Detection of Spoilage Markers in Food Products using a Mass-Spectrometry Based Chemical Sensor

Význam tématu

Rychlá a spolehlivá detekce ukazatelů zkázy potravin je klíčová pro zajištění kvality a bezpečnosti potravinářských výrobků. Tradiční metody často vyžadují časově náročné separace a jsou citlivé na vlhkost či kolísání teploty. Hmotnostně spektrální chemický senzor nabízí robustní alternativu, odolnou vůči interferencím, s rychlým pořizováním výsledků.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo vyvinout a ověřit metodu založenou na hmotnostně spektrálním elektronickém nose (Gerstel ChemSensor 4440) pro detekci známých markrů zkázy: dimethylsulfidu v vejcích a kuřecím mase, diacetylu v pomerančovém džusu a trimethylaminu v mléce a rybách. Studie zahrnovala tvorbu klasifikačních a regresních modelů pro rychlou identifikaci přítomnosti a koncentrace těchto látek.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorkování: dynamické headspace z 5–10 ml tekutiny nebo 1 g homogenizovaného masa/ryb, equilibrace při 80 °C po 20 minutách.
• Instrumentace: Gerstel ChemSensor 4440 se samplovacím modulem Agilent 7694 a detektorem Agilent 5973 MSD (scan 35–250 amu pro vejce/kuře, 41–180 amu pro ostatní), doba běhu 1,2 minuty.
• Software: Pirouette 3.02 pro modelování (PCA, HCA, SIMCA, PLS) a Instep 2.0 pro správu modelů.
• Spiking: dimethylsulfid (10, 50, 100 ppm), diacetyl (10, 50, 100 ppm), trimethylamin (10–1000 ppm dle matrice).

Hlavní výsledky a diskuse

• PCA i HCA odhalily čtyři jasné klastry odpovídající druhům potravin; vzorky vajec a kuřete se shlukovaly dohromady.
• Kaskádní klasifikační modely (SIMCA, KNN) dosáhly více než 95 % přesnosti v rozpoznání typu vzorku a přítomnosti markru. Ve druhém stupni (zkáza vs. nezkažené) byla přesnost až 100 %.
• PLS regresní modely umožnily kvantifikaci markrů na úrovni nízkých až středních ppm, u ryb bylo pro spolehlivou detekci nutné vyšší koncentrace (≥ 100 ppm).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou (cca 1,2 min), neinvazivní kontrolu kvality bez chromatografické separace, s odolností vůči vlhkosti a kolísání teploty. Díky chemometrickému zpracování lze detekovat i nízké koncentrace markrů zkázy v různých potravinových matricích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na další markry zkázy a širší škálu potravinových vzorků.
• Použití režimu single ion monitoring (SIM) pro zvýšení citlivosti pod 10 ppm.
• Integrace technik předkoncentrace (SBSE, SPME) pro nízkokoncentrační analýzu.
• Implementace do online kontrolních systémů v potravinářském průmyslu a automatizace procesu rozhodování.

Závěr

Hmotnostně spektrální chemický senzor prokázal schopnost rychle a přesně detekovat známé markry zkázy v potravinách na úrovni nízkých ppm. Další práce by se měla zaměřit na zvýšení citlivosti, rozšíření počtu analyzovaných látek a aplikaci v reálném výrobním prostředí.

Reference

1. K. Goodner, R. Russell, Journal of Agricultural and Food Chemistry 2001, 49, 250–253.
2. R. T. Marsili, Journal of Agricultural and Food Chemistry 1999, 47, 648–654.
3. L. R. Freeman, G. J. Silverman, P. Angelini, C. Merritt, W. B. Esselen, Applied and Environmental Microbiology 1976, 32, 222–231.
4. W. S. Hatcher, Special Report, New York State Agricultural Experiment Station 1979, 31(8), 1–4.
5. D. Natale et al., Sensors and Actuators B 2001, 77, 572–578.