Name: ptr-tof-ms coupled with an automated sampling system and tailored data analysis for food studies: bioprocess monitoring, screening and nose-space analysis
Uploaded: 2017-05-11T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about PTR-ToF-MS Coupled with an Automated Sampling System and Tailored Data Analysis for Food Studies: Bioprocess Monitoring, Screening and Nose-space Analysis at

This work is supported by the European Commission's 7th Framework Programme under Grant Agreement Number 287382. SY is a beneficiary of a European Commission's 7th Framework Programme Grant Agreement Number 287382. IK is a beneficiary of a FIRST doctoral school grant from the Fondazione Edmund Mach. For his work at University of Foggia, VC is supported by the Apulian Region in the framework of 'Future In Research' program (practice code 9OJ4W81).

Protokollen følger retningslinierne i vores institutionelle udvalg om menneskelig forskningsetik. 1. Prøveforberedelse og autosamplerbetingelser <ol><li> On-line bioprocessovervågning: Påvisning af VOC&#39;er frigivet under mælkesyrestyring af yoghurt BEMÆRK: Dette afsnit af protokollen repræsenterer en del af proceduren rapporteret af Benozzi et al. 32 <ol><li> Tilsæt 5 ml pasteuriseret mælk til hvert hætteglas (20 ml hætteglas af glas udstyr...

Protonoverførselsreaktionsmassespektrometri (PTR-MS) koblet til tidsfrekvensanalysatorer (ToF) repræsenterer et gyldigt kompromis mellem behovet for identifikation og kvantificering af flygtige organiske forbindelser og nødvendigheden af ​​hurtig analytisk profilering. Den høje masseopløsning, der karakteriserer ToF massanalysatoren, giver / giver relevant følsomhed og massespektre med betydeligt informativt indhold. Desuden forbedrer anvendelsen af ​​PTR-ToF-MS kombineret med en autokampler og skræddersy...

