Name: PTR-ToF-MS gekoppelt mit einem automatisierten Probenahmesystem und einer maßgeschneiderten Datenanalyse für Lebensmittelstudien: Bioprozessüberwachung, Screening und Nasenraumanalyse (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Erfahren Sie die Anwendung von PTR-ToF-MS zur Analyse flüchtiger organischer Verbindungen in der Lebensmittelwissenschaft. Diese Methode ermöglicht Bioprozessüberwachung, Screening und Nasenraumanalyse mit hoher Sensitivität.

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Diese Arbeit wird durch das 7. Rahmenprogramm der Europäischen Kommission unter der Finanzhilfevereinbarung Nummer 287382 unterstützt. SY ist Begünstigter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 287382 des 7. Rahmenprogramms der Europäischen Kommission. Die IK ist Stipendiatin eines FIRST-Stipendiums der Fondazione Edmund Mach. Für seine Arbeit an der Universität Foggia wird VC von der Region Apulien im Rahmen des Programms "Future In Research" (Praxiscode 9OJ4W81) unterstützt.

Das Protokoll folgt den Richtlinien unseres institutionellen Ausschusses für Humanforschung Ethik. 1. Probenvorbereitung und Autosampler-Bedingungen <ol><li> Online-Bioprozess-Monitoring: Erkennung von VOCs, die während der Milchsäure-Fermentation von Joghurt freigesetzt werden ANMERKUNG: Dieser Abschnitt des Protokolls stellt einen Teil des von Benozzi et al. 32 <ol><li> Füge 5 ml pasteurisierte Milch zu jeder Durchstechflasche hinzu (20 ml Glasfläschchen mit PTFE / Silikon Septa). Beachten Sie die Art der verwendeten Milch und heizen Sie die Proben schnell auf 45 ° C. Übertragen Sie sie auf einen multifunktionalen GC-Autosampler mit einem temperaturgesteuerten Tablett (45 ° C). </li><li> Benutzen Sie den Roboterarm des Autosamplers, um die Fläschchen mit den mikrobiellen Starterkulturen zu impfen (nach den Vorgaben des Starterkulturherstellers). Stellen Sie die Inkubationszeit entsprechend der Typologie des gewünschten Joghurts und der Spezifikation einS berichtet von Starter Kultur Hersteller. Setzen Sie den Autosampler, um eine Probe nach dem anderen bequem zu analysieren, um eine Online-VOC-Überwachung der Milchsäurefermentation während der Joghurtvorbereitung zu erhalten. </li></ol></li><li> Großes Screening: Überwachung von VOCs, die mit verschiedenen Apfelgenotypen assoziiert sind ANMERKUNG: Dieser Abschnitt des Protokolls stellt einen Teil des von Farneti et al. 33 , 36 <ol><li> Probe Äpfel in der gewünschten Phase der Reifung / Konservierung ( zB im kommerziellen Ernte-Stadium). Wählen Sie mindestens fünf homogene Früchte ohne sichtbare Schäden für jeden Klon. Lagern Sie die Äpfel für den gewünschten Zeitraum bei Raumtemperatur (25 ° C) oder kühlen Sie (4 ° C). </li><li> Sammeln Sie fünf zylindrische Scheiben (1,7 cm Durchmesser und 1 cm Dicke) von jedem Apfel mit einem Fleisch Klinge Probenehmer. Füge einen Teil des Kortexgewebes ein und vermeide den Kernteil mit Samen.Die Proben sofort homogenisieren und in flüssigem Stickstoff einfrieren. Bei -80 ° C bis zur Analyse aufbewahren. </li><li> Vor der Analyse legen Sie drei Replikate der 2,5 g Apfelprobe aus jedem biologischen Replikat in die Fläschchen (20 ml Glasfläschchen mit PTFE / Silikon Septa). Die Probe mit 2,5 ml entionisiertem Wasser, 1 g Natriumchlorid, 12,5 mg Ascorbinsäure und 12,5 mg Zitronensäure vermischen und die Proben bei 4 ° C bis zur Analyse (maximal 3 Tage) aufbewahren. </li><li> Inkubieren Sie die Proben bei 40 ° C und stellen Sie dann den Autosampler ein, um die VOCs automatisch zu analysieren. </li></ol></li><li> Nosespace-Analyse: Studium der retronasalen Freisetzung von VOCs beim Kaffee trinken ANMERKUNG: Dieser Abschnitt des Protokolls stellt einen Teil des von Romano et al. 28 <ol><li> Bereiten Sie Kaffee aus gemahlenen Kaffeeproben vor. <ol><li> Verwenden Sie eine Kaffeemaschine: melden Sie das Wasser / Pulver-Verhältnis, die Art des verwendeten Mineralwassers,Die Art der Kaffeemaschine und das Verfahren, um das Kaffeegetränk zu erhalten (Mengen sind eine Funktion der Dimension der Kaffeemaschine). </li><li> Verwenden Sie eine 6-Tassen-Herd-Top-Kaffeemaschine, bekannt in Italien als &quot;Moka&quot;, mit 450 ml Wasser und 30 g Kaffeepulver. Den gebrühten Kaffee in ein Gefäß geben und in ein Thermostatwasserbad (60 ° C) überführen. </li></ol></li><li> Für jeden Kaffee brauen 7,5 ml Aliquots zu einem Polystyrolbecher (40 ml) mit einer Plastikkappe. Haben Sie jeden Tafelgeschmack das Getränk nach dem Protokoll: i) 30 s freie Atmung, ii) ein einziger Schluck Kaffee, gefolgt von einem schnellen Schluck und iii) 3 min Atmung in ein ergonomisches Glas Nasenstück 28 . </li><li> Wiederholen Sie das ganze Experiment für drei aufeinanderfolgende Tage, randomisieren die Reihenfolge der Kaffee Proben und Panelisten jeden Tag. </li><li> Führen Sie die Probenahme durch, indem Sie ein einseitiges ergonomisches Nasenstück in Silikonkautschuk auf die Nase der Panelisten auftragen. Verbinden Sie die nDas PTR-ToF-MS mittels eines PEEK-Rohres, das nur im ersten Teil in Kontakt mit dem Plattenkörperkörper unbeheizt ist, wird dann bei 110 ° C in einem Einlassschlauch erwärmt, der die Probenahme-Schnittstelle mit dem PTR-MS verbindet Instrument. HINWEIS: In Tabelle 2 wurde eine Liste von Produkten