Structural insights on oligosaccharides in commercial infant formula products using ion chromatography-mass spectrometry (IC-MS)

Význam tématu

Oligosacharidy ve výživě kojenců mají klíčový vliv na vývoj střevní mikrobioty a imunitu.
Jejich strukturální konformace (větvení, vazby) ovlivňuje prebiotické vlastnosti, proto je detailní analýza nutná pro vývoj a kontrolu kvality dětských výživ.

Cíle a přehled studie / článku

Studie si klade za cíl vyvinout derivatizaci-zdarma analytický přístup pomocí iontové chromatografie spojené s hmotnostní spektrometrií (IC-MS) pro kvalitativní charakterizaci funkčních oligosacharidů v komerčních výrobcích kojenecké výživy.
Hlavní kroky zahrnují extrakci, separaci bez nutnosti chemické úpravy a strukturální identifikaci různých skupin oligosacharidů (GOS, FOS, MOS, HMOs).

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorku: odtučnění, precipitace proteinů ethanolem, filtrace a vysušení.
• Chromatografická separace: Dionex ICS-6000 HPIC s CarboPac PA300-4 µm analytickou kolonkou, gradient NaOH/acetát, elektrochemické detekční PAD.
• Hmotnostní spektrometrie: Thermo Scientific Q Exactive HF-X Orbitrap s HESI-II v negativním módu, MS1 rozlišení 60 000, MS2 rozlišení 15 000, HCD fragmentace.
• Data processing: Chromeleon, Xcalibur, GlycoWorkbench, Domon-Costello nomenklatura.

Hlavní výsledky a diskuse

• Oddělení izomerní dvojice MOS standardů: maltohexaóza (α-1,4) versus 6-α-D-maltotriósyl-maltotrióza (α-1,4/α-1,6), diagnostické A-typové a C-typové fragmenty v MS2 umožnily rozlišení vazeb.
• Profilace komerčních výrobků (3 produkty): detekce oligosacharidů DP3–17 včetně GOS, FOS, MOS a HMOs; identifikace 2′-FL a stopové 3′-SL v produktu A.
• Separační výkon CarboPac PA300: rozlišení izomerů DP4 v produktu B s retenčními časy od 25,32 do 31,65 min a mass accuracy ~3 ppm.
• MS2 spektroskopie poskytla detailní glykozidové a cross-ring fragmenty klíčové pro strukturální přiřazení.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a bezderivatizační analýza oligosacharidů s vysokým rozlišením izomerů.
• Vhodné pro kontrolu kvality kojeneckých výživ a formulací obohacených prebiotiky.
• Možnost aplikace v průmyslové analytice a výzkumu nových funkčních sacharidů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metody na kvantitativní stanovení oligosacharidů a validace pro regulační účely.
• Automatizace přípravy vzorků a vysokopropustné analýzy s vyšší kapacitou vzorků.
• Integrace pokročilých datových nástrojů pro strojové učení ve strukturální analýze glykanů.
• Adaptace protokolu pro analýzu oligosacharidů v dalších potravinách a biotechnologických aplikacích.

Závěr

Ion Chromatography-MS představuje výkonný, derivatizaci-zdarma přístup pro detailní kvalitativní charakterizaci funkčních oligosacharidů v komplexních matricích. Metoda nabízí excelentní separaci izomerů, vysokou přesnost hmotnostního určení a bohaté MS2 fragmenty pro spolehlivé strukturální přiřazení.

Reference

1. Ceroni A., Maass K., Geyer H., Geyer R., Dell A., Haslam S.M. GlycoWorkbench: A Tool for the Computer-Assisted Annotation of Mass Spectra of Glycans. J. Proteome Res. 7 (2008): 1650–1659.
2. Domon B., Costello C.E. A systematic nomenclature for carbohydrate fragmentations in FAB MS/MS spectra of glycoconjugates. Glycoconj. J. 5 (1988): 397–409.
3. Huang C. et al. Linkage and sequence analysis of neutral oligosaccharides by negative-ion MALDI tandem mass spectrometry with laser-induced dissociation. Anal. Chim. Acta. 1071 (2019): 25–35.