Elektronik Burun kullanarak Meyve Uçucu Analizi

Summary

Meyve uçucu bileşik analizi için hızlı bir yöntem tarif edilmiştir. Numunenin bir Homojenizasyondan tepe boşluğu içinde mevcut uçucu bileşikler hızla ayrılmış ve bir yüzey akustik dalga (SAW) sensörü ile birlikte son derece hızlı gaz kromatografisi (GC) ile tespit edilir. Veri işleme ve analiz için bir prosedür de tartışılmıştır.

Abstract

Çok sayıda ve çeşitli fizyolojik değişiklikler meyve aromalı karakterize, belirli bir uçucu karışımı geliştirilmesi dahil olmak üzere meyve olgunlaşması sırasında meydana gelir. Hasatta Vade meyve ve sebzeler ¹ lezzet kalitesini etkileyen önemli faktörlerden biridir. Hızla meyve olgunluğunu değerlendirmek ve aroma kalitesini ileri yetiştirme programları, üretim uygulamaları ve hasat sonrası işleme geliştirilmiş yönetim sağlayacak sağlam yöntemlerden doğrulama.

Son üç yılda, çok araştırma hızla tat ve kokudan ^2-4 tespit edebiliyoruz cihazlardır sözde elektronik burun, geliştirmek için yapılmıştır. Şu anda, farklı teknolojiler dayanan uçucu analizi, yapabilen bir çok piyasada mevcut elektronik burun vardır. (ZNose, EST, Newbury Park, CA, USA) işimizde kullanılan elektronik burun, (bir yüzey akustik dalga sensörü ile birlikte ultra-hızlı gaz kromatografisi oluşur UFGC-) SAW. Mango ⁶ olgunluk ve çürüme değerlendirilmesi;; Bu teknoloji zaten elma ⁵ bozulma tespiti gibi çeşitli ürünlerin, kalite kontrol kabiliyetini test edilmiştir timus türlerin aroması profilleme ^7; üzüm meyveleri ⁸ C ₆ uçucu bileşikler; karakterizasyonu bitkisel yağ ⁹ ve virgin hindistan cevizi yağı ¹⁰ tağşiş tespiti.

Headspace örnekleme, uçucu bileşiklerin ayrılması ve algılama: Bu sistem, aroma analizi üç temel adımları gerçekleştirebilirsiniz. Yaklaşık bir dakika sonra, çıkış, bir kromatogramıdır, bir temizleme döngüsünden sonra, cihazın daha fazla analiz için hazırdır, üretilen ve edilir. ZNose ile elde edilen sonuçlar Kovats Endeksleri (KI) hesaplanması ile diğer gaz-kromatografik sistemlerin kıyasla edilebilir. Cihaz, bir alkan standart çözelti ile ayarlanmış edildikten sonra, tutma süreleri otomatik olarak dönüştürülürKIS. Ancak, sıcaklık ve debisi küçük değişiklikler saklama süreleri sürüklenmeye neden, zaman içinde ortaya çıkması bekleniyor. Ayrıca, sabit faz sütunu polaritesi bağlı olarak, KI hesaplamalar tekrarlanabilirliği birkaç birim ¹¹ tarafından indeksi olarak değişebilir. Programlar ve grafik arayüzleri bir dizi nedenle yarı-otomatik moda örnekleri arasında hesaplanan KIS karşılaştırmak için geliştirilmiştir. Bu programlar, büyük veri kümeleri kromatogramı analiz için gerekli zamanı azaltmak ve kromatogramlar mükemmel hizada olmayan verilerin yanlış yorumlanmasından potansiyelini en aza indirmek.

Biz meyve hızlı uçucu bileşik analizi için bir yöntem sunuyoruz. Örnek hazırlama, veri toplama ve işleme işlemleri de tartışılmıştır.

