PTR-ToF-MS יחד עם מערכת הדגימה אוטומטית וניתוח נתונים מותאמים למחקרים על מזון: ניטור Bioprocess, הקרנה וניתוח שטח האף

המטרה הכוללת של מאמר זה היא להדגים את הפוטנציאל של PTR-ToF-MS לניתוח ישיר של תרכובות אורגניות נדיפות במדע וטכנולוגיה של מזון ובמיוחד את החשיבות של דגימה אוטומטית וניתוח נתונים מותאם אישית. תרכובות אורגניות נדיפות ממלאות תפקיד מפתח במדע ובטכנולוגיה של מזון הן מכיוון שהן שולטות בתפיסת הטעם והריח והן מכיוון שהן מספקות כלי לניטור איכות המזון. הרגישות הגבוהה וההזרקה המהירה והישירה הופכים את PTRMS לאחת הבחירות הטובות ביותר לניטור שחרור תרכובות אורגניות נדיפות לניטור תהליכים ביולוגיים, לסינון מערכי נתונים גדולים ולניתוח חלל האף.

כמו כן, אנו מפתחים נתונים מתאימים וכלי ניתוח הנחוצים לניצול נכון של מערכי נתונים גדולים ומורכבים כמו אלה ששימשו את PTRMS בזמן קצר מאוד. הדגמה עתידית של המתודולוגיה שלנו יכולה לעורר חיפושים מתחומים סטטיסטיים ומדעיים שונים כגון SENSOMICS, מטבולומיקה, ניתוח נתיבים ופונמיקה. כדי להתחיל בניסוי הראשון, הוסף חמישה מיליליטר חלב מפוסטר לבקבוקוני זכוכית של 20 מיליליטר המצוידים במחיצות סיליקון PTFE.

לאחר מכן העבירו את הדגימות לדגימה אוטומטית GC רב תכליתית המצוידת במגש בקרת טמפרטורה. השתמש בזרוע הרובוטית של הדגימה האוטומטית כדי לחסן את הבקבוקונים בתרביות המתנע המיקרוביאליות, הגדר את זמן הדגירה בהתאם לטיפולוגיה של התהליך הרצוי והמפרט שדווח על ידי יצרן תרבית המתנע. לאחר מכן הגדר את הדגימה האוטומטית לנתח דגימה אחת אחרי השנייה ולהשיג ניטור מקוון של תרכובות אורגניות נדיפות של תסיסה של חומצת חלב במהלך הכנת היוגורט.

הניסוי השני בוחר לפחות חמישה תפוחים בשלב ההבשלה הרצוי ללא נזק גלוי לכל זן. אחסן את התפוחים לתקופה הרצויה בארבע מעלות צלזיוס. לאחר מכן, אספו חמישה דיסקים גליליים מכל תפוח עם דגימת להב בשר הכוללת חלק מרקמת קליפת המוח והימנעו מחלק הליבה עם זרעים.

לאחר הקפאת הדגימות והחנקן הנוזלי הופכים אותם להומוגניזציה. הניחו שלוש שכפולים של דגימות תפוחים של 2.5 גרם מכל זן לבקבוקוני זכוכית של 20 מיליליטר. מערבבים כל דגימה עם תמיסה נוגדת חמצון המתקבלת על ידי המסת גרם אחד של נתרן כלורי, 12.5 מיליגרם חומצה אסקורבית ו-12.5 מיליגרם חומצת לימון ב-2.5 מיליליטר מים נטולי יונים.

דגרו את הדגימות בטמפרטורה של 40 מעלות צלזיוס. לאחר מכן הגדר את הדגימה האוטומטית לניתוח אוטומטי של התרכובות האורגניות הנדיפות. לניסוי האחרון, הכינו קפה מבושל מדגימות קפה טחון עם מכונת קפה כיריים עם שש כוסות תוך שימוש ב-450 מיליליטר מים ו-30 גרם אבקת קפה.

העבירו את הקפה המבושל לבקבוק והניחו את הבקבוק באמבט מים תרמוסטטי של 60 מעלות צלזיוס. דווח על יחס אבקת המים, סוג המים המינרליים המשמשים, סוג מכונת הקפה וההליך שננקט להשגת משקה הקפה. עבור כל חליטת קפה, העבירו 7.5 מיליליטר אליקוטים לכוס פוליסטירן של 40 מיליליטר עם מכסה פלסטיק.

