Name: PTR-ToF-MS w połączeniu ze zautomatyzowanym systemem pobierania próbek i dostosowaną analizą danych do badań żywności: monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe i analiza przestrzeni nosowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-11T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: Poznaj zastosowanie PTR-ToF-MS w analizie lotnych związków organicznych w nauce o żywności. Metoda umożliwia monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe oraz analizę przestrzeni nosowej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca jest wspierana przez 7 Program Ramowy Komisji Europejskiej na podstawie umowy o grant numer 287382. SY jest beneficjentem umowy o udzielenie dotacji nr 287382 zawartej przez Komisję Europejską w ramach 7. programu ramowego. IK jest stypendystką FIRST szkoły doktorskiej Fondazione Edmund Mach. W swojej pracy na Uniwersytecie w Foggii, VC jest wspierany przez Region Apulii w ramach programu "Future In Research" (kod praktyki 9OJ4W81).

Protokół jest zgodny z wytycznymi naszej instytucjonalnej komisji ds. etyki badań klinicznych na ludziach.
1. Przygotowanie próbki i warunki automatycznego pobierania próbek
<ol>
	<li>Monitorowanie bioprocesów on-line: wykrywanie lotnych związków organicznych uwalnianych podczas fermentacji kwasu mlekowego w jogurcie 
	UWAGA: Ta sekcja protokołu stanowi część procedury opisanej przez Benozzi i wsp.32
	<ol>
		<li>Dodać 5 ml pasteryzowanego mleka do każdej fiolki (szklane fiolki o pojemności 20 ml wyposażone w przegrodę PTFE/silikonową). Zwróć uwagę na rodzaj użytego mleka i szybko podgrzej próbki do temperatury 45 °C. Przenieś je do wielofunkcyjnego automatycznego podajnika próbek GC wyposażonego w tackę o kontrolowanej temperaturze (45 °C).</li>
		<li>Użyj ramienia robotycznego automatycznego podajnika próbek, aby zaszczepić fiolki mikrobiologicznymi kulturami starterowymi (zgodnie ze specyfikacjami producenta kultury starterowej). Ustaw czas inkubacji zgodnie z typologią żądanego jogurtu i specyfikacjami podanymi przez producenta kultury starterowej. Ustaw automatyczny podajnik próbek tak, aby wygodnie analizował jedną próbkę po drugiej, uzyskując monitorowanie on-line LZO fermentacji kwasu mlekowego podczas przygotowywania jogurtu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Badania przesiewowe na dużą skalę: monitorowanie LZO związanych z różnymi genotypami jabłek 
	UWAGA: Ta sekcja protokołu stanowi część procedury opisanej przez Farneti i wsp.33,36
	<ol>
		<li>Próbki jabłek należy pobrać w pożądanej fazie dojrzewania/konserwacji (np. na etapie zbioru handlowego). Wybierz co najmniej pięć jednorodnych owoców bez widocznych uszkodzeń dla każdego klonu. Przechowuj jabłka przez żądany okres w temperaturze pokojowej (25 °C) lub w lodówce (4 °C).</li>
		<li>Zbierz pięć cylindrycznych krążków (o średnicy 1,7 cm i grubości 1 cm) z każdego jabłka za pomocą próbnika do miąższu. Uwzględnij część tkanki kory mózgowej i unikaj rdzennej części z nasionami. Natychmiast homogenizować próbki i zamrażać w ciekłym azocie. Przechowywać w temperaturze -80 °C do czasu analizy.</li>
		<li>Przed analizą należy umieścić trzy powtórzenia 2,5 g próbki jabłka z każdej kontrpróby biologicznej w fiolkach (szklane fiolki o pojemności 20 ml wyposażone w przegrody PTFE/silikon). Zmieszać próbkę z 2,5 ml wody dejonizowanej, 1 g chlorku sodu, 12,5 mg kwasu askorbinowego i 12,5 mg kwasu cytrynowego i utrzymywać próbki w temperaturze 4 °C do czasu analizy (maksymalnie 3 dni).</li>
		<li>Inkubować próbki w temperaturze 40 °C, a następnie ustawić automatyczny podajnik próbek tak, aby automatycznie analizował LZO.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Analiza przestrzeni nosowej: badanie retronosowego uwalniania LZO podczas picia kawy 
	UWAGA: Ta sekcja protokołu stanowi część procedury opisanej przez Romano i wsp.28
	<ol>
		<li>Przygotuj parzoną kawę z próbek kawy mielonej.
		<ol>
			<li>Używaj ekspresu do kawy: podaj stosunek wody do proszku, rodzaj użytej wody mineralnej, typ ekspresu do kawy oraz procedurę zastosowaną do uzyskania napoju kawowego (ilości są funkcją wymiarów ekspresu do kawy).</li>
			<li>Użyj ekspresu do kawy na sześć filiżanek z płytą kuchenną, znanego we Włoszech jako "moka", używając 450 ml wody i 30 g kawy mielonej. Zaparzoną kawę przelać do naczynia i umieścić w termostatycznej łaźni wodnej (60 °C).</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Do każdego naparu kawy przenieś 7,5 ml porcji do styropianowego kubka (40 ml) z plastikową nakrętką. Niech każdy z panelistów spróbuje napoju zgodnie z protokołem: i) 30 s swobodnego oddychania, ii) pojedynczy łyk kawy, a następnie szybkie przełknięcie oraz iii) 3 minuty wdychania do ergonomicznego szklanego nosa28.</li>
		<li>Powtarzaj cały eksperyment przez trzy kolejne dni, losując kolejność próbek kawy i panelistów każdego dnia.</li>
		<li>Pobieranie próbek należy przeprowadzić, przykładając do nosa panelistów jednorazowy ergonomiczny nosek z gumy silikonowej. Podłączyć końcówkę do PTR-ToF-MS za pomocą rurki PEEK, która jest niepodgrzewana tylko w pierwszej części w kontakcie z korpusem panelisty, a następnie podgrzewana do temperatury 110 °C w wężu dopływowym, który łączy interfejs próbkowania z przyrządem PTR-MS. 
		UWAGA: W Tabeli 2 znajduje się wykaz produktów analizowanych z procedurami analogicznymi do tych zgłoszonych przez Benozzi i wsp.32, Farneti et al.33,36, oraz Romano et al.28 jest zgłaszany.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Matryca pokarmowa</td>
			<td>Liczba i rodzaj próbek</td>