Direct-Injection Mass Spectrometric (DIMS) teknologier repræsenterer en klasse af analytiske instrumentelle tilgange, der giver en betydelig masse og tidsopløsning med høj følsomhed og robusthed, hvilket muliggør hurtig detektion og kvantificering af flygtige organiske forbindelser (VOC) 1 . Disse instrumentelle tilgange omfatter blandt andet MS-e-næse, atmosfærisk-tryk kemisk ioniseringsmassespektrometri (APCI-MS), protonoverføringsreaktionsmassespektrometri (PTR-MS) og valgt ion-flow-massespektrometri ( SIFT-MS) 1 . Fordelene og ulemperne ved hver tilgang afhænger af: typen af ​​prøveinjektion, kilden og kontrollen af ​​precursorioner, kontrollen af ​​ioniseringsprocessen og massanalysatoren 1 , 2 . Proton-overføringsreaktionsmassespektrometri (PTR-MS) blev udviklet for mere end 20 år siden for at overvåge i realtid og wiDe laveste opdagelsesgrænser (normalt et par ppbv, del pr. Mia. Volumen) mest flygtige organiske forbindelser (VOC) i luft 3 , 4 . Nuværende anvendelser af PTR-MS spænder fra medicinske anvendelser til fødevarekontrol til miljøforskning 5 , 6 . Hovedegenskaberne ved denne teknik er muligheden for hurtig og kontinuerlig måling, den intense og rene kilde til precursorioner og muligheden for at kontrollere ioniseringsbetingelser (tryk, temperatur og drivspænding). Disse funktioner gør det muligt at kombinere alsidige anvendelser med en høj grad af standardisering 1 , 4 . Faktisk er metoden baseret på reaktioner af hydroniumioner (H3O + ), som inducerer ikke-dissociativ protonoverførsel i de fleste flygtige forbindelser (især i dem, der er karakteriseret ved en protonaffinitet højere end vand), protonerende neutrale forbindelser(M) ifølge reaktionen: H30 + M → H20 + MH + . I modsætning til andre teknikker er f.eks . APCI-MS, precursoriongenerering og prøveionisering opdelt i to forskellige instrumentelle rum (en skematisk repræsentation af PTR-MS-instrumentet er givet i figur 1 ). En elektrisk udledning ved vanddamp i den hule katodeionskilde genererer en stråle af hydroniumioner. Efter denne fase krydser ioner drivsystemet, hvor ioniseringen af ​​VOC&#39;er finder sted 7 . Ioner indtaster derefter en pulsudsugningssektion og accelereres til TOF sektionen. Gennem flyvetider er det muligt at bestemme masse-til-ladningsforholdene for ionerne 8 . Hver ekstraktionspuls fører til et komplet massespektrum 8 af det valgte m / z-område. Ion spektre optages af et hurtigt dataindsamlingssystem 7 . Et komplet spektrum er typiskErhvervet om et sekund, selvom højere tidsopløsning kan opnås i henhold til signalet til støjniveauet, og en kvantitativ estimering af VOC-hovedrumkoncentrationen kan tilvejebringes selv uden kalibrering 9 , 10 . <img alt="figur 1" src="/files/ftp_upload/54075/54075fig1.jpg" /> Figur 1: Skematisk illustration af en PTR-MS. Skematisk repræsentation af PTR-MS instrumentet. HC: ekstern ionkilde med hul katode; SD: kilde drift VI, venturi-type indløb; EM, elektron multiplikator; FC1-2, flow controllere. Gengivet med tilladelse fra Boschetti et al. 7 . <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54075/54075fig1large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a> <p class="jove_content" fo:keep-together.withiN-page = &quot;1&quot;&gt; Generelt sikrer PTR-teknikken hurtig analysetid, høj detektionsfølsomhed og en forholdsvis kompakt instrumentstørrelse, kræver hverken prøveforberedelse eller prøveudslettelse og muliggør dermed real-time undersøgelser 11 . PTR er af stor interesse for miljømæssige, atmosfæriske, fødevare-, teknologiske, medicinske og biologiske videnskaber 12 . VOC i forbindelse med matmatricer er af stor interesse for fødevarevidenskab og teknologi på grund af deres vigtige rolle på molekylær basis af biologiske fænomener forbundet med lugt og smagsoplevelse og dermed i fødevareaccept. Derfor er vores interesse for realtid og ikke-invasiv påvisning af VOC primært beskæftiger sig med sensoriske kvaliteter af mad. Hertil kommer, at hvis vi overvejer muligheden for at detektere ødelæggelse og patogene mikroorganismer ved hjælp af frigivne VOC 13 og / eller at overvåge flygtige organiske forbindelser som markører folloVinge teknologiske processer ( fx Maillard biprodukter under termiske behandlinger) 14 , bliver det klart, hvordan VOC identifikation og kvantificering er områder af interesse for fødevarekvalitetsstyring 6 . Flere nyere anvendelser af PTR-MS-teknologier til hurtig overvågning og kvantificering af VOC i fødevarematricer vidner om den brede anvendelse af disse analytiske tilgange ( tabel 1 ). <table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Madmatrix </td><td> Slags ansøgning </td><td> Kort beskrivelse </td><td> Reference </td></tr><tr><td> Smør </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Geografiske oprindelse af europæiske boldere </td><td> 15 </td></tr><tr><td> Yoghurt </td><td> Bioprocessovervågning </td><td> Evolution under mælkesyre ferførelse </td><td> 16 </td></tr><tr><td> Korn barer </td><td> In vivo måling </td><td> Nosespace under forbrug af kornstænger med varierende sukker sammensætning </td><td> 17 </td></tr><tr><td> Væskesystemer </td><td> Simulerede mundtlige tilstande </td><td> Evaluering af tunge tryk og mundtlige forhold i en model mund </td><td> 18 </td></tr><tr><td> Æble </td><td> In vivo måling </td><td> Nosespace under forbrugs æble med forskellige genetiske, teksturelle og fysisk-kemiske parametre </td><td> 19 </td></tr><tr><td> Kaffe </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Differentiering af specialkoffer </td><td> 20 </td></tr><tr><td> Druemost </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Effekt af madlavningsprocessen </td><td> 21 </td></tr><tr><td> Smagfulde slik </td><td> In vivo måling </td><td> Bestemmelse på paneldeltagere ved hjælp af forskelligeDirekte massespektrometri metoder </td><td> 22 </td></tr><tr><td> skinke </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Effekt af svineopdrætningssystemet </td><td> 23 </td></tr><tr><td> Brød </td><td> Simulerede mundtlige tilstande </td><td> Simulering af brødaroma under masticering </td><td> 24 </td></tr><tr><td> Mælk </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Overvågning af fotooxidationsinducerede dynamiske ændringer i mælk </td><td> 25 </td></tr><tr><td> Kaffe </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Mangfoldighed i brændt kaffe fra forskellige geografiske oprindelser </td><td> 26 </td></tr><tr><td> Brød </td><td> Bioprocessovervågning </td><td> Virkning af forskellige gærstartere under alkoholisk gæring </td><td> 27 </td></tr><tr><td> Kaffe </td><td> In vivo måling </td><td> Nosespace under forbrug af forskellige stegte kaffepræparater </td><td> 28 </td></tr><tr><td&gt; Tomater </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Virkning af produktionssted, produktionssystem og varianter </td><td> 29 </td></tr><tr><td> Brød </td><td> Bioprocessovervågning </td><td> Virkning af mel, gær og deres interaktion under alkoholisk gæring </td><td> 30 </td></tr><tr><td> svampe </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Holdbarhed af tørrede porcini svampe </td><td> 31 </td></tr><tr><td> Yoghurt </td><td> Bioprocessovervågning </td><td> Virkning af forskellige starterkulturer under mælkefermentering </td><td> 32 </td></tr><tr><td> Æble </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Mangfoldighed i en æble germplasm samling </td><td> 33 </td></tr><tr><td> Kaffe </td><td> Screening / karakterisering </td><td> Sporing af kaffe oprindelse </td><td> 34 </td></tr><tr><td> Kaffe </td><td> In vivo måling </td><td> Kombination af aDynamisk sensorisk metode og in vivo nosespace analyse for at forstå kaffe opfattelse </td><td> 35 </td></tr></tbody></table> Tabel 1: Liste over videnskabelige undersøgelser, der bruger PTR-ToF-MS i fødevaresektoren. Ikke-udtømmende liste over videnskabelige undersøgelser, der bruger PTR-baserede metoder til overvågning af VOC-indhold i fødevarerelaterede forsøg. I nyere undersøgelser rapporterede vi om anvendelsen af ​​PTR-ToF-MS kombineret med et automatiseret prøveudtagningssystem og skræddersyede dataanalyseværktøjer for at øge prøvetagningsautomatisering og pålidelighed og dermed forøge potentialet i denne teknik 7 , 10 , 13 . Dette gjorde det muligt for os at screene, hvad angår VOC-indhold, store prøvesæt ( fx fødevarer af forskellig oprindelse med mange replikater, hele germoplasmer) for at analysere indflydelsen fra flere forsøgsmetoder ved VOC-frigivelse ( fx forskellige koncentrationerAf en given ingrediens, forskellige intensiteter af en specifik teknologisk parameter) og til overvågning af VOC i forbindelse med en given bioproces ( f.eks. Enzymatisk oxidation, alkoholisk gæring). Her for at eksemplificere potentialet hos PTR-ToF-MS i agro-fødevaresektoren, præsenterer vi tre paradigmatiske anvendelser: påvisning af VOC&#39;er frigivet under mælkesyredyrering af yoghurt induceret af forskellige mikrobielle starterkulturer (on-line bioprocessovervågning ), Overvågningen af ​​VOC i forbindelse med forskellige æblekulturer (storskala screening) og in vivo- studiet af retronasal VOC-frigivelse, mens du drikker kaffe (nosespaceanalyse).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>PTR-TOF 8000 High-Resolution PTR-TOF-MS</td>
			<td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td>
			<td>PTR-TOF 8000</td>
			<td>An detector for volatile organic compounds (VOCs) that allows for continuous VOC quantification with a very high mass resolution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GERSTEL&#160;MPS 2XL</td>
			<td>Gerstel</td>
			<td></td>
			<td>A multifunctional autosampler&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Calibration Unit</td>
			<td>Ionicon Analytik Ges.m.b.H.</td>
			<td>GCU-s / GCU-a</td>
			<td>A dynamic gas dilution system that provides variable but known quantities of different standard compounds in a carrier gas stream</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TofDaq</td>
			<td>Tofwerk AG</td>
			<td>free available at http://soft.tofwerk.com/&#160;&#160;&#160;</td>
			<td>A data acquisition software&#160;(for spectra&#160; acquisition)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB&#160;</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>http://it.mathworks.com/products/matlab/</td>
			<td>A technical computing language and interactive environment for algorithm development, data visualization, and data analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R</td>
			<td>The R Foundation</td>
			<td>free available at https://cran.r-project.org/mirrors.html&#160;&#160;</td>
			<td>A language and environment for statistical computing and graphics</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ptr-tof-ms coupled with an automated sampling system and tailored data analysis for food studies: bioprocess monitoring, screening and nose-space analysis

