Name: PTR-ToF-MS combinado con un sistema automatizado de muestreo y análisis de datos a medida para estudios alimentarios: monitoreo de bioprocesos, tamizaje y análisis de la nariz y el espacio (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Aprende a utilizar PTR-ToF-MS con muestreo automatizado para el análisis de compuestos orgánicos volátiles en ciencia de alimentos. Este método permite monitorear bioprocesos y realizar análisis del espacio nasal de forma rápida y no invasiva.

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Este trabajo está respaldado por el 7º Programa Marco de la Comisión Europea bajo el Acuerdo de Subvención Número 287382. SY es beneficiario del Acuerdo de Subvención Número 287382 del 7º Programa Marco de la Comisión Europea. IK es beneficiario de una beca FIRST de la Escuela de Doctorado de la Fondazione Edmund Mach. Por su trabajo en la Universidad de Foggia, VC cuenta con el apoyo de la Región de Apulia en el marco del programa 'Future In Research' (código de práctica 9OJ4W81).

El protocolo sigue las directrices de nuestro comité institucional sobre la ética de la investigación humana. 1. Preparación de muestras y condiciones del muestreador automático <ol><li> Monitoreo en línea de bioprocesos: detección de COV liberados durante la fermentación con ácido láctico de yogur NOTA: Esta sección del protocolo representa parte del procedimiento informado por Benozzi et al. 32 <ol><li> Agregue 5 mL de leche pasteurizada a cada vial (viales de vidrio de 20 mL equipados con PTFE / septos de silicona). Observe el tipo de leche utilizada y caliente rápidamente las muestras a 45 ° C. Transferirlos a un automuestreador multifuncional GC equipado con una bandeja de temperatura controlada (45 ° C). </li><li> Utilice el brazo robótico del autoamplificador para inocular los viales con los cultivos iniciadores microbianos (de acuerdo con las especificaciones del fabricante del cultivo de arranque). Ajustar el tiempo de incubación según la tipología del yogur deseado y la especificaciónS informado por el fabricante de la cultura de arranque. Establecer el muestreador automático para analizar convenientemente una muestra después de la otra, obteniendo un monitoreo en línea de VOC de fermentación de ácido láctico durante la preparación de yogur. </li></ol></li><li> Proyección a gran escala: vigilancia de los COV asociados a diferentes genotipos de manzana NOTA: Esta sección del protocolo representa parte del procedimiento informado por Farneti et al. 33 , 36 <ol><li> Ejemplo de manzanas en la fase deseada de maduración / conservación ( por ejemplo, en la etapa de cosecha comercial). Seleccione por lo menos cinco frutas homogéneas sin ningún daño visible por cada clon. Guarde las manzanas durante el período deseado a temperatura ambiente (25 ° C) o refrigere (4 ° C). </li><li> Recoja cinco discos cilíndricos (1,7 cm de diámetro y 1 cm de espesor) de cada manzana con un muestreador de hoja de carne. Incluya una parte del tejido de la corteza, y evite la porción del núcleo con las semillas.Homogeneizar inmediatamente las muestras y congelar en nitrógeno líquido. Almacenar a -80 ° C hasta su análisis. </li><li> Antes del análisis, colocar tres repeticiones de la muestra de 2,5 g de manzana de cada replicación biológica en los viales (viales de vidrio de 20 ml equipados con PTFE / septos de silicona). Mezclar la muestra con 2,5 ml de agua desionizada, 1 g de cloruro de sodio, 12,5 mg de ácido ascórbico y 12,5 mg de ácido cítrico, y mantener las muestras a 4 ° C hasta el análisis (máximo 3 días). </li><li> Incubar las muestras a 40 ° C y luego configurar el muestreador automático para analizar automáticamente los COV. </li></ol></li><li> Análisis de Nosespace: estudio de la liberación retronasal de COV durante el consumo de café NOTA: Esta sección del protocolo representa parte del procedimiento informado por Romano et al. 28 <ol><li> Preparar el café preparado de las muestras de café molido. <ol><li> Utilice una máquina de café: informe de la relación agua / polvo, el tipo de agua mineral utilizada,El tipo de cafetera y el procedimiento adoptado para obtener la bebida de café (las cantidades son función de la dimensión de la cafetera). </li><li> Utilice una cafetera de seis tazas, conocida en Italia como &quot;moka&quot;, usando 450 ml de agua y 30 g de café en polvo. Colocar el café en un recipiente y transferirlo en un baño de agua termostático (60 ° C). </li></ol></li><li> Para cada infusión de café, transfiera alícuotas de 7,5 ml a una taza de poliestireno (40 ml) con una tapa de plástico. Cada panelista debe probar la bebida de acuerdo con el protocolo: i) 30 s de respiración libre, ii) un solo sorbo de café, seguido de un trago rápido, y iii) 3 min de respiración en una nariz de vidrio ergonómico 28 . </li><li> Repetir todo el experimento durante tres días consecutivos, aleatorizando el orden de las muestras de café y los panelistas cada día. </li><li> Realice el muestreo aplicando una pieza ergonómica de uso único en caucho de silicona a la nariz de los panelistas. Conecte el nA través de un tubo PEEK que no se calienta sólo en la primera parte en contacto con el cuerpo del panel, a continuación se calienta a 110 ° C en una manguera de entrada, que conecta la interfaz de muestreo con el PTR-MS instrumento. NOTA: En la Tabla 2 se presenta una lista de productos analizados con procedimientos análogos a los reportados por Benozzi et al. 32 , Farneti et al. 33 , 36 , y Romano et al. 28 . </li></ol></li></ol><table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Matriz de alimentos </td><td> Número y tipo de muestras </td><td> Referencia </td></tr><tr><td> manzana </td><td> Los autores revisaron una colección representada por 190 accesiones, compuestas por cultivares de manzana vieja y nueva </td><td> 33 </td></tr><tr><td> Yogur </td><td> Se analizaron cuatro iniciadores en términos de COV liberados durante la fermentación láctica de yogur (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> café </td><td> Se utilizaron tres tipos diferentes de café molido obtenidos de una sola mezcla pura de café Arábica: asado mediano, asado oscuro y asado medio descafeinado </td><td> 28 </td></tr></tbody></table> Tabla 2: Lista de productos analizados. Lista de productos analizados con procedimientos análogos a los reportados por Benozzi et al. 32 , Farneti et al. 33 , 36 , y Romano et al. 28 2. Diseño Experimental y Precauciones Prácticas <ol><li> Realizar al menos tres réplicas biológicas inter-díaTes, cada una con tres repeticiones técnicas, para cada modo experimental. </li><li> Antes de la incubación y análisis de la muestra, lave el espacio de cabeza con aire limpio durante 1 min a 200 sccm por cada vial. </li><li> Preparar un blanco para cada modo experimental, incubar y analizar el blanco en las mismas condiciones de las muestras. </li><li> Aleatorizar el orden de las muestras / espacios en blanco para el análisis. </li><li> Al igual que otros métodos utilizados para detectar COV, limitar el uso de perfumado productos de cuidado personal, así como la goma y los cigarrillos, antes de usar el instrumento. Tapar firmemente todos los productos químicos volátiles en el laboratorio, y controlar las corrientes de aire lo más posible durante las pruebas 37 . </li></ol> 3. PTR-MS Optimización y Análisis de Instrumentos NOTA: Las condiciones instrumentales se describen en las referencias ( por ejemplo, Makhoul et al ., 27 ). <ol><li> Realizar mediciones del espacio de cabeza de las muestras con un commerciAl PTR-ToF-MS en el modo de configuración estándar. </li><li> Inyecte directamente aire en el espacio libre del tubo de derivación PTR-MS sin ningún tratamiento. Hay un flujo continuo de aire de muestra a través de la PTR-MS, de modo que la inyección se consigue simplemente insertando el extremo de la entrada de PTR-MS en el espacio de cabeza de la muestra. </li><li> Establecer y verificar constantemente las siguientes condiciones de ionización en el tubo de deriva: 110 ° C temperatura del tubo de deriva, 2,30 mbar de presión de deriva, 550 V de voltaje de deriva. Esto conduce a una relación E / N de aproximadamente 140 Td (1 Td = 10 - 17 cm ^ { 2 } V - 1 s - 1 ). La línea de entrada consiste en un tubo capilar PEEK (diámetro interior 0,04 pulgadas) calentado a 110 ° C. De forma predeterminada, establezca el flujo de entrada en 40 sccm. </li><li> Ajustar el tiempo de muestreo por canal de adquisición de ToF a 0,1 ns, ascendiendo a 350.000 canales para un espectro de masas que varía hasta m / z = 400. Cada espectro es la suma de aproximadamente 28.600 adquisiciones que duran 35Μs cada uno, resultando en una resolución de tiempo de 1 s. NOTA: Los espectros se almacenan continuamente. Las señales espectrométricas crecen desde un nivel de fondo hasta un valor estable en pocos segundos (el tiempo necesario para reemplazar el gas en las líneas de entrada) y sólo los espectros adquiridos después de este transitorio se consideran en un análisis posterior. </li></ol> 4. Análisis de datos personalizados NOTA: El análisis de datos a medida se ha desarrollado utilizando un procedimiento en MATLAB. <ol><li> Corregir las pérdidas de recuento debido al tiempo muerto del detector de iones a través de una metodología basada en las estadísticas de Poisson como se describe por Cappellin et al. 10 . </li><li> Realice la calibración interna de acuerdo con un procedimiento descrito por Cappellin et al. 38 para lograr una buena precisión de masa (hasta 0,001 Th). </li><li> Realizar una anotación compuesta comparando los datos espectrales obtenidos con los datos de fragmentación de los estándares de referencia y con los datos rEn la literatura científica. </li><li> Realizar la reducción del ruido, la eliminación de la línea de base y la intensidad máxima de extracción de acuerdo con Cappellin et al. 39 , utilizando Gaussianos modificados para adaptarse a los picos. </li><li> Calcular la intensidad máxima en ppbv (partes por billón en volumen) a través de la fórmula descrita por Lindinger et al. 5 , utilizando el coeficiente de velocidad de reacción apropiado o un valor constante para el coeficiente de velocidad de reacción (k = 2,10 - 9 cm3 s - 1 ), cuando no se conoce el compuesto subyacente. Este último introduce un error sistemático de hasta el 30% que puede ser contabilizado si se conoce el coeficiente real 40 . </li><li> Mine los datos realizando Análisis de Componentes Principales, Análisis de Varianza, prueba post-hoc de Tukey y otros análisis / análisis estadísticos adaptando paquetes existentes desarrollados usando R ( por ejemplo, Cappellin et al. </ol>