Protocol

1. Numune Hazırlama

1. Istenilen olgunluk aşamasında Hasat meyveler. Kir ve tozu temizlemek için musluk suyuyla durulayın.
2. Harici ve dahili arızaların ve boyutu homojenlik yokluğunda göre analiz için meyve seçmek.
3. Uçucu numune için kullanılmak üzere kamalar içine uzunlamasına meyve kesilir. Varsa, cilt, tohumlar, tohum boşluğu doku veya çukur kaldırın. Meyve doku seçimi deney boyunca tutarlı olması ve tek bir meyve (yani, eşit ekvator, çiçek ve kök ucu parçalardan örnek almak) içinde hesap değişkenliği dikkate almak zorundadır.
4. Seçilen meyve doku birleştirin, o rastgele amacıyla karıştırın ve daha sonra bir blender içine 200 gr tarttın.
5. Doymuş _CaCI2 çözeltisi (20 g 372,5 ° C, deiyonize su ve 500 mL) ve 2-metilbutil bir 100 mM metanol içindeki bir çözeltisi isovalerate 50 uL, 200 ml ilave edilir. _CaCI2 enzimsel ac bir inhibitörü olarak hareket etmeye yöneliktirkesme ve meyve eti homojenizasyon sonrası oluşabilecek sensitivite,. 2-metilbutil isovalerate homojenleştirme işlemi sırasında uçucu bileşiklerin olası herhangi bir zarar izlemek için bir iç standart olarak ilave edilir.
6. 18,000 rpm'de 30 saniye için bir laboratuvar blender (Waring, ABD), karışım homojenize, sonra hemen teflon kapaklı cam şişe ve mühür dökün. Tüm örneklerde hazırlanıncaya kadar oda sıcaklığında şişede Homojenat tutun.
7. Şişeye Homojenat doldurduktan sonra, 20 ml cam şişe içine kehribar, köpük olmadan, sıvıdan köpük ayırma, sıvı daha sonra pipetle 5 ml izin vermek için 10 dakika bekleyin ve Teflon ile donatılmış çelik vidalı kapakları şişeleri mühür / silikon septa. Bu prosedür, kavun ve armut Homojenat hazırlanması için uygundur. Diğer meyveler analiz için kullanılması halinde, santrifüj basamağı gerekli olabilir. Bu nedenle, köpük kaldırmak ve daha sonra pelet parçacıklara sıvı santrifüj olduğu olabilirpipet engel. Teknik çoğaltır olarak hizmet vermeye örnek başına en az üç şişe hazırlayın.
8. Bu noktada, numuneler hemen analiz edilebilir veya sıvı azot içerisinde flash-dondurulmuş ve daha sonra analiz için ultra düşük sıcaklıkta (-80 ° C) saklanır.
9. Donmuş numuneler için, günde analizi dondurucudan örnekleri çıkarın ve oda sıcaklığında bir saat boyunca çözülmeyi izin verir. Çözülme ve analizden önce, temiz, kuru bir septuma sahip yenisi ile flakon kapağı değiştirdikten sonra. Septum yerini değilse, eritme sırasında septum üzerine yoğunlaşmış su aracı içine çekilir ve hasar olabilir.

2. Gaz Kromatografisi-yüzey Akustik Dalga (GC-SAW) Set-up ve Veri Toplama

1. ZNose uygun analiz yöntemi yükleyin.
   Kavun ester zengini uçucu profili analizi için, yazılım MicroSense versiyonu 5.44.22 (Newbury Park, CA, USA) bizim parametreleri şöyledir: içine tepe boşluğu emişpompası ile 30 mL dak ^-1 20 saniye boyunca giriş; giriş sıcaklığı 200 ° C; 225 Tenax tuzak ° C; 2.9 mL dk-1 taşıyıcı gaz (helyum saflık% 99.999) akış hızı; kolon (DB-5 45 sütun, 1 m × 0.25mm ID 0.25 mikron film kalınlığında) sıcaklık programı ° C ile 180 ° C 10 oranında ° C sn ^-1; 40 sensör sıcaklığı ° C, 165 ° C de kapak Toplam analiz süresi örnek başına 1 dakikadır.
2. ZNose girişine olmayan karot ucu ile bir paslanmaz çelik iğne bağlayın ve temel istikrarlı ve 200 Sayımlar daha büyük bir pik (Ct) tespit edilinceye kadar ortam havası ile sistemi birkaç kez temizleme.
3. Düz zincirli alkanlar (C6-C14) solüsyonu kullanılarak aleti ayarlamak. Tune sonucu Kovats Endeksi (KI) birimler halinde zaman birimlerinden Yıkanan tepe retansiyon süresi dönüştürmek için cihaz yazılım tarafından kullanılır. Sistem ayarlanmış sonra Sonuç olarak, tutma süreleri KI biriminde raporlanır.
Analizinden önce, Örnek 30 dakika boyunca dengelemek için olanak sağlar. Numune şişeleri biri analiz etmek için, basıncı rahatlatmak için flakon septum içine bir iğne takın. Sonra flakon septum içine enstrüman girişine bağlı iğne takın ve headspace örnekleme başlatabilir. Teknik analiz en az üç örnek başına çoğaltır.
4. Elle "Play" butonuna tıklayarak aracı başlatmak; pompanın çalıştığını ve kaçıyor buharlar örnek yukarıda sunuyoruz. Analiz sonunda, bir kromatogram ekranda görüntülenir ve sensör otomatik olarak temizlemek için 10 saniye için 150 ° C'ye kadar ısıtılır. Sistem durumu kutusunda düğmesine tekrar yeşil yandığı zaman, cihaz başka bir numune analiz etmek için hazırdır.
5. Istikrarlı bir temel ve uygun sistem temizliği sağlamak için, her örnek arasında en az bir hava boş çalıştırın. Şişe ve kapak olası uçucu kirlenme izlemek için, günün başında ve sonunda, iki şişe-boşlukları (kapaklı boş tüp) analiz.

