Làm thế nào là đổi mới MS giúp ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống?

Những tiến bộ trong phép đo phổ khối đang giúp ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống như thế nào

Tiến sĩ Jenny Nelson, Trợ lý giáo sư phụ trách về trồng nho & khoa học tại Đại học California, Davis và Nhà khoa học ứng dụng tại Agilent Technologies. Karen Steward, Tiến sĩ khối phổ là một công cụ quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp, không chỉ trong việc đảm bảo an toàn cho thực phẩm và đồ uống của chúng tôi. Các mối nguy hiểm từ thuốc trừ sâu, đến kim loại nặng và độc tố có thể được xác định bằng cách sử dụng công nghệ, ngay cả khi chúng chỉ xuất hiện với số lượng nhỏ. Ở đây, Jenny Nelson cho chúng ta biết những tiến bộ trong phép đo phổ khối (MS) đã cải thiện tiềm năng phân tích và vai trò quan trọng của nó và sẽ tiếp tục đóng vai trò trong việc đảm bảo sự an toàn của ngành công nghiệp đồ uống.
Q: Những tiến bộ nào trong MS đã có tác động lớn nhất đến nghiên cứu của bạn?
A: Phương pháp quang phổ khối ba cực plasma kết hợp cảm ứng (ICP-QQQ) đã được thay đổi trong trò chơi. ICP-QQQ cung cấp khả năng MS / MS có nghĩa là chúng ta có thể loại bỏ các nhiễu quang phổ với độ tin cậy và hiệu quả cao hơn thông qua các phản ứng hóa học được kiểm soát nhiều hơn. MS / MS cải thiện các giới hạn phát hiện trên bảng, cũng như cung cấp quyền truy cập vào các đồng vị và các yếu tố mà chúng tôi không thể đo được trước đây với các thiết bị ICP-MS bốn cực thông thường.
Q: Rất nhiều công việc gần đây của bạn tập trung vào ngành đồ uống, bạn có thể cho chúng tôi biết về một số dự án bạn đã tham gia không?
A: Hai dự án gần đây nhất của chúng tôi làm về đồ uống đã được Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) nghiên cứu về đặc tính thạch tín trong rượu vang. Asen tồn tại ở nhiều dạng trong thực phẩm và đồ uống và không phải dạng nào cũng có độc tính như nhau. Các dạng vô cơ của asen (As (III) (arsenite) và As (V) (arsenate)), là độc nhất. Các loại arsen vô cơ được phân loại là chất gây ung thư loại 1. FDA đã thiết lập giới hạn hành động đối với asen vô cơ trong nước táo là 10 μg / kg (ppb), tuy nhiên, không có quy định nào kiểm soát hàm lượng asen trong rượu vang ở Mỹ. Tuy nhiên, có những giới hạn ở EU và Canada. Châu Âu (Tổ chức quốc tế về nho và rượu vang, OIV) đã đặt ra giới hạn tối đa chấp nhận được đối với tổng asen trong rượu vang 100 100g / L (ppb) và Canada (Liên minh chất lượng Vintners VQA, Ontario) đã đặt giới hạn 200 Phag / L (ppb). Dự án đầu tiên là mở rộng phương pháp HPLC-ICP-MS hiện có để xác định bốn loại arsenic trong nước ép trái cây – Hướng dẫn phân tích nguyên tố của FDA Hoa Kỳ (EAM) 4.10 – bao gồm cả rượu vang. Công trình này gần đây đã được xuất bản 1 trên Tạp chí Hóa học Nông nghiệp và Thực phẩm. Thứ hai là phát triển một phương pháp đầu cơ asen nhanh hơn 10 lần so với phương pháp quy định hiện hành của FDA 4.10. Phương pháp được sử dụng trong nghiên cứu này đã phân tích các loài arsen vô cơ ở dạng As (V). As (III) đã được cố ý oxy hóa thành As (V) bằng hydro peroxide trước khi phân tích. Bằng cách chuyển đổi As (III) và phân tích tất cả các loài vô cơ là As (V), phương pháp này có thể tách ra khỏi các loại arsenic monomethylarsonic acid (MMA) và axit dimethylarsinic (DMA) khác. Tổng thời gian tách là ít hơn 2 phút Nghiên cứu này sử dụng khí phản ứng oxy trong tế bào va chạm / phản ứng (CRC) của ICP-QQQ để giải quyết các nhiễu quang phổ trên asen. Một số kết quả thú vị cho độc giả sẽ là dữ liệu về nghiên cứu giỏ thị trường.