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<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>

Los autores no tienen nada que revelar.

La espectrometría de masas de reacción de transferencia de protones (PTR-MS) acoplada a los analizadores de masa de tiempo de vuelo (ToF) representa un compromiso válido entre la necesidad de identificación y cuantificación de compuestos orgánicos volátiles y la necesidad de perfiles analíticos rápidos. La alta resolución de masa que caracteriza al analizador de masas ToF proporciona sensibilidad y espectros de masas relevantes con considerable contenido informacional. Además, la aplicación de PTR-ToF-MS junto con un au...

Las tecnologías de espectrometría de masas de inyección directa (DIMS) representan una clase de enfoques instrumentales analíticos que ofrecen una resolución considerable de masa y tiempo con alta sensibilidad y robustez, permitiendo la rápida detección y cuantificación de compuestos orgánicos volátiles 1 . Estos enfoques instrumentales incluyen, entre otros, MS-e-nose, Espectrometría de Masa de Ionización Química a Presión Atmosférica (APCI-MS), Espectrometría de Masas de Reacción de Transferencia de Protones (PTR-MS) y Espectrometría de Masa de Tubo de Ion SIFT-MS) 1 . Los pros y los contras de cada enfoque dependen de: el tipo de inyección de la muestra, la fuente y el control de los iones precursores, el control del proceso de ionización y el analizador de masa 1 , 2 . La espectrometría de masas de reacción de transferencia de protones (PTR-MS) fue desarrollada hace más de veinte años para monitorear en tiempo real y wiLos límites de detección bajos (por lo general unos pocos ppbv, parte por mil millones por volumen) la mayoría de los compuestos orgánicos volátiles (COV) en el aire 3 , 4 . Los usos actuales de PTR-MS abarcan desde aplicaciones médicas hasta control de alimentos, hasta investigación ambiental 5 , 6 . Las principales características de esta técnica son: la posibilidad de medición rápida y continua, la fuente intensa y pura de iones precursores, y la posibilidad de controlar las condiciones de ionización (presión, temperatura y tensión de deriva). Estas características permiten combinar usos versátiles con un alto grado de estandarización 1 , 4 . De hecho, el método se basa en reacciones de iones hidronio (H $ ₃ $ O $ ⁺ $ ), que inducen la transferencia de protones no disociativos en la mayoría de los compuestos volátiles (particularmente en aquellos caracterizados por una afinidad del protón superior al agua), compuestos neutros protonantes(M) de acuerdo con la reacción: H $ ₃ $ O + + M → H $ ₂ $ O + MH $ ⁺ $ . En contraste con otras técnicas, por ejemplo , APCI-MS, la generación de iones precursores y la ionización de muestras se dividen en dos compartimentos instrumentales diferentes (en la Figura 1 se muestra una representación esquemática del instrumento PTR-MS). Una descarga eléctrica por vapor de agua en la fuente de iones de cátodo hueco genera un haz de iones hidronio. Después de esta fase, los iones cruzan el tubo de deriva, donde tiene lugar la ionización de los COV 7 . Los iones entran entonces en una sección de extracción de impulsos y se aceleran en la sección TOF. A través de los tiempos de vuelo, es posible determinar las relaciones masa-carga de los iones 8 . Cada impulso de extracción conduce a un espectro de masas completo 8 de la gama m / z seleccionada. Los espectros de iones se registran mediante un sistema rápido de adquisición de datos 7 . Un espectro completo es típicamenteAdquirida en un segundo, aunque se puede lograr una mayor resolución en el tiempo de acuerdo con el nivel de se~nal a ruido y se puede proporcionar una estimación cuantitativa de la concentración de espacio de cabeza de VOC incluso sin calibración 9 , 10 . <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54075/54075fig1.jpg"> Figura 1: Ilustración esquemática de un PTR-MS. Representación esquemática del instrumento PTR-MS. HC: fuente de iones externa con cátodo hueco; SD: derivación de la fuente; VI, entrada de tipo venturi; EM, multiplicador de electrones; FC1-2, controladores de flujo. Reproducido con permiso de Boschetti et al. 7 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54075/54075fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page='"1"&gt;' en general la t ptr asegura un tiempo de an r una alta sensibilidad detecci y tama instrumento relativamente compacto no requiere preparaci muestras ni destrucci por lo tanto permite realizar investigaciones real>11 . El PTR es de considerable interés en las ciencias ambientales, atmosféricas, alimentarias, tecnológicas, médicas y biológicas 12 . Los COV asociados con las matrices alimentarias son de gran interés en la ciencia y tecnología de los alimentos debido a su importante papel en la base molecular de los fenómenos biológicos relacionados con la percepción del olor y el sabor y, por lo tanto, en la aceptación de los alimentos. Por lo tanto, nuestro interés en el tiempo real y la detección no invasiva de COV trata principalmente de las cualidades sensoriales de los alimentos. Además, si consideramos la posibilidad de detectar deterioro y microorganismos patógenos por medio de VOCs 13 liberados y / o monitorear compuestos orgánicos volátiles como marcadores