			<td>odniesienie</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>jabłko</td>
			<td>Autorzy przeanalizowali kolekcję reprezentowaną przez 190 akcesji, składającą się zarówno ze starych, jak i nowych odmian jabłoni</td>
			<td>33 Rozdział 33</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>jogurt</td>
			<td>Cztery startery analizowano pod kątem LZO uwalnianych podczas fermentacji mlecznej jogurtu (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>Rozdział 32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>kawa</td>
			<td>Użyto trzech różnych rodzajów kawy mielonej otrzymanej z jednej mieszanki czystej kawy Arabica: średnio palną, ciemno paloną i średniopaloną bezkofeinową</td>
			<td>28</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 2: Wykaz analizowanych produktów. Lista produktów poddanych analizie z procedurami analogicznymi do tych zgłoszonych przez Benozzi i wsp.32, Farneti et al.33,36, oraz Romano et al.28
2. Projekt eksperymentalny i praktyczne środki ostrożności
<ol>
	<li>Przeprowadzić co najmniej trzy międzydniowe kontrpróby biologiczne, z których każda składa się z trzech kontrprób technicznych, dla każdego trybu doświadczalnego.</li>
	<li>Przed inkubacją i analizą próbki należy przepłukać przestrzeń nad wodą czystym powietrzem przez 1 minutę w temperaturze 200 cm³ na każdą fiolkę.</li>
	<li>Przygotować ślepą próbę dla każdego trybu doświadczalnego, inkubować i analizować ślepą próbę w tych samych warunkach, w jakich znajdują się próbki.</li>
	<li>Losowo dobieraj kolejność próbek/ślepych prób do analizy.</li>
	<li>Podobnie jak w przypadku innych metod stosowanych do wykrywania lotnych związków organicznych, przed użyciem przyrządu należy ograniczyć stosowanie perfumowanych produktów higieny osobistej, a także gumy do żucia i papierosów. Szczelnie zakryj wszystkie lotne substancje chemiczne w laboratorium i kontroluj przeciągi powietrza tak bardzo, jak to możliwe podczas testowania37.</li>
</ol>
3. Optymalizacja i analiza urządzeń PTR-MS
UWAGA: Warunki instrumentalne są opisane w przypisach (np. Makhoul et al.Rozdział 27).
<ol>
	<li>Pomiary przestrzeni nad próbkami należy wykonywać za pomocą komercyjnego aparatu PTR-ToF-MS w trybie konfiguracji standardowej.</li>
	<li>Bezpośrednie wtryskiwanie powietrza do przestrzeni nad głową rurki dryfującej PTR-MS bez żadnego zabiegu. Przez PTR-MS przepływa powietrze z próbki w sposób ciągły, więc wtryskiwanie odbywa się po prostu poprzez włożenie końca wlotu PTR-MS do przestrzeni nad próbką.</li>
	<li>Ustaw i stale sprawdzaj następujące warunki jonizacji w rurze dryfującej: temperatura rurki dryfującej 110 °C, ciśnienie dryftu 2,30 mbar, napięcie dryftu 550 V. Prowadzi to do stosunku E/N wynoszącego około 140 Td (1 Td = 10−17 cm,2 V−1 s−1). Przewód dolotowy składa się z rurki kapilarnej z PEEK (średnica wewnętrzna 0,04 cala) podgrzanej do temperatury 110 °C. Domyślnie ustaw przepływ wlotowy na 40 sccm.</li>
	<li>Ustaw czas próbkowania na kanał akwizycji ToF na 0,1 ns, co daje 350 000 kanałów dla widma masowego w zakresie do m/z = 400. Każde pojedyncze widmo jest sumą około 28 600 akwizycji trwających 35 μs każde, co daje rozdzielczość czasową 1 s. 
	UWAGA: Widma są następnie przechowywane w sposób ciągły. Sygnały spektrometryczne rosną od poziomu tła do stabilnej wartości w ciągu kilku sekund (czas potrzebny na wymianę gazu w przewodach dolotowych) i tylko widma uzyskane po tym stanie przejściowym są brane pod uwagę w dalszej analizie.</li>
</ol>
4. Analiza danych dostosowanych do potrzeb
UWAGA: Analiza danych na zamówienie została opracowana przy użyciu procedury w MATLAB.
<ol>
	<li>Skorygować straty zliczeniowe spowodowane czasem martwym detektora jonów za pomocą metodologii opartej na statystyce Poissona, opisanej przez Cappellin i wsp.10.</li>
	<li>Przeprowadzić kalibrację wewnętrzną zgodnie z procedurą opisaną przez Cappellin i wsp.38, aby osiągnąć dobrą dokładność masy (do 0,001 Th).</li>
	<li>Przeprowadzić adnotację złożoną, porównując uzyskane dane spektralne z danymi fragmentacji wzorców odniesienia oraz z danymi podawanymi w literaturze naukowej.</li>
	<li>Wykonaj redukcję szumów, usunięcie linii bazowej i ekstrakcję intensywności szczytowej zgodnie z Cappellin i wsp.39, używając zmodyfikowanych gaussianów w celu dopasowania szczytów.</li>
	<li>Oblicz szczytową intensywność w ppbv (części na miliard objętości) za pomocą wzoru opisanego przez Lindingera i wsp.5, używając odpowiedniego współczynnika szybkości reakcji lub stałej wartości współczynnika szybkości reakcji (k = 2,10−9 cm3 s−1), gdy związek leżący pod spodem nie jest znany. To ostatnie wprowadza błąd systematyczny do 30%, który można uwzględnić, jeśli znany jest rzeczywisty współczynnik40.</li>
	<li>Eksploruj dane, wykonując analizę głównych składowych, analizę wariancji, test post-hoc Tukeya i inne testy/analizy statystyczne dostosowujące istniejące pakiety opracowane przy użyciu R (np. Cappellin i wsp.<klasa sup="odnośnik">10).</li>
</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Spektrometria mas z reakcją transferu protonów (PTR-MS) w połączeniu z analizatorami mas czasu przelotu (ToF) stanowi ważny kompromis między potrzebą identyfikacji i kwantyfikacji lotnych związków organicznych a koniecznością szybkiego profilowania analitycznego. Wysoka rozdzielczość masy, która charakteryzuje analizator masy ToF, zapewnia/zapewnia odpowiednią czułość i widma masowe o znacznej zawartości informacyjnej. Co więcej, zastosowanie PTR-ToF-MS w połączeniu z automatycznym samplerem i dostosowanymi narzędziami d...