3. Veri Aktarma ve Analiz

1. MicroSense yazılım "Tepe günlüğünü" işlevini kullanarak kazanılmasından sonra bir Microsoft excel dosyasına veri verir. Veri ihraç edildikten sonra, değişkenler ve çoğaltır için etiket içeren sütunlar ekleyin.
2. Komut biz "reform_data.py" (önce ve script "reform_data kullandıktan sonra veri formatının bir örnek için bakınız Şekil 1 adlı geliştirdi; Python kullanarak daha kolay manipülasyon (serbestçe kullanılabilir on-line versiyonu 2.6) için veri formatını değiştirin. py "). Veri girişi, hem de çıkış için istediğiniz dosya adını (xls formatında) için kaynak dosyası (xls formatında) ve sayfa adını adı, doğrudan komut dosyası düzenlenir.
3. "Kim_interface.py" (de Python 2.6 ile yazılmış; bkz. Şekil 2) başlatın ve önceki adımda oluşturulan dosyadan veri almak. Spesifik olarak, analiz, her Ki değeri tespit edildi kez görüntüleme ve sayısı analiz dayanmaktadır("KI hit"). Böylece program her KI değeri için KI hits bir çubuk grafik görüntüler.
4. Teknik her grup bir araya çoğaltır analiz örneklerinin belirli altkümelerini KI hit değerlendirin. Bunu yapmak için, kontrol / ilgili kutulara unchecking tarafından ayrı ayrı her tedavi veya değişken analiz. Grafik kullanıcı arayüzü (GUI) özellikleri detaylı açıklaması için Şekil 2 başlığa bakın.
5. GUI kullanarak her KI pencerenin genişliğini belirledikten sonra, rastgele Microsense yazılım ilgili kromatogramlar bazı seçin ve teknik arasında doruklarına örtüşen çoğaltır değerlendirmek. Çoğaltır iki teknik overlaid kromatogramlar bir örnek için Şekil 3'e bakın.
6. KI pencere bireyleşirler sonra, en kalabalık KI içine penceresinde düşmek KIS birleştirmek için GUI mevcut 'Birleştirme' özelliğini kullanın. Bu özelliği kullanarak, KI bir değer aralığı ile etiketlenmiş zirveleri tek KI etiket, allowi altında konsolide edilirng tek bir değişken gibi zirveleri tedavi.
   Bunu yapmak için ilk özelliği etkinleştirmek için 'Birleştirme' butonuna tıklayın ve ilgili çubuk sol-tıklayarak pencereyi merkezi olarak en kalabalık KI seçin. Çubuk seçildikten sonra, bu renk değiştirir ve yeşile döner. Seçilen KI içine penceresinde giren KIS birleştirmek için, ilgili çubukları üzerinde sağ tıklayın; ilgili uzunlukta bir mavi çubuk merkezi KI üstüne ilave edilirken, bu (Bkz: Şekil 4, bar kırmızı dönmesine neden olur ). Bir kez tüm seçilen KIS uygun merkezi KI içine birleştirilmiş, değişiklikleri kabul etmek için tekrar 'Birleştirme' düğmesini tıklatın; bu sararmaya 'Birleştirme' düğmesine neden olur. Hata durumunda, 'Ayırma' düğmesini de mevcuttur. Çözebilirsiniz için, çözebilirsiniz istediğiniz kırmızı çubuğunda sağ tıklatın, GUI 'Ayırma' düğmesini tıklatın. Kırmızı itibaren, çubuk mavi olur. Değişiklikleri kabul etmek için tekrar 'Ayırma' düğmesini tıklayın.
7. Eğer ben bir denemencorrectly tek KI değer olarak tek bir örnek, iki tepe birleştirme, bir hata mesajı yazdırılır. Bu gibi durumlarda, yakından kromatogram kontrol edin ve bu bölgede KI penceresini yeniden tanımlıyor.
8. Sonra birleştirme işlemleri tüm yapılmıştır, dosyayı kaydedin.
9. Istatistiksel analiz geçmeden önce, hava ve flakon boşlukları kromatogramlar olası kontaminasyonların izlemek için analiz edilir. Boşlukları tepe KI tespit edildiğinde, örnek pikin alanında gelen hava ve / veya şişe-boş tespit pik alanı çıkarılır.
   Daha sonra istatistiksel analizler ile devam edin.

