N hidroxiladas). Todos os padrões foram primeiramente analisados sem derivatização, para avaliar a possível presença de compostos naturalmente fluorescentes. Nenhum deles apresentou uma relação sinal-ruído (S/N) distinguível. De seguida, todos os CRMs foram derivatizados para avaliar os tempos de retenção (RT), a forma dos picos, a reprodutibilidade e os produtos de oxidação. Foram observados picos simétricos e reprodutíveis para todos eles. O número de produtos de oxidação experimentais corresponde aos teóricos estabelecidos no método oficial. Além disso, a variação do RT de cada pico foi inferior a 0,2 min, conforme exigido pelo método oficial. De seguida foram preparadas curvas de calibração das toxinas, individualmente ou em misturas, tendo sido testadas e otimizadas diferentes gamas de concentração. Para as toxinas não-N-hidroxiladas foram consideradas duas misturas: Mix 1, contendo GTX2&3, GTX5 e STX; e Mix 2, contendo C1&2, dcGTX2&3 e dcSTX. As gamas de concentração para as toxinas não-N hidroxiladas foram de 0,10-1,50 µM, exceto para a STX, que foi de 0,20-1,50 µM. A resolução dos picos cromatográficos foi superior a 1,5, exceto para C1&2-dcSTX, que foi de 1,4. No caso das toxinas N-hidroxiladas foram preparadas curvas de calibração para cada toxina individualmente. Os intervalos de concentração foram de 0,20-1,50 µM para C3&4 e GTX6, 0,35-1,00 µM para dcNEO e 0,40-1,50 µM para NEO e GTX1&4. Para cada curva de calibração foi calculado o coeficiente de determinação (R2 ). Os valores obtidos (R2 ≥ 0,998) foram sempre superiores ao exigido pelo método oficial. Foram também calculados os limites de deteção (LOD) e os limites de quantificação (LOQ), a partir de cada curva de calibração. Para as toxinas não-N-hidroxiladas os valores de LOQ variaram entre 0,04 µM (dcGTX2&3) e 0,16 µM (STX), enquanto para as toxinas N-hidroxiladas variaram entre 0,10 µM (GTX6) e 0,36 µM (GTX1&4). Para todas as toxinas, os respetivos LOQ são inferiores à concentração mais baixa da gama linear, cumprindo os critérios estabelecidos. Foi também calculado o erro relativo associado às réplicas de injeção no HPLC FLD em cada dia de análise (RSDinstrumental) e o erro relativo entre análises independentes (RSDinterbatch). Os valores obtidos dependem da toxina e da sua concentração, mas foram sempre inferiores a 3% e 25%, respetivamente, que são os limites estabelecidos pelo método oficial. Posteriormente foi preparada uma mistura com todas as toxinas e foi avaliada a sua separação através da extração em fase sólida (SPE-C18 seguida de SPE-COOH). As toxinas não-N hidroxiladas foram quantificadas após a SPE-C18 e as toxinas N-hidroxiladas foram quantificadas nas três frações obtidas na SPE-COOH. As toxinas não-N-hidroxiladas apresentaram recuperações entre os 75 e os 132%. Para as toxinas N-hidroxiladas, foi conseguida uma recuperação de 99% para a GTX6, enquanto as restantes toxinas apresentaram valores acima dos 120%, o que é explicado principalmente pela coeluição de alguns picos. Mais experiências são necessárias para otimizar estes resultados. Paralelamente à validação do método analítico, foi estudado o efeito de diferentes concentrações nitrato-nitrito e fosfato no crescimento das algas produtoras de toxinas PSP (Gymnodinium catenatum). Para tal, as concentrações destes nutrientes foram primeiramente quantificadas numa amostra de água da Ria Formosa (Algarve, Portugal), utilizando a análise de fluxo contínuo. A concentração média para o nitrato-nitrito foi de 81,1 ± 8,4 µM, enquanto as concentrações de fosfato são inferiores ao LOQ (3,2 µM). Com base nestes resultados, foram preparadas culturas de G. catenatum em duas condições diferentes: à mesma concentração de nitrato-nitrito na água previamente quantificada e ao dobro da concentração de nitrato-nitrito (e fosfato). As culturas foram cultivadas durante 14 dias, tendo-se observado uma maior taxa de crescimento na presença de maiores concentrações de nitrato-nitrito e fosfato. Por fim, as culturas foram filtradas e congeladas para futuras análises do perfil de toxinas e da toxicidade total, após a completa otimização e validação do método de análise.

Seafood emerges as an effective and sustainable option to mitigate food shortages associated with the population growth. However, the consumption of seafood can be dangerous when high concentrations of toxins are present. Paralytic shellfish toxins (PST) are among those that appear most frequently throughout the world, and have the most severe consequences for human health. The official method for their analysis is the HPLC-FLD with precolumn oxidation (AOAC 2005.06). This research aimed the implementation and validation of the HPLC-FLD method for the PST analysis, using a system with conditions slightly different from those of the official method, namely, the column length. For that, the eleven CRMs of PST available on the market (non-N-hydroxylated: C1&2, dcGTX2&3, dcSTX, GTX2&3, GTX5 and STX; N-hydroxylated: C3&4, dcNEO, GTX6, GTX1&4 and NEO) were used. All CRMs had symmetric and reproducible peaks. The variation of retention time for each peak (1.5 all, except for C1&2- dcSTX>1.4), the determination coefficient (R2>0.998), RSDinstrumental.