Technologie spektrometrii mas z bezpośrednim wtryskiem (DIMS) reprezentują klasę instrumentacyjnych metod analitycznych, które oferują wysoką rozdzielczość masową i czasową przy dużej czułości i powtarzalności, umożliwiając szybką detekcję i kwantyfikację lotnych związków organicznych (VOCs)1. Do tych podejść instrumentacyjnych należą między innymi: elektroniczne nosy oparte na MS (MS-e-noses), spektrometria mas z chemiczną jonizacją pod ciśnieniem atmosferycznym (APCI-MS), spektrometria mas z reakcją przeniesienia protonu (PTR-MS) oraz spektrometria mas z wybranym przepływem jonów w rurce (SIFT-MS)1. Zalety i wady każdego z tych podejść zależą od: rodzaju wtrysku próbki, źródła i kontroli jonów prekursorowych, kontroli procesu jonizacji oraz analizatora masy1,2.
Spektrometria mas z reakcją przeniesienia protonu (PTR-MS) została opracowana ponad dwadzieścia lat temu w celu monitorowania w czasie rzeczywistym i z niskimi granicami wykrywalności (zazwyczaj kilka ppbv, części na miliard objętościowo) większości lotnych związków organicznych (VOCs) w powietrzu3,4. Obecne zastosowania PTR-MS obejmują szeroki zakres, od aplikacji medycznych, przez kontrolę żywności, aż po badania środowiskowe5,6. Głównymi cechami tej techniki są: możliwość szybkiego i ciągłego pomiaru, intensywne i czyste źródło jonów prekursorowych oraz możliwość kontrolowania warunków jonizacji (ciśnienia, temperatury i napięcia dryfu). Cechy te pozwalają na łączenie wszechstronnych zastosowań z wysokim stopniem standaryzacji1,4. W rzeczywistości metoda ta opiera się na reakcjach jonów hydroniowych (H3O+), które indukują niedysocjacyjny transfer protonu w większości związków lotnych (szczególnie w tych charakteryzujących się powinowactwem protonowym wyższym niż woda), protonując związki obojętne (M) zgodnie z reakcją: H3O+ + M → H2O + MH+. W przeciwieństwie do innych technik, np. APCI-MS, generowanie jonów prekursorowych i jonizacja próbki są rozdzielone na dwa różne przedziały instrumentalne (schematyczną reprezentację instrumentu PTR-MS przedstawiono na Ryc. 1). Wyładowanie elektryczne w parze wodnej w źródle jonów z pustą katodą generuje wiązkę jonów hydroniowych. Po tej fazie jony przechodzą przez rurkę dryfu, w której następuje jonizacja VOCs7. Następnie jony wchodzą do sekcji ekstrakcji impulsowej i są przyspieszane do sekcji TOF. Na podstawie czasu przelotu możliwe jest określenie stosunków masy do ładunku jonów8. Każdy impuls ekstrakcyjny prowadzi do uzyskania pełnego widma masowego8 w wybranym zakresie m/z. Widma jonowe są rejestrowane przez szybki system akwizycji danych7. Pełne widmo jest zazwyczaj pozyskiwane w ciągu jednej sekundy, choć można osiągnąć wyższą rozdzielczość czasową w zależności od poziomu sygnału do szumu, a ilościowa ocena stężenia VOCs w przestrzeni nad próbką może być przeprowadzona nawet bez kalibracji9,10.
<img alt="Schemat spektrometrii mobilności jonowej; układ rury dryftowej do analizy jonów gazowych; soczewki elektrostatyczne." src="/files/ftp_upload/54075/54075fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Schematyczny rysunek urządzenia PTR-MS. Schematyczna reprezentacja instrumentu PTR-MS. HC: zewnętrzne źródło jonów z pustą katodą; SD: dryft źródła; VI: wlot typu venturi; EM: mnożnik elektronowy; FC1-2: regulatory przepływu. Przedrukowano za zgodą Boschetti et al.7. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54075/54075fig1large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić większą wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
Ogólnie technika PTR zapewnia krótki czas analizy, wysoką czułość detekcji oraz stosunkowo niewielkie rozmiary urządzenia, nie wymaga przygotowania ani niszczenia próbek, co umożliwia badania w czasie rzeczywistym11. PTR budzi znaczne zainteresowanie w naukach o środowisku, atmosferze, żywności, technologii, medycynie i biologii12.
LZO związane z matrycami żywnościowymi budzą ogromne zainteresowanie w nauce i technologii żywności ze względu na ich istotną rolę w molekularnych podstawach zjawisk biologicznych związanych z percepcją zapachu i smaku, a tym samym z akceptowalnością żywności. Zatem nasze zainteresowanie detekcją LZO w czasie rzeczywistym i w sposób nieinwazyjny dotyczy głównie cech sensorycznych żywności. Ponadto, biorąc pod uwagę możliwość wykrywania mikroorganizmów psujących żywność i patogennych za pomocą uwalnianych LZO13 oraz/lub monitorowanie lotnych związków organicznych jako markerów przebiegu procesów technologicznych (np. produktów ubocznych reakcji Maillarda podczas obróbki termicznej)14, staje się jasne, że identyfikacja i kwantyfikacja LZO stanowią istotne obszary w zarządzaniu jakością żywności6. Kilka ostatnich zastosowań technologii PTR-MS do szybkiego monitorowania i kwantyfikacji LZO w matrycach żywnościowych świadczy o szerokim zakresie zastosowań tych podejść analitycznych (Tabela 1).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody >
		<tr >
			<td >Macierz żywnościowa</td >
			<td >Rodzaj zastosowania</td >
			<td >Krótki opis</td >
			<td >Referencja</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Masło</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Pochodzenie geograficzne masła europejskiego</td >
			<td >15</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Jogurt</td >
