Widely targeted metabolomics of 142 hydrophilic compounds in beer using liquid chromatography-single quadrupole mass spectrometer (ASMS)

Význam tématu

Metabolomická analýza piva poskytuje komplexní pohled na složení chutí, funkčních látek a kvality tohoto oblíbeného nápoje. S rostoucím zájmem o propojení objektivních analytických dat s organoleptickými vlastnostmi je nezbytné vyvinout rychlé, citlivé a univerzální metody pro současné stanovení širokého spektra metabolitů v pivu. Použití jednoduchého jednokvartupólového LC-MS přístroje umožňuje laboratorní i průmyslovou praxi provádět cílenou vizuálnější kontrolu surovin i výrobního procesu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout a ověřit metodu široce cílené metabolomiky pro simultánní stanovení 142 hydrofilních sloučenin (aminokyseliny, organické kyseliny, nukleosidy, nukleotidy a funkční fenolové kyseliny) v šesti typech piv (lager, ale, nízkosladové, pivo se sójovým proteinem a dvě nealkoholická). Studie hodnotila rozdíly ve složení na základě surovin a výrobních postupů pomocí multivariačních statistických metod.

Použitá metodika

• Příprava vzorků: 10× naředění vodou, přídavek interního standardu 2-morpholinoethanesulfonové kyseliny (1 µmol/l).
• Chromatografie: UHPLC s kolonkou Shim-pack GIST PFPP (2,1 × 150 mm, 3,0 µm); mobilní fáze A = 0,1 % kyselina mravenčí ve vodě, B = 0,1 % kyselina mravenčí v acetonitrilu; tok 0,25–0,50 ml/min, injekce 3 µl, teplota 40 °C.
• Detekce: elektrosprejová a APCI ionizace v pozitivním i negativním módu.

Použitá instrumentace

• UHPLC: Nexera XR (Shimadzu Corporation, Japonsko).
• Hmotnostní detektor: LCMS-2050 jednokvartupólový masový spektrometr (Shimadzu Corporation).
• Software pro multivariační analýzu: Multi-omics Analysis Package (Shimadzu Corporation).

Hlavní výsledky a diskuse

• Z 142 sledovaných sloučenin bylo detekováno 82, především aminokyseliny, organické kyseliny a nukleosidové metabolity.
• Nejvíce metabolitů (~70) se vyskytlo v pivech A (lager), B (ale) a nealkoholickém F, zatímco nízkosladové pivo C bylo „purin-free“ s pouhými 22 detekovanými sloučeninami.
• PCA a hierarchická shluková analýza (HCA) rozdělily vzorky do dvou skupin podle surovin a technologie výroby (fermentace vs. výrobní úpravy nealko piv).
• Distribuce purinových metabolitů ukázala nejvyšší obsah v pivu B, zatímco nízkosladové C vykazovalo minimální hladiny.
• Funkční fenolové kyseliny (ferulová, vanilová, sinapová, kávová) a GABA měly výrazně vyšší zastoupení v pivech s vyšším podílem sladu a komplexnější fermentací (A, B, F).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje pivovarům, výzkumným laboratořím i kontrolním institucím rychle a spolehlivě sledovat klíčové metabolity související s chutí, antioxidanty a nutriční hodnotou piva. Lze ji využít pro optimalizaci receptur, kontroly surovin, detekci podvodů a vývoj nových produktů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření panelu na další skupiny metabolitů a matrixy (vinařství, nealkoholické nápoje).
• Integrační přístupy s dalšími „omics“ (proteomika, lipidomika) pro komplexnější profilaci.
• Automatizace přípravy vzorků a optimalizace gradientů pro vyšší průtok vzorků.
• Využití ve standardizovaných kontrolních programech a certifikacích kvality.

Závěr

Byla úspěšně vyvinuta a validována metoda široce cílené metabolomiky pro simultánní analýzu 142 hydrofilních sloučenin v pivu pomocí jednokvartupólového LC-MS. Metoda poskytuje spolehlivé rozlišení vzorků na základě surovin a výrobních postupů a identifikuje klíčové chutové i funkční komponenty.

Reference

Studie vychází z interních vývojových publikací Shimadzu Corporation a aplikační poznámky k přístrojům Nexera XR a LCMS-2050.