analysiert, die mit analogen Verfahren zu den von Benozzi et al. 32 , Farneti et al. 33 , 36 und Romano et al. 28 wird berichtet. </li></ol></li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Lebensmittelmatrix </td><td> Anzahl und Art der Proben </td><td> Referenz </td></tr><tr><td> Apfel </td><td> Die Autoren zeigten eine Sammlung von 190 Beitritten, die aus alten und neuen Apfelsorten zusammengesetzt waren </td><td> 33 </td></tr><tr><td> Joghurt </td><td> Vier Starter wurden in Form von VOCs analysiert, die während der Milchsäurefermentation von Joghurt freigesetzt wurden (A, FD-DVS YF-L812 Yo-Flex, Chr. Hansen, B, FD-DVS YC-380 Yo-Flex, Chr. Hansen, C, FD -DVS YC-X11 Yo-Flex, Chr. Hansen, D, YO-MIX 883, Danisco) </td><td> 32 </td></tr><tr><td> Kaffee </td><td> Drei verschiedene Art von gemahlenem Kaffee, der aus einer einzigen reinen Arabica-Kaffee-Mischung gewonnen wurde, wurden verwendet: mittlerer Braten, dunkler Braten und entkoffeinierter mittlerer Braten </td><td> 28 </td></tr></tbody></table> Tabelle 2: Liste der analysierten Produkte Liste der mit analogen Verfahren analysierten Produkte zu den von Benozzi et al. 32 , Farneti et al. 33 , 36 und Romano et al. 28 2. Experimentelles Design und praktische Vorsichtsmaßnahmen <ol><li> Führen Sie mindestens drei inter-day biologische ReplikTes, jeweils mit drei technischen Replikaten, für jeden experimentellen Modus. </li><li> Vor der Probeninkubation und -analyse den Kopfraum mit sauberer Luft für 1 min bei 200 sccm für jede Durchstechflasche spülen. </li><li> Bereiten Sie für jeden experimentellen Modus einen Rohling vor, inkubieren und analysieren Sie den Rohling unter den gleichen Bedingungen der Proben. </li><li> Randomisieren Sie die Reihenfolge der Proben / Leerzeichen für die Analyse. </li><li> Ähnlich wie bei anderen Methoden zur Erkennung von VOCs, beschränken Sie die Verwendung von parfümierten Körperpflegeprodukten sowie Gummi und Zigaretten, bevor Sie das Instrument verwenden. Die flüchtigen Chemikalien im Labor vollständig verschließen und bei der Prüfung so viel wie möglich kontrollieren. </li></ol> 3. PTR-MS Instrumentenoptimierung und -analyse HINWEIS: Die instrumentellen Bedingungen sind in den Referenzen beschrieben ( zB Makhoul et al ., 27 ). <ol><li> Führen Sie Headspace-Messungen der Proben mit einem commerciAl PTR-ToF-MS Gerät im Standard-Konfigurationsmodus. </li><li> Direkte Einspritzung der Luft in den PTR-MS Driftrohr Headspace ohne Behandlung. Es gibt einen kontinuierlichen Fluss von Probenluft durch die PTR-MS, so dass die Injektion durch einfaches Einführen des Endes des PTR-MS-Einlasses in den Probenkopfraum erreicht wird. </li><li> Die folgenden Ionisationsbedingungen im Driftrohr kontrollieren und ständig überprüfen: 110 ° C Driftrohrtemperatur, 2,30 mbar Driftdruck, 550 V Driftspannung. Dies führt zu einem E / N-Verhältnis von etwa 140 Td (1 Td = 10 -17 cm 2 V - 1 s - 1 ). Die Einlassleitung besteht aus einem PEEK-Kapillarrohr (Innendurchmesser 0,04 in.), Das bei 110 ° C erwärmt wurde. Stellen Sie standardmäßig den Eingangsfluss auf 40 sccm ein. </li><li> Stellen Sie die Abtastzeit pro Kanal der ToF-Erfassung auf 0,1 ns ein und belaufen sich auf 350.000 Kanäle für ein Massenspektrum von bis zu m / z = 400. Jedes einzelne Spektrum ist die Summe von etwa 28.600 Akquisitionen von 35Μs, was zu einer zeitlichen Auflösung von 1 s führt. HINWEIS: Spectra werden dann kontinuierlich gespeichert. Spektrometrische Signale wachsen von einem Hintergrundniveau zu einem stabilen Wert in wenigen Sekunden (die Zeit, die benötigt wird, um das Gas in den Einlassleitungen zu ersetzen) und nur die nach diesem Übergang erworbenen Spektren werden in einer weiteren Analyse betrachtet. </li></ol> 4. Maßgeschneiderte Datenanalyse HINWEIS: Die maßgeschneiderte Datenanalyse wurde mit einem Verfahren in MATLAB entwickelt. <ol><li> Korrigieren Sie die Zählverluste aufgrund der Ionendetektor-Totzeit über eine Methodik, die auf Poisson-Statistiken basiert, wie von Cappellin et al. 10 </li><li> Führen Sie die interne Kalibrierung nach einem von Cappellin et al. Um eine gute Massengenauigkeit (bis zu 0,001 Th) zu erreichen. </li><li> Durchführen einer zusammengesetzten Annotation, die die erhaltenen Spektraldaten mit Fragmentierungsdaten von Referenzstandards und mit Daten r vergleichtIn der wissenschaftlichen Literatur eingegeben. </li><li> Führen Rauschunterdrückung, Baseline-Entfernung und Peak-Intensität Extraktion nach Cappellin et al. 39 , mit modifizierten Gaußern, um die Gipfel passen. </li><li> Berechnen Sie die Peakintensität in ppbv (Teile pro Milliarde Volumen) über die von Lindinger et al. 5 , unter Verwendung des geeigneten Reaktionsgeschwindigkeitskoeffizienten oder eines konstanten Wertes für den Reaktionsgeschwindigkeitskoeffizienten (k = 2,10 - 9 cm 3 s - 1 ), wenn die darunterliegende Verbindung nicht bekannt ist. Letzteres führt einen systematischen Fehler von bis zu 30% ein, der bei der Angabe des tatsächlichen Koeffizienten berücksichtigt werden kann. </li><li> Mine die Daten durch die Durchführung von Principal Component Analysis, Analysis of Variance, Tukey&#39;s Post-Hoc-Test und andere statistische Test / Analyse Anpassung der bestehenden Pakete entwickelt mit R ( zB Cappellin et al. </ol>