			<td >Monitorowanie bioprocesu</td >
			<td >Ewolucja podczas fermentacji mlekowej</td >
			<td >16</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Batony zbożowe</td >
			<td >Pomiar in vivo</td >
			<td >Przestrzeń nosowa podczas spożywania batonów zbożowych o różnym składzie cukrów</td >
			<td >17</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Układy modelowe w fazie ciekłej</td >
			<td >Symulowane warunki jamy ustnej</td >
			<td >Ocena nacisku języka i warunków w ustnej jamie modelowej</td >
			<td >18</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Jabłko</td >
			<td >Pomiar in vivo</td >
			<td >Przestrzeń nosowa podczas spożywania jabłek o różnych parametrach genetycznych, teksturalnych i fizykochemicznych</td >
			<td >19</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Kawa</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Różnicowanie kaw specjalistycznych</td >
			<td >20</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Mus winogronowy</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Wpływ procesu gotowania</td >
			<td >21</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Cukierki smakowe</td >
			<td >Pomiar in vivo</td >
			<td >Oznaczenia u panelistów z wykorzystaniem różnych metod bezpośredniej spektrometrii mas</td >
			<td >22</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Szynka</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Wpływ systemu chowu świń</td >
			<td >23</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Chleb</td >
			<td >Symulowane warunki jamy ustnej</td >
			<td >Symulacja aromatu chleba podczas żucia</td >
			<td >24</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Mleko</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Monitorowanie dynamicznych zmian w mleku indukowanych fotooksydacją</td >
			<td >25</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Kawa</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Różnorodność kaw palonych z różnych obszarów geograficznych</td >
			<td >26</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Chleb</td >
			<td >Monitorowanie bioprocesu</td >
			<td >Wpływ różnych zakwasów drożdżowych podczas fermentacji alkoholowej</td >
			<td >27</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Kawa</td >
			<td >Pomiar in vivo</td >
			<td >Przestrzeń nosowa podczas spożywania różnych preparatów kawy palonej</td >
			<td >28</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Pomidory</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Wpływ miejsca produkcji, systemu produkcji i odmiany</td >
			<td >29</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Chleb</td >
			<td >Monitorowanie bioprocesu</td >
			<td >Wpływ mąki, drożdży i ich interakcji podczas fermentacji alkoholowej</td >
			<td >30</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Grzyby</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Okres przydatności do spożycia suszonych borowików</td >
			<td >31</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Jogurt</td >
			<td >Monitorowanie bioprocesu</td >
			<td >Wpływ różnych kultur startowych podczas fermentacji mlekowej</td >
			<td >32</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Jabłko</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Różnorodność w kolekcji zasobów genowych jabłek</td >
			<td >33</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Kawa</td >
			<td >Przesiewanie/charakterystyka</td >
			<td >Śledzenie pochodzenia kawy</td >
			<td >34</td >
		</tr >
		<tr >
			<td >Kawa</td >
			<td >Pomiar in vivo</td >
			<td >Połączenie dynamicznej metody sensorycznej i analizy przestrzeni nosowej in vivo w celu zrozumienia percepcji kawy</td >
			<td >35</td >
		</tr >
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Lista badań naukowych wykorzystujących PTR-ToF-MS w sektorze spożywczym. Niepełna lista badań naukowych wykorzystujących podejścia oparte na PTR do monitorowania zawartości LZO w eksperymentach związanych z żywnością.
W niedawnych badaniach opisaliśmy zastosowanie PTR-ToF-MS sprzężonego z zautomatyzowanym systemem pobierania próbek oraz dostosowanymi narzędziami do analizy danych w celu zwiększenia automatyzacji i niezawodności pobierania próbek, a w konsekwencji zwiększenia potencjału tej techniki7,10,13. Pozwoliło nam to na przesiewową analizę zawartości LZO w dużych zestawach próbek (np. żywność różnego pochodzenia z wieloma powtórzeniami, całe zasoby plazmy zarodkowej), analizę wpływu kilku trybów eksperymentalnych na uwalnianie LZO (np. różne stężenia danego składnika, różna intensywność konkretnego parametru technologicznego) oraz monitorowanie LZO związanych z danym bioprocesem (np. utlenianie enzymatyczne, fermentacja alkoholowa). W niniejszej pracy, aby zilustrować potencjał PTR-ToF-MS w sektorze rolno-spożywczym, prezentujemy trzy paradygmatyczne zastosowania: detekcję LZO uwalnianych podczas fermentacji mlekowej jogurtu indukowanej różnymi kulturami bakterii starterowych (monitorowanie bioprocesu on-line), monitorowanie LZO związanych z różnymi odmianami jabłek (przesiewowa analiza na dużą skalę) oraz badanie in vivo uwalniania LZO drogą retronasalną podczas picia kawy (analiza przestrzeni nosowej).

