بتر-توف-مس يقترن مع نظام أخذ العينات الآلي وتحليل البيانات مصممة خصيصا لدراسات الغذاء: رصد العمليات الحيوية والفحص وتحليل الأنف الفضاء

الهدف العام لهذه الورقة هو إظهار إمكانات PTR-ToF-MS لتحليل المركبات العضوية المتطايرة المباشرة في علوم وتكنولوجيا الأغذية وعلى وجه الخصوص أهمية أخذ العينات الآلية وتحليل البيانات المخصص. تلعب المركبات العضوية المتطايرة دورا رئيسيا في علوم وتكنولوجيا الأغذية لأنها تتحكم في إدراك النكهة والرائحة ولأنها توفر أداة لمراقبة جودة الطعام. تجعل الحساسية العالية والحقن السريع والمباشر من PTRMS أحد أفضل الخيارات لمراقبة إطلاق المركبات العضوية المتطايرة لمراقبة العملية الحيوية ، ولفحص مجموعات البيانات الكبيرة وتحليل مساحة الأنف.

نقوم أيضا بتطوير البيانات المناسبة وأدوات التحليل الضرورية للاستغلال السليم لمجموعات البيانات الكبيرة والمعقدة مثل التي استخدمتها PTRMS في وقت قصير جدا. يمكن أن يلهم العرض المستقبلي لمنهجيتنا عمليات البحث من مختلف المجالات الإحصائية والعلمية مثل SENSOMICS ، والتمثيل الغذائي ، وتحليل المسار ، والصوتيات. لبدء التجربة الأولى ، أضف خمسة ملليلتر من الحليب المبستر إلى قوارير زجاجية سعة 20 مليلتر مزودة بحاجز سيليكون PTFE.

ثم انقل العينات إلى جهاز أخذ العينات التلقائي GC متعدد الوظائف المزود بدرج للتحكم في درجة الحرارة. استخدم الذراع الروبوتية لجهاز أخذ العينات التلقائي لتلقيح القوارير بمزارع البادئ الميكروبية ، واضبط وقت الحضانة وفقا لتصنيف العملية المطلوبة والمواصفات التي أبلغت عنها الشركة المصنعة لثقافة البادئ. ثم اضبط جهاز أخذ العينات التلقائي على محلل عينة تلو الأخرى للحصول على مركب عضوي متطاير عبر الإنترنت لمراقبة تخمير حمض اللاكتيك أثناء تحضير الزبادي.

تختار التجربة الثانية ما لا يقل عن خمس تفاحات في المرحلة المطلوبة من النضج دون أي ضرر واضح لكل صنف. قم بتخزين التفاح للفترة المرغوبة عند أربع درجات مئوية. بعد ذلك ، اجمع خمسة أقراص أسطوانية من كل تفاحة باستخدام جهاز أخذ عينات شفرة اللحم بما في ذلك جزء من أنسجة القشرة وتجنب الجزء الأساسي بالبذور.

بعد تجميد العينات والنيتروجين السائل ، قم بتجانسها. ضع ثلاث نسخ مكررة من عينات تفاح 2.5 جرام من كل صنف في قوارير زجاجية سعة 20 مل. امزج كل عينة بمحلول مضاد للأكسدة تم الحصول عليه عن طريق إذابة جرام واحد من كلوريد الصوديوم و 12.5 ملليغرام من حمض الأسكوربيك و 12.5 ملليغرام من حامض الستريك في 2.5 مل من الماء منزوع الأيونات.

احتضان العينات عند 40 درجة مئوية. ثم اضبط جهاز أخذ العينات التلقائي لتحليل المركبات العضوية المتطايرة تلقائيا. بالنسبة للتجربة الأخيرة ، قم بإعداد القهوة المخمرة من عينات البن المطحون باستخدام ماكينة صنع القهوة المكونة من ستة أكواب باستخدام 450 مل من الماء و 30 جراما من مسحوق القهوة.

انقل القهوة المخمرة إلى زجاجة وضع الزجاجة في حمام مائي حراري 60 درجة مئوية. أبلغ عن نسبة مسحوق الماء ونوع المياه المعدنية المستخدمة ونوع ماكينة صنع القهوة والإجراء المعتمد للحصول على مشروب القهوة. لكل مشروب قهوة ، انقل 7.5 مل من الحصص إلى كوب بوليسترين سعة 40 مليلتر بغطاء بلاستيكي.

