Comprehensive and High-Sensitivity Analysis of Food Aroma by Simultaneous Scan/MRM Measurement Using Triple Quadrupole GC-MS/MS

Význam tématu

Analýza aroma potravin a nápojů je klíčová pro vývoj produktů i kontrolu kvality, protože vůně ovlivňuje vnímání a preferenci spotřebitelů. Komplexní směsi těkavých látkách se vyskytují v širokém rozsahu koncentrací (ppm až ppt) a často obsahují sloučeniny s velmi nízkými prahovými hodnotami vůně. Metody, které dokážou současně provádět neřízené průzkumné analýzy a vysoce citlivou detekci cílových stopových komponent v jednom běhu, výrazně zjednodušují analytickou práci a zvyšují šanci objevit aroma-aktivní látky, které by jinak zůstaly skryté v komplexním matrice.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem publikovaného Application News bylo demonstrovat metodiku, která kombinuje současné simultánní získávání dat v režimu scan a MRM na triple kvadrupólovém GC-MS/MS (GCMS-TQ 8040 RX) se Smart Aroma Database, čímž je možné provést komplexní identifikaci složek a zároveň vysoce citlivou kvantifikaci sledovaných stopových aroma sloučenin v jednom měření. Jako způsob zavedení vzorku byla využita termická desorpce (TD) v Multi-Mode Injection Unit (MMI), přičemž za modelové matrice byly vybrány dva komerční sójové omáčky porovnané mezi sebou.

Použitá metodika

Metoda kombinovala několik klíčových kroků:

• Předkoncentrace aroma: MonoTrap RGPS mono-silikátový adsorbent (GL Sciences) byl použit pro koncentraci těkavých složek z 6 mL vzorku. Byly provedeny dva režimy extrakce: parní (headspace) a immersní (ponoření) při 60 °C po 30 min s mícháním.
• Vstup vzorku: MonoTrap vložený do splitless insertu v MMI, který sloužil jako manuální TD zdroj. MMI umožňuje rychlé zahřátí až 1200 °C/min, čímž se dosáhne dobrých tvarů píků i pro nízkovroucí komponenty.
• Chromatografie a MS/MS: Kolonou byla InertCap Pure-WAX (30 m × 0.25 mm, 0.25 µm) s helium jako nosným plynem. Program teploty: 50 °C (5 min) – 10 °C/min – 250 °C (10 min). Bylo použito post-column kapilární propojení pro prevenci poškození fáze při výměně vložky a funkce Easy sTop pro bezpečnou výměnu insertu.
• Akvizice dat: Simultánní režim scan + MRM (Smart Aroma Database). Loop time: scan 0.1 s, MRM 0.2 s. Smart MRM+ automaticky optimalizuje dwell times pro každý přechod, aby udržel dostatečnou citlivost i při ~1 452 MRM přechodech (484 komponent × 2–3 přechody).
• Datová analýza: LabSolutions Insight Explore GCMS provádí dekonvoluční detekci píků v scan datech, knihovní vyhledávání (AROMA_IC-WAX, NIST23) a zároveň cílenou analýzu a kvantifikaci MRM dat. Identifikace v MRM byla potvrzena poměrem kvantifikačních a potvrzovacích iontů a retenčními indexy uloženými v databázi.

Použitá instrumentace

• GC-MS/MS: GCMS-TQ 8040 RX (Shimadzu)
• Injekční jednotka: Multi-Mode Injection Unit (MMI-U) s možností Thermal Desorption režimu
• Adsorbent: MonoTrap RGPS TD (GL Sciences)
• Kolona: InertCap Pure-WAX (30 m × 0.25 mm I.D., 0.25 µm)
• Software a databáze: Smart Aroma Database (obsahuje ~500 komponent s RI, MS a optimalizovanými MRM přechody), LabSolutions Insight Explore GCMS
• Doplňky: post-column kapilára (30 cm × 0.25 mm I.D.), Easy sTop funkce