follo( Por ejemplo, los subproductos de Maillard durante los tratamientos térmicos) 14 , queda claro cómo la identificación y cuantificación de COV son campos de interés en la gestión de la calidad de los alimentos 6 . Varios usos recientes de las tecnologías PTR-MS para el monitoreo y cuantificación rápidos de COV en matrices alimentarias demuestran el amplio rango de aplicación de estos enfoques analíticos ( Tabla 1 ). <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Matriz de alimentos </td><td> Tipo de aplicación </td><td> Breve descripción </td><td> Referencia </td></tr><tr><td> Mantequilla </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Origen geográfico de las mantequillas europeas </td><td> 15 </td></tr><tr><td> Yogur </td><td> Monitoreo de Bioprocesos </td><td> Evolución durante la fermentación del ácido lácticoMentación </td><td> dieciséis </td></tr><tr><td> Barras de cereal </td><td> Medición in vivo </td><td> Nosespace durante el consumo de barras de cereales con composición de azúcar variable </td><td> 17 </td></tr><tr><td> Sistemas de modelos líquidos </td><td> Condiciones orales simuladas </td><td> Evaluación de la presión de la lengua y de las condiciones bucales en boca modelo </td><td> 18 </td></tr><tr><td> manzana </td><td> Medición in vivo </td><td> Nosespace durante el consumo de manzana con diferentes parámetros genéticos, texturales y físico-químicos </td><td> 19 </td></tr><tr><td> café </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Diferenciación de cafés especiales </td><td> 20 </td></tr><tr><td> Mosto de uva </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Efecto del proceso de cocción </td><td> 21 </td></tr><tr><td> Caramelos con sabor </td><td> Medición in vivo </td><td> Determinación de los panelistas que utilizanMétodos directos de espectrometría de masas </td><td> 22 </td></tr><tr><td> jamón </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Efecto del sistema de cría de cerdos </td><td> 23 </td></tr><tr><td> Pan de molde </td><td> Condiciones orales simuladas </td><td> Simulación del aroma del pan durante la masticación </td><td> 24 </td></tr><tr><td> Leche </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Control de cambios dinámicos inducidos por fotooxidación en la leche </td><td> 25 </td></tr><tr><td> café </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Diversidad en cafés tostados de diferentes orígenes geográficos </td><td> 26 </td></tr><tr><td> Pan de molde </td><td> Monitoreo de Bioprocesos </td><td> Efecto de diferentes iniciadores de levadura durante la fermentación alcohólica </td><td> 27 </td></tr><tr><td> café </td><td> Medición in vivo </td><td> Nosespace durante el consumo de diferentes preparaciones de café tostado </td><td> 28 </td></tr><tr><td tomates></td><td> Proyección / caracterización </td><td> Impacto de la ubicación de la producción, el sistema de producción y la variedad </td><td> 29 </td></tr><tr><td> Pan de molde </td><td> Monitoreo de Bioprocesos </td><td> Efecto de harina, levadura y su interacción durante la fermentación alcohólica </td><td> 30 </td></tr><tr><td> Hongos </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Vida útil de setas secas de porcini </td><td> 31 </td></tr><tr><td> Yogur </td><td> Monitoreo de Bioprocesos </td><td> Efecto de diferentes cultivos iniciadores durante la fermentación láctica </td><td> 32 </td></tr><tr><td> manzana </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Diversidad en una colección de germoplasma de manzana </td><td> 33 </td></tr><tr><td> café </td><td> Proyección / caracterización </td><td> Seguimiento del origen del café </td><td> 34 </td></tr><tr><td> café </td><td> Medición in vivo </td><td> Combinación de unEl método sensorial dinámico y el análisis in situ del espacio nasal para entender la percepción del café </td><td> 35 </td></tr></tbody></table> Tabla 1: Lista de estudios científicos utilizando PTR-ToF-MS en el sector alimentario. Lista no exhaustiva de estudios científicos que utilizan enfoques basados ​​en PTR para supervisar el contenido de COV en experimentos relacionados con los alimentos. En estudios recientes, se informó sobre la aplicación de PTR-ToF-MS, junto con un sistema de muestreo automatizado y herramientas de análisis de datos a medida para aumentar la automatización de muestreo y la fiabilidad y, en consecuencia, para aumentar el potencial de esta técnica [ 7 , 10 , 13] . Esto permitió analizar la influencia de varios modos experimentales en la liberación de COV ( por ejemplo, diferentes concentracionesDe un determinado ingrediente, diversas intensidades de un parámetro tecnológico específico), y para monitorear los COV asociados con un determinado bioproceso ( por ejemplo, oxidación enzimática, fermentación alcohólica). En este sentido, para ejemplificar el potencial de PTR-ToF-MS en el sector agroalimentario, presentamos tres aplicaciones paradigmáticas: la detección de COV liberados durante la fermentación con ácido láctico de yogur inducida por diferentes cultivos iniciadores microbianos (monitoreo en línea de bioprocesos ), El monitoreo de COVs asociados a diferentes cultivares de manzanas (screening a gran escala) y el estudio in vivo de la liberación retronasal de COV mientras se toma café (análisis del espacio nasal).

