A Novel Strategy to Screen and Profile Steviol Glycosides of Natural Sweeteners in Food Using the ionKey/MS System’s Ion Mobility Mass Spectrometry

Význam tématu

Steviol glykozidy představují přírodní nízkoenergetická sladidla široce využívaná v potravinářství. Jejich monitorování v komplexních matricích je klíčové nejen pro zajištění požadované čistoty a legislativních limitů, ale i pro ověření původu a izomerického složení, které ovlivňuje chuťové vlastnosti a biologickou účinnost.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této studie je představit inovativní strategii pro screening a profilaci steviol glykozidů v potravinách za využití systému ionKey/MS kombinovaného s iontově mobilní hmotnostní spektrometrií (IM-MS). Metoda je navržena tak, aby umožnila rozlišení izomerů i při stopových koncentracích a zvýšila spolehlivost identifikace v náročných potravinových vzorcích.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky čokoládové pomazánky byly nejprve zbaveny tuku extrakcí a poté očištěny C18 SPE. Získané extrakty ve vodě/acetonitrilu byly zatíženy standardy steviol glykozidů a separovány na ACQUITY UPLC M-Class s iKey PCA BEH C18 (150 µm × 50 mm, 1,7 µm) při průtoku 2 µl/min. Eluce probíhala gradientem vody a acetonitrilu s 0,1 % kyseliny mravenčí. Detekce byla provedena na systému SYNAPT G2-Si s elektronovým ionizačním zdrojem (ESI) v režimu negativních iontů a modulací IMS T-Wave. Data byla analyzována v prostředí UNIFI, kde byly využity knihovny obsahující přesné hmotnosti, retenční časy, fragmentační spektra a kolizní průřezy (TW CCS N₂).

Hlavní výsledky a diskuse

Díky kombinaci vysokého rozlišení hmotnostního spektrometru a iontově mobilních měření bylo možné detekovat steviol glykozidy při zatížení na sloupci nižším než 1 pg. Izoformy rebaudiosid A/E, B/steviosid a rubusosid/steviolbiosid byly jednoznačně rozlišeny na základě odlišných CCS hodnot s chybou pod 0,4 %. IMS přineslo čistá fragmentační spektra koelujících či izobarických složek, výrazně omezilo falešně pozitivní i falešně negativní nálezy a zajistilo vysokou spolehlivost identifikace.

Přínosy a praktické využití metody

• Významné zvýšení citlivosti a selektivity oproti konvenčním LC-MS protokolům.
• Spolehlivý screening steviol glykozidů v náročných potravinových matricích.
• Redukce spotřeby drahých referenčních standardů a organických rozpouštědel.
• Využití v rutinní kontrole kvality (QA/QC) pro ověřování čistoty a původu sladidel.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metoda otevírá možnosti pro rozšíření CSS knihoven o další potravinové aditiva a izomerní sloučeniny, integraci nedotargetované analýzy a automatizaci přípravy vzorků. Další rozvoj může zahrnovat multiparametrické screeningové platformy pro širší okruh potravinových a environmentálních analyz.

Závěr

Popsaná strategie spojuje mikrofluidní chromatografii s iontově mobilní hmotnostní spektrometrií, čímž poskytuje rychlý, vysoce citlivý a selektivní screening steviol glykozidů v komplexních potravinových vzorcích. Přístrojová konfigurace ionKey/MS výrazně zvyšuje důvěru v identifikaci stopových izomerů a přináší úspory na standardech i rozpouštědlech.

Reference

1. J Pól, B Hohnová, T Hyötyläinen. Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives (JECFA) Compendium of Food Additive Specifications, Monograph 5, Steviol glycosides. FAO JECFA Monographs 10, 2010.
2. EFSA Journal 2011; 9(5):2181.
3. C Well, O Frank, T Hofmann. Quantitation of Sweet Steviol Glycosides by Means of a HILIC-MS/MS-SIDA Approach. J Agric Food Chem. 61:11312–11320, 2013.
4. R Shah, LS De Jager, TH Begley. Simultaneous determination of steviol and steviol glycosides by liquid chromatography–mass spectrometry. Food Addit Contam A. 29(12):1861–1871, 2012.
5. M McCullagh et al. Exploring the Benefits and Potential of iKey Microfluidic Chromatography and Time-of-Flight Mass Spectrometry for Pesticide Residue Analysis. Waters Application Note 720005195en, 2014.
6. Waters Technical Note 720005374en. The use of collision cross section measurements (CCS) in food and environmental analysis, 2015.
7. M McCullagh et al. Collision Cross Section a New Identification Point for a Catch All Non Targeted Screening Approach. Waters Application Note 720005055en, 2014.
8. M McCullagh et al. The Use of Ion Mobility Spectral Cleanup and Collision Cross Section Values to Increase Confidence and Efficiency in Pesticide Residues Screening Strategies. Waters Application Note 720005080en, 2014.
9. M McCullagh et al. Discovery of Pesticide Protomers Using Routine Ion Mobility Screening. Waters Application Note 720005028en, 2014.
10. BF Zimmermann. Tandem mass spectrometric fragmentation patterns of known and new steviol glycosides with structure proposals. Rapid Commun Mass Spectrom. 25:1575–1582, 2011.