<ol><li>Biasioli, F., Yeretzian, C., Märk, T. D., Dewulf, J., Van Langenhove, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165993611001269">Direct-injection mass spectrometry adds the time dimension to (B)VOC analysis.</a> Trends Analyt Chem. 30 (7), 1003-1017 (2011).</li>
<li>Berchtold, C., Bosilkovska, M., Daali, Y., Walder, B., Zenobi, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+monitoring+of+exhaled+drugs+by+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Mass+Spectrom+Rev%22%5BJournal%5D)">Real-time monitoring of exhaled drugs by mass spectrometry.</a> Mass Spectrom Rev. 33 (5), 394-413 (2014).</li>
<li>Hansel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/016811769504294U">Proton transfer reaction mass spectrometry: on-line trace gas analysis at the ppb level.</a> Int J Mass Spectrom Ion Process. 149, 609-619 (1995).</li>
<li>Jordan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380609002036">An online ultra-high sensitivity Proton-transfer-reaction mass-spectrometer combined with switchable reagent ion capability PTR + SRI - MS).</a> Int J Mass Spectrom. 286 (1), 32-38 (2009).</li>
<li>Lindinger, W., Hansel, A., Jordan, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168117697002814">On-line monitoring of volatile organic compounds at pptv levels by means of proton-transfer-reaction mass spectrometry (PTR-MS) medical applications, food control and environmental research.</a> Int J Mass Spectrom Ion Process. 173 (3), 191-241 (1998).</li>
<li>Biasioli, F., Gasperi, F., Yeretzian, C., Märk, T. D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165993611001233">PTR-MS monitoring of VOCs and BVOCs in food science and technology.</a> Trends Analyt Chem. 30 (7), 968-977 (2011).</li>
<li>Campbell-Sills, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380616000270">Advances in wine analysis by PTR-ToF-MS: Optimization of the method and discrimination of wines from different geographical origins and fermented with different malolactic starters.</a> Int J Mass Spectrom. , 42-51 (2016).</li>
<li>Jordan, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380609002371">A high resolution and high sensitivity proton-transfer-reaction time-of-flight mass spectrometer (PTR-TOF-MS).</a> Int J Mass Spectrom. 286 (2-3), 122-128 (2009).</li>
<li>Lindinger, W., Hansel, A., Jordan, A. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1998/cs/a827347z#!divAbstract">Proton-transfer-reaction mass spectrometry (PTR-MS): on-line monitoring of volatile organic compounds at pptv levels.</a> Chem Soc Rev. 27 (5), 347-375 (1998).</li>
<li>Cappellin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400510009135">On data analysis in PTR-TOF-MS: From raw spectra to data mining.</a> Sens Actuators B Chem. 155 (1), 183-190 (2011).</li>
<li>Ellis, A. M., Mayhew, C. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aEllis%2C+AM+%22Proton+Transfer+Reaction+Mass+Spectrometry%3A+Principles+and+Applications%22">Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry: Principles and Applications</a>. , John Wiley & Sons. Chichester, West Sussex. (2012).</li>
<li>Blake, R. S., Monks, P. S., Ellis, A. M. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cr800364q">Proton-Transfer Reaction Mass Spectrometry.</a> Chem Rev. 109 (3), 861-896 (2009).</li>
<li>Romano, A., Capozzi, V., Spano, G., Biasioli, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+transfer+reaction-mass+spectrometry%3A+online+and+rapid+determination+of+volatile+organic+compounds+of+microbial+origin%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Microbiol+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Proton transfer reaction-mass spectrometry: online and rapid determination of volatile organic compounds of microbial origin.</a> Appl Microbiol Biotechnol. 99 (9), 3787-3795 (2015).</li>
<li>Pollien, P., Lindinger, C., Yeretzian, C., Blank, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+transfer+reaction+mass+spectrometry%2C+a+tool+for+on-line+monitoring+of+acrylamide+formation+in+the+headspace+of+maillard+reaction+systems+and+processed+food%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Proton transfer reaction mass spectrometry, a tool for on-line monitoring of acrylamide formation in the headspace of maillard reaction systems and processed food.</a> Anal Chem. 75 (20), 5488-5494 (2003).</li>
<li>Maçatelli, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0889157508001890">Verification of the geographical origin of European butters using PTR-MS.</a> J Food Compost Anal. 22 (2), 169-175 (2009).</li>
<li>Soukoulis, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+transfer+reaction+time-of-flight+mass+spectrometry+monitoring+of+the+evolution+of+volatile+compounds+during+lactic+acid+fermentation+of+milk%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Commun+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometry monitoring of the evolution of volatile compounds during lactic acid fermentation of milk.</a> Rapid Commun Mass Spectrom. 24 (14), 2127-3134 (2010).</li>
<li>Heenan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814611012660">PTR-TOF-MS monitoring of in vitro and invivo flavour release in cereal bars with varying sugar composition.</a> Food Chem. 131 (2), 477-484 (2012).</li>
<li>Benjamin, O., Silcock, P., Beauchamp, J., Buettner, A., Everett, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tongue+pressure+and+oral+conditions+affect+volatile+release+from+liquid+systems+in+a+model+mouth%5BTitle%5D)+AND+%22J+Agric+Food+Chem%22%5BJournal%5D)">Tongue pressure and oral conditions affect volatile release from liquid systems in a model mouth.</a> J Agric Food Chem. 60 (39), 9918-9927 (2012).</li>
<li>Ting, V. J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vitro+and+in+vivo+flavor+release+from+intact+and+fresh-cut+apple+in+relation+with+genetic%2C+textural%2C+and+physicochemical+parameters%5BTitle%5D)+AND+%22J+Food+Sci%22%5BJournal%5D)">In vitro and in vivo flavor release from intact and fresh-cut apple in relation with genetic, textural, and physicochemical parameters.</a> J Food Sci. 77 (11), 1226-1233 (2012).</li>
<li>Özdestan, Ö, et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996913003025">Differentiation of specialty coffees by proton transfer reaction-mass spectrometry.</a> Food Res Int. 53 (1), 433-439 (2013).</li>
<li>Dimitri, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0023643812004161">PTR-MS monitoring of volatiles fingerprint evolution during grape must cooking.</a> LWT-Food Sci Technol. 51 (1), 356-360 (2013).</li>
<li>Déléris, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+direct+mass+spectrometry+methods+for+the+on-line+analysis+of+volatile+compounds+in+foods%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Comparison of direct mass spectrometry methods for the on-line analysis of volatile compounds in foods.</a> J Mass Spectrom. 48 (5), 594-607 (2013).</li>
<li>Sánchez del Pulgar, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+pig+rearing+system+on+the+final+volatile+profile+of+Iberian+dry-cured+ham+as+detected+by+PTR-ToF-MS%5BTitle%5D)+AND+%22Meat+Sci%22%5BJournal%5D)">Effect of the pig rearing system on the final volatile profile of Iberian dry-cured ham as detected by PTR-ToF-MS.</a> Meat Sci. 93 (3), 420-428 (2013).</li>
<li>Onishi, M., Inoue, M., Araki, T., Iwabuchi, H., Sagara, Y. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11947-010-0422-5">A PTR-MS-based protocol for simulating bread aroma during mastication.</a> Food Bioproc Tech. 5 (4), 1228-1237 (2010).</li>
<li>Beauchamp, J., Zardin, E., Silcock, P., Bremer, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+photooxidation-induced+dynamic+changes+in+the+volatile+composition+of+extended+shelf+life+bovine+milk+by+PTR-MS%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Monitoring photooxidation-induced dynamic changes in the volatile composition of extended shelf life bovine milk by PTR-MS.</a> J Mass Spectrom. 49 (9), 952-958 (2014).</li>