<table><tbody><tr><td>PTR-TOF 8000 Wysoka rozdzielczość PTR-TOF-MS</td><td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td><td>PTR-TOF 8000</td><td>Detektor lotnych związków organicznych (LZO), który pozwala na ciągłą kwantyfikację LZO z bardzo wysoką rozdzielczością masową</td></tr><tr><td>GERSTEL&nbsp; MPS 2XL</td><td>Gerstel</td><td></td><td>Wielofunkcyjny automatyczny podajnik próbek&nbsp;</td></tr><tr><td>Jednostka kalibracji gazów</td><td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td><td>GCU-s / GCU-a</td><td>Dynamiczny system rozcieńczania gazu, który dostarcza zmienne, ale znane ilości różnych standardowych związków w strumieniu gazu nośnego</td></tr><tr><td>TofDaq</td><td>Tofwerk AG</td><td>bezpłatnie dostępny w http://soft.tofwerk.com/&nbsp;&nbsp;&nbsp;</td><td>Oprogramowanie do akwizycji danych&nbsp; (dla widm&nbsp; akwizycji)</td></tr><tr><td>MATLAB&nbsp;</td><td>MathWorks</td><td>http://it.mathworks.com/products/matlab/</td> <td>Techniczny język obliczeniowy i interaktywne środowisko do tworzenia algorytmów, wizualizacji danych i analizy danych</td></tr><tr><td>R</td><td>The R Foundation</td><td>dostępne bezpłatnie pod adresem https://cran.r-project.org/mirrors.html&nbsp;&nbsp;</td><td>Język i środowisko do obliczeń statystycznych i grafiki</td></tr></tbody></table>

