PTR-ToF-MS couplé avec un système d'échantillonnage automatisé et une analyse de données sur mesure pour les études alimentaires: analyse du bioprocessus, du dépistage et de l'analyse du nez

L’objectif général de cet article est de démontrer le potentiel de la PTR-ToF-MS pour l’analyse directe des composés organiques volatils dans les sciences et technologies alimentaires, et en particulier l’importance de l’échantillonnage automatisé et de l’analyse de données sur mesure. Les composés organiques volatils jouent un rôle clé dans la science et la technologie alimentaires, à la fois parce qu’ils contrôlent la perception des saveurs et des odeurs, et parce qu’ils fournissent un outil pour le suivi de la qualité des aliments. La sensibilité élevée et l’injection rapide et directe font du PTRMS l’un des meilleurs choix pour la surveillance de la libération de composés organiques volatils, pour la surveillance des bioprocédés, pour le criblage de grands ensembles de données et pour l’analyse de l’espace nasal.

Nous développons également les données appropriées et les outils d’analyse nécessaires à l’exploitation correcte d’ensembles de données vastes et complexes, tels qu’ils ont été utilisés par PTRMS dans un délai très court. La démonstration future de notre méthodologie peut inspirer des recherches dans différents domaines statistiques et scientifiques tels que la SENSOMIQUE, la métabolomique, l’analyse de chemin et la phonémique. Pour commencer la première expérience, ajoutez cinq millilitres de lait pasteurisé dans des flacons en verre de 20 millilitres équipés de septa en silicone PTFE.

Transférez ensuite les échantillons dans un échantillonneur automatique GC multifonctionnel équipé d’un plateau de contrôle de la température. Utilisez le bras robotique de l’échantillonneur automatique pour inoculer les flacons avec les cultures de démarrage microbiennes, réglez le temps d’incubation en fonction de la typologie du processus souhaité et des spécifications rapportées par le fabricant de la culture de démarrage. Ensuite, réglez l’échantillonneur automatique pour analyser un échantillon après l’autre, obtenant ainsi une surveillance en ligne des composés organiques volatils de la fermentation de l’acide lactique pendant la préparation du yogourt.

La deuxième expérience permet de sélectionner au moins cinq pommes au stade de maturation souhaité sans aucun dommage visible pour chaque variété. Conservez les pommes pendant la période souhaitée à quatre degrés Celsius. Ensuite, prélevez cinq disques cylindriques de chaque pomme à l’aide d’un échantillonneur à lame de chair comprenant une partie du tissu du cortex et en évitant la partie centrale avec des graines.

Après congélation des échantillons et de l’azote liquide, homogénéisez-les. Placez trois répliques d’échantillons de pommes de 2,5 grammes de chaque variété dans des flacons en verre de 20 millilitres. Mélangez chaque échantillon avec une solution antioxydante obtenue en dissolvant un gramme de chlorure de sodium, 12,5 milligrammes d’acide ascorbique et 12,5 milligrammes d’acide citrique dans 2,5 millilitres d’eau déminéralisée.

Incuber les échantillons à 40 degrés Celsius. Réglez ensuite l’échantillonneur automatique pour qu’il analyse automatiquement les composés organiques volatils. Pour la dernière expérience, préparez du café infusé à partir d’échantillons de café moulu avec une cafetière de six tasses en utilisant 450 millilitres d’eau et 30 grammes de café en poudre.

Transférez le café infusé dans une bouteille et placez la bouteille dans un bain-marie thermostatique à 60 degrés Celsius. Indiquez le rapport entre le rapport entre l’eau et la poudre, le type d’eau minérale utilisé, le type de cafetière et la procédure adoptée pour obtenir la boisson au café. Pour chaque infusion de café, transférez des aliquotes de 7,5 millilitres dans une tasse en polystyrène de 40 millilitres avec un bouchon en plastique.

