Development of an LC-Based Metabolomic Approach for Polar Compounds in Brewage Samples using Fast Polarity Switching TOFMS Acquisition

Význam tématu

Metabolomická analýza polarních složek v nápojích umožňuje komplexní posouzení kvality, chuti i stavu fermentačních procesů. LC–TOFMS s rychlým přepínáním polarity nabízí vysokou citlivost i selektivitu, což je klíčové pro detekci aminokyselin, nukleotidů a organických kyselin, které ovlivňují konečné vlastnosti piva.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout vysoce průtokovou a komplexní LC–MS metodiku pro profilování polarních metabolitů v různých vzorcích piva. Autoři sledovali jak identifikaci typických komponent, tak multivariační analýzu pro odlišení skupin na základě obsahu sladu a procesu zrání.

Použitá metodika

Vzorky tvořilo 25 komerčních pív (různé kategorie: třetí pivo, nízkomalátové, výčepní, ležák, ALE) s obsahem alkoholu 4,5–9 % z Japonska, Belgie, Mexika a Koreje. Chromatografie probíhala na kolóně Phenomenex Synergi Hydro-RP 80A (150×2,0 mm, 4 µm) při 40 °C, průtok 0,2 mL/min, mobilní fáze A: voda + 0,1 % kyseliny mravenčí, B: 80% acetonitril + 0,1 % kyseliny mravenčí (gradient 0–8 min: 0 % B; 8–22 min: 100 % B; 22–22,01 min: návrat; celkem 37 min).

Použitá instrumentace

• UHPLC Nexera, Shimadzu
• TOFMS s rychlým přepínáním polarity (ESI +4,5 kV / –3,5 kV, CDL 200 °C, BH 200 °C, rozmezí m/z 85–1 000)
• Software: Shimadzu LCMS solution, Umetrics SIMCA-P+

Hlavní výsledky a diskuse

Pro oba ionizační módy bylo detekováno přibližně 1 500 iontů (1 072 v kladném, 480 v záporném). Přesnost měření pod 3 ppm umožnila predikci sumárních vzorců a ověření MSn spektrem. Mezi identifikované sloučeniny patří valin, tyrosin, fenylalanin, prolin, adenosin, kyselina citrónová a další.
Multivariační PCA rozlišila vzorky do šesti skupin podle obsahu sladu a typu piva. Hlavní komponenta PC1 (41 %) korelovala s maltovací kategorií. Charakteristické ionty m/z 205,0976 (tryptofan) a m/z 191,0199 (kyselina citrónová) vyčleňovaly vysoce sladová piva.
Model degradace (ohřev 60 °C až po 6 dní) prokázal schopnost sledovat změny stability. Např. klesající iont m/z 252,1091 byl přiřazen ke deoxyadenosinu, což poukazuje na potenciál metody pro hodnocení stárnutí a kvality.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a citlivá analýza širokého spektra polarních metabolit.
• Možnost kvalitativního a kvantitativního rozlišení mezi kategoriemi piva.
• Monitorování stability a degradace fermentačních produktů.
• Využití v QA/QC potravinářského a farmaceutického průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace vysokorozlišující MS s dalšími omickými technologiemi (metagenomika, proteomika), automatizované reziduální analýzy, reálné monitorování výroby v reálném čase a rozšíření databází polarních metabolit zvýší hloubku interpretace a možnosti personalizované kontroly kvality.

Závěr

Fast polarity switching TOFMS coupled s UHPLC představuje výkonný nástroj pro metabolomické profilování polarních složek v pivu. Metoda poskytuje vysokou přesnost, robustnost i schopnost rozlišit jemné rozdíly mezi vzorky a je snadno adaptovatelná pro další matrice.

Reference

1. I. Duarte et al., J. Agric. Food Chem., 2002, 50, 2475–2481
2. C. Almeida et al., J. Agric. Food Chem., 2006, 54, 700–706
3. S. Yamaki et al., 59th ASMS Conference in Denver, WP 354 (2011)