<li>Yener, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PTR-ToF-MS+characterisation+of+roasted+coffees+%28C.+arabica%29+from+different+geographic+origins%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">PTR-ToF-MS characterisation of roasted coffees (C. arabica) from different geographic origins.</a> J Mass Spectrom. 49 (9), 929-935 (2014).</li>
<li>Makhoul, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton-transfer-reaction+mass+spectrometry+for+the+study+of+the+production+of+volatile+compounds+by+bakery+yeast+starters%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Proton-transfer-reaction mass spectrometry for the study of the production of volatile compounds by bakery yeast starters.</a> J Mass Spectrom. 49 (9), 850-859 (2014).</li>
<li>Romano, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380613004260">Nosespace analysis by PTR-ToF-MS for the characterization of food and tasters: The case study of coffee.</a> Int J Mass Spectrom. 365, 20-27 (2014).</li>
<li>Muilwijk, M., Heenan, S., Koot, A., van Ruth, S. M. <a target="_blank" href="https://www.hindawi.com/journals/jchem/2015/981549/">Impact of production location, production system, and variety on the volatile organic compounds fingerprints and sensory characteristics of tomatoes.</a> J Chem. 2015, 981549(2015).</li>
<li>Makhoul, S., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11947-015-1549-1">Volatile compound production during the bread-making process: effect of flour, yeast and their interaction.</a> Food Bioproc Tech. 8 (9), 1925-1937 (2015).</li>
<li>Aprea, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Volatile+compound+changes+during+shelf+life+of+dried+Boletus+edulis%3A+comparison+between+SPME-GC-MS+and+PTR-ToF-MS+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Volatile compound changes during shelf life of dried Boletus edulis: comparison between SPME-GC-MS and PTR-ToF-MS analysis.</a> J Mass Spectrom. 50 (1), 56-64 (2015).</li>
<li>Benozzi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+of+lactic+fermentation+driven+by+different+starter+cultures+via+direct+injection+mass+spectrometric+analysis+of+flavour-related+volatile+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Food+Res+Int%22%5BJournal%5D)">Monitoring of lactic fermentation driven by different starter cultures via direct injection mass spectrometric analysis of flavour-related volatile compounds.</a> Food Res Int. 69, 235-243 (2015).</li>
<li>Farneti, B., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11306-014-0744-9">Comprehensive VOC profiling of an apple germplasm collection by PTR-ToF-MS.</a> Metabolomics. 11 (4), 838-850 (2014).</li>
<li>Yener, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996914008357">Tracing coffee origin by direct injection headspace analysis with PTR/SRI-MS.</a> Food Res Int. 69, 235-243 (2015).</li>
<li>Charles, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996914007509">Understanding flavour perception of espresso coffee by the combination of a dynamic sensory method and in-vivo nosespace analysis.</a> Food Res Int. 69, 9-20 (2015).</li>
<li>Farneti, B., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11306-014-0696-0">Untargeted metabolomics investigation of volatile compounds involved in the development of apple superficial scald by PTR-ToF-MS.</a> Metabolomics. 11 (2), 341-349 (2014).</li>
<li>Bean, H. D., Zhu, J., Hill, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+Bacterial+Volatiles+using+Secondary+Electrospray+Ionization+Mass+Spectrometry+%28SESI-MS%29%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Characterizing Bacterial Volatiles using Secondary Electrospray Ionization Mass Spectrometry (SESI-MS).</a> J Vis Exp. (52), e2664(2011).</li>
<li>Cappellin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extending+the+dynamic+range+of+proton+transfer+reaction+time-of-flight+mass+spectrometers+by+a+novel+dead+time+correction%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Commun+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Extending the dynamic range of proton transfer reaction time-of-flight mass spectrometers by a novel dead time correction.</a> Rapid Commun Mass Spectrom. 25 (1), 179-183 (2011).</li>
<li>Cappellin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+Quantitative+Determination+of+Volatile+Organic+Compound+Concentrations+Using+Proton+Transfer+Reaction+Time-of-Flight+Mass+Spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">On Quantitative Determination of Volatile Organic Compound Concentrations Using Proton Transfer Reaction Time-of-Flight Mass Spectrometry.</a> Environ Sci Technol. 46 (4), 2283-2290 (2012).</li>
<li>Cappellin, L., et al. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11306-012-0405-9">PTR-ToF-MS and data mining methods: a new tool for fruit.</a> Metabolomics. 8 (5), 761-770 (2012).</li>
<li>Yeretzian, C., Jordan, A., Lindinger, W. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380602007856">Analysing the headspace of coffee by proton-transfer-reaction mass-spectrometry.</a> Int J Mass Spectrom. 223, 115-139 (2003).</li>
<li>Sulzer, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380612001704">From conventional proton-transfer-reaction mass spectrometry (PTR-MS) to universal trace gas analysis.</a> Int J Mass Spectrom. 321, 66-70 (2012).</li>
<li>Cappellin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380613004296">Ethylene: Absolute real-time high-sensitivity detection with PTR/SRI-MS. The example of fruits, leaves and bacteria.</a> Int J Mass Spectrom. 365, 33-41 (2014).</li>
<li>Ruzsanyi, V., Fischer, L., Herbig, J., Ager, C., Amann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-capillary-column+proton-transfer-reaction+time-of-flight+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chromatography+A%22%5BJournal%5D)">Multi-capillary-column proton-transfer-reaction time-of-flight mass spectrometry.</a> Journal of Chromatography A. 1316, 112-118 (2013).</li>
<li>Romano, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380614002127">Wine analysis by FastGC proton-transfer reaction-time-of-flight-mass spectrometry.</a> Int J Mass Spectrom. 369, 81-86 (2014).</li>
<li>Aprea, E., Biasioli, F., Märk, T. D., Gasperi, F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380606005240">PTR-MS study of esters in water and water/ethanol solutions: Fragmentation patterns and partition coefficients.</a> Int J Mass Spectrom. 262 (1-2), 114-121 (2007).</li>
<li>Sulzer, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380614001584">A Proton Transfer Reaction-Quadrupole interface Time-Of-Flight Mass Spectrometer (PTR-QiTOF): High speed due to extreme sensitivity.</a> Int J Mass Spectrom. 368, 1-5 (2014).</li>
<li>Barber, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+Sensitivity+in+Proton+Transfer+Reaction+Mass+Spectrometry+by+Incorporation+of+a+Radio+Frequency+Ion+Funnel%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Increased Sensitivity in Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry by Incorporation of a Radio Frequency Ion Funnel.</a> Anal Chem. 84 (12), 5387-5391 (2012).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Protonentransfer-Reaktions-Massenspektrometrie (PTR-MS), gekoppelt an Flugzeit- (ToF-) Massenanalysatoren, stellen einen gültigen Kompromiss zwischen der Notwendigkeit der Identifizierung und Quantifizierung flüchtiger organischer Verbindungen und der Notwendigkeit einer schnellen analytischen Profilierung dar. Die hohe Massenauflösung, die den ToF-Massenanalysator charakterisiert, gibt / liefert relevante Empfindlichkeits- und Massenspektren mit erheblichem Informationsgehalt. Darüber hinaus erhöht die Anwendung von PT...

