Obst-Volatile-Analyse mit einem elektronische Nase

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine schnelle Analyse flüchtiger Verbindungen in Früchten durchzuführen. Dies wird erreicht, indem das Fruchtgewebe zunächst zerkleinert und homogenisiert wird. Anschließend wird die Dampfphase über der flüssigen Probe mit der elektronischen Nase analysiert.

Nach der Analyse mit der elektronischen Nase werden die Daten exportiert und transformiert. Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, mithilfe der grafischen Benutzeroberfläche Covas-Index-Fenster zu identifizieren und die Peaks unter einem einzigen Covas-Index-Label zusammenzufassen. Letztendlich zeigen die Ergebnisse, dass Unterschiede in der Häufigkeit von Fruchtfollikeln, gemessen mit einer elektronischen Nase, mit experimentellen Behandlungen wie Fruchtvarietät, Reifezustand und Lagerung in Beziehung gesetzt werden können.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber etablierten Methoden wie der traditionellen Gaschromatographie liegt darin, dass sie eine schnellere Analyse flüchtiger Verbindungen in Früchten ermöglicht. Bei der Durchführung dieser Analyse können geringfügige Änderungen der Retentionszeiten der Analyten auftreten. Dies könnte zu einer Fehlinterpretation der Daten führen, wenn der Peak-Alignierungsprozess nicht sorgfältig berücksichtigt wird.

Nach der Ernte der Früchte im gewünschten Reifestadium mit Leitungswasser abspülen. Um Schmutz und Staub zu entfernen, Früchte für die Analyse auswählen. Unter Berücksichtigung des Fehlens äußerer und innerer Mängel sowie der Größe die Früchte homogen längs in Keile schneiden, die für die flüchtige Stoffe-Probenahme verwendet werden sollen.

Falls zutreffend, entfernen Sie Haut, Samen, Samenkammergewebe oder Kernobst. Die Gewebewahl muss während des gesamten Experiments konsistent sein, und die Variabilität innerhalb einer einzelnen Frucht sollte berücksichtigt werden. Beispielsweise sollten Proben gleichmäßig aus den äquatorialen Blüten- und Stielspitzenabschnitten entnommen werden.

Das ausgewählte Fruchtgewebe zusammengeben, vermischen, um es zu randomisieren, und anschließend 200 Gramm in einen handelsüblichen Mixer abwiegen. 200 Milliliter gesättigte Calciumchloridlösung hinzufügen. Das Calciumchlorid soll als Inhibitor enzymatischer Aktivität wirken, die nach dem Schneiden und Homogenisieren des Fruchtfleisches auftreten kann.

Anschießend 50 µL einer 100 mmolaren Lösung von zwei Methylbutylisobutyrat in Methanol hinzufügen. Diese Lösung wird als interner Standard zugegeben, um mögliche Verluste flüchtiger Verbindungen während des Homogenisierungsprozesses zu überwachen. Danach die Mischung 30 Sekunden lang in einem Laborhomogenisator bei 18.000 U/min homogenisieren.

Danach sofort in eine Glasflasche gießen und mit einem Teflon-Deckel verschließen. Den Homogenat in der Flasche aufbewahren, bis alle Proben vorbereitet sind. Pipettieren Sie fünf Milliliter Portionen Saft ohne Schaum in 20-Milliliter-Glasbraunfläschchen, wobei pro Probe mindestens drei Fläschchen vorzubereiten sind.

Als technische Replikate dienen. Verschließen Sie die Gefäße mit Stahlschraubverschlüssen, die mit Teflon-Silikon-Einsätzen ausgestattet sind. An diesem Punkt können die Proben entweder sofort analysiert oder in flüssigem Stickstoff schockgefroren und bei ultratiefen Temperaturen für eine spätere Analyse gelagert werden.

Laden Sie die geeignete Analysemethode auf den Xenos. Geben Sie die in der schriftlichen Anleitung angegebenen Parameter ein. Verbinden Sie eine Edelstahlnadel mit nicht durchdringender Spitze mit dem Eingang des Xenos.

