在食品分析中使用Waters ACQUITY RDa检测器联合多变量分析探索化学指纹图谱 - 鉴别大麦粉中的燕麦

知识***

　　本应用纪要评估了RDa检测器作为一款设计紧凑的常规精确质量数测量工具，在加工食品化学特征研究中的应用;以不同种类的谷物粉样品(n=49)为例。数据采集和处理以及后续的多变量分析均在单一平台上进行。主成分分析(PCA)能够无监督区分按种类划分的组和按加工和生长条件划分的亚组。中药指纹图谱该系统的技术差异很小，质量控制(QC)样品紧密组合在一起，为通用代谢组学方法奠定了基础。

　　该系统支持食品与饮料生产行业中专注组学的研究，有助于了解生产工艺、储存条件和批次变化的差异。

　　优势

　　ACQUITY RDa检测器系统提高了液相色谱(LC)-高分辨率质谱(HRMS)飞行时间(Tof)分析的易用性，并能够通过数据解析鉴别食品真伪。在适合预期目标的高分辨率平台上精简数据采集和处理流程，支持用户调整数据审查。

　　简介

　　食品制造商生产的成品要能符合客户要求的一致标准，必须要求供应商提供质量一致且安全的正品原料。采购的原料可能已经过部分加工，例如碾碎的谷粒、捣碎的草药和香料。实施令人满意的目视质量检查可能很困难，甚至不可能做到，因此通常依靠技术来确保批次质量的一致性。

　　对食品的任何改变，无论是无意的还是故意的(例如受经济利益驱动做出的掺假行为)，都可能对消费者构成潜在的安全风险。消费者可能对某些类型的原料不耐受或过敏，食品行业必须标明产品中含有的应申报过敏原。欧盟食品法规目前规定了14种需要申报为过敏原的食物，其中包括含麸质的谷物(例如大麦和黑麦)1。 2015年，美国食品药品监督管理局报告了一起食品安全事件：在孜然粉香料中检测到因添加花生壳作为填充剂而引入的花生蛋白过敏原。花生蛋白可能导致敏感个体在接触或食用含有这些致敏蛋白的食品后发生重度或危及生命的过敏反应。

　　草药、香料、茶叶和谷物粉等干制食品经常成为“食品造假”和各种形式食品掺假的目标。这些食品掺假行为包括添加木屑等填充材料，或者用成本较低的替代品代替价值更高的原料，以便提高利润率。

　　食品真伪检测广泛采用LC-HRMS结合食品组学和多变量分析的方法，例如牛至掺假2、卷心菜中的多酚调查3、绿茶成分分析4,5以及红葡萄酒产地调查6。

　　本应用纪要使用ACQUITY RDa检测器联合ACQUITY UPLC I-CLASS二元液相色谱系统(一台简便易用、设计紧凑的LC-飞行时间质量分析器)，通过解析所生成的化学指纹谱图，并在UNIFI中集中处理数据，重点考察谷物粉的物质形成。利用简化的UNIFI工作流程测量精确质量数，在食品生产的常规供应链控制中进行食品筛查。

　　实验

　　参比样品由合作者提供，包含不同类型的碎谷物(小麦、硬粒小麦、燕麦、大麦和黑麦)。根据通用样品萃取方法制备谷物粉样品(n=49)，使用ACQUITY RDa检测器重复分析三次。利用所有样品提取物生成QC混合样品，以评估分析方法的技术重现性。系统由UNIFI软件控制，该软件可自动完成设置和校准程序，从而简化操作。进样次数约300次(包括空白样)，数据采集连续运行约三天。

　　萃取方法

　　根据调整后的天然毒素多分析物分析方案制备样品提取物7。 将10 mL乙腈/水(84/16, v/v)加入2.5 g样品中，振摇混合。使样品混合物在室温下静置1 h。将萃取管离心(2000 rcf, 10 min)，取所得上清液的0.5 mL等分试样再次离心(15,000 rcf, 5 min)。取上清液的0.25 mL等分试样用等体积1%乙酸的水溶液稀释。将混合物再次离心(15,000 rcf, 5 min)，然后转移至自动进样器样品瓶中并使用ACQUITY RDa检测器进行分析。

　　仪器设置

　　优化的仪器条件见表1-3。

　　表1.用于分析谷物样品的超高效液相色谱分离方法

　　液相色谱系统：

　　ACQUITY UPLC I-Class PLUS

　　色谱柱：

　　ACQUITY UPLC HSS T3 2.1 × 100 mm, 1.8 μm(部件号：186003539)

　　流动相A：

　　含0.3%甲酸和10 mM甲酸铵的水溶液

　　流动相B：

　　含0.3%甲酸和10 mM甲酸铵的甲醇溶液

　　柱温：

　　45 °C

　　进样体积：

　　5 μL

　　表2.配备专用电喷雾离子源的ACQUITY RDa检测器的质谱设置

　　质谱检测器：

　　ACQUITY RDa检测器

　　模式：

　　包括碎片的全扫描

　　质量范围：

　　低(50–2000 m/z)

　　极性：

　　正离子

　　扫描速率：

　　10 Hz

　　锥孔电压：

　　30 V

　　碎裂锥孔电压阶梯：

　　60–120 V

　　毛细管电压：

　　1.5 kV

　　脱溶剂气温度：

　　550 °C

　　使用waters_connect(1.2.0版)上的UNIFI结合EZinfo(3.0.3版，Umetrics)采集并处理数据：采用UNIFI进行峰提取;采用EZinfo进行多变量分析。

　　ACQUITY UPLC I-Class PLUS上用于分离谷物样品的梯度

　　表3.ACQUITY UPLC I-Class PLUS上用于分离谷物样品的梯度，流速为0.5 mL/min

　　RDa仪器集成了SmartMS技术，只需将制造的即用型溶液瓶放置在质谱仪前部内置流路单元的适当位置，即可自动完成检测器设置、自动调谐和质量数校准程序。完成自动设置和健康状态检查程序之后，RDa系统会在准备就绪或需要任何维护时通知分析人员(图1)。

　　SmartMS技术中方便用户操作的仪器健康状态显示，用于配置校准程序和启动仪器

　　图1.SmartMS技术中方便用户操作的仪器健康状态显示，用于配置校准程序和启动仪器设置。

　　针对靶向和非靶向筛查、标志物选择和多变量分析提供预定义的UNIFI工作流程，简化数据采集和处理。

　　实验设计

　　工作流程见图2。使用由实验得出的数据构建的定制版UNIFI筛查数据库，初步筛查样品中是否存在达到或高于欧盟法规限值的天然毒素。由于该数据库中定义的天然毒素未在任何显著水平下检出，故将研究重点放在表征谷物与任何潜在标志物之间的差异或其他属性(例如采收时间或生长条件)上。为此，我们利用了UNIFI多变量分析(MVA)工作流程。作为UNIFI处理程序的一部分，将谱图数据归一化至总离子流色谱图(TIC)，以说明分析过程中的任何强度变化。将UNIFI数据导出至EZinfo，并在随后的统计和多变量分析之前根据Pareto分布进行缩放。