Direct-Injection Mass Spectrometric (DIMS) -Technologien stellen eine Klasse von analytischen Instrumentalansätzen dar, die eine beträchtliche Massen- und Zeitauflösung mit hoher Empfindlichkeit und Robustheit bieten und so die schnelle Erkennung und Quantifizierung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) ermöglichen. Zu diesen instrumentellen Ansätzen gehören unter anderem MS-e-Nasen, Atmospheric-Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry (APCI-MS), Proton-Transfer-Reaction Mass Spectrometry (PTR-MS) und ausgewählte Ionen-Flow-Tube-Massenspektrometrie ( SIFT-MS) 1 . Die Vor- und Nachteile jedes Ansatzes hängen von der Art der Probeninjektion, der Quelle und der Kontrolle der Vorläuferionen, der Kontrolle des Ionisierungsprozesses und des Massenanalysators 1 , 2 ab . Proton-Transfer-Reaktion Massenspektrometrie (PTR-MS) wurde vor mehr als zwanzig Jahren entwickelt, um in Echtzeit und wi zu überwachenTh niedrige Nachweisgrenzen (meist ein paar ppbv, Teil pro Milliarde Volumen) am meisten flüchtige organische Verbindungen (VOCs) in Luft 3 , 4 . Die derzeitigen Verwendungen von PTR-MS reichen von medizinischen Anwendungen über die Lebensmittelkontrolle bis hin zur Umweltforschung 5 , 6 . Die Hauptmerkmale dieser Technik sind: die Möglichkeit einer schnellen und kontinuierlichen Messung, die intensive und reine Quelle von Vorläuferionen und die Möglichkeit, die Ionisationsbedingungen (Druck, Temperatur und Driftspannung) zu kontrollieren. Mit diesen Merkmalen lassen sich vielseitige Einsatzmöglichkeiten mit hohem Standardisierungsgrad 1 , 4 kombinieren. Tatsächlich beruht das Verfahren auf Reaktionen von Hydroniumionen (H &amp; sub3 ; O &amp; spplus; ), die einen nichtdissoziativen Protonentransfer in den meisten flüchtigen Verbindungen induzieren (insbesondere in jenen, die durch eine Protonenaffinität höher als Wasser gekennzeichnet sind), Protonen von neutralen Verbindungen(M) nach der Reaktion: H 3 O + + M → H 2 O + MH + . Im Gegensatz zu anderen Techniken, zB APCI-MS, werden die Vorläufer-Ionenerzeugung und die Probenionisation in zwei verschiedene Instrumentalfächer aufgeteilt (eine schematische Darstellung des PTR-MS-Instruments ist in Abbildung 1 dargestellt). Eine elektrische Entladung durch Wasserdampf in der Hohlkathoden-Ionenquelle erzeugt einen Strahl von Hydroniumionen. Nach dieser Phase kreuzen Ionen das Driftrohr, wo die Ionisierung von VOCs stattfindet 7 . Ionen geben dann einen Puls-Extraktionsabschnitt ein und werden in den TOF-Abschnitt beschleunigt. Durch die Flugzeiten ist es möglich, die Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse der Ionen 8 zu bestimmen. Jeder Extraktionsimpuls führt zu einem vollständigen Massenspektrum 8 des ausgewählten m / z-Bereichs. Ionenspektren werden durch ein schnelles Datenerfassungssystem 7 aufgezeichnet. Ein komplettes Spektrum ist typischerweiseIn einer Sekunde erworben, obwohl eine höhere Zeitauflösung nach dem Signal-zu-Rausch-Niveau erreicht werden kann und eine quantitative Schätzung der VOC-Headspace-Konzentration auch ohne Kalibrierung 9 , 10 erfolgen kann . <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54075/54075fig1.jpg"> Abbildung 1: Schematische Darstellung eines PTR-MS. Schematische Darstellung des PTR-MS-Instruments HC: externe Ionenquelle mit Hohlkathode; SD: Quelldrift; VI, Venturi-Einlass; EM, Elektronenvervielfacher; FC1-2, Durchflussregler. Nachdruck mit Genehmigung von Boschetti et al. 7 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54075/54075fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page='"1"&gt;' im allgemeinen erfordert die ptr-technik eine schnelle analysezeit hohe erkennungsempfindlichkeit und relativ kompakte ger weder probenvorbereitung noch probenzerst erm somit echtzeit-untersuchungen>11 . PTR ist von großem Interesse für die Umwelt-, Atmosphären-, Lebensmittel-, Technologie-, Medizin- und Biowissenschaften 12 . VOCs, die mit Nahrungsmittelmatrizen assoziiert sind, sind von herausragendem Interesse an der Lebensmittelwissenschaft und -technologie wegen ihrer wichtigen Rolle in der molekularen Basis von biologischen Phänomenen, die mit Geruch und Geschmackswahrnehmung verbunden sind, und damit in der Nahrungsakzeptanz. Daher ist unser Interesse an Echtzeit und nicht-invasiven Erkennung von VOCs hauptsächlich mit sensorischen Qualitäten von Lebensmitteln beschäftigt. Wenn wir darüber hinaus die Möglichkeit betrachten, Verderb und pathogene Mikroorganismen mittels freigesetzter VOCs 13 zu detektieren und / oder flüchtige organische Verbindungen als Marker zu untersuchen,(Z. B. Maillard-Nebenprodukte bei thermischen Behandlungen) 14 wird deutlich, wie die VOC-Identifizierung und Quantifizierung für das Lebensmittelqualitätsmanagement von Interesse sind. Mehrere neuere Anwendungen von PTR-MS-Technologien zur schnellen Überwachung und Quantifizierung von VOCs in Lebensmittelmatrizen belegen das breite Anwendungsspektrum dieser analytischen Ansätze ( Tabelle 1 ). <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Lebensmittelmatrix </td><td> Art der Anwendung </td><td> Kurze Beschreibung </td><td> Referenz </td></tr><tr><td> Butter </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Geographische Herkunft der europäischen Butters </td><td> 15 </td></tr><tr><td> Joghurt </td><td> Bioprozessüberwachung </td><td> Evolution bei Milchsäure fermentation </td><td> 16 </td></tr><tr><td> Müsliriegel </td><td> In-vivo- Messung </td><td> Nosespace während des Verbrauchs von Getreidestäben mit unterschiedlicher Zuckerzusammensetzung </td><td> 17 </td></tr><tr><td> Flüssigmodellsysteme </td><td> Simulierte orale Bedingungen </td><td> Auswertung von Zungen- und Mundverhältnissen in einem Modellmund </td><td> 18 </td></tr><tr><td> Apfel </td><td> In-vivo- Messung </td><td> Nosespace während des Verbrauchs Apfel mit verschiedenen genetischen, strukturellen und physikochemischen Parametern </td><td> 19 </td></tr><tr><td> Kaffee </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Differenzierung von Kaffeespezialitäten </td><td> 20 </td></tr><tr><td> Traubenmost </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Wirkung des Kochprozesses </td><td> 21 </td></tr><tr><td> Aromatisierte Süßigkeiten </td><td> In-vivo- Messung </td><td> Bestimmung auf Panelisten mit unterschiedlichenDirekte Massenspektrometrieverfahren </td><td> 22 </td></tr><tr><td> Schinken </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Wirkung des Schweinezuchtsystems </td><td> 23 </td></tr><tr><td> Brot </td><td> Simulierte orale Bedingungen </td><td> Simulieren des Brotaromas bei der Mastikation </td><td> 24 </td></tr><tr><td> Milch </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Überwachung von Photooxidations-induzierten dynamischen Veränderungen in der Milch </td><td> 25 </td></tr><tr><td> Kaffee </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Vielfalt in gerösteten Kaffees aus verschiedenen geographischen Ursprüngen </td><td> 26 </td></tr><tr><td> Brot </td><td> Bioprozessüberwachung </td><td> Wirkung von verschiedenen Hefe-Startern während der alkoholischen Gärung </td><td> 27 </td></tr><tr><td> Kaffee </td><td> In-vivo- Messung </td><td> Nosespace beim Verzehr von verschiedenen gerösteten Kaffeevorbereitungen </td><td> 28 </td></tr><tr><td tomaten></td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Auswirkungen des Produktionsstandortes, des Produktionssystems und der Vielfalt </td><td> 29 </td></tr><tr><td> Brot </td><td> Bioprozessüberwachung </td><td> Wirkung von Mehl, Hefe und deren Wechselwirkung während der alkoholischen Gärung </td><td> 30 </td></tr><tr><td> Pilze </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Haltbarkeit von getrockneten Steinpilzen </td><td> 31 </td></tr><tr><td> Joghurt </td><td> Bioprozessüberwachung </td><td> Wirkung verschiedener Starterkulturen während der Milchsäurefermentation </td><td> 32 </td></tr><tr><td> Apfel </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Vielfalt in einer Apfel-Keimplasmasammlung </td><td> 33 </td></tr><tr><td> Kaffee </td><td> Screening / Charakterisierung </td><td> Tracing Kaffee Herkunft </td><td> 34 </td></tr><tr><td> Kaffee </td><td> In-vivo- Messung </td><td> Kombination von aDynamische sensorische Methode und In-vivo-Nosespace-Analyse, um die Kaffee-Wahrnehmung zu verstehen </td><td> 35 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1: Liste der wissenschaftlichen Studien mit PTR-ToF-MS im Lebensmittelbereich. Nicht erschöpfende Liste von wissenschaftlichen Studien mit PTR-basierten Ansätzen zur Überwachung des VOC-Gehalts in lebensmittelbezogenen Experimenten. In neueren Studien berichteten wir über die Anwendung von PTR-ToF-MS mit einem automatisierten Probenahmesystem und maßgeschneiderten Datenanalyse-Tools, um die Probenahmeautomatisierung und -sicherheit zu erhöhen und damit das Potenzial dieser Technik 7 , 10 , 13 zu erhöhen. So konnten wir im Hinblick auf den VOC-Gehalt große Sample-Sets ( zB Lebensmittel unterschiedlicher Herkunft mit vielen Replikaten, ganze Keimbläschen) aufzeigen, um den Einfluss mehrerer experimenteller Modi auf die VOC-Freisetzung zu analysieren ( zB unterschiedliche Konzentrationen)Eines bestimmten Inhaltsstoffs, diverse Intensitäten eines spezifischen technologischen Parameters) und zur Überwachung von VOCs, die mit einem gegebenen Bioprozess assoziiert sind ( zB enzymatische Oxidation, alkoholische Fermentation). Um hier das Potenzial von PTR-ToF-MS im Agrar- und Ernährungssektor zu veranschaulichen, stellen wir drei paradigmatische Anwendungen vor: die Erkennung von VOCs, die während der Milchsäure-Fermentation von Joghurt, die durch verschiedene mikrobielle Starterkulturen induziert wird, freigesetzt werden (Online-Bioprozess-Monitoring ), Die Überwachung von VOCs, die mit verschiedenen Apfelsorten assoziiert sind (großformatiges Screening) und die in vivo- Untersuchung der retronasalen VOC-Freisetzung beim Trinken von Kaffee (Nosespace-Analyse).

