Widely-targeted Metabolomic profiling for wines by LC-MS/MS and GC-MS/MS measurement

Význam tématu

Komplexní profilování metabolitů ve víně umožňuje kvantifikovat klíčové složky ovlivňující chuť, vůni a celkovou kvalitu. Metodika široce cílené metabolomiky přináší do enologie objektivní nástroje pro hodnocení původu, odrůdové autenticity a vlivu výrobních procesů na finální charakter vína.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo simultánně analyzovat primární metabolity ve čtyřech vzorcích červeného vína (Pinot Noir a Cabernet Sauvignon z USA a Austrálie) pomocí kapalinové (LC-MS/MS) a plynové (GC-MS/MS) hmotnostní spektrometrie. Naměřená data byla statisticky zpracována metodami hlavních složek (PCA) a hierarchického shlukování (HCA) za účelem odlišení vzorků podle odrůdy a lokality.

Použitá instrumentace

• UHPLC systém Nexera s kolonou Discovery HS F5 (150×2,1 mm, 3 µm), mobilní fáze 0,1 % kyseliny mravenčí ve vodě a acetonitrilu, průtok 0,25 mL/min, gradientní program, teplota kolony 40 °C, injekce 3 µL.
• MS detektor LCMS-8060 s elektrosprejovou ionizací (+/−), režim MRM, zdrojové teploty: DL 250 °C, tepelný blok 400 °C, interface 400 °C.
• GC-MS/MS systém GCMS-TQ8040 s kolonou BPX-5 (30 m×0,25 mm, 0,25 µm), teplotní program 60 °C→330 °C, injekce split (30:1), objem 1 µL, režim MRM, ionizační zdroj 200 °C, interface 200 °C.

Metodika

Vzorky vína (0,2 mL) byly smíchány s interním standardem a filtrovány přes membránu MWCO 3 kDa. Filtrát byl rozdělen: část zředěna vodou a analyzována LC-MS/MS, zbytek odpařen a po methoximaci a trimethylsilylaci podroben GC-MS/MS. Intenzity MRM signálů byly vypočteny v Traverse MS a normalizovány vůči internímu standardu. Statistické zpracování proběhlo pomocí PCA a HCA.

Hlavní výsledky a diskuse

V LC-MS/MS byly detekovány 63 primárních metabolitů, především aminokyseliny, organické kyseliny a nukleotidové prekurzory. Ve všech vzorcích dominovala prolín, nepodléhající fermentaci. Cabernet Sauvignon z USA se odlišoval nejnižší hladinou aminokyselin. PCA i HCA potvrdily jasné oddělení tohoto vzorku od ostatních tří. Podobný trend byl pozorován při analýze >300 sloučenin v GC-MS/MS, kde kombinace lipidů, cukrů a organických kyselin dále podpořila klasifikaci vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

Metodika umožňuje:

• Objektivní rozlišení odrůd a geografického původu vína.
• Sledování metabolitických změn při fermentaci.
• Podporu kontroly kvality a boje proti padělání.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace dat z LC-MS/MS a GC-MS/MS s pokročilou strojovou analýzou (strojové učení) a rozšíření databází metabolitů povede k preciznějšímu návrhu vinařských procesů. Dalším krokem je real-time monitoring fermentace pomocí online senzorů a automatizovaných pracovních postupů.

Závěr

Široce cílené profilování metabolitů kombinující LC-MS/MS a GC-MS/MS společně se statistikou PCA a HCA efektivně rozlišilo čtyři typy červeného vína podle odrůdy a lokality. Metodika prokázala schopnost identifikovat charakteristické složky, jako je prolín, a nabízí robustní nástroje pro enologický výzkum a kontrolu kvality.

Reference

• Kawana S., Sakai T., Nakanishi T., Ogiwara A. Widely‐targeted Metabolomic profiling for wines by LC‐MS/MS and GC‐MS/MS measurement. Shimadzu Corporation & Reifycs Inc., WP‐183, 2017.