Application Notebook - Solutions for Food Development

Význam tématu

Ve vývoji potravin a nápojů hraje klíčovou roli komplexní a rychlé stanovení širokého spektra analytů od vitaminů, sacharidů, organických kyselin až po bioaktivní látky jako polyfenoly či triglyceridy. Moderní chromatografické a spektrometrické metody významně urychlují kontrolu kvality, optimalizaci receptur a zabezpečení shody s legislativou i nutričními standardy.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem souhrnných aplikací Shimadzu Solutions for Food Development je představit multidisciplinární přístupy k analýze složek potravin: vysokovýkonnou kapalinovou chromatografii (HPLC), derivatizaci a detekci diacetylu, analýzu oligosacharidů, nízkomolekulárních vláknin, sladidel LC-MS/MS, 2D-LC separace polyfenolů, triglyceridů a karotenoidů, chiralitu aminokyselin, metabolomiku skrytých složek v sake či vínech a rozlišení olejů UV-VIS a spektrofluorometrií.

Použitá metodika a instrumentace

• Reverzní fázová HPLC s iontovým výměnným ODS koinženýrskou kolonkou Shim-pack MAqC-ODS I pro simultánní stanovení vodou rozpustných vitaminů.
• Ligand exchange HPLC Prominence-i + RID-10A nebo RID-20A pro analýzu mono-oligo- sacharidů a cukerných alkoholů.
• Evaporativní detektor ELSD-LT II s Nexera-i pro měření oligosacharidů a nízkomolekulárních vláknin.
• LC-MS/MS (LCMS-8040 a LCMS-8050, triple quad) pro simultánní kvantifikaci sladidel (9 a 16 sladidel), aminokyselin, histaminu, tyraminu a metabolitů.
• Post-column fluorescence Amino Acid Analysis System s Shim-pack Amino-Na kolonkou pro stanovení D,L-aminokyselin.
• Gas chromatograph GC-2010 Plus a AOC-20i/AOC-5000 pro separaci alifatických a aromatických primárních alkoholů, aldehydů a diacetylu s detektorem FID nebo ELSD.
• GC-MS (GCMS-TQ8040) a kapilární kolony SPB-20, Supelcowax, PLOT, NH2P pro screening aroma sloučenin a metabolitů v sake a potravinách.
• Komplexní dvoudimenzionální LC Nexera-e – kombinace normální a reverzní fáze s ChromSquare softwarem pro separace polyfenolů ve víně, triglyceridů v oleji a karotenoidů v chilli papričkách.
• UHPLC Scouting System a LCMS-8050 pro high-throughput metabolomiku citrusů (organické kyseliny, aminokyseliny, cukry, karotenoidy, flavonoidy).
• UV-VIS spektrofotometr UV-2700 a spektrofluorofotometr RF-6000 pro rozlišení extra panenských a rafinovaných olivových olejů na základě absorpčních a emisních spekter.

Hlavní výsledky a diskuse

• Vitaminové kolonkou MAqC-ODS I : simultánní gradientní analýza osmi vitaminů bez iontově-párovacích činidel.
• Sacharidy, oligo- sacharidy, cukerné alkoholy: vysoká linearita (R2>0,999) a citlivost na 0,4–0,2 g/L (cukry) či 0,2 g/L (oligo- sacharidy) s různými kolonkami SCR-101N a NH2P.
• Nízkomolekulární vláknina: enzymaticko-HPLC metoda (SPR-Na kolona) s RID-20A umožňuje kvantifikaci pectinu a polydextrinu v nápojích.
• Sladidla LC-MS/MS: simultánní MRM analýza 9 či 16 sladidel (sacharóza, aspartam, neotam, rebaudiosidy) s LLOQ 0,05–5 ng/mL a lineární citlivostí.
• Aminokyseliny a biogenní aminy: post-column fluorescenční derivatizace histaminu, tyraminu; D,L-aminokyseliny kolonswitching s CR-I (+/–) kolonkami; chiralita obsažena v potravinářských vzorcích (ocet, yoghurt).
• 2D-LC polyfenoly a triglyceridy: nástroj Nexera-e odhaluje složitý chromatogram vín a olejů – rozlišení 37 trigliceridů a 10 tříd karotenoidů.
• Metabolomika potravin: GC-MS primární/sekundární metabolity v saku a rubrica – 86 aroma látek, 149 metabolitů; 7 citrusů – PCA pro klasifikaci vůní, barvy, nutričních markerů.
• Olejová autenticita UV/VIS + FLD: score-plot a cluster-analýza rozlišují extra panenské a rafinované oleje na základě absorpčních vrcholů 415–612 nm a emisních 400–680 nm.

Přínosy a praktické využití metody

• Široký repertoár analytických přístupů pro kontinuální kontrolu kvality a vývoj nových potravin.
• Omezení potřeby derivatizací či použití toxických iontově-párovacích činidel.
• Integrace multi-komponentních dat do statistických modelů a multivariačního porovnávání šarží, surovin a finálních produktů.
• Agilní adaptace metod pro rozlišení surovinových standardů a detekci kontaminantů či padělků (např. falšovaného oleje).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další automatizace a robotizace vzorkovacích procesů, on-line monitoring fermentací.
• Rozšíření 2D-LC a multi-omics integrace (proteomika, lipidomika) pro hlubší porozumění biochemickým sítím.
• Nasazení prenosných spektrometrů pro rychlou kontrolu v terénu a prodejních místech.
• Využití machine learning pro predikci senzorických vlastností z analytických dat.

Závěr

Souhrn Shimadzu Application Notebook předkládá ucelený přehled moderních chromatografických a spektrometrických technik využitelných v potravinářském sektoru. Od simultánního stanovení vitaminů, cukrů, vlákniny a sladidel až po 2D-LC separace biologicky aktivních látek, chiralitu aminokyselin, metabolomiku či autentifikaci olejů, představené metody řadí spatřují široké spektrum aplikací. Kombinace vysoké citlivosti, rozlišení a statistického zpracování umožňuje urychlit vývoj produktů, validovat receptury a garantovat bezpečnost i nutriční deklarace. Rozvoj digitalizace, automatizace a integrace multi-omics slibuje další posun kvality a efektivity analýz v potravinovém průmyslu.

Reference

• Shimadzu Solutions for Food Development – Application Notebook (Shimadzu, 2014–2018).
• Nakano Y. et al., J. Biosci. Bioeng. 123 (2016) 134–138: Chiral amino acid analysis.
• Mimura N. et al., J. Biosci. Bioeng. 118 (2014) 406–414: Comprehensive sake metabolomics.
• Food Labeling Standards — Appendix: Analytical methods (2015).