בקש מכל חבר פאנל לטעום את המשקה בהתאם לפרוטוקול. בעוד ש-PTR-ToF-MS דוגם באופן רציף את ריכוז חלל האף באמצעות חתיכת אף מגומי סיליקון ארגונומית לשימוש חד פעמי באפו של כל חבר פאנל. חתיכת אף זו מחוברת ל-PTR-ToF-MS באמצעות צינור PIC כאשר החלק נמצא במגע עם חבר הפאנל בטמפרטורת החדר והצינור הנותר מחומם ב-110 מעלות צלזיוס וצינור כניסה המחבר את ממשק הדגימה עם המכשיר.

כדי לבצע מדידות מרחב ראש של הדגימות, הזרקו אוויר ישירות לחלל ראש צינור הסחיפה PTRMS על ידי הכנסת קצה כניסת ה-PTRMS לחלל ראש הדגימה. לפני ובמהלך המדידות, הגדר וודא כל הזמן את תנאי היינון הבאים בצינור הסחיפה כדי להוביל ליחס E/N של 140 Townsend. אם משתמשים בדוגם אוטומטי, הגדר את זרימת הכניסה המינימלית ל -40 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים.

הגדר את זמן הדגימה לכל ערוץ של רכישת ToF לטווח יחס טעינה ראשי. השתמש בתוכנה שפותחה בעצמך כדי לתקן את הפסדי הספירה עקב הזמן המת של גלאי היונים ולבצע כיול פנימי, הפחתת רעש הערות מורכבות וחילוץ שיא. כרה את הנתונים על ידי ביצוע ניתוח תרכובות עקרוני של שונות מבחן הפוסט-הוק של טוקי וניתוחים סטטיסטיים אחרים המתאימים חבילות קיימות שפותחו באמצעות Matlab.

שלושת הניסויים מספקים דוגמאות ליישום המתודולוגיה שלנו ניטור תהליכים ביולוגיים, סינון ערכות דגימות וניתוח מרחב אף in vivo. פרופיל התרכובות האורגניות הנדיפות המקוון של הדגימות נותן ספקטרום מסה שלם בכל שנייה וניתן לזהות יותר מ-300 שיאי מסה בספקטרום הממוצע הנרכש במהלך תסיסת היוגורט. קינטיקה של תסיסה של תשע שיאי מסה נבחרים במהלך תסיסת יוגורט באמצעות ארבע תרביות התחלה שונות מוצגות כאן.

רוב הנדיפים הללו הציגו קינטיקה דמוית מיקרוביאלית קלאסית עם שלב פיגור ראשוני ואחריו שלב גדילה ושלב פוסט-לוג. מעניין שהניתוח המקוון הדגיש קינטיקה מסוימת של דלדול עבור ארבע תרכובות המכילות גופרית, שיכולות להיות בעלות השפעה חושית גם בריכוז נמוך מאוד. הדנדרוגרמה המבוססת על תרכובות אורגניות נדיפות הקשורות לאוסף תפוחים גדול המיוצג על ידי 198 מפגשים מדגישה את נוכחותם של שישה אשכולות עיקריים שנקבעו בעיקר על ידי אסטרים ואלכוהולים.

הפרופילים המצטברים של חמישה בודקי קפה המיוצגים באמצעות תרשימים רדיאליים מוצגים כאן. התוצאות מדגימות את נוכחותם של הבדלים הניתנים לשחזור ורלוונטיים בין חברי הפאנל כפי שניכר עבור חבר הפאנל P 1 ו-P 2. ההבדל בין הדגימות, המתודולוגיה הבדוקה ביותר יכולה לספק נתונים אמינים על שחרור תרכובות אורגניות נדיפות, אשר בהשוואה לשיטות שלנו ניתן להשיג בזמן קצר יותר.

האפשרות למדוד דגימות רבות היא המאפיין העיקרי של הגישה שלנו. מכיוון שהוא מאפשר בקרה ומעקב אחר כדאיות של דגימות ביולוגיות. לאחר פיתוח זה, מתודולוגיה זו השתלמה היטב לחוקרים בתחומים שונים הקשורים לניטור תרכובות אורגניות נדיפות כדי לחקור את הקשר בין שחרורן לגנטיקה וסינון אוכלוסיות.

לאחר צפייה בסרטון זה, אמור להיות לך מושג טוב כיצד לחקור את הפוטנציאל של PTR-ToF-MS בניתוח מזון וטכנולוגיה כדי לנתח תנודתיות לפי פירות. אנא זכור שדגימות וקו מדידה חשופים לאוויר במהלך הניסוי שלך. אז הימנע מהכנסת מקורות מסוימים של תרכובות אורגניות נדיפות.

יתרון נוסף של PTRMS הוא שהוא אינו כרוך בשימוש בממיסים או בצבעים מסוכנים וזוהי טכניקת כימיה ירוקה. עם זאת, אל תשכח שהדגימות שלך עלולות להיות מסוכנות ביותר.