Meat authentication and adulteration testing by HPLC combined with high-resolution, accurate-mass (HRAM) mass spectrometry

Význam tématu

Proteomické metody založené na vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrii hrají klíčovou roli v boji proti potravinovým podvodům. Rostoucí globalizace výroby a distribuce potravin vede k nárůstu případů falšování, které ohrožují bezpečnost a důvěru spotřebitelů. Citlivé a selektivní metody pro detekci adulterace masa jsou proto nezbytné pro dodržení regulačních požadavků a zajištění kvality produktů.

Cíle a přehled studie

• Vyvinout robustní, citlivý a specifický HPLC-HRAM-MS test pro detekci vepřového masa na úrovni nízkého procenta v masných výrobcích.
• Identifikovat proteotypické tryptické peptidy miosinu, myoglobinu a hemoglobinu pro rozlišení běžných savců.
• Demonstrace metod selektivní detekce adulterace masa pomocí PRM a DIA režimů.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorku: homogenizace masa, precipitace proteinů acetonem, denaturace, redukce (DTT), alkylace (IAA), digesce trypsinem.
• Chromatografie: Thermo Scientific UltiMate 3000 UHPLC, Biobasic C8 mikrokolona, gradient formic acid/acetonitril-voda, průtok 75 μL/min.
• Hmotnostní spektrometrie: Thermo Scientific Q Exactive hybridní kvadrupól-Orbitrap. Režimy: Full scan (140 000 FWHM), PRM (17 500 FWHM, izolace 1,5 Da, kolizní energie 25 eV), DIA (50 Da okno, 12 MS2 událostí).
• Bioinformatika: in silico digesce, predikce MS2 fragmentů (mMass), alignace a analýza sekvencí (QIAGEN CLC Viewer), identifikace (Proteome Discoverer, Mascot).

Hlavní výsledky a diskuse

• Identifikace specifických tryptických peptidů myoglobinu (pozice 120–134) se selektivními fragmenty y13 a y14 pro hovězí, koňské, vepřové a jehněčí maso.
• PRM analýza potvrdila vysokou selektivitu a přesnost (mass accuracy <1,5 ppm) a možnost detekce adulterace na úrovni 1 % (v/w), v optimalizovaných podmínkách až 0,2 %.
• DIA režim poskytl komplexní datový soubor pro následné dolování dat, avšak citlivost pro pod 1 % adulterace je omezená.
• Výběr dalších proteotypických peptidů z myosinu-1, myosinu-2 a β-hemoglobinu zajistil dodatečné biomarkery pro potvrzovací analýzu.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoce selektivní a citlivá metoda vhodná pro rutinní QA/QC laboratoře a regulační orgány.
• Možnost rozšíření panelu biomarkerů pro různé živočišné druhy.
• Použití interních standardů stabilně označených peptidů pro kvalitativní a kvantitativní kontrolu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace DIA dat do potravinové forenzní databáze pro rychlé přizpůsobení se novým druhům adulterace.
• Automatizace workflow a implementace do online monitorovacích systémů.
• Rozšíření na kompletní potravinové matrice a multi-analytické přístupy kombinující proteomiku s metabolomikou.

Závěr

Výsledky potvrzují, že cílená bottom-up proteomika pomocí HPLC-HRAM-MS umožňuje spolehlivou detekci a identifikaci adulterace masa. Kombinace PRM a DIA režimů poskytuje flexibilní nástroj pro rutinní i výzkumné aplikace v oblasti potravinové bezpečnosti.

Reference

1. Everstine K, Spink J, Kennedy S. Economically motivated adulteration (EMA) of food: common characteristics of EMA incidents. J. Food Prot. 2013, 76, 723–735.
2. Ellis DI, Brewster VL, Dunn WB, Allwood JW, Golovanov AP, Goodacre R. Fingerprinting food: current technologies for the detection of food adulteration and contamination. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 5706–5727.
3. DG Health and Consumers, European Commission. Horse meat issue. Brussels. 2013.
4. Herrero M, Simó C, García-Cañas V, Ibáñez E, Cifuentes A. Foodomics: MS-based strategies in modern food science and nutrition. Mass Spectrom. Rev. 2012, 31, 49–69.
5. Strohalm M, Kavan D, Novák P, Volný M, Havlíček V. mMass 3: a cross-platform software environment for precise analysis of mass spectrometric data. Anal. Chem. 2010, 82, 4648–4651.
6. von Bargen C, Dojahn J, Waidelich D, Humpf HU, Brockmeyer J. New sensitive high-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry method for the detection of horse and pork in halal beef. J. Agric. Food Chem. 2013, 61, 11986–11994.
7. Roepstorff P, Fohlman J. Proposal for a common nomenclature for sequence ions in mass spectra of peptides. Biomed. Mass Spectrom. 1984, 11, 601.