Protonoverførselsreaktion (PTR) kombineret med et Time-of-Flight (ToF) massespektrometer (MS) er en analytisk tilgang baseret på kemisk ionisering, der tilhører direkte-indsprøjtningsmassespektrometriske (DIMS) teknologier. Disse teknikker tillader hurtig bestemmelse af flygtige organiske forbindelser (VOC), hvilket sikrer høj følsomhed og nøjagtighed. Generelt kræver PTR-MS hverken prøvepræparation eller prøveødelæggelse, hvilket muliggør realtid og ikke-invasiv analyse af prøver. PTR-MS udnyttes på mange områder, fra miljømæssig og atmosfærisk kemi til medicinske og biologiske videnskaber. For nylig udviklede vi en metode baseret på kobling af PTR-ToF-MS med et automatiseret sampler og skræddersyede dataanalyseværktøjer, for at øge graden af ​​automatisering og dermed forøge teknikkens potentiale. Denne fremgangsmåde gjorde det muligt for os at overvåge bioprocesser ( fx enzymatisk oxidation, alkoholisk gæring) til at skærmvise store prøvesæt (F.eks. Forskellige oprindelser, hele germoplasmer) og analysere flere forsøgsmetoder ( fx forskellige koncentrationer af en given ingrediens, forskellige intensiteter af en specifik teknologisk parameter) i forhold til VOC indhold. Her rapporterer vi de eksperimentelle protokoller, der eksemplificerer forskellige mulige anvendelser af vores metode: detektion af VOC&#39;er frigivet under mælkesyredyrering af yoghurt (on-line bioprocessovervågning), overvågning af VOC i forbindelse med forskellige æblekulturer (storskala screening) , Og in vivo- studiet af retronasal VOC-frigivelse under kaffedrikning (nosespaceanalyse).