ptr-tof-ms w połączeniu ze zautomatyzowanym systemem pobierania próbek i dostosowaną analizą danych do badań żywności: monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe i analiza przestrzeni nosowej

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

Reakcja transferu protonów (PTR), w połączeniu ze spektrometrem masowym (MS) czasu przelotu (ToF) to analityczne podejście oparte na jonizacji chemicznej, które należy do technologii bezpośredniego wtrysku spektrometrii mas (DIMS). Techniki te pozwalają na szybkie oznaczanie lotnych związków organicznych (LZO), zapewniając wysoką czułość i dokładność. Ogólnie rzecz biorąc, PTR-MS nie wymaga ani przygotowania próbki, ani jej niszczenia, umożliwiając nieinwazyjną analizę próbek w czasie rzeczywistym. PTR-MS znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, od chemii środowiska i atmosfery po nauki medyczne i biologiczne. Niedawno opracowaliśmy metodologię opartą na sprzężeniu PTR-ToF-MS z automatycznym samplerem i dostosowanymi narzędziami do analizy danych, aby zwiększyć stopień automatyzacji, a co za tym idzie, zwiększyć potencjał techniki. Takie podejście pozwoliło nam na monitorowanie procesów biologicznych (np. utlenianie enzymatyczne, fermentacja alkoholowa), przesiewanie dużych zestawów próbek (np. różnego pochodzenia, całych germoplazm) oraz analizę kilku trybów eksperymentalnych (np. różne stężenia danego składnika, różne intensywności określonego parametru technologicznego) pod kątem zawartości LZO. W tym miejscu przedstawiamy protokoły eksperymentalne ilustrujące różne możliwe zastosowania naszej metodologii: tj. wykrywanie LZO uwalnianych podczas fermentacji kwasu mlekowego w jogurcie (monitorowanie bioprocesów on-line), monitorowanie LZO związanych z różnymi odmianami jabłek (badania przesiewowe na dużą skalę) oraz badanie in vivo retronosowego uwalniania LZO podczas picia kawy (analiza przestrzeni nosowej).

