Perfil de compostos voláteis em frutas groselha usando microextração de fase sólida do headspace acoplado à espectrometria de massa de cromatografia gasosa
Summary
Uma plataforma de microextração-gás-cromatografia em fase sólida do headspace é descrita aqui para identificação e quantificação volátil rápida, confiável e semi-automatizada em frutas de groselha madura. Essa técnica pode ser usada para aumentar o conhecimento sobre o aroma de frutas e selecionar cultivares com sabor aprimorado para fins de reprodução.
Abstract
Há um interesse crescente em medir compostos orgânicos voláteis (VOCs) emitidos por frutas maduras com o propósito de criar variedades ou cultivares com características organolepticas aprimoradas e, assim, aumentar a aceitação do consumidor. Plataformas metabolômicas de alto rendimento foram recentemente desenvolvidas para quantificar uma ampla gama de metabólitos em diferentes tecidos vegetais, incluindo compostos-chave responsáveis pelo sabor das frutas e qualidade do aroma (volatilomics). Um método que utiliza microextração em fase sólida do headspace (HS-SPME) juntamente com espectrometria de massa cromatografia gasosa (GC-MS) é descrito aqui para a identificação e quantificação de VOCs emitidos por frutas de groselha madura, uma fruta altamente apreciada por seu sabor e benefícios para a saúde.
Frutas maduras de plantas groselha (Ribes nigrum) foram colhidas e diretamente congeladas em nitrogênio líquido. Após a homogeneização do tecido para produzir um pó fino, as amostras foram descongeladas e imediatamente misturadas com solução de cloreto de sódio. Após a centrifugação, o supernascer foi transferido para um frasco de vidro no espaço da cabeça contendo cloreto de sódio. Os VOCs foram então extraídos usando uma fibra de microextração em fase sólida (SPME) e um cromatógrafo a gás acoplado a um espectrômetro de massa de armadilha de íons. A quantificação volátil foi realizada nos cromatógramas de íons resultantes, integrando a área de pico, utilizando um íon m/z específico para cada VOC. A anotação de VOC correta foi confirmada comparando os tempos de retenção e os espectros de massa dos padrões comerciais puros executados nas mesmas condições das amostras. Mais de 60 VOCs foram identificados em frutas de groselha madura cultivadas em locais europeus contrastantes. Entre os VOCs identificados, os principais compostos de aroma, como terpenóides e voláteis C6, podem ser usados como biomarcadores para a qualidade das frutas groselha. Além disso, são discutidas vantagens e desvantagens do método, incluindo melhorias prospectivas. Além disso, tem sido enfatizado o uso de controles para correção de lotes e minimização da intensidade de deriva.
Introduction
O sabor é um traço essencial de qualidade para qualquer fruta, impactando a aceitação do consumidor e, portanto, afetando significativamente a comercialização. A percepção do sabor envolve uma combinação dos sistemas de sabor e olfativo e depende quimicamente da presença e concentração de uma ampla gama de compostos que se acumulam em partes comestíveis de plantas, ou no caso de VOCs, são emitidos pelo fruto maduro1,2. Embora a reprodução tradicional tenha se concentrado em características agronômicas, como a resistência ao rendimento e à praga, a melhoria da qualidade da fruta, incluindo o sabor, tem sido negligenciada por muito tempo devido à complexidade genética e à dificuldade de fenótipo adequado dessas características, levando ao descontentamento do consumidor3,4. Os recentes avanços nas plataformas metabolômicas têm sido bem sucedidos na identificação e quantificação dos principais compostos responsáveis pelo sabor das frutas e aroma5,6,7,8. Além disso, a combinação de perfil metabólito com ferramentas genômicas ou transcriptômicas permite a elucidação da genética subjacente ao sabor da fruta, que por sua vez ajudará programas de reprodução a desenvolver novas variedades com características organolepticas aprimoradas2,4,9,10,11,12,13,14.