Spülen Sie das System mehrfach mit Umgebungsluft, bis die Basislinie stabil ist und keine Peaks größer als 200 Zählungen nachgewiesen werden. Bereiten Sie die Abstimmung des Geräts vor, indem Sie eine Nadel in den Septumverschluss eines Gefäßes mit einer Lösung geradkettiger Alkansäuren einführen, um den Druck auszugleichen. Anschließend führen Sie die mit dem Geräteeinlass verbundene Nadel in den Septumverschluss ein.

Führen Sie die Abstimmung durch Initiierung der Headspace-Probenahme durch. Das Abstimmungsergebnis wird von der Instrumentensoftware verwendet, um die Retentionszeit der angedeuteten Peaks von Zeiteinheiten in Kovats-Index- oder KI-Einheiten umzuwandeln. Dementsprechend werden nach der Systemabstimmung die Retentionszeiten in KI-Einheiten angegeben.

Beginnen Sie die Probenanalyse nach der 30-minütigen Gleichgewichtseinstellung der Probe, indem Sie die Nadeln in das Septum des Probengefäßes einführen. Wie zuvor bei der Lösung geradkettiger Acas durchgeführt. Starten Sie die Headspace-Probenahme manuell durch Klicken auf den Play-Button, wodurch die Pumpe aktiviert wird und die über der Probe vorhandenen Dämpfe ansaugt.

Am Ende der Analyse erscheint ein Chromatogramm auf dem Bildschirm, und der Sensor wird automatisch für 10 Sekunden auf 150 Grad Celsius erhitzt, um ihn zu reinigen. Sobald das Systemstatus-Feld erneut grün wird, ist das Gerät bereit, eine weitere Probe zu analysieren. Um eine stabile Basislinie und eine ordnungsgemäße Systemreinigung sicherzustellen, führen Sie zwischen jeder Probe mindestens eine Luftprobe durch.

Analysieren Sie mindestens drei technische Wiederholungen pro Probe sowie Vial-Blanks. Exportieren Sie die Daten nach der Erfassung mithilfe der Funktion „gespeicherte Daten protokollieren“ in der Mense-Software in eine Microsoft Excel-Datei. Sobald die Daten exportiert sind, fügen Sie Spalten hinzu, die Beschriftungen für Variablen und Wiederholungen enthalten.

Das von der Gerätesoftware exportierte Datenformat kann mithilfe des von diesem Labor erstellten Python-0.6-Skripts für eine einfachere Bearbeitung umgewandelt werden. Der Name der Quelldatei und der Tabellenblattname für die Eingabedaten sowie der gewünschte Dateiname für die Ausgabe werden direkt im Skript bearbeitet. Dieses Skript erleichtert die Datenmanipulation und -analyse durch die Identifizierung eindeutiger kis in allen Proben.

Die Daten werden neu geordnet, wobei die Probeninformationen in Zeilen und die eindeutigen KIS in Spalten angeordnet sind, wobei jede Zelle die entsprechende Peakfläche darstellt. Wenn für einen KI-Wert in einer Probe kein Peak erkannt wird, bleibt die entsprechende Zelle leer. Anschließend werden mithilfe eines zweiten Skripts, das durch diesen Labarbeitsgang generiert wurde, die Daten aus der im vorherigen Schritt bearbeiteten Datei importiert.

Die Analyse basiert auf der Betrachtung und Auswertung der Häufigkeit, mit der jeder KI-Wert nachgewiesen wurde. Daher zeigt das Programm ein Balkendiagramm der KI-Treffer an. Für jeden KI-Wert bewerten Sie die K-Treffer spezifischer Teilmengen von Proben, wobei jede Gruppe technischer Replikate gemeinsam analysiert wird.

Um dies zu tun, analysieren Sie jede Behandlung oder Variable separat, indem Sie die entsprechenden Kontrollkästchen aktivieren oder deaktivieren. Nachdem Sie die Breite jedes KI-Fensters mithilfe der grafischen Benutzeroberfläche bestimmt haben, wählen Sie zufällig einige der entsprechenden Chromatogramme aus. Bewerten Sie in der mense-Software überlappende Peaks zwischen den technischen Wiederholungen.

