Differential analysis of fermented beverage using fast polarity switching TOFMS acquisition with high mass accuracy and multivariate analysis

Význam tématu

Analýza metabolitů ve fermentovaných nápojích, jako je pivo, je klíčová pro hodnocení kvality, chuti a výkonnosti fermentace. Metabolomika na základě LC-MS poskytuje vysokou citlivost a selektivitu při detekci polaritních sloučenin, což umožňuje identifikaci biomarkerů a diferenciaci produktů v rámci kontroly kvality a výzkumu v potravinářském průmyslu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout rychlou a komplexní UHPLC-TOFMS metodu s přepínáním polarity pro profilování polaritních metabolitů v různých typech piva. Hlavními body byly:

• Rozlišení kategorií piva dle obsahu sladu
• Identifikace endogenních komponent a potenciálních markerů
• Sledování změn při modelu degradace zahřátím

Použitá metodika a instrumentace

• UHPLC: Shimadzu Nexera
• MS: LCMS-IT-TOF s rychlým přepínáním polarity (ESI +4,5 kV/-3,5 kV; scan m/z 85–1000)
• Kolona: Phenomenex Synergi Hydro-RP 80A, 150 mm × 2,0 mm I.D., 4,0 µm
• Mobile phase: A) voda + 0,1 % kyseliny mravenčí; B) 80 % acetonitril + 0,1 % kyseliny mravenčí; gradient 0–8 min 0 % B; 18–22 min 100 % B
• Podmínky: teplota kolony 40 °C, průtok 0,2 mL/min, injekce 2 µL, sušicí plyn 0,1 MPa, CDL/BH 200 °C
• Software: Umetrics SIMCA-P+ pro PCA; Formula Predictor pro predikci vzorců; externí kalibrace pro přesnost <3 ppm

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky ukázaly detekci přibližně 1 500 iontů (pozitivní 1 072, negativní 480) napříč 25 vzorky. Mass accuracy byla lepší než 3 ppm. Mezi identifikované metabolity patří:

• Aminokyseliny: tyrozin, fenylalanin, prolin, valin
• Organické kyseliny: jablečná, fumarová, citrát
• Nukleosidy: adenosin, hypoxanthin

PCA rozlišila šest skupin piv podle obsahu sladu a typu: třetí pivo, nízkosaládové, lager, prémiové high-malt a belgická ale. Charakteristickými ionty byly m/z 205,0976 (tryptofan) a m/z 191,0199 (citrát). V modelu degradace zahřátím piva byly identifikovány komponenty s klesající intenzitou v čase, zejména deoxyadenosin (m/z 252,1091, C10H13N5O3).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlé a spolehlivé profilování vodorozpustných metabolitů pro kontrolu kvality piva, odhalení výrobních odchylek a sledování stárnutí. Lze ji aplikovat i na jiné nápoje či biofluida.

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodu lze dále rozšířit o:

• Integraci s NMR a GC-MS daty pro hlubší metabolomické studie
• Online monitoring fermentačních procesů
• Využití strojového učení pro predikci kvality a automatizaci analýzy
• Rozvoj databází metabolit a standardizace protokolů

Závěr

Kombinace UHPLC-TOFMS s rychlým přepínáním polarity a multivariační analýzy poskytuje efektivní nástroj pro diferenciaci metabolomů piva, identifikaci markerů kvality a monitorování degradace.

Reference

1) I. Duarte et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002, 50, 2475–2481
2) C. Almeida et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2006, 54, 700–706
3) S. Yamaki et al., 59th ASMS Conference in Denver, WP 354 (2011)