Profilierung flüchtiger Verbindungen in schwarzen Johannisbeerfrüchten mittels Headspace-Festphasen-Mikroextraktion gekoppelt an Gaschromatographie-Massenspektrometrie

Summary

Eine Headspace-Festphasen-Mikroextraktions-Gaschromatographie-Plattform wird hier für eine schnelle, zuverlässige und halbautomatische Identifizierung und Quantifizierung flüchtiger Stoffe in reifen Johannisbeerfrüchten beschrieben. Diese Technik kann verwendet werden, um das Wissen über das Fruchtaroma zu erweitern und Sorten mit verbessertem Geschmack für den Zweck der Züchtung auszuwählen.

Abstract

Es besteht ein zunehmendes Interesse an der Messung flüchtiger organischer Verbindungen (VOC), die von reifen Früchten emittiert werden, um Sorten oder Sorten mit verbesserten organoleptischen Eigenschaften zu züchten und damit die Verbraucherakzeptanz zu erhöhen. Metabolomplattformen mit hohem Durchsatz wurden kürzlich entwickelt, um eine breite Palette von Metaboliten in verschiedenen Pflanzengeweben zu quantifizieren, einschließlich Schlüsselverbindungen, die für den Geschmack und die Aromaqualität von Früchten verantwortlich sind (Volatilomics). Eine Methode unter Verwendung der Headspace-Festphasenmikroextraktion (HS-SPME) in Verbindung mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) wird hier zur Identifizierung und Quantifizierung von VOCs beschrieben, die von reifen Johannisbeerfrüchten emittiert werden, einer Beere, die wegen ihres Geschmacks und ihrer gesundheitlichen Vorteile sehr geschätzt wird.

Reife Früchte von Johannisbeerpflanzen (Ribes nigrum) wurden geerntet und direkt in flüssigem Stickstoff eingefroren. Nach der Gewebehomogenisierung zu einem feinen Pulver wurden die Proben aufgetaut und sofort mit Natriumchloridlösung vermischt. Nach der Zentrifugation wurde der Überstand in ein Headspace-Glasfläschchen mit Natriumchlorid überführt. VOCs wurden dann unter Verwendung einer Festphasen-Mikroextraktionsfaser (SPME) und eines Gaschromatographen extrahiert, der mit einem Ionenfallen-Massenspektrometer gekoppelt war. Die flüchtige Quantifizierung wurde an den resultierenden Ionenchromatogrammen durchgeführt, indem der Peakbereich integriert wurde, wobei ein spezifisches m/z-Ion für jedes VOC verwendet wurde. Die korrekte VOC-Annotation wurde durch den Vergleich von Retentionszeiten und Massenspektren reiner kommerzieller Standards bestätigt, die unter den gleichen Bedingungen wie die Proben laufen. Mehr als 60 VOCs wurden in reifen schwarzen Johannisbeerfrüchten identifiziert, die an kontrastierenden europäischen Standorten angebaut wurden. Unter den identifizierten VOCs können wichtige Aromastoffe wie Terpenoide und C6-flüchtige Stoffe als Biomarker für die Qualität der schwarzen Johannisbeerfrüchte verwendet werden. Darüber hinaus werden Vor- und Nachteile der Methode diskutiert, einschließlich möglicher Verbesserungen. Darüber hinaus wurde die Verwendung von Kontrollen zur Chargenkorrektur und Minimierung der Driftintensität hervorgehoben.

Introduction

Geschmack ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal für jede Frucht, beeinflusst die Verbraucherakzeptanz und damit die Marktfähigkeit erheblich. Die Geschmackswahrnehmung beinhaltet eine Kombination des Geschmacks- und geruchssystems und hängt chemisch von der Anwesenheit und Konzentration einer breiten Palette von Verbindungen ab, die sich in essbaren Pflanzenteilen ansammeln oder im Falle von VOCs von den reifen Früchten emittiert ^werden1,2. Während sich die traditionelle Züchtung auf agronomische Merkmale wie Ertrag und Schädlingsresistenz konzentriert hat, wurde die Verbesserung der Fruchtqualitätsmerkmale, e....

Protocol

1. Obsternte

1. Wachsen Sie zwischen 4 und 6 Pflanzen pro Genotyp und / oder Behandlung, um ausreichend Fruchtmaterial und Variabilität zu gewährleisten.
2. Wenn möglich, ernten Sie die Proben am selben Tag; Wenn nicht genügend Fruchtmaterial vorhanden ist, sammeln Sie Proben, die zu verschiedenen Terminen geerntet wurden.
   HINWEIS: Es wird empfohlen, dass die Erntezeit (morgens, mittags, nachmittags) ungefähr identisch bleibt, da VOC-Profile durch den Tages-/circadianen Rhythmus beeinflusst werden28,29,30,31.
3. Beurt....

Results

Für eine genaue Aromaphänotypisierung ist eine VOC-Profilierung mit hohem Durchsatz in einer großen Gruppe von Obstkulturen erforderlich, die unter verschiedenen Bedingungen oder An verschiedenen Standorten angebaut werden oder zu unterschiedlichen Genotypen gehören. Hier wird eine schnelle und teilautomatisierte HS-SPME/GC-MS-Plattform zur relativen VOC-Quantifizierung in Schwarzen Johannisbeersorten vorgestellt. Der NACHWEIS und die Identifizierung von VOC basierten auf einer Bibliothek, die entwickelt wurde, um Beeren.......

Discussion

Die Züchtung auf Fruchtarom wurde lange Zeit durch die komplexe Genetik und Biochemie behindert, die der Synthese flüchtiger Verbindungen zugrunde liegt, und durch das Fehlen von Technologien für eine ordnungsgemäße Phänotypisierung. Jüngste Fortschritte bei metabolomischen Plattformen, kombiniert mit genomischen Werkzeugen, ermöglichen jedoch endlich die Identifizierung der Metaboliten, die für die Verbraucherpräferenzen verantwortlich sind, und die Züchtung von Pflanzen mit verbessertem ^Geschmack3

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
10 mL Headspace-Fläschchen mit Schraubverschluss	Thermo Scientific	10-HSV
18 mm Schraubverschluss Silikon/PTFE	Thermo Scientific	18-MSC
5 mL Röhrchen mit HDPE-Schraubverschluss	VWR	216-0153
Zentrifuge	Thermo Scientific	75002415
Methanol für HPLC	Merck	34860-1L-R
N-Pentadecan (D32, 98%)	Cambridge Isotope Laboratories	DLM-1283-1
Natriumchlorid	Merck	S9888
SPME-Faser PDMS/DVB	Merck	57345-U
Rostfreie Mahlbecher für TissueLyser	Qiagen	69985
TissueLyser II	Qiagen	85300	Kann durch Mörser und Stößel oder kryogene Mühle ersetzt werden
Spuren-GC-Gaschromatograph-ITQ900 Ionenfallen-Massenspektrometer	Thermo Scientific
Triplus RSH Autosampler mit automatisiertem SPME-Gerät	Thermo Scientific	1R77010-0450
Wasser für HPLC	Merck	270733-1L
Xcalibur 4.2 SP1	Thermo Scientific		Software