<table><tbody><tr><td>PTR-TOF 8000 de alta resolución PTR-TOF-MS</td><td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td><td>PTR-TOF 8000</td><td>Un detector de compuestos orgánicos volátiles (COV) que permite la cuantificación continua de COV con una resolución de masa muy alta</td></tr><tr><td>GERSTEL&nbsp; MPS 2XL</td><td>Gerstel</td><td></td><td>A muestreador automático multifuncional&nbsp;</td></tr><tr><td>unidad de calibración de gas</td><td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td><td>GCU-s / GCU-a</td><td>Un sistema dinámico de dilución de gas que proporciona cantidades variables pero conocidas de diferentes compuestos estándar en una corriente de gas portador</td></tr><tr><td>TofDaq</td><td>Tofwerk AG</td><td>libre disponible en http://soft.tofwerk.com/&nbsp;&nbsp;&nbsp;</td><td>Un software de adquisición de datos&nbsp; (para la adquisición de espectros)</td></tr><tr><td>MATLAB&nbsp;</td><td>MathWorks</td><td>http://it.mathworks.com/products/matlab/</td> <td>Un lenguaje de computación técnica y entorno interactivo para el desarrollo de algoritmos, visualización de datos y análisis de datos</td></tr><tr><td>R</td><td>The R Foundation</td><td>gratis disponible en https://cran.r-project.org/mirrors.html&nbsp;&nbsp;</td><td>Un lenguaje y un entorno para la computación estadística y los gráficos</td></tr></tbody></table>