<table><tbody><tr><td>PTR-TOF 8000 Hochauflösend PTR-TOF-MS</td><td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td><td>PTR-TOF 8000</td><td>Ein Detektor für flüchtige organische Verbindungen (VOCs), der eine kontinuierliche VOC-Quantifizierung mit einer sehr hohen Massenauflösung ermöglicht</td></tr><tr><td>GERSTEL&nbsp; MPS 2XL</td><td>Gerstel</td><td></td><td>Ein multifunktionaler Autosampler&nbsp;</td></tr><tr><td>Gas-Kalibriereinheit</td><td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td><td>GCU-s / GCU-a</td><td>Ein dynamisches Gasverdünnungssystem, das variable, aber bekannte Mengen verschiedener Standardverbindungen in einem Trägergasstrom bereitstellt</td></tr><tr><td>TofDaq</td><td>Tofwerk AG</td><td>kostenlos erhältlich bei http://soft.tofwerk.com/&nbsp;&nbsp;&nbsp;</td><td>Eine Datenerfassungssoftware&nbsp; (für die Erfassung von Spektren)</td></tr><tr><td>MATLAB&nbsp;</td><td>MathWorks</td><td>http://it.mathworks.com/products/matlab/</td> <td>Eine technische Computersprache und interaktive Umgebung für die Entwicklung von Algorithmen, Datenvisualisierung und Datenanalyse</td></tr><tr><td>R</td><td>The R Foundation</td><td>kostenlos verfügbar unter https://cran.r-project.org/mirrors.html&nbsp;&nbsp;</td><td>Eine Sprache und Umgebung für statistische Berechnungen und Grafiken</td></tr></tbody></table>