Các ứng dụng đa dạng của khối phổ

Market
Basket
Wine
Sample
Style Cultivar Region Vintage Alcohol
(%v/v)
iAs DMA MMA Sum of
Species
S1 Red Cabernet
Sauvignon
North Coast 2009 13.5 17.13 ±
0.22
0.83 ±
0.03
<LOD 17.96 ±
0.25
S2 Red Pinot Noir Appellation
Central Coast
2004 13.8 7.49 ±
0.15
0.30 ±
0.062
0.77 ±
0.32
8.56 ± 0.52
S3 White Chardonnay Santa
Barbara
County
2013 13.5 14.63 ±
0.40
0.80 ±
0.08
<LOD 15.43 ±
0.48
S4 Rose Zinfandel Napa and
Sonoma
2013 10.5 25.03 ±
0.89
0.69 ±
0.26
0.47 ±
0.12
26.19 ± 1.27
S5 White Chardonnay Central Coast 2013 13.5 23.45 ±
1.12
0.32 ±
0.05
<LOD 23.77 ± 1.17

Bảng trên cho thấy kết quả định lượng (Phag / kg) đối với các loại arsen vô cơ và hữu cơ trong năm loại rượu vang thương mại được đo bằng LC-ICP-QQQ. Trong mọi trường hợp, hầu hết asen đều có mặt dưới dạng vô cơ (iAs). Tuy nhiên, mức arsen đều thấp hơn nhiều so với mức cho phép tối đa của tổng asen trong rượu vang được xác định ở Canada và Châu Âu.
Q: Những thách thức lớn nhất bạn gặp phải khi áp dụng phép đo phổ khối vào phân tích thực phẩm và đồ uống là gì?
A: Trong lịch sử, nhận thức về ICP-MS là nó rất phức tạp và khó sử dụng, trình bày bộ những thách thức trong việc ứng dụng phổ khối vào phân tích thực phẩm và đồ uống. Tuy nhiên, các thiết bị ICP-MS hiện đại thân thiện với người dùng hơn nhiều, với khả năng chẩn đoán và tối ưu hóa tự động tích hợp. ICP-MS hiện cung cấp phân tích các khả năng mở rộng khả năng phòng thí nghiệm vượt ra ngoài những gì mà hệ thống truyền thống cung cấp bởi các kỹ thuật truyền thống mà chúng tôi đã sử dụng trước đây.
Trên thực tế, ICP-MS đơn giản hóa rất nhiều việc phân tích thực phẩm, so với các phương pháp phân tích truyền thống. Cái này sẽ thường có liên quan đến AAS hoặc ICP-OES cho các yếu tố chính và dinh dưỡng, lò than AAS cho chất độc và dấu vết các yếu tố, và một máy phân tích chuyên dụng cho thủy ngân. Tất cả các phân tích này hiện có thể được đo – ở giới hạn phát hiện thấp hơn nhiều – trong một phép đo ICP-MS đơn, nhanh, không nhiễu thực tế. Vì vậy, thông lượng mẫu tiềm năng với ICP-MS lớn hơn nhiều so với trước đây và chi phí cho mỗi phân tích thấp hơn nhiều. Thêm vào đó, việc đơn giản hóa phương pháp về chuẩn bị mẫu, chiến lược hiệu chuẩn, chi phí QC, báo cáo, xử lý chất thải, vv, mang lại lợi ích cụ thể, đặc biệt là trong các phòng thí nghiệm thực phẩm thương mại.
Q: Bạn nghĩ thế nào về sự phát triển của khối phổ có khả năng thay đổi ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống trong tương lai?
A: Việc loại bỏ nhiễu phổ do hệ thống ICPQQQ cung cấp thông qua MS / MS, đã thực sự thay đổi mọi thứ trong thế giới của ICP-MS, cho phép chúng tôi phát triển các phương pháp xung quanh các yếu tố / kim loại từng là thách thức. Một ví dụ điển hình cho điều này là sự hợp tác nơi chúng tôi làm việc với Brian Jackson tại Đại học Dartmouth. Mục đích của nghiên cứu này 3 là để đo chính xác asen và selen trong thực phẩm bằng cách sử dụng Triple Quadrupole ICP-QQQ để loại bỏ các can nhiễu của nguyên tố đất hiếm (REE). Nồng độ của REE trong các mẫu thực phẩm thấp, nhưng cây trồng được trồng trong đất giàu REE có khả năng có nồng độ cao hơn các nguyên tố này, dẫn đến dương tính giả đối với asen và selen. Người ta biết rằng asen và selen có thể khó định lượng chính xác bằng ICP-MS bốn cực thông thường, đặc biệt là ở mức độ thấp. Điều này là do các đồng vị có thể chịu nhiều nhiễu quang phổ, do tích điện gấp đôi các ion của REE (REE ++), cũng như các ion đa nguyên tử được hình thành từ ma trận mẫu và huyết tương. Máy quang phổ khối bốn cực phân tách các ion dựa trên tỷ lệ khối lượng-điện tích (m / z), và do đó, các ion REE ++ xuất hiện ở một nửa khối lượng thực của chúng, chồng lấp các ion phân tích đơn lẻ của asen và selen. Bảng này cho thấy sự so sánh giữa các kết quả ICPMS bốn cực đơn (ba) và ba cực đối với asen và selen trong các tài liệu tham khảo thực phẩm. Các lỗi đáng kể trong các kết quả tứ cực đơn (không được sửa chữa) có nghĩa là các phương trình hiệu chỉnh phải được áp dụng để cải thiện độ chính xác. ICP-MS bốn cực cung cấp độ chính xác tốt hơn mà không yêu cầu bất kỳ phương trình hiệu chỉnh nào, minh họa một lợi thế quan trọng của dữ liệu ICP-QQQ so với SQ ICPMS truyền thống cho loại nhiễu này. Ngoài ra, phân tích các hạt nano trong thực phẩm là một ứng dụng mới nổi, sự phát triển của nó đã được hưởng lợi rất nhiều từ những tiến bộ trong phép đo phổ khối lượng plasma kết hợp tự cảm (sp-ICP-MS). Cùng với những tiến bộ về phần cứng trong ICP-MS, cũng đã có những khả năng phần mềm mới