4. Temsilcisi Sonuçlar

Elektronik burun, farklı olgunluk aşamalarında (Şekil 5) hasat kavun meyve arasında uçucu profilleri farklılıkları tespit etmeyi başardı. Yirmi KI pencereler tüm örnekler arasında belirlendi. Varyans analizi 14 zirveleri Dete olduğunu gösterdiolgunluk aşamaları arasında anlamlı farklılık elektronik burun tarafından cted. Şekil 6, bu 14 bileşenlerin ortalama pik alanlarının günlük erken olgun ve tam olgun meyve iki olgunluk aşamaları arasında pik bollukları farklılıkları göstermek için çizilir.

Şekil 1. Cihaz yazılımı (A) arasında ve dönüşümden sonra, "reform_data.py" komut dosyası (B) kullanılarak yapıldı. Ihraç veri formatı örnekleri Veri manipülasyonu ve analiz kolaylaştırmak için, bütün eşsiz KIS tüm örnekleri arasında tespit edilir, daha sonra veri satır ve eşsiz KIS tekabül kolonları, pik alanı örnek bilgiler ile birlikte tekrar sıralanır. Bir tepe bir numune bir Ki değeri için tespit değilse, karşılık gelen hücre boş kalır.

Kese Şekil 2'de. Ekran yakalamat dosyası "kim_interface.py". Merkezinde arsa KI karşı KI başına isabet sayısını gösterir. 'KI başına vur' belirli KI ile pik tespit edildiği örneklerinin sayısıdır. Sol tarafta, seçilen veriler kontrol üç sarı kutu vardır. Bu veri seti (tedaviler, çoğaltır, nitel değişkenler, vb) bölmek için parametreleri görüntülemek. Bu şekilde, onlar (yukarıdan aşağıya) şunlardır: Hasatta Variety, Dikim tarih ve Olgunluk aşaması. Altta: 3 bar tıklayarak ve sola veya sağa doğru mavi çubuğunu taşıyarak, bir minimum ve KI aralığı ve minimum pik alanı ('Eşik') maksimum değeri seçebilirsiniz. Sağda: 'Birleştirme' düğmesine elle çizim çubukları tıklayarak seçilen KIS birleştirme sağlar. 'Ayırma' düğmesini biri seçilmiş olgularda, süreci tersine sağlar.

Şekil 3. Overlaid kromatogramları (in İki teknik siyah ve kırmızı) tutma süresi bir kayma göstermek için kavun uçucu tepe boşluğundan çoğaltır.

Şekil 4. Prosedürü birleştirme KI örneği. Merkezi arsa, yeşil bar (Merkez KI) KI pencerenin merkezi olarak seçilmiştir en kalabalık KI, temsil eder. KI KI X ve Y ilgi penceresinde düşen KIS ve bunlar merkezi KI birleştirilecek gerekir. KI X çubuğuna sağ tıklayarak, kırmızı olur ve, aynı zamanda, KI X çubuğu aynı uzunlukta, bir mavi çubuk yeşil birinin üzerinde görüntülenir. KI Y, mavi çubuğun uzunluğunun (birleştirilmiştir KIS) için aynı prosedür tekrar edilerek karşılık gelen uzunluğunun artacaktır. Bir kez tüm KIS yeşil 'Birleştirme' düğmesine, birleştirme işlemi sona erer tıklayarak, eklenmiş, değişiklikler kaydedilir ve tuş rengi sarıya döner edilir.