ptr-tof-ms gekoppelt mit einem automatisierten probenahmesystem und einer maßgeschneiderten datenanalyse für lebensmittelstudien: bioprozessüberwachung, screening und nasenraumanalyse

PTR-ToF-MS Coupled with an Automated Sampling System and Tailored Data Analysis for Food Studies: Bioprocess Monitoring, Screening and Nose-space Analysis

Proton-Transfer-Reaktion (PTR), kombiniert mit einem Time-of-Flight (ToF) Massenspektrometer (MS), ist ein analytischer Ansatz, der auf der chemischen Ionisation basiert, die zu den Direct-Injection Mass Spectrometric (DIMS) Technologien gehört. Diese Techniken erlauben die schnelle Bestimmung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), die eine hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit gewährleisten. Im Allgemeinen erfordert PTR-MS weder Probenvorbereitung noch Probenzerstörung, so dass eine Echtzeit- und nicht-invasive Analyse von Proben möglich ist. PTR-MS werden in vielen Bereichen von der ökologischen und atmosphärischen Chemie bis hin zu medizinischen und biologischen Wissenschaften ausgenutzt. In jüngster Zeit haben wir eine Methodik entwickelt, die auf der Kopplung von PTR-ToF-MS mit einem automatisierten Sampler und maßgeschneiderten Datenanalyse-Tools basiert, um den Automatisierungsgrad zu erhöhen und damit das Potenzial der Technik zu erhöhen. Dieser Ansatz erlaubte es uns, Bioprozesse ( zB enzymatische Oxidation, alkoholische Fermentation) zu überwachen, um große Probenmengen (ZB unterschiedliche Ursprünge, ganze Keimbläschen) und analysieren mehrere experimentelle Modi ( zB unterschiedliche Konzentrationen eines gegebenen Inhaltsstoffs, unterschiedliche Intensitäten eines spezifischen technologischen Parameters) im Hinblick auf den VOC-Gehalt. Hier berichten wir über die experimentellen Protokolle, die verschiedene Anwendungsmöglichkeiten unserer Methodik veranschaulichen: dh die Erkennung von bei der Milchsäure-Fermentation von Joghurt freigesetzten VOCs (Online-Bioprozess-Monitoring), die Überwachung von VOCs, die mit verschiedenen Apfelsorten assoziiert sind (großformatiges Screening) , Und die in vivo Studie der retronasalen VOC Freisetzung während des Kaffees trinken (Nosespace Analyse).

Das flüchtige Profil der Proben ergab ein vollständiges Massenspektrum für den gewünschten Massenbereich, der jede Sekunde erworben wurde. In Fig. 2 ist ein Beispiel für die erworbenen Durchschnittsspektren während des Joghurt-On-line-Bioprozesses gegeben 32 . In jedem Spektrum können mehr als 300 Massenspitzen im m / z Bereich bis zu 250 Th identifiziert werden 32 . <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page=...

Proton Transfer Reaction Time of Flight Mass Spectrometry ermöglicht eine hochempfindliche, schnelle und nicht-invasive Analyse flüchtiger organischer Verbindungen. Um das Potenzial zu demonstrieren, geben wir drei Beispiele: Milchsäurefermentation von Joghurt (Online-Bioprozessüberwachung), verschiedene Apfelgenotypen (groß angelegtes Screening) und retronasaler Raum nach dem Kaffeetrinken (Nasenraumanalyse).

PTR-ToF-MS gekoppelt mit einem automatisierten Probenahmesystem und einer maßgeschneiderten Datenanalyse für Lebensmittelstudien: Bioprozessüberwachung, Screening und Nasenraumanalyse

Proton Transfer Reaction (PTR), combined with a Time-of-Flight (ToF) Mass Spectrometer (MS) is an analytical approach based on chemical ionization that ...

Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es, das Potenzial von PTR-ToF-MS für die direkte Analyse flüchtiger organischer Verbindungen in der Lebensmittelwissenschaft und -technologie und insbesondere die Bedeutung einer automatisierten Probenahme und maßgeschneiderten Datenanalyse aufzuzeigen. Flüchtige organische Verbindungen spielen eine Schlüsselrolle in der Lebensmittelwissenschaft und -technologie, sowohl weil sie die Geschmacks- und Geruchswahrnehmung steuern als auch weil sie ein Werkzeug zur Überwachung der Lebensmittelqualität darstellen. Die hohe Empfindlichkeit und die schnelle und direkte Injektion machen PTRMS zu einer der besten Optionen für die Überwachung der Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen für die Überwachung von Bioprozessen, für das Screening großer Datensätze und für die Analyse des Nasenraums.Wir entwickeln auch geeignete Daten und die Analysewerkzeuge, die für die ordnungsgemäße Nutzung großer und komplexer Datensätze, wie sie von PTRMS verwendet wurden, in sehr kurzer Zeit erforderlich sind. Die zukünftige Demonstration unserer Methodik kann zu Recherchen aus verschiedenen statistischen und wissenschaftlichen Bereichen wie SENSOMICS, Metabolomik, Pfadanalyse und Phonemik anregen. Um das erste Experiment zu beginnen, geben Sie fünf Milliliter pasteurisierte Milch in 20-Milliliter-Glasfläschchen, die mit PTFE-Silikonsepten ausgestattet sind.Übertragen Sie dann die Proben in einen multifunktionalen GC-Autosampler, der mit einer Temperaturkontrollschale ausgestattet ist. Verwenden Sie den Roboterarm des Autosamplers, um die Fläschchen mit den mikrobiellen Starterkulturen zu beimpfen, stellen Sie die Inkubationszeit entsprechend der Typologie des gewünschten Prozesses und den vom Hersteller der Starterkultur gemeldeten Spezifikationen ein. Stellen Sie dann den Autosampler so ein, dass er eine Probe nach der anderen analysiert, um eine Online-Überwachung der Milchsäurefermentation während der Joghurtzubereitung zu erhalten.Im zweiten Versuch wurden für jede Sorte mindestens fünf Äpfel in der gewünschten Reifephase ohne sichtbare Schäden ausgewählt. Lagern Sie die Äpfel für den gewünschten Zeitraum bei vier Grad Celsius. Sammeln Sie anschließend fünf zylindrische Scheiben von jedem Apfel mit einem Probenehmer mit Fleischklinge, einschließlich eines Teils des Rindengewebes, und vermeiden Sie den Kernteil mit Kernen.Nach dem Einfrieren werden die Proben und flüssiger Stickstoff homogenisiert. Geben Sie drei Repliken von 2,5-Gramm-Apfelproben jeder Sorte in 20-Milliliter-Glasfläschchen. Mischen Sie jede Probe mit einer antioxidativen Lösung, die durch Auflösen von einem Gramm Natriumchlorid, 12,5 Milligramm Ascorbinsäure und 12,5 Milligramm Zitronensäure in 2,5 Millilitern entionisiertem Wasser erhalten wird.Inkubieren Sie die Proben bei 40 Grad Celsius. Stellen Sie dann den Autosampler so ein, dass die flüchtigen organischen Verbindungen automatisch analysiert werden. Bereiten Sie für das letzte Experiment gebrühten Kaffee aus gemahlenen Kaffeeproben mit einer Kaffeemaschine mit sechs Tassen auf dem Herd mit 450 Millilitern Wasser und 30 Gramm Kaffeepulver zu.Füllen Sie den gebrühten Kaffee in eine Flasche und stellen Sie die Flasche in ein 60 Grad Celsius warmes thermostatisches Wasserbad. Geben Sie das Wasserpulververhältnis, die Art des verwendeten Mineralwassers, die Art der Kaffeemaschine und das Verfahren zur Gewinnung des Kaffeegetränks an. Übertragen Sie für jeden Kaffeeaufguss 7,5 Milliliter Aliquots in einen 40-Milliliter-Polystyrolbecher mit Kunststoffverschluss.Lassen Sie jeden Diskussionsteilnehmer das Getränk gemäß dem Protokoll probieren. Während PTR-ToF-MS kontinuierlich die Konzentration des Nasenraums über ein ergonomisches Einweg-Nasenstück aus Silikonkautschuk an der Nase jedes Panelteilnehmers abtastet. Dieses Nasenstück ist über eine PIC-Röhre mit dem PTR-ToF-MS verbunden, wobei der Teil bei Raumtemperatur mit dem Panelisten in Kontakt kommt und die verbleibende Röhre auf 110 Grad Celsius beheizt wird, sowie ein Einlassschlauch, der die Probenahmeschnittstelle mit dem Gerät verbindet.Um Kopfraummessungen der Proben durchzuführen, injizieren Sie Luft direkt in den Kopfraum des PTRMS-Driftrohrs, indem Sie das Ende des PTRMS-Einlasses in den Probenkopfraum einführen. Stellen Sie vor und während der Messungen die folgenden Ionisationsbedingungen im Driftrohr ein und überprüfen Sie sie ständig, um ein E/N-Verhältnis von 140 Townsend zu erreichen. Wenn ein Autosampler verwendet wird, stellen Sie den minimalen Einlassdurchfluss auf 40 Standardkubikzentimeter ein.Legen Sie die Abtastzeit pro Kanal der ToF-Erfassung auf einen Bereich des Master-Charge-Verhältnisses fest. Verwenden Sie die selbst entwickelte Software, um die Zählverluste aufgrund der Totzeit des Ionendetektors zu korrigieren und eine interne Kalibrierung, eine Rauschunterdrückung der Verbindungsanmerkung und eine Peak-Extraktion durchzuführen. Durchsuchen Sie die Daten, indem Sie prinzipielle Verbindungsanalysen, Varianzanalysen, Tukeys Post-hoc-Tests und andere statistische Analysen durchführen, bei denen vorhandene Pakete angepasst werden, die mit Matlab entwickelt wurden.Die drei Experimente liefern Beispiele für die Anwendung unserer Methodik zur Überwachung von Bioprozessen, zum Screening von Probensätzen und zur In-vivo-Analyse des Nasenraums. Das Online-Profil flüchtiger organischer Verbindungen von Proben ergibt jede Sekunde ein vollständiges Massenspektrum und mehr als 300 Massenpeaks können in den erfassten durchschnittlichen Spektren während der Joghurtfermentation identifiziert werden. Hier wird die Fermentationskinetik von neun ausgewählten Massenpeaks während der Joghurtfermentation mit vier verschiedenen Starterkulturen gezeigt.Die meisten dieser flüchtigen Bestandteile wiesen eine klassische mikrobielle Kinetik auf, mit einer anfänglichen Verzögerungsphase, gefolgt von einer Wachstumsphase und einer Post-Log-Phase. Interessanterweise hob die Online-Analyse eine besondere Verarmungskinetik für vier schwefelhaltige Verbindungen hervor, die bereits bei sehr geringer Konzentration eine sensorische Wirkung haben können. Das Dendrogramm, das auf flüchtigen organischen Verbindungen basiert, die mit einer großen Apfelsammlung assoziiert sind, die durch 198 Sitzungen repräsentiert wird, zeigt das Vorhandensein von sechs Hauptclustern, die hauptsächlich durch Ester und Alkohole bestimmt werden.Hier sind die kumulativen Profile von fünf Kaffeetestern dargestellt, die mittels radialer Diagramme dargestellt werden. Die Ergebnisse zeigen das Vorhandensein reproduzierbarer und relevanter Unterschiede zwischen den Panelisten, wie sie für die Panelisten P eins und P zwei offensichtlich sind. Der Unterschied der Proben, die am meisten erprobte Methode kann zuverlässige Daten über die Freisetzung flüchtiger organischer Verbindungen liefern, die im Vergleich zu unseren Methoden in kürzerer Zeit erhalten werden können.Die Möglichkeit, viele Proben zu messen, ist das Hauptmerkmal unseres Ansatzes. Weil es die Kontrolle und Rückverfolgung der Lebensfähigkeit biologischer Proben ermöglicht. Nach dieser Entwicklung hat sich diese Methodik für die Forscher in verschiedenen Bereichen der Überwachung flüchtiger organischer Verbindungen ausgezahlt, um den Zusammenhang zwischen ihrer Freisetzung und der Genetik und dem Screening von Populationen zu untersuchen.Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie eine gute Vorstellung davon haben, wie Sie das Potenzial von PTR-ToF-MS in der Lebensmittel- und Technologieanalyse zur Analyse der Volatilität von Früchten erkunden können. Bitte denken Sie daran, dass Proben und Messleitung während Ihres Versuchs der Luft ausgesetzt sind. Vermeiden Sie es also, einige Quellen für flüchtige organische Verbindungen einzuführen.Ein weiterer Vorteil von PTRMS ist, dass es keine Lösungsmittel oder gefährlichen Farbstoffe verwendet und es sich um eine umweltfreundliche Chemietechnik handelt. Vergessen Sie jedoch nicht, dass Ihre Proben extrem gefährlich sein können.

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PTR-ToF-MS gekoppelt mit einem automatisierten Probenahmesystem und einer maßgeschneiderten Datenanalyse für Lebensmittelstudien: Bioprozessüberwachung, Screening und Nasenraumanalyse (Video) | JoVE Journal

PTR-ToF-MS gekoppelt mit einem automatisierten Probenahmesystem und einer maßgeschneiderten Datenanalyse für Lebensmittelstudien: Bioprozessüberwachung, Screening und Nasenraumanalyse

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