ptr-tof-ms combinado con un sistema automatizado de muestreo y análisis de datos a medida para estudios alimentarios: monitoreo de bioprocesos, tamizaje y análisis de la nariz y el espacio

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

La Reacción de Transferencia de Protones (PTR), combinada con un Espectrómetro de Masa de Tiempo de Vuelo (ToF) es un enfoque analítico basado en la ionización química que pertenece a las tecnologías DIMS (Direct Injection Mass Spectrometric). Estas técnicas permiten la rápida determinación de compuestos orgánicos volátiles (COV), asegurando una alta sensibilidad y precisión. En general, PTR-MS no requiere preparación de muestras ni destrucción de muestras, lo que permite el análisis en tiempo real y no invasivo de las muestras. Los PTR-MS son explotados en muchos campos, desde la química ambiental y atmosférica hasta las ciencias médicas y biológicas. Más recientemente, desarrollamos una metodología basada en el acoplamiento de PTR-ToF-MS con un muestreador automatizado y herramientas de análisis de datos a medida, para incrementar el grado de automatización y, en consecuencia, potenciar el potencial de la técnica. Este enfoque nos permitió monitorear bioprocesos ( por ejemplo, oxidación enzimática, fermentación alcohólica), para examinar grandes conjuntos de muestras (Diferentes orígenes, germoplasmas enteros) y analizar varios modos experimentales ( por ejemplo, diferentes concentraciones de un ingrediente dado, diferentes intensidades de un parámetro tecnológico específico) en términos de contenido de COV. Aquí presentamos los protocolos experimentales que ejemplifican diferentes aplicaciones posibles de nuestra metodología: la detección de COV liberados durante la fermentación con ácido láctico de yogur (monitoreo en línea de bioprocesos), el monitoreo de COVs asociados a diferentes cultivares de manzana (cribado a gran escala) , Y el estudio in vivo de la liberación retronasal de COV durante el consumo de café (análisis del espacio nasal).

El perfil volátil de las muestras dio como resultado un espectro de masas completo para el intervalo de masa deseado adquirido cada segundo. En la Figura 2 , se da un ejemplo del espectro medio adquirido durante el bioproceso en línea de yogur 32 . En cada espectro, se pueden identificar más de 300 picos de masa en el rango m / z hasta 250 Th. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/5...

