Application Notebook - Solutions for Food Development

Význam tématu

V oblasti rozvoje potravin hrají cílené a citlivé analytické metody klíčovou roli při zajištění kvality, bezpečnosti a funkčních vlastností konečných výrobků. Od nutričního označování až po hodnocení senzorických vlastností se využívá široké škály technik HPLC, GC, LC/MS a dvourozměrných chromatografických metod. S rostoucím důrazem na jejich automatizaci, rychlost a šetrnost k životnímu prostředí je nezbytné vyvíjet nové kolonové materiály, detektory a integrované systémy pro komplexní profilování složek potravin.

Cíle a přehled článku

Application Notebook „Solutions for Food Development“ představuje řadu příkladů aplikací moderních analytických metod pro potravinářskou praxi. Obsahuje příspěvky zaměřené na simultánní analýzu vitamínů, cukrů a alkoholů, vlákniny, sladidel, aminů, aroma‐ a metabolitů v nápojích i přírodních extraktech. Dále demonstruje výhody dvourozměrné chromatografie (2D‐LC) při separaci polyfenolů, triglyceridů nebo karotenoidů. Součástí jsou také příklady automatizovaných pracovních postupů pro metabolomiku mikroorganismů a rostlin.

Použitá metodika a instrumentace

• HPLC s reverzními fázemi (ODS, Shim‐pack MAqC‐ODS I) bez iontově‐párových činidel pro vodou rozpustné vitamíny
• Ligand‐exchange a HC gelové kolony s differential RI a ELSD detektory pro cukry, cukerné alkoholy a oligosacharidy
• Enzymaticko‐gravimetrická a HPLC metoda pro nízkomolekulární rozpustnou vlákninu
• LC‐MS/MS na triple‐kvadrupólu (LCMS‐8040, LCMS‐8050, LCMS‐8060) pro simultánní analýzu sladidel, aminů, metabolitů a zbytkových látek
• Post‐column fluorescenční derivatizace aminů (Prominence Amino Acid Analysis System)
• GC‐FID s derivatizací diacetylu pro stanovení aroma v sake
• GC a GC‐MS pro analýzu kongenerů alkoholu a aromatických sloučenin v nápojích
• Komplexní dvourozměrná LC (Nexera‐e) pro separaci polyfenolů, triglyceridů a karotenoidů s detekcí PDA, ELSD i LCMS-IT-TOF
• Metabolomické přístupy LC/MS a GC/MS pro primární a sekundární metabolity citrusů, sake a mikrobiálních kultur, doplněné softwarem pro multivariační analýzu

Hlavní výsledky a diskuse

– Nové kolony MAqC‐ODS I umožňují rychlou a citlivou separaci vodou‐rozpustných vitamínů bez přidání iontově‐párových reagentů.
– Ligand‐exchange kolony a ELSD/RID detektory ve spojení s gradientním eluce zkracují dobu analýzy cukrů, alkoholiček a oligosacharidů v ovocných šťávách či energetických nápojích.
– Enzymaticko‐HPLC metoda s ion‐exchange předčistí se vzorku významně zvyšuje spolehlivost stanovení nízkomolekulární rozpustné vlákniny.
– Ultra‐rychlý LCMS‐8040/8050/8060 s MRM detekcí dokáže simultánně kvantifikovat 9 až 16 sladidel i stereochemické isomery aminokyselin na úrovni pg/mL s vynikající linearitou a opakovatelností.
– Fluorescenční stanovení histaminu a tyraminu na Prominence Amino System probíhá bez složitého vzorkování, detekce po derivatizaci OPA je vysoce citlivá.
– GC‐FID s diacetylovou derivatizací odhaluje charakteristické aroma diacetylu v sake s citlivostí pod 100 ppb.
– 2D‐LC (Nexera‐e) s autogradientem zachytí složité profily polyfenolů v červeném víně, triglyceridy v rostlinných olejích i karotenoidy v chilli papričkách s oddělením a kvantifikací desítek složek.
– Metabolomické studie GC/MS a LC/MS na sake, citrusových plodech či E. coli během fermentace odhalují klíčové biomarkery kvality a metabolismu, podporují senzorické hodnocení i mikrobiální šlechtění.

Přínosy a praktické využití metody

• Vyšší rychlost a citlivost analýz vedoucí ke zkrácení doby odezvy v průmyslových a QA/QC laboratořích
• Eliminace nebo minimalizace použití toxických reagentů (iontově‐párových činidel)
• Robustní integrované systémy HPLC‐MS, 2D‐LC a GC‐MS pro všestranné nasazení v potravinářství a biotechnologiích
• Snadná automatizace a standardizace metod pomocí softwarových balíčků pro multivariační vyhodnocení či měření s minimem zásahů uživatele
• Možnost komplexního screeningu životností, stabilit či autenticity potravinových produktů

Budoucí trendy a možnosti využití

– Rozšíření dvourozměrných chromatografických technik (LC×LC, GC×GC) pro screening extrémně složitých matric
– Integrace mikrofluidních a kapilárních systémů pro spotřební analýzy amatérskou a poloprofesionální sférou
– Využití pokročilých softwarových řešení pro strojové učení a senzomiku v kombinaci s analytickými daty
– Další rozvoj ekologických mobilních fází a senzorů pro on‐line monitoring a IoT konektivitu v potravinových provozech

Závěr

Application Notebook přináší ucelený přehled moderních separačních a detekčních technik, které zvyšují efektivitu, citlivost a spolehlivost potravinářských analýz. Kombinace nových kolonových materiálů, integrovaných systémů LC/MS, 2D‐LC a GC/MS či metabolomických přístupů umožňuje komplexní profilování klíčových složek a biomarkerů kvality ve vzorcích různorodé matice. Díky automatizaci a softwarovým nástrojům pro multivariační analýzu lze tato data rychle interpretovat a využít pro vývoj nových, zdraví prospěšných výrobků a pro zefektivnění kontroly jakosti.

Reference

• Kravchuk Z. et al., J. Agric. Food Chem. 66, 8032–8043 (2018)
• Mimura N. et al., J. Biosci. Bioeng. 118, 406–414 (2014)
• Prokhorova O. et al., Anal. Chim. Acta 966, 49–58 (2017)
• Uno Y., Hattori T., J. Biosci. Bioeng. 123, 134–138 (2016)
• Lemr K. et al., Food Chem. 277, 287–296 (2019)