The Diverse Applications of Mass Spectrometry

ICP-MSHe mode ICP-MSH2 mode ICP-QQQO2/
H2 mass-shift
SRM Certified Uncorrected Corrected Uncorrected Corrected Uncorrected
Arsenic (mg/kg)
NIST 1547 0.060+0.018 0.170+0.016 0.068+0.003* 0.113+0.004 0.079+0.004* 0.065+0.002*
NIST 1515 0.038+0.007 0.250+0.016 0.026+0.021* 0.126+0.005 0.047+0.004* * 0.032+0.002*
Selenium (mg/kg)
NIST 1547 0.120+0.009 0.394+0.04 0.113+0.02* 0.119+0.009* 0.119+0.009* 0.127+0.006*
NIST 1515 0.050+0.009 0.808+0.04 0.013+0.04* 0.050+0.003* 0.050+0.003* 0.047+0.006*

* Khoảng tin cậy 95% trùng lặp với phạm vi được chứng nhận

đã được phát triển để hỗ trợ ứng dụng mới này. Tôi tin rằng những tiến bộ về độ nhạy của dụng cụ ICP-MS và phần mềm sp-ICP-MS sẽ dẫn đến loại phép đo này sớm trở thành xu hướng; các cơ quan quản lý đã xem xét cách thức các vật liệu nano mới này nên được giám sát và kiểm soát. Vì đây là một chủ đề nóng mới, tôi thấy trước nhiều tiến bộ trong công nghệ từ các nhà cung cấp nhạc cụ trong tương lai khi họ hiểu rõ hơn về các yêu cầu của cả khách hàng và ngành công nghiệp. Tiến sĩ Jenny Nelson đã nói chuyện với Tiến sĩ Karen Steward, Nhà văn Khoa học cho Mạng công nghệ. Jenny Nelson là giáo sư phụ trợ tại Khoa trồng nho và khoa học tại Đại học California, Davis từ năm 2013 và là nhà khoa học nghiên cứu quang phổ nguyên tử cho nhóm Thị trường ứng dụng tại Agilent Technologies. Trọng tâm nghiên cứu của cô là phân tích nguyên tố vi lượng cho ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống. Cô có nhiều kinh nghiệm trong việc vận hành và phát triển phương pháp cho Quang phổ khối plasma ghép nối tự động (ICP-MS) và Quang phổ phát xạ quang plasma ghép nối tự động (ICP-OES), và phân tích suy đoán cho nhiều ma trận mẫu sử dụng GC-ICPMS và LC-ICPMS.

Tài liệu tham khảo

1. C. Tanabe et al., J Agric Food Chem. 65, 4193-4199 (2017)

2. P. J. Gray et al., J. Anal. At. Spectrom. 32, 1031-1034 (2017)
3. B. P. Jackson et al., J. Anal. At. Spectrom. 30, 1179-1183 (2014)

TechnologyNetworks.com

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *