NMR ספקטרוסקופיה כמו כלי חזק עבור ההערכה המהירה של פרופיל השומנים של תוספי שמן דגים
Summary
הנה, ברזולוציה גבוהה 1 H ו- 13 C גרעיני תהודה מגנטית (NMR) ספקטרוסקופיה שימש ככלי מהיר ואמין עבור ניתוח כמותי ואיכותי של תוספי שמן דגים כמוס.
Abstract
התזונה המערבית היא עניה בחומצות n -3 שומן, ולכן צריכת תוספי שמן דגים מומלצת להגדיל את צריכת חומרים מזינות החיוניים אלה. מטרת עבודה זו היא להציג את הניתוח האיכותי וכמותי של תוספי שמן דגים כמוסים באמצעות ברזולוציה גבוהה 1 H ו- 13 ספקטרוסקופיה C NMR ניצול שני מכשירי תמ"ג שונים; מגהרץ 500 ומכשיר 850 MHz. פרוטון שני (1 H) ופחמן (13 C) NMR ספקטרה יכולים לשמש לקביעת כמותית של המרכיבים העיקריים של תוספי שמן דגים. כימות של שומני תוספי שמן דגים מושגת באמצעות שילוב של אותות התמ"ג המתאימים ספקטרום 1D הרלוונטי. תוצאות המתקבלות על ידי 1 H ו- 13 C תמ"ג הן בהסכם טוב אחד עם השני, למרות שוני רזולוציה ורגישות בין שני גרעינים ואת שני המכשירים. הצעת 1 H NMRsa יותר לניתוח מהיר לעומת 13 C תמ"ג, כמו הקשת יכולה להיות מוקלטת תוך פחות מ 1 דק ', בניגוד 13 ניתוח C NMR, שנמשך מ 10 דקות עד שעה אחת. ספקטרום 13 C התמ"ג, לעומת זאת, הוא הרבה יותר אינפורמטיבי. זה יכול לספק נתונים כמותיים על מספר גדול יותר של חומצות שומן בודדים יכולים לשמש לקביעת חלוקת מיקומית של חומצות שומן על עמוד השדרה גליצרול. גרעינים שניהם יכולים לספק מידע כמותי בלבד ניסוי אחד ללא צורך של צעדים טיהור או הפרדה. עוצמת השדה המגנטי משפיעה בעיקר ספקטרום 1 H NMR בשל ברזולוציה הנמוכה שלה בגין 13 C תמ"ג, לעומת זאת, אפילו נמוכה עלות מכשירי תמ"ג יכולים להיות מיושמים ביעילות כשיטה סטנדרטית בתעשיית המזון ומעבד איכות מלאה.
Introduction
צריכת חומצות n -3 שומן בתזונה הוכיחה להיות מועיל נגד מספר תנאים כגון הפרעות לב 1, 2, 3, 4 מחלות דלקתיות וסכרת 5. התזונה המערבית נחשבת עניית n -3 חומצות שומן ולכן צריכת תוספי שמן דגים מומלצת לשפר את n -6 / n -3 איזון בתזונה של צרכן 1. למרות העלייה האחרונה צריך תוסף שמן דגים, נותרו שאלות בנוגע לבטיחות, אותנטיות, ואיכות של חלק מהמוצרים הללו. ניתוח ההלחנה המהיר ומדויק של תוספי שמן דגים הוא חיוני כדי להעריך את האיכות כראוי של מוצרים המסחריים אלה ולהבטיח בטיחות צרכן.
השיטות הנפוצות ביותר להערכת תוספת של שמן דגיםים הם גז כרומטוגרפיה (GC) ו אינפרא אדום ספקטרוסקופיה (IR). בעוד אלה הם מאוד שיטות רגישות, הם סובלים ממספר חסרונות 6. ניתוח GC הוא זמן רב (4-8 שעות) כי הפרדת derivatization של תרכובות פרט נדרש 7 ו חמצון שומנים עלול להתרחש במהלך הניתוח 8, 9. בעוד ספקטרוסקופיה IR יכול להיות כמותי, מודל חיזוי נדרש לבנות באמצעות רגרסיה ריבועים לפחות חלקית (PLSR), אם כי יש יוצאים מן הכלל שבהם להקות IR ניתן לייחס יחיד במתחם 10. PLSR דורש ניתוח של מספר גדול של דגימות, אשר מגדיל את זמן הניתוח 11. מסיבה זו, יש עניין גובר בפיתוח מתודולוגיות אנליטיות חדשות המאפשרות ניתוח מדויק ומהיר של מספר גדול של דגימות שמן דגים. ארגונים כגון OffiCE של תוספי תזונה (ODS) במכונים הלאומיים לבריאות (NIH) לבין מינהל המזון והתרופות (FDA) שיתפו פעולה עם איגוד הרשמי אנליטית כימאים (AOAC) לפתח שיטות חדשות אלה 12, 13.
אחת השיטות אנליטי המבטיחות ביותר עבור ההקרנה ואת ההערכה של מטריצות מרובות רכיבים, כגון תוספי תזונה, הוא תהודה מגנטית גרעינית (NMR) ספקטרוסקופיה 14, 15. יש NMR ספקטרוסקופיה מספר יתרונות: היא טכניקה שאינה הרסנית וכמותיים, זה דורש מינימאלי ללא הכנת מדגם, וזה מאופיין דיוק שחזור מצוין. בנוסף, ספקטרוסקופיה NMR היא מתודולוגיה ידידותית לסביבה משום שהיא מנצלת כמויות קטנות בלבד של ממסים. החיסרון העיקרי של ספקטרוסקופיה NMR הוא רגישות נמוכה יחסית לעומת analyti אחריםשיטות קאל, לעומת זאת, התקדמות טכנולוגית אחרונה מכשור כגון שדות מגנטיים חזקים, בדיקות קריוגני של קטרים שונים, עיבוד נתונים מתקדם, ואת רצפים וטכניקות דופקים תכליתיים הגבירו את הרגישות עד בטווח ננומטר. בעוד מכשור NMR הוא עלות גבוהה, את החיים הארוכים של ספקטרומטרים תמ"ג לבין יישומים הרבים של התמ"ג להקטין את העלות של הניתוח בטווח הארוך. פרוטוקול וידאו מפורט זה נועד לעזור למתרגלים חדשים בתחום להימנע ממלכודות הקשורים 1 H ו- 13 ניתוח ספקטרוסקופיות C התמ"ג של תוספי שמן דגים.
Protocol
Representative Results
Discussion
שינויים ואסטרטגיות לפתרון בעיות
איכות ספקטרלי. Linewidth של אות NMR ובכך ההחלטה של ספקטרום התמ"ג תלוי מאוד shimming, שהוא תהליך של אופטימיזציה של הומוגניות של השדה המגנטי. עבור ניתוח שיגרתי, shimming 1D הוא נאות ו shimming 3D אינו נדרש, ב…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מזונות עבור Theme הבריאות דיסקברי באוניברסיטה אוהיו ואת מחלקת מזון למדע וטכנולוגיה באוניברסיטת אוהיו. המחברים מבקשים להודות מתקן NMR באוניברסיטה אוהיו ואת המתקן NMR באוניברסיטת פן סטייט.
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).