Hlavní výsledky a diskuse

Hlavní zjištění a jejich interpretace:

• Immersion extrakce poskytla širší pokrytí složek než parní extrakce: pro sójovou omáčku A bylo detekováno 201 píků (immersní) vs. 138 (headspace), přičemž knihovní identifikace poskytla 147 respektive 123 hitů. Immersion extrakce lépe extrahovala polární a vyšší vroucí složky.
• Dekonvoluce scan dat umožnila identifikovat řadu komponent i tehdy, když byly jejich pík zasypané jinými signály. Mezi identifikovanými skupinami byly alkoholy, furany, pyraziny, kyseliny a charakteristické aroma složky sójové omáčky (např. Homofuraneol, p‑Vinylguaiacol, Methionol).
• Simultánní MRM data významně zvýšila citlivost: v MRM chromatogramech bylo detekováno 113 aroma sloučenin včetně stopových látek, které byly v scan datech pod limitem detekce. Klíčové nízkoprahové aroma-aktivní sloučeniny, jako Furaneol (HDMF), Methional, Dimethyl trisulfid (DMTS) a Methyl 2‑methyl‑3‑furyl disulfide, byly spolehlivě sledovány.
• Porovnání dvou komerčních sójových omáček ukázalo rozdíly v intenzitách klíčových stopových složek, což demonstruje přínos metody pro diferenciaci výrobků podle výrobního procesu nebo receptury.
• Smart MRM+ umožnil efektivní rozvržení dwell time i při více než tisíci přechodech, což zajišťuje citlivost bez nutnosti kompromisu mezi počtem sledovaných látek a kvalitou dat.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické výhody a aplikace:

• Jeden běh poskytuje komplexní profil (scan + dekonvoluce) a současně vysoce citlivé kvantitativní informace o stopových aroma složkách (MRM), což šetří čas a zdroje laboratoře.
• Umožňuje objevit aroma-aktivní sloučeniny s nízkým prahem v komplexních matricích, které by jinak unikly běžným neřízeným analýzám.
• Vhodné pro vývoj aroma profilů produktů, monitorování konzistence výroby, porovnání výrobních postupů a řešení problémů s nežádoucí vůní.
• MMI v režimu TD zjednodušuje hardware – není potřeba samostatné TD jednotky, což je výhodné při omezeném rozpočtu nebo prostoru.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a potenciální rozšíření aplikací:

1. Rozšíření a standardizace databází aroma sloučenin (více autentických standardů, širší spektrální pokrytí) pro lepší automatickou identifikaci.
2. Integrace s GC-olfaktometrií a senzorickými daty pro přímé spojení analytických signálů s vnímáním vůně a kvantifikací aroma aktivních složek.
3. Využití pokročilých algoritmů a strojového učení pro zlepšenou dekonvoluci, predikci odor‑impact a rychlejší screening nových matrik.
4. Další zvyšování multiplexace MRM přechodů díky optimalizovanému time-slicing a vyššímu výkonu akviziční elektroniky pro monitoring tisíců složek ve zkrácených bězích.
5. Možnosti kvantitativní rutinizace v rámci QA/QC: validované metody MRM pro klíčové aroma markery v potravinářském průmyslu.

Závěr

Kombinace simultánního scan/MRM měření na triple‑kvadrupólovém GC‑MS/MS s využitím Smart Aroma Database a MMI v TD režimu nabízí praktické a výkonné řešení pro komplexní profilování a současnou vysoce citlivou detekci aroma složek v potravinových matricích. Metoda umožňuje odhalit stopové, aromaticky významné látky a porovnat výrobky z hlediska jejich aroma profilu bez nutnosti separátních instrumentálních postupů, což má přímé aplikace ve vývoji produktů a kontrole kvality.

Reference

• Kazuhiro Kawamura: Comprehensive and High-Sensitivity Analysis of Food Aroma by Simultaneous Scan/MRM Measurement Using Triple Quadrupole GC-MS/MS. Application News, Shimadzu Corporation, First Edition Aug. 2026.