Nachdem das KI-Fenster festgelegt wurde, wird die Zusammenführungsfunktion in der grafischen Benutzeroberfläche verwendet, um die innerhalb des Fensters liegenden KIS in das am stärksten besetzte ki zuerst zusammenzuführen. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Zusammenführen“, um die Funktion zu aktivieren, und wählen Sie durch Linksklick auf den entsprechenden Balken das am stärksten besetzte ki in der Mitte des Fensters aus. Sobald der Balken ausgewählt ist, ändert er seine Farbe und wird grün. Um die innerhalb des Fensters liegenden KIS in das ausgewählte ki zusammenzuführen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die entsprechenden Balken.

Dadurch färben sich die Balken rot, während ein blauer Balken entsprechender Länge auf dem zentralen ki hinzugefügt wird. Sobald alle ausgewählten kis in den entsprechenden zentralen ki zusammengeführt wurden, klicken Sie erneut auf die Schaltfläche „Zusammenführen“, um die Änderungen zu bestätigen. Bei Fehlern färbt sich die Schaltfläche „Zusammenführen“ gelb.

Die Schaltfläche zum Aufheben der Zusammenführung ist ebenfalls verfügbar, um die Zusammenführung aufzuheben. Klicken Sie im grafischen Interface auf die Schaltfläche zum Aufheben der Zusammenführung. Klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf den roten Balken, dessen Zusammenführung aufgehoben werden soll.

Von rot wird die Anzeige blau. Klicken Sie erneut auf die Schaltfläche zum Aufheben der Zusammenführung, um die Änderungen zu übernehmen. Wenn versucht wird, zwei Peaks in einer einzelnen Probe fälschlicherweise zu einem einzigen KI-Wert zusammenzuführen, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Nachdem alle Zusammenführungsvorgänge gespeichert wurden, wird die Datei vor der Durchführung der statistischen Analyse abgespeichert; die Chromatogramme der Luft- und Vial-Blanks werden analysiert, um mögliche Kontaminationen zu überwachen. Sobald die ki der Peaks und der Blanks identifiziert wurden, wird die Fläche des in der Luft- und/oder Vial-Blankprobe detektierten Peaks von der Fläche des im Probenpeak vorhandenen Signals subtrahiert. Die elektronische Nase konnte Unterschiede in den flüchtigen Profilen von Melonenfrüchten erkennen, die in unterschiedlichen Reifestadien geerntet wurden.

Gezeigt sind hier Beispiele von Chromatogrammen aus frühreifen und vollreifen Früchten, die Unterschiede in der Peakfläche aufzeigen. Für zahlreiche Peaks wurden 20-K-Fenster in allen Proben identifiziert. Eine Analyse der Varianten zeigte, dass von diesen verschiedenen kis die Häufigkeit von 14 mittels der elektronischen Nase detektierten Peaks zwischen den beiden Reifestadien signifikant variierte. Hier ist die Peakhäufigkeit der frühreifen Frucht für jedes dieser kis grün dargestellt, und die der vollreifen Frucht orange.

Nach Abschluss dieses Verfahrens können weitere Methoden wie die Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie durchgeführt werden, um die Komponenten zu identifizieren, die den einzelnen Peaks auf der elektronischen Nase nach ihrer Entwicklung entsprechen. Diese Technik stellt ein schnelles Analysewerkzeug bereit und ermöglicht es Forschern auf den Gebieten der Pflanzenpathologie, Pflanzenphysiologie, Post-Harvest-Biologie und Lebensmittelwissenschaft, Veränderungen in der flüchtigen Zusammensetzung von Früchten in Abhängigkeit von Reife, Sorte oder Lagerung zu untersuchen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man flüchtige Verbindungen mit einer elektronischen Nase schnell analysiert und eine Peak-Alignment mithilfe unserer grafischen Benutzeroberfläche durchführt.