/ Files/ftp_upload/3821/3821fig5.jpg "/>
Şekil 5. Farklı olgunluk aşamalarında hasat edilen kavun örneklerin ikisi kromatogramları, erken olgun (üst) ve tam olgun (altta), uçucu bollukları farklılıkları tespit etmek için elektronik burun yeteneğini göstermek için.

Şekil 6. Erken olgun ve tam olgun iki farklı olgunluk aşamalarında, iki kavun numuneleri içinde bulunan 14 bileşenlerin pik alanı gösteren Radar arsa. Pik alanları karşılaştırma görselleştirmek yardımcı olmak için günlük ölçekli bildirilmektedir. Her bir ray sonunda numaraları karşılık gelen Kovats indisleri temsil eder.

Discussion

Elektronik burunlar meyve veya uçucu zengin örneklerinden aroma profillerinin hızlı, objektif değerlendirme için umut verici bir yöntem temsil eder. Ancak, pik tanımlama için bir meydan okuma temsil eden ve iki kromatogramları mükemmel uyumlu olmadığı zaman verilerin yorumlanmasına yol olabilir tutma süresi içinde kaydırır. Kromatogramlar Görsel inceleme örnekleri arasında tutma sürelerinin değişkenliği sık biraz farklı KI değerleri (yaklaşık ± 10) ile etiketlenmesine aynı tepe neden olduğunu göstermiştir. Bu tespit benzersiz KIS abartılı bir numara çevrilir. (A) farklı bileşikler farklı olgunluk aşamalarında mevcut ve (b) teknik çoğaltır, iki bilgisayar tabanlı programlarda (veri işleme için rutinlerini içerir "kim_merge.py", yaklaşık olarak aynı olduğu gerçekleri yararlanmak için seti ve bir grafik kullanıcı arayüzü (GUI) sağlar "kim_interface.py") sistematik olarak geliştirilmiştirbüyük ölçüde, büyük veri kümeleri kromatogramı analiz için gerekli zamanı azaltarak, bir yarı-otomatik moda örnekleri karşılaştırın. Uygun olan yerlerde Bu programlar tek bir KI etiketi altında KI bir değer aralığı ile etiketlenmiş piklerin, konsolidasyon sağlar. Bu iki önemli amaca hizmet eder: (a) tek bir değişken gibi zirveleri tedavi etmek için bir istatistiksel analiz sağlar, ve (b) pik kimlik ve diğer sistemler ve yayınlanan değerleri ile karşılaştırıldığında kolaylaştırır. Burada sunulan Sonuçlar kavun örnekleri yeterli KI tanımlanması ile kombinasyon halinde zNose sistemi kullanılarak olgunluğa ve aroma profil dayalı ayırt kalabileceğini göstermiştir. Bu kalite kontrol programları için de kullanılıyor olabilir Uçucu maddelerin analizi için gelecek vaat eden yeni bir teknoloji temsil ediyor.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Reaktif Adı	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Kalsiyum klorür	MP Biyomedikal	195088
2-metilbutil isovalerate	SAFC Küresel	W350613	≥% 98, doğal, FCC
Metanol	Fisher Scientific	A411-4
Flakon	Sigma / Supelco	SU860098
Kapak	Sigma / Supelco	SU860101
Laboratuvar blender	Waring Laboratuar Bilimi	7009G	2-hızlı blender; 1 - Litre cam kap
Şişe	Fisher Scientific	06-414-1C	Pyrex, 500 mL; polipropilen plug-mühür
Iğne	Elektronik Sensör Teknolojisi	TLC101046	Yan delik luer
Alkanlar çözüm	Elektronik Sensör Teknolojisi		Metanol içinde C6-C14 alkanlar solüsyonu
zNose	Elektronik Sensör Teknolojisi	Model 4500
DB-5 GC	Elektronik Sensör Teknolojisi	SYS4500C5
MicroSense	Elektronik Sensör Teknolojisi	Sürüm 5.44.22
Python 2.6			Serbestçe kullanılabilir on-line
"Reform_data.py" ve "kim_interface.py" komut			Vallahi üzerine ek malzeme olarak kullanılabilir Scripts