Investigation of Musty Malodor in Consumer Bath Towels with GCxGC and TOFMS

Význam tématu

Problém nepříjemných pachů (musty malodor) na spotřebním zboží, jako jsou koupelnové ručníky, má přímý dopad na spokojenost uživatelů a vnímání kvality výrobků. Identifikace jejich původu je obtížná z důvodu složité matice textilních materiálů, nízkých koncentrací aromatických složek a častých koelucí v chromatografických analýzách. Kombinace komplexní dvourozměrné plynové chromatografie (GCxGC) a hmotnostní spektrometrie s časem letu (TOFMS) spolu se sofistikovaným softwarovým zpracováním umožňuje rozkrýt tyto skryté složky a napomoci objasnění příčin pachových profilů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo analyzovat volatilní a semi‑volatilní složky po použití ručníků, porovnat vzorky s detekovaným musty pachovým profilem a kontrolní vzorek bez tohoto charakteru, a identifikovat kandidátní látky přispívající k nepříjemnému pachu. K tomu byly použity HS‑SPME extrakce a analýza pomocí GCxGC‑TOFMS s následným cíleným i necíleným počítačovým zpracováním dat (ChromaTOF, ChromaTOF Tile).

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Vzorky: čtyři po­užité spotřební ručníky, z nichž tři vykazovaly musty pach a jeden byl kontrolní.
• Příprava: výseky ~2 × 1,25 inch navlhčené 300 µL deionizované vody, vložené do 20 mL HS‑SPME lahviček.
• Předextrakce: zahřátí v LPAL agitátoru na 40 °C po dobu 60 min; extrakce provedena mezi 0,5–24 h po ohřátí.
• HS‑SPME: inkubace 10 min při 65 °C; extrakce 30 min při 65 °C pomocí tri‑fázového vlákna (PDMS / DVB / C‑WR).
• Kalibrace/RI: analýza alkanového standardu pro výpočet retenčních indexů (RI).

Instrumentace (shrnutí):

• GCxGC: Pegasus BTX 4D (LECO) pro dvě komplementární separační dimenze.
• MS: TOFMS s plným m/z rozsahem a vysokou citlivostí (Pegasus BTX).
• Software: ChromaTOF pro detekci píků, dekonvoluci, integraci a vyhledávání v knihovnách; ChromaTOF Tile pro automatizované porovnání vzorkové sady a identifikaci rozdílů.
• Pomůcky: LPAL agitátor, tri‑fázové SPME vlákno, alkanový standard.

Hlavní výsledky a diskuse

Vzorky prokázaly vysokou chemickou složitost v chromatogramech; GCxGC významně zvýšila počet rozlišených signálů a odhalila látky skryté v 1D chromatografii. Klíčové poznatky:

• Dominantní signál: 1‑dodecanol byl nejsilnějším píkem, identifikovaný s vysokou podobností a shodou RI; jde o surfaktant často přítomný v detergentních formulacích, pravděpodobně nehlavní pachová příčina, ale s aromatickými vlastnostmi (waxy/soapy).
• Koeluce: některé koeluce v 1D byly úspěšně matematicky dekonvolvány (např. ethyl 2‑methylvalerát vs. p‑xylén), jiné však přesahovaly možnosti 1D dekonvoluce. GCxGC chromatograficky separovala tyto případy v 2. dimenzi, čímž zlepšila skóre shody spekter a potvrdila další analyty (např. eucalyptol + propylbenzen; benzaldehyd + tetralin).
• Musty kandidáti: několik sloučenin s popsanými musty aroma bylo nalezeno ve vyšších relativních hladinách ve vzorcích s pachovým problémem. Tyto komponenty se nalézaly v komplexních oblastech chromatogramu, kde GCxGC výrazně pomohla je odlišit a podpořit identifikaci prostřednictvím spektrálních shod a RI.
• Sulfur‑sloučeniny a karboxylové kyseliny: vybrané sirné komponenety a kyseliny byly detekovány v semi‑cíleném režimu; jejich trendy mezi vzorky ukazují, že některé mohou přispívat k pachovým rozdílům, jiné nikoli konzistentně.
• Nepřímé poznatky: použití ChromaTOF Tile umožnilo rychlé propojení celé sady vzorků, vizualizaci rozdílů (heatmapy, pruhové grafy) a identifikaci necílených rysů, které korelovaly s musty vzorky.

Přínosy a praktické využití metody

GCxGC‑TOFMS kombinované s HS‑SPME a pokročilým softwarovým zpracováním poskytuje:

• Vyšší schopnost rozlišit analyty v silně přeplněných matricích textilií než 1D GC.
• Citlivost k ultra‑stopovým pachotvorným látkám díky TOFMS.
• Možnost provést cílené i necílené (non‑target) vyhledávání, rychlé porovnání vzorků a priorizaci kandidátů pachových sloučenin.
• Praktické využití v troubleshooting výrobních procesů, kontrole kvality detergentů a surovin, nebo při vývoji praček a ošetření tkanin, kde je potřeba odstranit trvalé zápachy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry a aplikace v této oblasti:

• Integrace kvantitativních přístupů (síť standardů, interní standardy) pro určení prahových koncentrací pachotvorných látek.
• Rozšíření necílených workflow s pokročilou chemiometrickou analýzou a strojovým učením pro lepší korelaci analytických signálů s percepcí pachů.
• Vyšší throughput díky automatizaci SPME a paralelním platformám GCxGC, což umožní rozsáhlejší survey studií spotřebitelských vzorků.
• Zaměření na mikrobiální zdroje pachů (např. identifikace metabolitů bakterií jako Moraxella) kombinací analytiky s mikrobiologickými metodami.
• Vývoj cílených odstraňovacích technologií (formulace detergentů nebo povrchových úprav tkanin) na základě identifikovaných klíčových pachových molekul.

Závěr

Studie ukazuje, že spojení HS‑SPME, GCxGC a TOFMS s moderním softwarem významně zvyšuje schopnost odhalit a identifikovat stopy aromatických a semi‑volatilních látek v komplexních textilních vzorcích. GCxGC rozšiřuje rozlišovací schopnost a TOFMS zajišťuje citlivou a úplnou spektrální informaci, zatímco ChromaTOF/Tile urychlují jak cílené, tak necílené prohlídky datových sad. Identifikované kandidáty s musty atributy a další odhalené analyty poskytují solidní základ pro další testování příčin zápachu a pro návrh nápravných opatření v průmyslovém i spotřebitelském kontextu.

Reference

1. GoodScents Company Information System. informace o aromatických popisech sloučenin (internetový zdroj).
2. Takeuchi K, Hasegawa Y, Ishida H, Kashiwagi M. Identification of novel malodour compounds in laundry. Flavour and Fragrance Journal. 2012;27:89–94.
3. Kubota H, Mitani A, Niwano Y, Takeuchi K, Tanaka A, Yamaguchi N, Kawamura Y, Hitomi J. Moraxella Species Are Primarily Responsible for Generating Malodor in Laundry. Applied and Environmental Microbiology. 2012;78(9):3317–3324.
4. Miyazato H, Hashimoto S, Hayashi S. First identification of the odour‑active unsaturated aliphatic acid (E)‑4‑methyl‑3‑hexenoic acid in yuzu (Citrus junos Sieb. ex Tanaka). Flavour and Fragrance Journal. 2013;28:62–69.