اطلب من كل عضو في اللجنة تذوق المشروب وفقا للبروتوكول. بينما يقوم PTR-ToF-MS بأخذ عينات مستمرة من تركيز مساحة الأنف عبر قطعة أنف مطاطية من السيليكون تستخدم مرة واحدة في أنف كل عضو في اللجنة. يتم توصيل قطعة الأنف هذه ب PTR-ToF-MS بواسطة أنبوب الموافقة المسبقة عن علم مع الجزء الملامس مع عضو اللجنة في درجة حرارة الغرفة والأنبوب المتبقي يتم تسخينه عند 110 درجة مئوية وخرطوم مدخل يربط واجهة أخذ العينات بالجهاز.

لإجراء قياسات مساحة الرأس للعينات ، قم بحقن الهواء مباشرة في مساحة رأس أنبوب الانجراف PTRMS عن طريق إدخال نهاية مدخل PTRMS في مساحة رأس العينة. قبل وأثناء القياسات ، قم بتعيين ظروف التأين التالية والتحقق منها باستمرار في أنبوب الانجراف لتؤدي إلى نسبة E / N تبلغ 140 Townsend. إذا تم استخدام جهاز أخذ العينات التلقائي، فاضبط الحد الأدنى لتدفق المدخل على 40 سنتيمترا مكعبا قياسيا.

اضبط وقت أخذ العينات لكل قناة لاقتناء ToF على نطاق نسبة شحن رئيسي. استخدم البرنامج المطور ذاتيا لتصحيح خسائر العد بسبب وقت ميت كاشف الأيونات وإجراء المعايرة الداخلية وتقليل ضوضاء التعليقات التوضيحية المركبة واستخراج الذروة. قم باستخراج البيانات عن طريق إجراء تحليل مركب مبدئي لاختبار Tukey اللاحق وتحليل إحصائي آخر يتكيف مع الحزم الحالية التي تم تطويرها باستخدام Matlab.

تقدم التجارب الثلاث أمثلة على تطبيق منهجيتنا لمراقبة العملية الحيوية ، وفحص مجموعات العينات ، وتحليل مساحة الأنف في الجسم الحي. يعطي ملف تعريف المركب العضوي المتطاير عبر الإنترنت للعينات طيفا كتليا كاملا كل ثانية ويمكن تحديد أكثر من 300 قمة كتلة في الأطياف المتوسطة المكتسبة أثناء تخمير الزبادي. يتم عرض حركية التخمير لتسع قمم جماعية مختارة أثناء تخمير الزبادي باستخدام أربع ثقافات بداية مختلفة هنا.

أظهرت معظم هذه المواد المتطايرة حركية ميكروبية كلاسيكية مثل الحركية مع مرحلة تأخر أولية تليها مرحلة نمو ومرحلة ما بعد السجل. ومن المثير للاهتمام أن التحليل عبر الإنترنت سلط الضوء على حركية استنفاد معينة لأربعة مركبات تحتوي على الكبريت والتي يمكن أن يكون لها تأثير حسي حتى عند تركيز منخفض جدا. يسلط مخطط الشجيرات القائم على المركبات العضوية المتطايرة المرتبطة بمجموعة كبيرة من التفاح ممثلة ب 198 جلسة الضوء على وجود ست مجموعات رئيسية تحددها الإسترات والكحول بشكل أساسي.

عرض الملامح التراكمية لخمسة مختبرين للقهوة ممثلة عن طريق قطع الأراضي الشعاعية هنا. توضح النتائج وجود اختلافات قابلة للتكرار وذات صلة بين أعضاء اللجنة كما هو واضح بالنسبة لعضو اللجنة P واحد و P two. يمكن أن يوفر اختلاف العينات ، المنهجية الأكثر تجربة بيانات موثوقة عن إطلاق المركبات العضوية المتطايرة ، والتي يمكن الحصول عليها عند مقارنتها بأساليبنا في وقت أقصر.

إمكانية قياس العديد من العينات هي السمة الرئيسية لنهجنا. لأنه يسمح بالتحكم في جدوى العينات البيولوجية وتتبعها. بعد هذا التطور ، دفعت هذه المنهجية جيدا للباحثين في مختلف المجالات المتعلقة بمراقبة المركبات العضوية المتطايرة لاستكشاف العلاقة بين إطلاقها وعلم الوراثة وفحص السكان.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن تكون لديك فكرة جيدة عن كيفية استكشاف إمكانات PTR-ToF-MS في تحليل الغذاء والتكنولوجيا لتحليل التقلبات بواسطة الفاكهة. يرجى تذكر أن العينات وخط القياس يتعرضان للهواء أثناء تجربتك. لذا تجنب إدخال بعض مصادر المركبات العضوية المتطايرة.

ميزة أخرى ل PTRMS هي أنه لا ينطوي على استخدام المذيبات أو الأصباغ الخطرة وهي تقنية كيمياء خضراء. ومع ذلك ، لا تنس أن عيناتك يمكن أن تكون خطيرة للغاية.