Profil lotny próbek zaowocował uzyskaniem pełnego widma mas dla pożądanego zakresu mas w każdej sekundzie. Na Rysunku 2 przedstawiono przykład uzyskanych widm średnich podczas on-line bioprocesu jogurtu32. W każdym widmie można zidentyfikować ponad 300 pików masowych w zakresie m/z do 250 Th32.
<img alt="Wykres spektrometrii mas pokazujący intensywność w funkcji m/...

Czas reakcji transferu protonów w locie Spektrometria mas umożliwia bardzo czułą, szybką i nieinwazyjną analizę lotnych związków organicznych. Aby pokazać jej potencjał, podajemy trzy przykłady: fermentację mlekową jogurtu (monitorowanie bioprocesów on-line), różne genotypy jabłek (badania przesiewowe na dużą skalę) oraz przestrzeń zanosową po wypiciu kawy (analiza przestrzeni nosowej).

PTR-ToF-MS w połączeniu ze zautomatyzowanym systemem pobierania próbek i dostosowaną analizą danych do badań żywności: monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe i analiza przestrzeni nosowej

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

Ogólnym celem tego artykułu jest wykazanie potencjału PTR-ToF-MS do bezpośredniej analizy lotnych związków organicznych w nauce i technologii żywności, a w szczególności znaczenia automatycznego pobierania próbek i analizy danych dostosowanych do potrzeb klienta. Lotne związki organiczne odgrywają kluczową rolę w nauce i technologii żywności, zarówno dlatego, że kontrolują percepcję smaku i zapachu, jak i dlatego, że stanowią narzędzie do monitorowania jakości żywności. Wysoka czułość oraz szybkie i bezpośrednie wstrzykiwanie sprawiają, że PTRMS jest jednym z najlepszych wyborów do monitorowania uwalniania lotnych związków organicznych do monitorowania procesów biologicznych, do badań przesiewowych dużych zbiorów danych i do analizy przestrzeni nosowej.Opracowujemy również odpowiednie dane i narzędzia analityczne, które są niezbędne do prawidłowego wykorzystania dużych i złożonych zbiorów danych, takich jak te, z których korzystał PTRMS w bardzo krótkim czasie. Przyszłe demonstracje naszej metodologii mogą zainspirować poszukiwania z różnych dziedzin statystycznych i naukowych, takich jak SENSOMICS, metabolomika, analiza ścieżek i fonemia. Aby rozpocząć pierwszy eksperyment, dodaj pięć mililitrów pasteryzowanego mleka do 20-mililitrowych szklanych fiolek wyposażonych w przegrody silikonowe PTFE.Następnie przenieś próbki do wielofunkcyjnego automatycznego próbnika GC wyposażonego w tackę do kontroli temperatury. Za pomocą ramienia robotycznego automatycznego próbnika zaszczepić fiolki mikrobiologicznymi kulturami starterowymi, ustawić czas inkubacji zgodnie z typologią pożądanego procesu i specyfikacjami podanymi przez producenta kultury starterowej. Następnie ustaw automatyczny próbnik tak, aby analizował jedną próbkę po drugiej, uzyskując monitorowanie online lotnych związków organicznych fermentacji kwasu mlekowego podczas przygotowywania jogurtu.W drugim eksperymencie należy wybrać co najmniej pięć jabłek w pożądanej fazie dojrzewania bez widocznych uszkodzeń dla każdej odmiany. Przechowuj jabłka przez żądany okres w temperaturze czterech stopni Celsjusza. Następnie zbierz pięć cylindrycznych krążków z każdego jabłka za pomocą próbnika z ostrzem miąższu, w tym części tkanki kory mózgowej i unikając części rdzenia z nasionami.Po zamrożeniu próbek i ciekłym azocie należy je homogenizować. Umieść trzy powtórzenia 2,5 gramowych próbek jabłek z każdej odmiany w 20-mililitrowych szklanych fiolkach. Wymieszaj każdą próbkę z roztworem przeciwutleniacza otrzymanym przez rozpuszczenie jednego grama chlorku sodu, 12,5 miligrama kwasu askorbinowego i 12,5 miligrama kwasu cytrynowego w 2,5 mililitra wody dejonizowanej.Próbki należy inkubować w temperaturze 40 stopni Celsjusza. Następnie ustaw automatyczny próbnik tak, aby automatycznie analizował lotne związki organiczne. Do ostatniego eksperymentu przygotuj parzoną kawę ze zmielonych próbek kawy za pomocą ekspresu do kawy na sześć filiżanek, używając 450 mililitrów wody i 30 gramów kawy mielonej.Zaparzoną kawę przełóż do butelki i umieść butelkę w termostatycznej łaźni wodnej o temperaturze 60 stopni Celsjusza. Należy podać proporcje wody w proszku, rodzaj użytej wody mineralnej, typ ekspresu do kawy oraz procedurę zastosowaną do uzyskania napoju kawowego. Do każdego naparu kawy przenieś 7,5 mililitra porcji do 40-mililitrowego kubka z polistyrenu z plastikową nakrętką.Niech każdy z panelistów spróbuje napoju zgodnie z protokołem. Podczas gdy PTR-ToF-MS w sposób ciągły pobiera próbki stężenia w przestrzeni nosowej za pomocą ergonomicznej końcówki nosowej z gumy silikonowej jednorazowego użytku na nosie każdego panelisty. Ta końcówka nosowa jest połączona z PTR-ToF-MS za pomocą rurki, przy czym część styka się z panelistą w temperaturze pokojowej, a pozostała rurka jest podgrzewana do 110 stopni Celsjusza i węża dopływowego, który łączy interfejs próbkowania z urządzeniem.Aby wykonać pomiary przestrzeni nad głową próbek, należy bezpośrednio wstrzyknąć powietrze do przestrzeni nad głową rurki dryfującej PTRMS, wkładając koniec wlotu PTRMS do przestrzeni nad głową próbki. Przed i w trakcie pomiarów ustaw i stale weryfikuj następujące warunki jonizacji w rurze dryfowej, aby doprowadzić do stosunku E/N 140 Townsenda. Jeśli używany jest próbnik automatyczny, ustaw minimalny przepływ wlotowy na 40 standardowych centymetrów sześciennych.Ustawia czas próbkowania na kanał akwizycji ToF na główny zakres współczynnika ładowania. Użyj samodzielnie opracowanego oprogramowania, aby skorygować straty zliczania spowodowane czasem martwym detektora jonów i przeprowadzić kalibrację wewnętrzną, redukcję szumów adnotacji złożonych i ekstrakcję pików. Eksploruj dane, wykonując zasadniczą analizę złożoną, analizę wariancji, test post-hoc Tukeya i inne analizy statystyczne dostosowujące istniejące pakiety opracowane przy użyciu Matlaba.Te trzy eksperymenty dostarczają przykładów zastosowania naszej metodologii: monitorowania procesów biologicznych, badań przesiewowych zestawów próbek oraz analizy in vivo przestrzeni nosowej. Profil lotnych związków organicznych próbek online daje pełne spektrum masowe co sekundę, a podczas fermentacji jogurtu można zidentyfikować ponad 300 pików masy w uzyskanych średnich widmach. Przedstawiono kinetykę fermentacji dziewięciu wybranych pików masy podczas fermentacji jogurtu przy użyciu czterech różnych kultur starterowych.Większość z tych substancji lotnych wykazywała klasyczną kinetykę mikrobiologiczną z początkową fazą opóźnienia, po której następowała faza wzrostu i faza post-logarytmiczna. Co ciekawe, analiza online uwypukliła szczególną kinetykę zubożenia czterech związków zawierających siarkę, które mogą mieć efekt sensoryczny nawet przy bardzo niskim stężeniu. Dendrogram oparty na lotnych związkach organicznych związanych z dużą kolekcją jabłek reprezentowaną przez 198 sesji podkreśla obecność sześciu głównych klastrów, determinowanych głównie przez estry i alkohole.Skumulowane profile dla pięciu testerów kawy przedstawione za pomocą wykresów promieniowych są pokazane tutaj. Wyniki wskazują na obecność powtarzalnych i istotnych różnic między panelistami, co jest widoczne dla panelistów P pierwszy i P 2. Różnica próbek, najbardziej sprawdzona metodologia może dostarczyć wiarygodnych danych na temat uwalniania lotnych związków organicznych, które w porównaniu z naszymi metodami można uzyskać w krótszym czasie.Możliwość pomiaru wielu próbek to kluczowa cecha naszego podejścia. Ponieważ pozwala kontrolować i śledzić żywotność próbek biologicznych. Po tym rozwoju metodologia ta dobrze opłaciła się naukowcom z różnych dziedzin związanych z monitorowaniem lotnych związków organicznych, aby zbadać związek między ich uwalnianiem a genetyką i badaniami przesiewowymi populacji.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobre pojęcie o tym, jak zbadać potencjał PTR-ToF-MS w analizie żywności i technologii w celu analizy zmienności owoców. Należy pamiętać, że próbki i linia pomiarowa są wystawione na działanie powietrza podczas eksperymentu. Unikaj więc wprowadzania niektórych źródeł lotnych związków organicznych.Kolejną zaletą PTRMS jest to, że nie wymaga użycia rozpuszczalników ani niebezpiecznych barwników i jest to technika zielonej chemii. Nie zapominaj jednak, że Twoje próbki mogą być bardzo niebezpieczne.

ptr-tof-ms-coupled-with-an-automated-sampling-system-tailored-data

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisano szybką metodę analizy związków lotnych w owocach. Związki lotne obecne w przestrzeni nad próbką homogenatu są szybko rozdzielane i wykrywane za pomocą ultraszybkiej chromatografii gazowej (GC) sprzężonej z czujnikiem fali akustycznej powierzchniowej (SAW). Omówiono również procedurę przetwarzania i analizy danych.

Analiza lotnych związków owoców z wykorzystaniem elektronicznego nosa

Prezentujemy zautomatyzowaną, modułową, wysokoprzepustową metodę identyfikacji i charakterystyki mikrobiologicznych egzopolisacharydów w małej skali. Metoda ta łączy szybką preselekcję w celu analizy całkowitej ilości wydzielanych polisacharydów ze szczegółowym odciskiem palca węglowodanów, aby umożliwić szybkie badanie przesiewowe nowo wyizolowanych szczepów bakteryjnych lub całych kolekcji szczepów.