Proton Transfer Reaction Time of Flight permite el análisis de compuestos orgánicos volátiles, rápido y no invasivo. Para demostrar su potencial, ponemos tres ejemplos: la fermentación láctica del yogur (monitorización on-line de bioprocesos), diferentes genotipos de manzana (cribado a gran escala) y el espacio retronasal tras beber café (análisis del espacio nasal).

PTR-ToF-MS combinado con un sistema automatizado de muestreo y análisis de datos a medida para estudios alimentarios: monitoreo de bioprocesos, tamizaje y análisis de la nariz y el espacio

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

El objetivo general de este artículo es demostrar el potencial de PTR-ToF-MS para el análisis directo de compuestos orgánicos volátiles en la ciencia y la tecnología de los alimentos y, en particular, la importancia del muestreo automatizado y el análisis de datos personalizado. Los compuestos orgánicos volátiles desempeñan un papel clave en la ciencia y la tecnología de los alimentos, tanto porque controlan la percepción del sabor y el olor como porque proporcionan una herramienta para el seguimiento de la calidad de los alimentos. La alta sensibilidad y la inyección rápida y directa hacen de PTRMS una de las mejores opciones para el monitoreo de la liberación de compuestos orgánicos volátiles para el monitoreo de bioprocesos, para el cribado de grandes conjuntos de datos y para el análisis del espacio nasal.También desarrollamos los datos adecuados y las herramientas de análisis que son necesarias para la explotación adecuada de conjuntos de datos grandes y complejos como los que utilizó PTRMS en muy poco tiempo. La demostración futura de nuestra metodología puede inspirar búsquedas de diferentes campos estadísticos y científicos como SENSOMICS, metabolómica, análisis de rutas y fonética. Para comenzar el primer experimento, agregue cinco mililitros de leche pasteurizada a viales de vidrio de 20 mililitros equipados con septos de silicona PTFE.A continuación, transfiera las muestras a un muestreador automático GC multifuncional equipado con una bandeja de control de temperatura. Utilice el brazo robótico del muestreador automático para inocular los viales con los cultivos iniciadores microbianos, configure el tiempo de incubación de acuerdo con la tipología del proceso deseado y las especificaciones informadas por el fabricante del cultivo iniciador. A continuación, configure el muestreador automático para analizar una muestra tras otra, obteniendo un seguimiento en línea de los compuestos orgánicos volátiles de la fermentación del ácido láctico durante la preparación del yogur.El segundo experimento seleccionó al menos cinco manzanas en la fase deseada de maduración sin ningún daño visible para cada variedad. Guarde las manzanas durante el período deseado a cuatro grados centígrados. Después de esto, recoja cinco discos cilíndricos de cada manzana con un muestreador de cuchillas de pulpa que incluya parte del tejido de la corteza y evite la parte central con semillas.Después de congelar las muestras y el nitrógeno líquido, homogeneizarlas. Coloque tres réplicas de muestras de manzana de 2,5 gramos de cada variedad en viales de vidrio de 20 mililitros. Mezclar cada muestra con una solución antioxidante obtenida disolviendo un gramo de cloruro de sodio, 12,5 miligramos de ácido ascórbico y 12,5 miligramos de ácido cítrico en 2,5 mililitros de agua desionizada.Incubar las muestras a 40 grados centígrados. A continuación, configure el muestreador automático para analizar automáticamente los compuestos orgánicos volátiles. Para el último experimento, prepare café preparado a partir de muestras de café molido con una cafetera de estufa de seis tazas usando 450 mililitros de agua y 30 gramos de café en polvo.Transfiera el café preparado a una botella y coloque la botella en un baño de agua termostático a 60 grados centígrados. Informe la proporción de agua en polvo, el tipo de agua mineral utilizada, el tipo de cafetera y el procedimiento adoptado para obtener la bebida de café. Por cada preparación de café, transfiera 7,5 mililitros de alícuotas a una taza de poliestireno de 40 mililitros con tapa de plástico.Haga que cada panelista pruebe la bebida de acuerdo con el protocolo. Mientras que PTR-ToF-MS muestrea continuamente la concentración del espacio de la nariz a través de una pieza nasal ergonómica de caucho de silicona de un solo uso en la nariz de cada panelista. Esta pieza de nariz está conectada al PTR-ToF-MS