Simple and cost-effective determination of acrylamide in food products and coffee using gas chromatographymass spectrometry

Význam tématu

Acrylamid je potenciálně karcinogenní sloučenina, která se tvoří při tepelném zpracování škrobových potravin, zejména při pečení a smažení nad 120 °C. Jeho přítomnost byla prokázána v potravinách jako hranolky, brambůrkové lupínky, pečivo či káva. Vzhledem k toxickým účinkům na nervovou soustavu a možné genotoxicitě je nezbytné monitorovat jeho hladiny v potravinách a zajišťovat dodržování legislativních limitů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem praktické studie bylo ukázat jednoduché a nákladově efektivní řešení pro rutinní stanovení nízkých hladin akrylamidu v potravinách a kávě. Tento postup zahrnuje extrakci vzorku acetonitrilem, derivatizaci silylačním činidlem MSTFA + 1 % TMCS a následnou analýzu na systému GC–MS s jednopólovým kvadrupólem. Metoda je navržena tak, aby byla rychlá, robustní a nevyžadovala drahé izotopicky značené interní standardy.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Vzorek (1 g mletého materiálu) extrahován 5 mL acetonitrilu, ultrazvuk 10 min, vortex 20 s, centrifugace (5752 g, 5 min).
• 500 µL supernatantu + 100 µL MSTFA + 1 % TMCS, inkubace 70 °C/60 min, vychladnutí.
• 1 µL derivatizovaného extraktu injikováno splitless do GC–MS.

Instrumentace:

• Gas chromatograf: Thermo Scientific TRACE 1310 s Instant Connect split/splitless injektorem a TriPlus RSH autosamplerem.
• Kolona: TraceGOLD TG-WaxMS, 30 m × 0,25 mm, 0,25 µm.
• Hmotnostní spektrometr: Thermo Scientific ISQ 7000 s vakuovým sondovým interlokem (VPI) a ExtractaBrite zdrojem.
• Režim akvizice: EI v timed‐SIM (m/z 128 pro kvantifikaci, m/z 85 pro potvrzení).
• Software: Chromeleon CDS 7.2 pro akvizici, zpracování a reportování.

Hlavní výsledky a diskuse

Chromatografické parametry vykazovaly téměř ideální tvary píků (tailing factor 0,91–1,01) a úzké šířky ~4 s (10 % výšky piku). Lineární oblast stanovení byla ověřena kalibrací v rozmezí 1–1000 ppb (tj. 5–5000 µg/kg) s koeficientem determinace R2 = 0,9993 a průměrným reziduálním %RSD 4,8. Standard addition kalibrace pro matice (brambůrky, instantní i mletá káva) potvrdila výbornou linearitu (R2 ≥ 0,9987) a reziduální %RSD ≤ 4,0. Citlivost metody dosahuje LOI 1 ppb (5 µg/kg). Robustnost byla ověřena sérií 16 opakovaných injekcí QC vzorku během 99‐injekční sekvence, kde relativní odchylka píků činila 2,9 % a mezi středními a závěrečnými injekcemi pouze 1,3 %, aniž by byla nutná údržba.
Porovnání s nederivatizovanou analýzou ukázalo výrazné zlepšení citlivosti a selektivity díky silylaci, kdy derivatizované píky byly vzdálené od rušivých signálů nízkých m/z a výrazně vyšší stabilitou v injektoru.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí následující přednosti:

• Nízké požadavky na objem vzorku (1 g) a rozpouštědla (5 mL).
• Jednoduchá příprava bez složitých čistících kroků a bez drahého 13C‐interního standardu.
• Vysoká citlivost a selektivita díky derivatizaci MSTFA + TMCS.
• Rychlá analýza (30 min) vhodná pro rutinní QA/QC v potravinářských i výzkumných laboratořích.
• Intuitivní pracovní postup a automatizace analytického i datového zpracování v Chromeleon CDS.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry vývoje zahrnují:

• Dále zrychlená derivatizace a miniaturizace extrakčních kroků.
• Integrace s vysoce výkonnými hmotnostními spektrometry (HRMS) pro širší multi‐reziduální screening.
• Automatizované platformy s on‐line derivatizací a vyčištěním vzorků.
• Vývoj alternativních silylačních nebo dalších selektivních derivatizačních činidel.

Závěr

Popsaná metoda GC–MS s derivatizací MSTFA + TMCS a extrakcí acetonitrilem poskytuje robustní, citlivé a ekonomické řešení pro rutinní stanovení akrylamidu v potravinách a kávě. Výborné parametry linearity, selektivity, opakovatelnosti i citlivosti ji předurčují pro implementaci ve firemních a státních laboratořích sledujících dodržování legislativních limitů a zajišťování bezpečnosti potravin.

Reference

1. Friedman M. Chemistry, biochemistry, and safety of acrylamide: a review. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2003;51:4504–4526.
2. Swedish National Food Administration. WHO expert consultation on acrylamide in food. 2002.
3. Mottram DS, Wedzicha BL, Dodson AT. Acrylamide is formed in the Maillard reaction. Nature 2002;419:448–449.
4. Stradler RH, Blank I, Varga N, Hau J, Guy P, Robert MC, Riediker S. Acrylamide from Maillard reaction products. Nature 2002;419:449–450.
5. Rydberg P, Eriksson S, Tareke E, Karlsson P, Ehrenberg L, Tornqvist M. Investigations of factors influencing acrylamide content of heated foodstuffs. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2003;51:7012–7022.
6. Smith EA, Oehme FW. Acrylamide and polyacrylamide: review of production, use, environmental fate and neurotoxicity. Reviews on Environmental Health 1991;9:215–238.
7. Food Standards Agency. Acrylamide legislation: guidance for food business operators. 2017.
8. Riediker S, Stadler RH. Analysis of acrylamide in food by isotope-dilution LC–MS/MS. Journal of Chromatography 2003;1020:121–130.
9. Andrawes F, Greenhouse S, Draney D. Chemistry of acrylamide bromination for trace analysis by GC and GC–MS. Journal of Chromatography 1987;399:269–275.