Demandez à chaque panéliste de goûter la boisson selon le protocole. Alors que le PTR-ToF-MS échantillonne en permanence la concentration de l’espace du nez via un embout nasal ergonomique en caoutchouc de silicone à usage unique au nez de chaque panéliste. Cette tourelle nasale est reliée au PTR-ToF-MS par un tube PIC avec la pièce en contact avec le panéliste à température ambiante et le tube restant chauffé à 110 degrés Celsius et un tuyau d’entrée qui relie l’interface d’échantillonnage à l’instrument.

Pour effectuer des mesures de l’espace de tête des échantillons, injectez directement de l’air dans l’espace de tête du tube de dérive PTRMS en insérant l’extrémité de l’entrée du PTRMS dans l’espace de tête de l’échantillon. Avant et pendant les mesures, réglez et vérifiez constamment les conditions d’ionisation suivantes dans le tube de dérive pour obtenir un rapport E/N de 140 Townsend. Si un échantillonneur automatique est utilisé, réglez le débit d’entrée minimum à 40 centimètres cubes standard.

Réglez le temps d’échantillonnage par voie d’acquisition ToF sur une plage de rapport de charge principale. Utilisez le logiciel développé par nos soins pour corriger les pertes de comptage dues au temps mort du détecteur d’ions et effectuer l’étalonnage interne, la réduction du bruit par annotation composée et l’extraction des pics. Exploitez les données en effectuant une analyse composée de principes, une analyse de variance, le test post-hoc de Tukey et d’autres analyses statistiques, en adaptant les packages existants développés à l’aide de Matlab.

Les trois expériences fournissent des exemples d’application de notre méthodologie de surveillance des processus biologiques, de criblage d’ensembles d’échantillons et d’analyse in vivo de l’espace nasal. Le profil en ligne des composés organiques volatils des échantillons donne un spectre de masse complet chaque seconde et plus de 300 pics de masse peuvent être identifiés dans les spectres moyens acquis pendant la fermentation du yaourt. La cinétique de fermentation de neuf pics de masse sélectionnés pendant la fermentation du yogourt à l’aide de quatre cultures de démarrage différentes est illustrée ici.

La plupart de ces substances volatiles présentaient une cinétique microbienne classique avec une phase initiale de latence suivie d’une phase de croissance et d’une phase post-logarithmique. Il est intéressant de noter que l’analyse en ligne a mis en évidence une cinétique d’appauvrissement particulière pour quatre composés contenant du soufre, qui peuvent avoir un effet sensoriel même à une très faible concentration. Le dendrogramme à base de composés organiques volatils associé à une importante collection de pommes représentée par une 198 sessions met en évidence la présence de six grappes principales principalement déterminées par les esters et les alcools.

Les profils cumulés de cinq testeurs de café représentés par des graphiques radiaux sont présentés ici. Les résultats démontrent la présence de différences reproductibles et pertinentes entre les panélistes, comme c’est le cas pour les panélistes P un et P deux. La différence des échantillons, la méthodologie la plus éprouvée peuvent fournir des données fiables sur la libération de composés organiques volatils, qui, comparées à nos méthodes, peuvent être obtenues dans un délai plus court.

La possibilité de mesurer de nombreux échantillons est la caractéristique clé de notre approche. Parce qu’il permet de contrôler et de tracer la viabilité des échantillons biologiques. Après ce développement, cette méthodologie a été rémunératrice pour les chercheurs dans différents domaines liés au suivi des composés organiques volatils afin d’explorer le lien entre leur libération et la génétique et le dépistage des populations.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne idée de la façon d’explorer le potentiel du PTR-ToF-MS dans l’analyse des aliments et de la technologie pour analyser la volatilité des fruits. N’oubliez pas que les échantillons et la ligne de mesure sont exposés à l’air pendant votre expérience. Évitez donc d’introduire certaines sources de composés organiques volatils.

Un autre avantage du PTRMS est qu’il n’implique pas l’utilisation de solvants ou de colorants dangereux et qu’il s’agit d’une technique de chimie verte. Cependant, n’oubliez pas que vos échantillons peuvent être extrêmement dangereux.