Chemometric characterisation of cypriot traditional cheese Halloumi

Abstract

Το τυρί Χαλλούμι είναι παραδοσιακό κυπριακό τυρί και ανήκει στην κατηγορία των λευκών τυριών, τα οποία διατηρούνται σε άλμη νορού (ορρό γάλακτος). Το παραδοσιακό αυτό τυρί, το οποίο, σύμφωνα με ιστορικές πηγές, παρασκευαζόταν στην Κύπρο από αιώνων με τη χρήση αποκλειστικά από αιγοπρόβειο γάλα, έχει γίνει γνωστό διεθνώς και αποφέρει σημαντικό οικονομικό όφελος στην κυπριακή οικονομία, λόγω της εξαιρετικής του ποιότητας. Τη δεκαετία του 1980, ψηφίστηκε εθνική κυπριακή νομοθεσία για την προστασία της γαλακτοκομικής βιομηχανίας, η οποία προνοούσε ότι απαραίτητα πρέπει να περιέχεται σημαντικό ποσοστό αιγινού ή/και πρόβειου γάλακτος σε οποιοδήποτε τυρί πωλείται ως Χαλλούμι, χωρίς καθορισμένα ποσοστά ή όρια. Με σκοπό τη διατήρηση των χαρακτηριστικών του Χαλλουμιού, η πιο πάνω νομοθεσία τροποποιήθηκε το 2012 και προνοεί τη σταδιακή υποχρεωτική ποσόστωση αιγοπρόβειου γάλακτος στο 51% (πενήντα ένα τοις εκατό). Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας μεθόδου ικανής να προσδιορίζει και να αναγνωρίζει τη ζωική προέλευση του γάλακτος στο Χαλλούμι. Προτείνεται, λοιπόν, μια ποιοτική μέθοδος για τη διάκριση του τυριού Χαλλούμι, σχετικά με τη μοναδικότητά του ως προς άλλα τυριά, που παρασκευάζονται είτε στην Κύπρο είτε σε άλλες χώρες και προσομοιάζουν με το Χαλλούμι. Για την εξυπηρέτηση των στόχων αυτής της διατριβής, έγινε λήψη πολλών φασμάτων χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία Fourier Transformed Infrared (FTIR) και φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου (1H-NMR). Προτού ληφθούν οι φασματικές μετρήσεις, όλα τα δείγματα υποβλήθηκαν σε προκατεργασία με την τεχνική λυοφιλίωσης (ξήρανση υπό κατάψυξη). Επίσης, η στατιστική ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων των φασματοσκοπικών δεδομένων φάνηκε να είναι πολύ σημαντική για τη διάκριση του τυριού Χαλλούμι. Τα φάσματα αναλύθηκαν στατιστικά με το λογισμικό SIMCA, εφαρμόζοντας πολυμεταβλητές χημειομετρικές μεθόδους, όπως οι μη-εποπτευόμενες μέθοδοι για την κατάταξη των δειγμάτων σε ομάδες, συγκεκριμένα η ανάλυση κύριας συνιστώσας (Principal Component Analysis, PCA) και η ιεραρχική ανάλυση κατά συστάδες (Hierarchical Cluster Analysis, HCA), καθώς και οι εποπτευόμενες μέθοδοι για διακριτική ανάλυση, όπως η ορθογώνια προβολή σε λανθάνουσες δομές με ανάλυση διάκρισης (Orthogonal Projection to Latent Structures - Discriminant Analysis, OPLS-DA) και η ορθογώνια αμφίδρομη προβολή σε λανθάνουσες δομές με ανάλυση διάκρισης (Orthogonal Bidirectional Projection to Latent Structures - Discriminant Analysis, O2PLS-DA). Αρκετά χημειομετρικά μοντέλα έχουν παραχθεί με μεγάλη επιτυχία και έχουν επικυρωθεί, ώστε να αποδειχθεί ότι οι χρησιμοποιούμενες χημειομετρικές μέθοδοι δεν προέβλεψαν τυχαία τα αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τη χρήση του FTIR, NMR και της στατιστικής ανάλυσης διακρίνουν το τυρί Χαλλούμι και ανιχνεύουν τη ζωική προέλευση των πρώτων υλών στην παρασκευή του. Η προτεινόμενη μέθοδος μπορεί να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο για την ανίχνευση της νοθείας του αιγοπρόβειου γάλακτος από το γάλα με αγελαδινή προέλευση και έτσι να ενισχυθεί η προστασία του αυθεντικού και υψηλής-ποιότητας τυριού Χαλλούμι.

Halloumi cheese belongs to the category of white brined cheese, and it has originated from Cyprus. The traditional cheese of Cyprus has become known throughout Europe and internationally with a significant economic interest. In the 1980s, a national legislation was voted for protecting the dairy industry. It stated that only a substantial proportion of goats’ and/or sheep’s milk must be contained within any cheese sold as Halloumi, without any fixed percentages or thresholds. This was changed in 2012 when a minimum of fifty-one per cent milk from sheep and goats became mandatory. The aim of this Thesis is the development of a method, capable of determining and identifying the adulteration in Halloumi cheese due to mislabeling regarding species’ origin of milk. Consequently, a qualitative method to distinguish Halloumi cheese concerning its uniqueness from other cheese products made in Cyprus, Greece and other countries with similar characteristics and common ingredients is proposed. To serve the goals of this Thesis, a lot of spectra were taken using Fourier Transformed Infrared (FTIR) Spectroscopy and Proton Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR) Spectroscopy. Prior to the spectral measurements, all the samples were pre-treated with lyophilization (freeze-drying) technique. The statistical analysis of experimental results of spectroscopic data is very important for the distinction of Halloumi cheese. The spectra were analyzed statistically with SIMCA by applying multivariate chemometric methods, such as unsupervised methods for clustering the samples into groups, namely Principal Component Analysis (PCA) and Hierarchical Cluster Analysis (HCA), as well as supervised methods for discriminant analysis, like Orthogonal Projection to Latent Structures - Discriminant Analysis (OPLS-DA) and Bidirectional Orthogonal Projection to Latent Structures - Discriminant Analysis (O2PLS-DA). Several chemometric models have been constructed with great success, and they have been validated to ensure that the utilized chemometric methods do not predict randomly. The results obtained by FTIR, NMR and statistical analysis, differentiated Halloumi cheese and proved its uniqueness in comparison with other cheese products. The proposed method can be a useful tool for the detection of adulteration of both goat’s and sheep’s milk by cow’s origin milk and thus enhance the protection of authentic and high-quality Halloumi cheese.