Determination of heterocyclic oxygen compounds in Citrus essential oils by Supercritical fluid chromatography-tandem mass spectrometry

Význam tématu

Analýza heterocyklických kyslíkatých sloučenin v nevolatilní části za studena lisovaných citrusových esenciálních olejů je klíčová z hlediska jejich biologických účinků a bezpečnostních aspektů. Coumariny, furokumariny a polymethoxyflavony mimo prospěšné vlastnosti mohou při vyšších dávkách nebo interakcích s UV zářením vyvolat toxické účinky, což vede k přísné regulaci jejich obsahu v kosmetice a potravinách.

Cíle a přehled studie

Cílem výzkumu bylo vyvinout a validovat ekologickou a citlivou metodiku pro kvalitativní a kvantitativní stanovení 28 cílových kyslíkatých heterocyklů v citrusových esenciálních olejích. Metoda využívá superkritickou fluidní chromatografii spojenou s tandemovou hmotnostní spektrometrií (SFC-MS/MS) a je zaměřena na zkrácení analytického času a snížení spotřeby organických rozpouštědel.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci byl vybrán pentafluorfenylový stacionární fázi sloupce o rozměrech 150×2,1 mm s částicemi 2,7 μm. Mobilní fáze sestávala z CO2 a metanolu s gradientem 2 až 10 procent metanolu během 10 minut při průtoku 1,0 mL/min. Detekce probíhala metodou MRM na triplekvadrupólovém hmotnostním spektrometru APCI. Validace metody sledovala linearitu, detekční a kvantifikační limity, přesnost a opakovatelnost v souladu s doporučeními Eurachem.
Použitá instrumentace:

• SFC systém Shimadzu Nexera-UC
• Kolonový termostat CTO-20AC
• Autosampler SIL-30AC
• Backpressure regulator SFC-30A
• Hmotnostní spektrometr Shimadzu LCMS-8050 s APCI

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožnila baseline separaci 28 sloučenin za méně než 8 minut s použitím méně než 10 procent metanolu. MRM akvizice zajistila selektivitu i při částečné koeluci klíčových párů látek. Všech 28 kalibračních křivek vykázalo výborné linearity s koeficienty R2 v rozmezí 0,995–0,999. LOD a LOQ se pohybovaly v rozsahu 0,0004 až 0,1536 mg/L. Intradenní i mezidení opakovatelnost byla lepší než 8 procent. Aplikace na pět vzorků esenciálních olejů odhalila rozdíly v obsahu OHC podle typu plodu, přičemž limetkový olej měl nejvyšší souhrnný obsah.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá analýza pod 8 minut
• Vyšší selektivita díky MRM akvizici
• Nižší spotřeba organických rozpouštědel ve srovnání s HPLC
• Možnost rutinní kontroly kvality furokumarinu a coumarinů
• Vysoká citlivost umožňující stanovení stopových koncentrací

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším krokem je integrace on-line extrakce superkritickou fluidou (SFE) s SFC-MS/MS pro zefektivnění a automatizaci celého procesu extrakce a analýzy. Lze očekávat rozšíření metody i pro další matrice jako jsou kosmetické přípravky nebo potravinářské produkty s minimální úpravou vzorku.

Závěr

Validovaná SFC-MS/MS metoda představuje ekologicky šetrný, rychlý a citlivý postup pro stanovení kyslíkatých heterocyklů v citrusových esenciálních olejích. Díky krátkému čase analýzy a nízké spotřebě metanolu je vhodná pro rutinní kontrolu kvality a další rozvoj lze očekávat v oblasti plně integrovaných extrakčních a analytických protokolů.

Reference

1. Russo M, Rigano F, Arigò A, Dugo P, Mondello L. Coumariny, psoralens and polymethoxyflavones in cold-pressed Citrus essential oils: a review. J Essent Oil Res. 2020;32(1):10-25.
2. Hung WL, Suh JH, Wang Y. Chemistry and health effects of furanocoumarins in grapefruit. J Food Drug Anal. 2017;25(1):101-115.
3. Scott BR, Pathak MA, Mohn GR. Molecular and genetic basis of furocoumarin reactions. Mutat Res Genet Toxicol. 1976;38(2):135-150.
4. Serrano-Pérez JJ, Olaso-Gonzáles G, Merchan M, Serrano-Andrés L. Singlet oxygen generation in PUVA therapy studied using electronic structure calculations. Chem Phys. 2009;357(1-3):66-75.
5. European Parliament and Council. Regulation (EC) No 1223/2009 on cosmetic products. OJ EU. 2009;L342:59-209.
6. International Fragrance Association. IFRA Standard Citrus oils and furocoumarin containing essential oils. 2015.
7. International Fragrance Association. IFRA analytical method – quantitative determination of furocoumarins by HPLC-DAD. 2013.
8. Macmaster AP, Owen N, Brussaux S, et al. Quantification of selected furocoumarins by HPLC and UV-detection. J Chromatogr A. 2012;1264:161-170.
9. Zoccali M, Donato P, Mondello L. Recent advances in coupling of CO2-based extraction and separation techniques. Trends Anal Chem. 2019;113:123-134.
10. Dugo P, Mondello L, Dugo G, et al. Rapid analysis of polymethoxylated flavones from Citrus oils by SFC. J Agric Food Chem. 1996;44(9):2384-2389.
11. Desmortreux C, Rothaupt M, West C, Lesellier E. Improved separation of furocoumarins of essential oils by SFC. J Chromatogr A. 2009;1216(28):4898-4903.
12. Ellison SLR, Barwick VJ, Duguid TJ. Practical statistics for the analytical scientist: a bench guide. RSC Publishing;2009.
13. Magnusson B, Örnemark U, editors. The fitness for purpose of analytical methods: a laboratory guide to method validation and related topics. 2nd ed. Eurachem;2014.
14. Arigò A, Rigano F, Micalizzi G, Dugo P, Mondello L. Oxygen heterocyclic compound screening in Citrus essential oils by LC-PDA. Flavour Fragr J. 2019;34(2):95-104.
15. Russo M, Bonaccorsi I, Costa R, Trozzi A, Dugo P, Mondello L. Reduced time HPLC analyses for fast quality control of Citrus essential oils. J Essent Oil Res. 2015;27(6):419-428.
16. Dugo P, Favoino O, Luppino R, Dugo G, Mondello L. Comprehensive two-dimensional normal-phase–reversed-phase liquid chromatography. Anal Chem. 2004;76(5):1288-1294.