Multiple Analytical Techniques For Carotenoid Analysis In Capsicum Cultivars

Technické články | 2023 | ShimadzuInstrumentace
Příprava vzorků, HPLC, LC/TOF, LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ, SFC, LC/IT
Zaměření
Potraviny a zemědělství
Výrobce
Shimadzu

Význam tématu


Analýza karotenoidů v plynových a kapalných frakcích papriček rodu Capsicum představuje klíčový nástroj v potravinářském, výživovém i farmaceutickém průmyslu. Karotenoidy ovlivňují barvu, nutriční hodnotu (provitamín A) a antioxidační vlastnosti potravin. Přesné stanovení volných a esterifikovaných forem umožňuje sledovat kvalitu, stupeň zralosti a autenticitu výrobků, stejně jako jejich stabilitu a biologickou dostupnost.

Cíle a přehled studie / článku


Práce se zaměřila na porovnání a optimalizaci několika extrakčních a chromatografických postupů pro identifikaci a separaci karotenoidů v různých druzích Capsicum. Hlavními cíli byly:
  • Vyvinout on-line propojení superkritické extrakce a superkritické kapalinné chromatografie (SFE–SFC) pro rychlou a přesnou analýzu.
  • Ověřit možnosti reverzní fáze HPLC s jedním či dvěma sériově spojenými C30 kolony pro rozlišení volných a esterifikovaných karotenoidů.
  • Navrhnout a aplikovat komplexní NP-LC×RP-LC a NP-LC×UHPRP-LC systémy pro detailní rozlišení a identifikaci desítek látek.

Použitá metodika a instrumentace


SFE–SFC
V on-line uspořádání byla extrakce karotenoidů z mletého vzorku habanera (Capsicum chinense) prováděna pomocí superkritického CO2 modifikovaného methanolem. Extrakt byl přímo přiváděn do SFC kolony (C30, 2,7 µm), eluován gradientem CO2/methanol a detekován trojitým kvadrupólem s APCI. Teplota extrakčního lože se testovala od 40 °C do 80 °C, dávky CO2 a gradient methanolu byly optimalizovány pro maximální výtěžek.

RP-HPLC
Použití jedné nebo dvou sériově spojených C30 kolonek (250×4,6 mm, 5 µm) s mobilní fází methanol/MTBE/voda ve formě lineárního gradientu. Detekce UV–Vis (450 nm, spektrum 250–600 nm) a APCI-MS (SCAN, SIM, MRM) umožnily rozlišení volných karotenoidů i mono- a diesterů.

NP-LC×RP-LC a NP-LC×UHPRP-LC
První dimenze: cyano mikrokolona (250×1,0 mm, 5 µm) s hexan-butylacetát-acetonem. Druhá dimenze: reverzní fáze C18 fused-core (30×4,6 mm, 2,7 µm), napojená cyklickými výměnnými ventily. Gradienty a modulační časy (0,75 až 1,50 min) byly optimalizovány pro rychlé on-line střihy frakcí. V UHPLC verzi se dvěma sloupci C18 byla dosažena vyšší rychlost a rozlišení.

Použitá instrumentace


  • Systém Shimadzu Nexera-UC pro SFE a SFC, modul SFE-30A, SFC-30A, CO2 pumpy, BPR, detektor LCMS-8050 QqQ s APCI.
  • HPLC systém Shimadzu (CBM-20A, LC-20AD, DGU-20A, CTO-20AC, SIL-30AC, SPD-M20A PDA, LCMS-2020 s APCI).
  • Nexera-e LC×LC-UHPLC systém (CBM-20A, čtyři LC-30AD pumpy, DGU-20A5, CTO-20A/CTO-30A, SIL-30A, SPD-M20A), LCMS-IT-TOF s APCI.

Hlavní výsledky a diskuse


SFE–SFC umožnilo extrakci a chromatografii v jednom běhu (18 min), s vysokou opakovatelností a nízkým rizikem kontaminace. Optimalizace teploty extrakce přinesla maximální výtěžky (do 48 % primární extrakce). RP-HPLC s dvojitou C30 kolonu zvýšila kapacitu špiček z 73 na 95 (zlepšení rozlišení kritických párů). NP-LC×RP-UHPLC s modulačním časem 1 min dosáhlo praktické kapacity nC = 984, identifikovalo 33 karotenoidů ve 10 chemických třídách (volné hydrocarbony, xanthofyly, monoesters, diesters, epoxidy, ketony apod.). Red sweet bell pepř obsahoval ~33 % volných, 33 % monoesterů a 33 % diesterů, přičemž převládaly di-ol-mono-keto monoestery (~36 %). Esterace výrazně přibývá s dozráváním plodu.

