NMR-Spektroskopie als robustes Werkzeug für die schnelle Bewertung des Lipidprofil von Fischöl
Summary
Hier hochauflösenden 1 H und 13 C – Kernresonanzspektroskopie (NMR) wurde als ein schnelles und zuverlässiges Werkzeug für die quantitative und qualitative Analyse von verkapselten Fischölergänzungen verwendet.
Abstract
Die westliche Ernährung ist arm an n – 3 – Fettsäuren, also der Verzehr von Fischöl empfohlen wird , um die Aufnahme dieser essentiellen Nährstoffe zu erhöhen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die qualitative und quantitative Analyse von verkapselten Fischtranergänzungen unter Verwendung hochauflösender 1 H und 13 C – NMR – Spektroskopie unter Verwendung von zwei verschiedenen NMR – Instrumente zu demonstrieren; Ein 500 MHz und einem 850 MHz-Instrument. Sowohl Proton (1 H) und Kohlenstoff (13 C) NMR – Spektren können zur quantitativen Bestimmung der Hauptbestandteile der Fischölergänzungen verwendet werden. Die Quantifizierung der Lipide in Fischöl wird durch die Integration der entsprechenden NMR-Signale in den entsprechenden 1D-Spektren erreicht. Ergebnisse von 1 H und 13 C – NMR sind in guter Übereinstimmung miteinander erhalten wird , trotz der Unterschiede in der Auflösung und die Empfindlichkeit zwischen den beiden Kernen und den beiden Instrumenten. 1 H NMR Angebotsa schnellere Analyse im Vergleich zu 13 C – NMR, als das Spektrum in weniger als 1 min aufgezeichnet werden, im Gegensatz zu 13 C – NMR – Analyse, die von 10 min bis eine Stunde dauert. Das 13 C – NMR – Spektrum ist jedoch viel informativer. Es kann für eine größere Anzahl von einzelnen Fettsäuren quantitative Daten zur Verfügung stellt und kann zur Bestimmung der Positionsverteilung von Fettsäuren auf dem Glycerin-Backbone verwendet werden. Beide Kerne können in quantitative Informationen liefern nur ein Experiment, ohne die Notwendigkeit der Reinigung oder Trennschritte. Die Stärke des Magnetfeldes vor allem die Spektren 1 H NMR wirkt aufgrund seiner geringeren Auflösung mit Bezug auf 13 C NMR jedoch auch geringer Kosten NMR Instrumente effizient als Standardverfahren der Lebensmittelindustrie und die Qualitätskontrolle Laboratorien angewandt werden können.
Introduction
Der Verbrauch von n – 3 – Fettsäuren in der Nahrung hat sich als vorteilhaft gegen mehrere Bedingungen sein , wie beispielsweise Herzerkrankungen 1, 2, 3, 4 und entzündlichen Erkrankungen Diabetes 5. Die westliche Ernährung ist in n – 3 – Fettsäuren als arm und damit der Verbrauch von Fischöl empfohlen wird , um die n -6 / n -3 Gleichgewicht in Verbraucherernährung 1 zu verbessern. Trotz der jüngsten Zunahme der Fischtranergänzung Verbrauch, bleiben Fragen über die Sicherheit, Authentizität und Qualität einiger dieser Produkte. Die schnelle und genaue Analyse der Zusammensetzung von Fischöl ist wichtig, um richtig die Qualität dieser kommerziellen Produkte zu bewerten und die Sicherheit der Verbraucher zu gewährleisten.
Die am häufigsten verwendeten Methoden zur Bewertung von Fischöls sind Gaschromatographie (GC) und Infrarotspektroskopie (IR). Während diese hochsensible Methoden sind, leiden sie unter verschiedenen Nachteilen 6. Die GC – Analyse ist zeitaufwendig (4-8 h) , da die Trennung und Derivatisierung von einzelnen Verbindungen erforderlich 7 und Lipidoxidation kann bei der Analyse 8, 9 auf. Während der IR – Spektroskopie quantitativ sein kann, wird ein Vorhersagemodell unter Verwendung von Partial Least Squares Regression (PLSR) konstruiert werden benötigt, obwohl es Ausnahmen gibt , in denen IR – Banden können 10 zu einer einzigen Verbindung zugeschrieben werden. PLSR erfordert die Analyse einer großen Anzahl von Proben, die 11 , um die Zeit der Analyse erhöht. Aus diesem Grunde gibt es ein zunehmendes Interesse an der Entwicklung neuer analytischer Methoden, die genaue und schnelle Analyse einer großen Anzahl von Fischölproben ermöglichen. Organisationen wie der Office von Nahrungsergänzungsmitteln (ODS) an dem National Institutes of Health (NIH) und die Food and Drug Administration (FDA) hat mit der Association of Official Analytical Chemists (AOAC) zusammengearbeitet , diese neuen Methoden 12 zu entwickeln, 13.
