Intelligent omics workflow using an Orbitrap Exploris GC 240 mass spectrometer for food characterization

Význam tématu

Analýza aromatických látek v potravinách je klíčová pro zajištění kvality, autentizace a porozumění chemotypu surovin. Oregano (Origanum vulgare) obsahuje komplexní směs těkavých organických sloučenin (VOCs), jejichž složení se liší podle klimatických a geografických podmínek. Vysoce citlivé a přesné metody jsou nezbytné k odhalení těchto rozdílů a k robustnímu profilování aroma.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat výkon hmotnostního spektrometru Orbitrap Exploris GC 240 ve spojení se SPME Arrow technologií při necílené analýze aromatického profilu oregano vzorků z různých geografických oblastí (mediteránní vs. kontinentální klima). Důraz byl kladen na schopnost rozlišit různé chemotypy pomocí vysokého rozlišení a přesnosti měření.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky oregano byly připraveny jednoduchým vsypáním (150 mg) do hlavy prostorových vial s interní směsí C7–C30 alkanů pro stanovení retenčních indexů. Extrakce probíhala headspace SPME Arrow (DVB/CWR/PDMS), následně GC separace na sloupci TraceGOLD TG-1MS (30 m × 0,32 mm × 1,0 µm) a detekce Orbitrap Exploris GC 240. Data byly pořízena v módech full‐scan EI (40–450 Da, 60 000 FWHM) a pozitivní chemické ionizace (80–450 Da, až 120 000 FWHM) s metanem jako reagenčním plynem. K řízení a zpracování dat sloužila Chromeleon 7.3 CDS a Compound Discoverer 3.2 pro dekonvoluci, library search (NIST20, Orbitrap GC-MS HRAM Metabolomics Library) a multivariační analýzu.

Hlavní výsledky a diskuse

• PCA analýza plně oddělila vzorky oregano podle původu, přičemž směs vzorků (blend) byla umístěna mezi skupiny.
• Volcano ploty odhalily klíčové diferencující látky: v mediteránních vzorcích převažovaly cymylové sloučeniny (p-cymen, γ-terpinén, thymol), v kontinentálních se zvyšoval podíl sesquiterpenů (germacren D, β-caryophyllen) a acyklických monoterpenů (β-ocimén).
• Příklad: p-cymen (m/z 119,0856) byl putativně identifikován vysokým library skóre (NIST SI=796, HRF=98,1; Orbitrap SI=913, HRF=99,5) a potvrzen PCI spektrem s typickými adukty [M+H]+, [M+C2H5]+, [M+C3H5]+.
• Rozdílné chemotypy odrážejí odlišný enzymatický režim biosyntézy monoterpenů v rôzných klimatických podmínkách.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoké rozlišení a sub-ppm přesnost zaručují spolehlivou identifikaci i v komplexních matricích.
• Minimální příprava vzorku pomocí automatizované headspace SPME Arrow zvyšuje reprodukovatelnost a throughput.
• Integrované workflow v Compound Discoverer 3.2 umožňuje retrospektivní analýzu a rychlou multivariační statistiku.
• Metoda je vhodná pro QA/QC v potravinářském průmyslu, kontrolu autenticity bylin a výzkum fytochemie.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření workflow na další potravinové matrixy a biologické vzorky.
• Prohloubení metabolomické analýzy s použitím nových reagenčních plynů a verzí ionizačních módu.
• Využití strojového učení pro pokročilou klasifikaci a predikci chemotypů.
• Integrace s laboratorními informačními systémy (LIMS) a online monitoring výrobních procesů.

Závěr

Orbitrap Exploris GC 240 v kombinaci se SPME Arrow a Compound Discoverer 3.2 nabízí robustní, vysoce citlivé a přesné řešení pro necílenou analýzu těkavých sloučenin v potravinách. Metoda umožňuje odlišit chemotypy oregano podle geografického původu a poskytuje spolehlivé nástroje pro identifikaci a kvantifikaci klíčových aromatických složek.

Reference

• Black C., Haughey S.A., Chevallier O.P., Galvin-King P., Elliott C.T. A comprehensive strategy to detect the fraudulent adulteration of herbs: the oregano approach. Food Chemistry 2016, 210, 551–557.
• Lukas B., Schmiderer C., Novak J. Essential oil diversity of European Origanum vulgare L. (Lamiaceae). Phytochemistry 2015, 119, 32–40.
• Cavanna D., Righetti L., Elliot C., Suman M. The scientific challenges in moving from targeted to non-targeted mass spectrometric methods for food fraud analysis: A proposed validation workflow to bring about a harmonized approach. Trends in Food Science & Technology 2018, 80, 223–241.