Přínosy a praktické využití metody


  • Rychlá on-line extrakce i separace s možností sériové produkce dat.
  • Minimální chemické úpravy vzorku, snížení artefaktů a degradace karotenoidů.
  • Důkladné rozlišení isomerů, mono- a diesterů, klíčových pro hodnocení zralosti a stability.
  • Univerzální aplikace na různé kultivary Capsicum a potravinářské produkty.

Budoucí trendy a možnosti využití


Další vývoj se zaměří na kvantitativní validaci metod, rozšíření referenčních standardů pro méně dostupné karotenoidy a automatizaci datové analýzy. Kombinace více dimenzí (LC×LC×MS), High-Resolution MS a softwarové knihovny fragmentačních vzorů umožní detailní profiling a aplikaci v toxikologii, metabolomice i kvalitě potravin. Vznikají perspektivy pro in-line monitorování zpracovatelských procesů a hodnocení nových plodin či extraktů.

Závěr


Studie ukazuje, že integrace on-line SFE-SFC, sériových C30 HPLC a dvourozměrného NP-LC×RP-UHPLC poskytuje ucelený přístup k analýze rozmanitých forem karotenoidů v paprikách. Kombinace rychlosti, rozlišení a citlivosti posouvá hranice možného v průmyslové kontrole kvality i vědeckém výzkumu.

Reference


1. Giuffrida D. a kol. Food Chem. 140 (2013) 794–802.
2. Kopsell D.A., Kopsell D.E. Bioactive Food in Promoting Health, Academic Press, 2010.
3. Beutner S. a kol. J. Sci. Food Agric. 81 (2001) 559–568.
4. Minguez-Mosquera M.I., Hornero-Mendez D. J. Agric. Food Chem. 42 (1994) 640–644.
5. Hornero-Mendez D., Minguez-Mosquera M.I. J. Agric. Food Chem. 48 (2000) 1617–1622.
6. Schweiggert U. a kol. Rapid Commun. Mass Spectrom. 19 (2005) 2617–2628.
7. Dugo P. a kol. J. Chromatogr. A 1189 (2008) 196–201.
8. Dugo P. a kol. J. Agric. Food Chem. 56 (2008) 3478–3482.
9. Dugo P. a kol. Anal. Chem. 78 (2006) 7743–7751.
10. Donato P. a kol. J. Chromatogr. A 1216 (2009) 7483–7490.
11. Dugo P. a kol. J. Sep. Sci. 32 (2009) 973–980.
12. Dugo P. a kol. J. Sep. Sci. 31 (2008) 3297–3304.
13. Dugo P. a kol. J. Chromatogr. A 1216 (2009) 7213–7220.
14. Neue U.W. J. Chromatogr. A 1079 (2005) 153–161.
15. Gu H., Huang Y., Carr P.W. J. Chromatogr. A 1218 (2011) 64–70.
16. Liu Z. a kol. Anal. Chem. 67 (1995) 3840–3848.
17. Philip T., Chen T.S. J. Food Sci. 52 (1987) 1071–1073.
18. Sun T. a kol. J. Food Sci. 72 (2007) S98–S102.
19. Azevedo-Meleiro C.H., Rodriguez-Amaya D.B. J. Sep. Sci. 32 (2009) 3652–3658.
20. Matsufuji H. a kol. Int. J. Food Sci. Technol. 42 (2007) 1482–1488.
21. Guil-Guerrero J.L. a kol. Eur. Food Res. Technol. 224 (2006) 1–9.
22. Marin A. a kol. J. Agric. Food Chem. 52 (2004) 3861–3869.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Characterization of 16 Capsicum Varieties by Evaluation of Their Carotenoid Profle by SFE-SFC-MS/MS
On-line extraction and determination of targeted carotenoids from habanero red (Capsicum Chinese)
Ultra high pressure comprehensive two-dimensional liquid chromatography combined with hybrid mass spectrometry for the elucidation of carotenoids in red chili peppers
Mass spectrometric elucidation of carotenoids in red chili peppers using high pressure comprehensive two-dimensional liquid chromatography