Eine der vielversprechendsten analytischen Methoden für das Screening und die Auswertung von Mehrkomponenten – Matrizen, wie beispielsweise Nahrungsergänzungsmittel ist, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) -Spektroskopie 14, 15. NMR-Spektroskopie hat mehrere Vorteile: es ist eine nicht-destruktive und quantitative Technik, es ohne Probenvorbereitung minimal erforderlich ist, und es wird durch eine hervorragende Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gekennzeichnet. Darüber hinaus ist die NMR-Spektroskopie eine umweltfreundliche Methode, da sie nur geringe Mengen an Lösungsmitteln verwendet. Der Hauptnachteil der NMR-Spektroskopie ist seine relativ geringe Empfindlichkeit im Vergleich zu anderen analytical Methoden haben jedoch die jüngsten technologischen Fortschritte in der Instrumentierung, wie beispielsweise stärkere Magnetfelder, kryogenen Sonden mit verschiedenen Durchmessern, fortschrittliche Datenverarbeitung, und vielseitige Pulssequenzen und Techniken, um die Empfindlichkeit bis zu nM-Bereich erhöht. Während NMR Instrumentierung hohen Kosten ist, senken die lange Lebensdauer von NMR-Spektrometern und die vielen Anwendungen der NMR die Kosten für die Analyse auf lange Sicht. Dieses detaillierte Video – Protokoll sollte neue Praktiker auf dem Gebiet helfen , Gefahren mit 1 H und 13 C – NMR – spektroskopische Analyse von Fischölergänzungen assoziiert zu vermeiden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Technische Änderungen und Strategien zur Problemlösung
Spectral Qualität. Die Linienbreite des NMR-Signals und damit die Auflösung des NMR-Spektrums ist in hohem Maße abhängig von Shim, die ein Verfahren zur Optimierung der Homogenität des Magnetfeldes ist. Für die Routineanalyse ist 1D Shim ausreichend und eine 3D-Shim nicht erforderlich ist, da es durch NMR-Personal in regelmäßigen Abständen durchgeführt wird. Ist dies nicht der Fall ist, muss ein 3D – Shimming vo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch die Nahrungsmittel für Gesundheit Entdeckung Thema an der Ohio State University und das Institut für Lebensmittelwissenschaft und Technik an der Ohio State University unterstützt. Die Autoren möchten sich die NMR-Einrichtung an der Ohio State University und die NMR-Einrichtung an der Penn State University danken.
Materials
| Avance III 850 NMR instrument | Bruker | ||
| Avance III 500 NMR instrument | Bruker | ||
| TCI 5mm probe | Bruker | Helium cooled inverse (proton deetected) NMR probe featuring three independent channels (1H, 13C, 15N) | |
| BBO prodigy 5mm probe | Bruker | Nitrogen cooled observe (X-nuclei detected) probe, featuring two channels; one for 1H and 19F detectionand one for X-nuclei (covering from 15N to 31P) | |
| Spinner turbin | Bruker | NMR spinners are made by polymer materials and they have a rubber o-ring to hold the NMR tube securely in place | |
| Topspin 3.5 | Bruker | ||
| deuterated chloroform | Sigma-Aldrich | 865-49-6 | 99.8 atom % D, contains 0.03 TMS |
| 2,6-Di-tert-butyl-4-methylphenol, | Sigma-Aldrich | 128-37-0 | purity >99% |
| Fish oil samples | |||
| NMR tubes | New Era | NE-RG5-7 | 5mm OD Routine “R” Series NMR Sample Tube |
| BSMS | Bruker | Bruker Systems Management System; control system device |
References
- Simopoulos, A. P. The importance of the ratio of omega-6/omega-3 essential fatty acids. Biomed. Pharmacother. 56 (8), 365-379 (2002).
- Goodnight, S. H., Harris, W. S., Connor, W. E. The effects of dietary omega 3 fatty acids on platelet composition and function in man: a prospective, controlled study. Blood. 58 (5), 880-885 (1981).
- Harper, C., Jacobsen, T. Usefulness of omega-3 fatty acids and the prevention of coronary heart disease. Am. J. Cardiol. 96 (11), 1521-1529 (2005).
- Kremer, J. M., et al. Effects of high-dose fish oil on rheumatoid arthritis after stopping nonsteroidal antiinflammatory drugs. Clinical and immune correlates. Arthritis and Rheumatol. 38 (8), 1107-1114 (1995).
- Malasanos, T., Stackpoole, P. Biological effects of omega-3 fatty acids in diabetes mellitus. Diabetes Care. 14, 1160-1179 (1991).
- Han, Y., Wen, Q., Chen, Z., Li, P. Review of Methods Used for Microalgal Lipid-Content Analysis. Energ. Procedia. 12, 944-950 (2011).