por un tubo PIC con la parte en contacto con el panelista a temperatura ambiente y el tubo restante calentado a 110 grados Celsius y una manguera de entrada que conecta la interfaz de muestreo con el instrumento.Para realizar mediciones del espacio de cabeza de las muestras, inyecte aire directamente en el espacio de cabeza del tubo de deriva PTRMS insertando el extremo de la entrada del PTRMS en el espacio de cabeza de la muestra. Antes y durante las mediciones, configure y verifique constantemente las siguientes condiciones de ionización en el tubo de deriva para obtener una relación E/N de 140 Townsend. Si se utiliza un muestreador automático, establezca el flujo de entrada mínimo en 40 centímetros cúbicos estándar.Establezca el tiempo de muestreo por canal de adquisición ToF en un rango de relación de carga maestra. Utilice el software de desarrollo propio para corregir las pérdidas de recuento debidas al tiempo muerto del detector de iones y realizar la calibración interna, la reducción de ruido de anotación compuesta y la extracción de picos. Extraiga los datos mediante la realización de análisis compuesto principal, análisis de varianza, prueba post-hoc de Tukey y otros análisis estadísticos, adaptando paquetes existentes desarrollados con Matlab.Los tres experimentos proporcionan ejemplos de la aplicación de nuestra metodología: monitoreo de procesos biológicos, selección de conjuntos de muestras y análisis del espacio nasal in vivo. El perfil de compuestos orgánicos volátiles en línea de las muestras proporciona un espectro de masa completo cada segundo y se pueden identificar más de 300 picos de masa en los espectros promedio adquiridos durante la fermentación del yogur. Aquí se muestra la cinética de fermentación de nueve picos de masa seleccionados durante la fermentación del yogur utilizando cuatro cultivos iniciadores diferentes.La mayoría de estos volátiles mostraron una cinética microbiana clásica con una fase de retraso inicial seguida de una fase de crecimiento y una fase posterior al registro. Curiosamente, el análisis en línea puso de manifiesto una cinética de agotamiento particular para cuatro compuestos que contienen azufre, que pueden tener un efecto sensorial incluso a una concentración muy baja. El dendrograma basado en compuestos orgánicos volátiles asociados a una gran colección de manzanas representada por una serie de 198 sesiones destaca la presencia de seis grupos principales determinados principalmente por ésteres y alcoholes.A continuación se muestran los perfiles acumulativos de cinco probadores de café representados por medio de gráficos radiales. Los resultados demuestran la presencia de diferencias reproducibles y relevantes entre los panelistas, como se evidencia para los panelistas P uno y P dos. La diferencia de muestras, la metodología más probada, puede proporcionar datos fiables sobre la liberación de compuestos orgánicos volátiles, que cuando se comparan con nuestros métodos se pueden obtener en menos tiempo.La posibilidad de medir muchas muestras es la característica clave de nuestro enfoque. Porque permite controlar y trazar la viabilidad de las muestras biológicas. Después de este desarrollo, esta metodología dio buenos resultados para que los investigadores en diferentes campos relacionados con el monitoreo de compuestos orgánicos volátiles exploraran el vínculo entre su liberación y la genética y el cribado de poblaciones.Después de ver este video, debería tener una buena idea de cómo explorar el potencial de PTR-ToF-MS en el análisis de alimentos y tecnología para analizar la volatilidad de las frutas. Recuerde que las muestras y la línea de medición están expuestas al aire durante su experimento. Por lo tanto, evite introducir algunas fuentes de compuestos orgánicos volátiles.Otra ventaja del PTRMS es que no implica el uso de disolventes ni tintes peligrosos y es una técnica de química verde. Sin embargo, no olvide que sus muestras pueden ser extremadamente peligrosas.

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PTR-ToF-MS combinado con un sistema automatizado de muestreo y análisis de datos a medida para estudios alimentarios: monitoreo de bioprocesos, tamizaje y análisis de la nariz y el espacio (Video) | JoVE Journal

PTR-ToF-MS combinado con un sistema automatizado de muestreo y análisis de datos a medida para estudios alimentarios: monitoreo de bioprocesos, tamizaje y análisis de la nariz y el espacio

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