Zautomatyzowana, modułowa, wysokowydajna platforma przesiewowa egzopolisacharydów w połączeniu z bardzo czułą analizą odcisków palców węglowodanów

Opisany system kouprawy hydroponicznej wspiera nienaruszone rośliny za pomocą metalowych siatek i współhoduje je z bakteriami. Tkanki roślinne, bakterie i wydzielane cząsteczki mogą być następnie oddzielnie zbierane do dalszych analiz, co jednocześnie pozwala na zbadanie odpowiedzi molekularnych zarówno gospodarzy roślinnych, jak i oddziałujących na siebie mikroorganizmów lub mikrobiomów.

Hydroponiczny system wspólnej uprawy do jednoczesnej i systematycznej analizy interakcji molekularnych między roślinami a mikroorganizmami oraz sygnalizacji

Szczegółowe są tutaj protokoły działania i montażu modułowej platformy do badań przesiewowych mikroprzepływowych do systematycznej charakterystyki syntez koloidalnych półprzewodników nanokrystalicznych. Dzięki w pełni regulowanym układom systemów, wysoce wydajne zbieranie widm może być przeprowadzane w 4 skalach czasu reakcji rzędu wielkości w przestrzeni próbkowania kontrolowanej przeniesieniem masy.

Modułowa technologia mikroprzepływowa do systematycznych badań koloidalnych nanokryształów półprzewodnikowych

Tutaj opisujemy wysokoprzepustową metodę kompleksowego nadzoru nad narkotykami, która pozwala na lepszą rozdzielczość i wykrywanie dużych paneli nadużywanych narkotyków i ich metabolitów, z kontrolą jakości opartą na wielosegmentowej elektroforezie kapilarnej i spektrometrii mas.

Wysokowydajny i kompleksowy nadzór nad lekami za pomocą wielosegmentowej elektroforezy kapilarnej i spektrometrii mas

Ten przepływ pracy opisuje wydajność efektywnego czasowo i kosztowo wzbogacania wielu modyfikacji potranslacyjnych białek (PTM) jednocześnie dla ilościowej globalnej analizy proteomicznej. Protokół wykorzystuje wzbogacanie PTM na poziomie peptydów wieloma sprzężonymi przeciwciałami, a następnie niezależną od danych analizę spektrometrii mas w celu uzyskania biologicznego wglądu w przesłuchy PTM.

Jednoczesne wzbogacenie powinowactwa dwóch modyfikacji potranslacyjnych do kwantyfikacji i lokalizacji miejsca

Opracowaliśmy skuteczną metodologię pobierania próbek i analizy sygnałów zapachowych, aby zrozumieć, jak mogą być one wykorzystywane w komunikacji zwierząt. W szczególności stosujemy mikroekstrakcję do fazy stałej w połączeniu z chromatografią gazową ze spektrometrią mas do analizy lotnych składników zapachów zwierzęcych i oznaczeń zapachowych.

Pobieranie próbek i analiza sygnałów zapachowych zwierząt

Manuskrypt przedstawia pobieranie próbek ludzkich guzów mózgu na miejscu za pomocą mikroekstrakcji w fazie stałej, a następnie ich profil biochemiczny w kierunku odkrycia biomarkerów.

Pobieranie próbek i ekstrakcja guzów mózgu na miejscu do analizy metabolomicznej i lipidomicznej

Metoda badania analogów fentanylu na podstawie czasu ich retencji, mobilności i wzorca fragmentacji spektrometrii mas.

Analogowe badanie przesiewowe fentanylu przy użyciu LC-TIMS-TOF MS/MS

Ten protokół przedstawia w pełni zautomatyzowany przepływ pracy do ekstrakcji geosminy i 2-metyloizoborneolu z wody i bogatych w lipidy tkanek ryb. Metoda pozwala na wczesne wykrycie tych cząsteczek, zanim osiągną one progi zapachowe. Przedstawiono reprezentatywne dane z otoczenia akwakultury.

Ekstrakcja i wykrywanie geosminy i 2-metyloizoborneolu w wodzie i rybach przy użyciu sond do ekstrakcji sorpcyjnej o dużej pojemności i GC-MS

Protokół ten zapewnia metodę systematycznej globalnej optymalizacji genetycznie kodowanych bioczujników poprzez wspomagane automatyzacją generowanie i ocenę bibliotek genetycznych. Jest to połączone z metodologiami projektowania eksperymentów w celu usprawnienia eksperymentów i umożliwienia selekcji komponentów genetycznych w celu dostrojenia bioczujników do określonych wyników projektu.

Efektywne pobieranie próbek z genetycznie zakodowanej przestrzeni projektowej biosensorów możliwe dzięki projektowaniu eksperymentów i automatyzacji przepływu pracy

Poznaj zastosowanie PTR-ToF-MS w analizie lotnych związków organicznych w nauce o żywności. Metoda umożliwia monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe oraz analizę przestrzeni nosowej.

PTR-ToF-MS w połączeniu ze zautomatyzowanym systemem pobierania próbek i dostosowaną analizą danych do badań żywności: monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe i analiza przestrzeni nosowej (Wideo) | JoVE Journal

PTR-ToF-MS w połączeniu ze zautomatyzowanym systemem pobierania próbek i dostosowaną analizą danych do badań żywności: monitorowanie bioprocesów, badania przesiewowe i analiza przestrzeni nosowej

Przeglądaj więcej filmów