As frutas de groselha (Ribes nigrum) são altamente apreciadas por seu sabor e propriedades nutricionais, sendo amplamente cultivadas nas zonas temperadas da Europa, Ásia e Nova Zelândia15. A maior parte da produção é processada para produtos alimentícios e bebidas, que são muito populares nos países nórdicos, principalmente devido às propriedades organolépticas das frutas. A cor intensa e o sabor da fruta são resultado de uma combinação de antocianinas, açúcares, ácidos e VOCs presentes nas frutas maduras16,17,18. A análise dos voláteis de groselha remonta à década de 196019,20,21. Mais recentemente, vários estudos se concentraram em VOCs de groselha, identificando compostos importantes para a percepção do aroma de frutas e avaliando o impacto das condições de genótipo, ambiente ou armazenamento e processamento no conteúdo de VOC5,17,18,22,23.
Devido às suas inúmeras vantagens, a técnica de escolha para o perfil volátil de alto rendimento é o HS-SPME/GC-MS24,25. Uma fibra de sílica, revestida com uma fase polimérica, é montada em um dispositivo de seringa, permitindo a adsorção dos voláteis na fibra até que uma fase de equilíbrio seja alcançada. A extração do espaço para o cabeça protege a fibra dos compostos não ativos presentes na matriz24. O SPME pode isolar com sucesso um alto número de VOCs presentes em concentrações altamente variáveis (partes por bilhão a partes por milhão)25. Além disso, é uma técnica livre de solventes que requer processamento limitado de amostras. Outras vantagens do HS-SPME são a facilidade de automação e seu custo relativamente baixo.
No entanto, seu sucesso pode ser limitado, dependendo da natureza química dos VOCs, do protocolo de extração (incluindo tempo, temperatura e concentração de sal), estabilidade amostral e disponibilidade de tecido de frutas suficiente26,27. Este artigo apresenta um protocolo para VOCs de groselha isolados pelo HS-SPME e analisados por cromatografia a gás, juntamente com um espectrômetro de massa de armadilha de íons. Foi alcançado um equilíbrio entre a quantidade de material vegetal, a estabilidade amostral e a duração da extração e cromatografia para poder processar um alto número de amostras de groselha, algumas delas apresentadas neste estudo. Em particular, os perfis voc e/ou cromatógramas de cinco cultivares (‘Andega’, ‘Ben Tron’, ‘Ben Gairn’, ‘Ben Tirran’ e ‘Tihope’) serão apresentados e discutidos como dados de exemplo. Além disso, o mesmo protocolo foi colocado em prática com sucesso para a medição de VOC em outras espécies de frutas como morango (Fragaria x ananassa), framboesa (Rubusidaeus) e mirtilo (Vaccinium spp.).
Protocol
Representative Results
Discussion
A reprodução para o aroma de frutas tem sido dificultada há muito tempo pela genética complexa e bioquímica subjacente à síntese de compostos voláteis e à falta de tecnologias para fenotipagem adequada. No entanto, os recentes avanços nas plataformas metabolômicas, combinados com ferramentas genômicas, estão finalmente permitindo a identificação dos metabólitos responsáveis pelas preferências dos consumidores e para a criação de culturas com sabor melhorado3. Embora a maior par…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem às Medições servicios Centrales de Apoyo a la Investigación da Universidade de Málaga pelas medições do HS-SPME/GC-MS. Reconhecemos a ajuda de Sara Fernández-Palacios Campos na quantificação volátil. Agradecemos também aos membros do consórcio da GoodBerry por fornecerem o material da fruta.
Materials
| 10 mL screw top headspace vials | Thermo Scientific | 10-HSV | |
| 18 mm screw cap Silicone/PTFE | Thermo Scientific | 18-MSC | |
| 5 mL Tube with HDPE screw cap | VWR | 216-0153 | |
| Centrifuge | Thermo Scientific | 75002415 | |
| Methanol for HPLC | Merck | 34860-1L-R | |
| N-pentadecane (D32, 98%) | Cambridge Isotope Laboratories | DLM-1283-1 | |
| Sodium chloride | Merck | S9888 | |
| SPME fiber PDMS/DVB | Merck | 57345-U | |
| Stainless grinding jars for TissueLyser | Qiagen | 69985 | |
| TissueLyser II | Qiagen | 85300 | Can be subsituted by mortar and pestle or cryogenic mill |
| Trace GC gas chromatograph-ITQ900 ion trap mass spectrometer | Thermo Scientific | ||
| Triplus RSH autosampler with automated SPME device | Thermo Scientific | 1R77010-0450 | |
| Water for HPLC | Merck | 270733-1L | |
| Xcalibur 4.2 SP1 | Thermo Scientific | software |
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