Profiling phenolics compounds in shea by 2D LC (RPLC × HILIC) – cyclic ion mobility – quadrupole time-of-flight

Význam tématu

Shea ořechy a jejich produkty představují významný udržitelný zdroj fenolických sekundárních metabolitů s antioxidačními, protizánětlivými a dalšími bioaktivními vlastnostmi.
Sledování a charakterizace těchto sloučenin napomáhá optimalizovat kvalitu surovin, rozšířit možnosti jejich využití v potravinářství, kosmetice i farmaceutickém průmyslu a podpořit cirkulární ekonomiku při zpracování odpadních materiálů.

Cíle a přehled studie / článku

Tato práce si klade za cíl:

• Navázat tradiční kvalitativní ukazatele másla ze shea (obsah triglyceridů, volných mastných kyselin, výtěžnost oleje) na parametry dodavatelského řetězce.
• Mapovat semi-polární sekundární metabolity, především fenolické sloučeniny, v jádrech shea a v jejich skořápkách.
• Ověřit přínos čtyřrozměrné analytické platformy (RPLC × HILIC × cyklická IMS × HRMS) s DIA (data independent acquisition) pro rozlišení a identifikaci komplexních vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

Chromatografická separace:

• 1D RPLC: Zorbax SB-C18, 0,3 mL/min, 35 °C, 0,1 % HCOOH ve vodě/acetonitrilu.
• 2D RPLC×HILIC: Modulace každých 18–24 s, RPLC na Zorbax Eclipse Plus C18 v mikročlánku, HILIC na Acquity BEH Amide při 50 °C, 0,1 % HCOOH.

Ionizační a detekční systém:

• Elektrospray ionizace s přímým přívodem do kvadrupólového cyklického IMS.
• Cyklická ion mobility spectrometrie (cIMS): jednoprochodový TW ramp (15–25 V).
  Střídání MS1 (nízká kolizní energie) a MS2 (vysoká energie) scanů.
• Q-TOF detekce s vysokým rozlišením.

Převod a zpracování dat:

• Export RAW→mzML (ProteoWizard), centroidizace, korigování lock mass.
• Vlastní nástroj v MATLABu a R pro extrakci 4D dat (Rt, drift-time, m/z) a vysokou čistotu DIA spekter.

Hlavní výsledky a diskuse

Ve 4D prostoru se podařilo:

• Rozlišit a lokalizovat 50 fenolických a proanthokyanidinových metabolit, z toho 8 proanthokyanidinů, epitaxifolin, isoorientin a isoquercitrin popsány v shea poprvé.
• Potvrdili jsme, že přidání IMS významně zvyšuje čistotu DIA spekter a umožňuje separovat blízce isobarické a stereoizomery.
• Porovnat naměřené kolizní průřezy (CCS) s databázovými hodnotami: shoda < 2,9 % vůči experimentálním, maximálně 6 % odchylek vůči predikcím.
• Rozdíly mezi jádry a skořápkami: skořápky bohatší na flavony a benzoové kyseliny, jádra na flavan-3-oly, proanthokyanidiny a kardioprotektivní fenolické sloučeniny.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje detailní profilaci fenolického spektra shea materiálů, což otevírá:

• Možnost selektivní extrakce vysoce hodnotných antioxidantů a bioaktivních sloučenin.
• Podporu kvality a standardizace surovin pro potravinářské a kosmetické aplikace.
• Využití odpadních skořápek jako zdroje sekundárních metabolit v biotechnologii a farmaceutickém průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Automatizované workflow pro zpracování 4D-DIA dat s umělou inteligencí a strojovým učením.
• Integrace dalších dimenzí separace, např. chirálních a ortogonálních modulací.
• Přenosné IMS-MS systémy pro rychlý screening v terénu.
• Rozšíření metodiky na další komplexní biozdravotní a potravinářské matice.

Závěr

Čtyřrozměrná LC-IMS-HRMS platforma s nen cílenou DIA strategií poskytuje vysoce čistá spektra a precizní separaci fenolických metabolitů v shea jak v jádrech, tak ve skořápkách. Tento přístup umožňuje objev nových sloučenin, zefektivnění kvality surovin a otevírá nové aplikace pro zhodnocení udržitelných surovin.

Reference

• Honfo F.G. (2015) DOI:10.18174/337341.
• Lovett P.N. (2015) DOI:10.1016/C2014-0-01770-4.
• Bockel L. et al. (2020) DOI:10.4060/ca7406en.
• Naughton C. et al. (2017) DOI:10.1007/s12571-017-0706-y.
• Muller S. et al. (2018) DOI:10.1016/j.chroma.2018.08.004.
• Giles K. et al. (2019) DOI:10.1021/acs.analchem.9b01838.
• Kronik O.M. et al. (2022) DOI:10.1016/j.chroma.2022.463501.
• Kronik O.M. et al. (2024) DOI:10.1016/j.chroma.2024.465079.
• Forte Neran R.A. et al. (2025) In review, Food Chemistry.
• Zhang H. et al. (2023) DOI:10.1021/acs.analchem.3c02267.