<html> Den flygtige profil af prøver resulterede i et komplet massespektrum for det ønskede massevalg erhvervet hvert sekund. I figur 2 er et eksempel på de opnåede gennemsnitlige spektre under yoghurt on-line bioprocessen givet 32 . I hvert spektrum kan der identificeres mere end 300 massetoppe i m / z-området op til 250 Th 32 . <img alt="Figur 2" src="/files...

Watch this Scientific Journal Video about PTR-ToF-MS Coupled with an Automated Sampling System and Tailored Data Analysis for Food Studies: Bioprocess Monitoring, Screening and Nose-space Analysis at 

PTR-ToF-MS Coupled with an Automated Sampling System and Tailored Data Analysis for Food Studies: Bioprocess Monitoring, Screening and Nose-space Analysis

Proton Transfer Reaction Time of Flight Mass Spectrometry allows high-sensitivity, rapid and non-invasive analysis of volatile organic compounds. To demonstrate its potential, we give three examples: lactic acid fermentation of yogurt (on-line bioprocess monitoring), different apple genotypes (large-scale screening), and retronasal space after drinking coffee (nosespace analysis).

PTR-ToF-MS kombineret med et automatiseret prøveudtagningssystem og skræddersyet dataanalyse til fødevarestudier: Bioprocess Monitoring, Screening og Nose-Space Analysis

Proton Transfer Reaction (PTR), combined with a Time-of-Flight (ToF) Mass Spectrometer (MS) is an analytical approach based on chemical ionization that ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Preparation of Mica and Silicon Substrates for DNA Origami Analysis and Experimentation

Udarbejdelse af Mica og Silicon Substrater for DNA Origami Analyse og eksperimenter

The designed nature and controlled, one-pot synthesis of DNA origami provides exciting opportunities in many fields, particularly nanoelectronics. Many of ...

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Real-time ånde analyse ved hjælp af sekundære Nanoelectrospray ionisering koblet til høj opløsning massespektrometri

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Detection and Quantification of Plasmodium falciparum in Aqueous Red Blood Cells by Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy and Multivariate Data Analysis

Detection and Quantification of Plasmodium falciparum in Aqueous Red Blood Cells by Attenuated Total Reflection Infrared Spectroscopy and Multivariate Data Analysis

Påvisningen og kvantificeringen af Plasmodium falciparum i vandig røde blodlegemer af svækket samlede refleksion infrarødspektroskopi og multivariat dataanalyse

We demonstrate a method of quantification and detection of parasites in aqueous red blood cells (RBCs) by using a simple benchtop Attenuated Total ...

Natural Product Discovery with LC-MS/MS Diagnostic Fragmentation Filtering: Application for Microcystin Analysis

Naturprodukt opdagelse med LC-MS/MS diagnostisk fragmentering filtrering: ansøgning om Microcystin analyse

Natural products are often biosynthesized as mixtures of structurally similar compounds, rather than a single compound. Due to their common structural ...

Integrated Cell Manipulation Platform Coupled with the Single-probe for Mass Spectrometry Analysis of Drugs and Metabolites in Single Suspension Cells

Integreret celle manipulation platform kombineret med enkelt-sonde for massespektrometri analyse af narkotika og metabolitter i enkelt suspension celler

Single cell mass spectrometry (SCMS) enables sensitive detection and accurate analysis of broad ranges of cellular species on the individual-cell level. ...

Directed Assembly of Elastin-like Proteins into defined Supramolecular Structures and Cargo Encapsulation In Vitro

Instrueret samling af elastin-lignende proteiner i definerede supramolekylære strukturer og cargo indkapsling in Vitro

Tailored proteinaceous building blocks are versatile candidates for the assembly of supramolecular structures such as minimal cells, drug delivery ...

Synthesis of Aptamer-PEI-g-PEG Modified Gold Nanoparticles Loaded with Doxorubicin for Targeted Drug Delivery

Syntese af Aptamer-PEI-g-PEG Modificeret Guld Nanopartikler Fyldt med Doxorubicin for målrettet drug delivery

Due to drug resistance and toxicity in healthy cells, use of doxorubicin (DOX) has been limited in clinical cancer therapy. This protocol describes the ...

Nanoparticle Tracking Analysis of Gold Nanoparticles in Aqueous Media through an Inter-Laboratory Comparison

Nanopartikelsporingsanalyse af guldnanopartikler i vandige medier gennem en sammenligning mellem laboratorier

In the field of nanotechnology, analytical characterization plays a vital role in understanding the behavior and toxicity of nanomaterials (NMs). ...

Preparation of Nanoparticles for ToF-SIMS and XPS Analysis

Forberedelse af nanopartikler til ToF-SIMS- og XPS-analyse

Nanoparticles have gained increasing attention in recent years due to their potential and application in different fields including medicine, cosmetics, ...

ARL Spectral Fitting as an Application to Augment Spectral Data via Franck-Condon Lineshape Analysis and Color Analysis

ARL Spectral Fitting som en applikation til at øge spektraldata via Franck-Condon Lineshape Analyse og Farveanalyse

The ARL Spectral Fitting application provides a free, publicly accessible, and fully transparent method for performing Franck-Condon Lineshape Analysis ...