- Guillén, M., Ruiz, A. 1H nuclear magnetic resonance as a fast tool for determining the composition of acyl chains in acylglycerol mixtures. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 105, 502-507 (2003).
- Sacchi, R., Medina, I., Aubourg, S. P., Addeo, F., Paolillo, L. Proton nuclear magnetic resonance rapid and structure specific determination of ω-3 polyunsaturated fatty acids in fish lipids. J. Am Oil Chem Soc. 70, 225-228 (1993).
- Igarashi, T., Aursand, M., Hirata, Y., Gribbestad, I. S., Wada, S., Nonaka, M. Nondestructive quantitative acid and n-3 fatty acids in fish oils by high-resolution 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy. J. Am. Oil Chem. Soc. 77, 737-748 (2000).
- Plans, M., Wenstrup, M., Saona, L. Application of Infrared Spectroscopy for Characterization Dietary Omega-3 Oil Supplements. J. Am. Oil Chem. Soc. 92, 957-966 (2015).
- Jian-hua, C. I. A. Near-infrared Spectrum Detection of Fish Oil DHA Content Based on Empirical Mode Decomposition and Independent Component Analysis. J Food Nutr Res. 2 (2), 62-68 (2014).
- Millen, A. E., Dodd, K. W., Subar, A. F. Use of vitamin, mineral, nonvitamin, and nonmineral supplements in the United States: The 1987, 1992, and 2000 National Health Interview Survey results. J. of Am. Diet Assoc. 104 (6), 942-950 (2004).
- Dwyer, J. T., et al. Progress in developing analytical and label-based dietary supplement databases at the NIH office of dietary supplements. J. Food Compos. Anal. 21, S83-S93 (2008).
- Monakhova, Y. B., Ruge, I., Kuballa, T., Lerch, C., Lachenmeier, D. W. Rapid determination of coenzyme Q10 in food supplements using 1H NMR spectroscopy. Int. J. Vitam. Nutr. Res. 83 (1), 67-72 (2013).
- Monakhova, Y. B., et al. Standardless 1H NMR determination of pharmacologically active substances in dietary supplements and medicines that have been illegally traded over the internet. Drug Test. Anal. 5 (6), 400-411 (2013).
- Berger, S., Braun, S. . 200 and more NMR experiments: a practical course. , (2004).
- Knothe, G., Kenar, J. A. Determination of the fatty acid profile by 1H-NMRspectroscopy. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 106, 88-96 (2004).
- Sacchi, R., Medina, J. I., Aubourg, S. P., Paolillo, I. G. L., Addeo, F. Quantitative High-Resolution 13C NMR Analysis of Lipids Extracted from the White Muscle of Atlantic Tuna (Thunnus alalunga). J. Agric. Food Chem. 41 (8), 1247-1253 (1993).
- Dais, P., Misiak, M., Hatzakis, E. Analysis of marine dietary supplements using NMR spectroscopy. Anal. Methods. 7 (12), 5226-5238 (2015).
- Pickova, J., Dutta, P. C. Cholesterol Oxidation in Some Processed Fish Products. J. Anal. Oil Chem. Soc. 80 (10), 993-996 (2003).
- Siddiqui, N., Sim, J., Silwood, C. J. L., Toms, H., Iles, R. A., Grootveld, M. Multicomponent analysis of encapsulated marine oil supplements using high-resolution 1H and 13C NMR techniques. J. of Lipid Rsrch. 44 (12), 2406-2427 (2003).
- Sua´rez, E. R., Mugford, P. F., Rolle, A. J., Burton, I. W., Walter, J. A., Kralovec, J. A. 13C-NMR Regioisomeric Analysis of EPA and DHA in Fish Oil Derived Triacylglycerol Concentrates. J. Am. Oil Chem. Soc. 87, 1425-1433 (2010).
- Youlin, X. A., Moran, S., Nikonowiczband, E. P., Gao, X. Z-restored spin-echo 13C 1D spectrum of straight baseline free of hump, dip and roll. Magn. Reson. Chem. 46, 432-435 (2008).
- Tengku-Rozaina, T. M., Birch, E. J. Positional distribution of fatty acids on hoki and tuna oil triglycerides by pancreatic lipase and 13C NMR analysis. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 116 (3), 272-281 (2014).
- Berry, S. E. E. Triacylglycerol structure and interesterification of palmitic and stearic acid-rich fats:An overview and implications for cardiovascular disease. Nutr. Res. Rev. 22 (1), 3-17 (2009).
- Hunter, J. E. Studies on effects of dietary fatty acids as related to their position on triglycerides. Lipids. 36, 655-668 (2001).
- Vlahov, G. Regiospecific analysis of natural mixtures of triglycerides using quantitative 13C nuclear magnetic resonance of acyl chain carbonyl carbons. Magnetic Res. in Chem. 36, 359-362 (1998).
