Massaspectrometriebeeldvorming (MS-beeldvorming) biedt zeer nauwkeurige informatie over de ruimtelijke verdeling van stoffen in veel gebieden. Onderzoekers van de Universiteit van Bayreuth presenteren nu voorbeeldige nieuwe toepassingen in voedselanalyse in het tijdschrift Food Chemistry . Ze zijn er voor het eerst in geslaagd om een ​​additief in zuivelproducten en een productiegerelateerde verontreiniging in gebak zichtbaar te maken. In fruit, groenten en vleesproducten zijn bijzondere ingrediënten te vinden die de voedselkwaliteit beïnvloeden. De studie, die werd uitgevoerd in samenwerking met de Beierse Gezondheids- en Voedselveiligheidsautoriteit (LGL), toont het grote potentieel van deze methode aan, niet in de laatste plaats op het gebied van consumentenbescherming.

Natamycine in kaas

Om kaaswielen of rookworsten te beschermen tegen schimmelaantasting, worden de oppervlakken vaak behandeld met het fungicide natamycine. Een EU-verordening stelt hiervoor een limiet van één milligram per vierkante decimeter en schrijft ook voor dat natamycine niet dieper dan vijf millimeter in een behandeld kaaswiel mag doordringen. Deze penetratiediepte kan echter niet in detail worden beschreven met behulp van de tot nu toe gebruikelijke voedselanalysemethoden, maar het Bayreuth-onderzoeksteam onder leiding van Prof. Dr. Andreas Römpp heeft MS-beeldvorming voor het eerst kunnen laten zien waar en in wat hoeveelheden komt het fungicide voor in verschillende soorten Gouda.

De penetratie van de natamycinemoleculen kan worden gevolgd vanaf de korst tot aan de binnenkant van het kaaswiel. De wetenschappers werkten bij deze onderzoeken samen met de Beierse Gezondheids- en Voedselveiligheidsautoriteit (LGL). Op basis van de verkregen resultaten hebben ze methodologische normen ontwikkeld voor de identificatie van natamycine in kaas. "Voortbouwend op deze nieuw ontwikkelde MS-beeldvormingsbenadering, is het misschien mogelijk om de blootstelling van consumenten aan conserveermiddelen in de toekomst te verminderen", zegt prof. Römpp, voorzitter van bioanalytische wetenschappen en voedselanalyse aan de universiteit van Bayreuth.

Acrylamide in peperkoek

Een EU-verordening stelt ook limieten voor de aanwezigheid van acrylamide in voedsel. Het is een kankerbevorderende stof die wordt gevormd uit suiker en asparagine - een aminozuur - bij een lage luchtvochtigheid en temperaturen boven de 120 graden Celsius. Een in Bayreuth, Duitsland ontwikkelde methode, gebaseerd op MS-beeldvorming, visualiseert de verdeling van acrylamide in traditionele Duitse peperkoek. "Om dit te doen, moesten we de peperkoekmonsters afkoelen tot minder dan min 60 graden Celsius en vervolgens een elektrische microzaag gebruiken om peperkoekplakken van twee millimeter dikte te produceren. Alleen zo konden we zeer kleine hoeveelheden acrylamide detecteren", meldt Prof. Römpp.

Studies van kalfsworstjes

De nieuwe studie toont ook aan dat MS-beeldvorming even geschikt is voor analyses van verwerkte vleesproducten. In kalfsworsten worden wateroplosbare en vetoplosbare componenten zichtbaar, zodat vetarme en vetrijke gebieden duidelijk te onderscheiden zijn. Evenzo wordt zichtbaar waar stoffen van plantaardige oorsprong worden aangetroffen die afkomstig zijn van bijgemengde kruiden. "MS-beeldvorming maakt het echter niet alleen mogelijk om ingrediënten in vleesproducten te lokaliseren, maar helpt bijvoorbeeld ook bij onderzoek naar 'plakkerig vlees' of zogenaamde hydrolysaatadditieven, die verondersteld worden een hogere kwaliteit te veinzen wanneer ze niet worden aangegeven op de verpakking. Het zou daarom nuttig kunnen zijn om consumentenbedrog in vleesproducten op te sporen en de consument ook in dit opzicht beter te beschermen", zegt prof. Römpp.

Kiwi's en wortelen

Het toepassingspotentieel op het gebied van groenten en fruit wordt aangetoond door studies over kiwi's en wortelen. De "minikiwi" (Actinidia arguta) is niet alleen zoet, maar bevat ook tal van gezondheidsbevorderende bioactieve ingrediënten. Met behulp van monsterschijfjes van slechts enkele honderdsten millimeters dik en afgekoeld tot min 40 graden, visualiseerden de bioanalisten van Bayreuth de verdeling van verschillende stoffen in de huid en het vlees:suikermoleculen (disacchariden), antioxidant polyfenol en een vet (lipide) kenmerk van kiwi's. In wortelen werden op hun beurt moleculen van bètacaroteen, een voorloper van vitamine A, gedetecteerd. Daarnaast was het ook mogelijk om de ruimtelijke verdeling en typische moleculaire structuren te identificeren van verschillende kleurstoffen (anthocyanines) die wortelen een oranje, gele of violette kleur geven.

Een analysemethode zonder kleurstoffen

"Ons onderzoek maakt duidelijk dat MS-beeldvorming een waardevolle aanvulling is op reeds gevestigde voedselanalysemethoden:het biedt nieuwe inzichten in de ruimtelijke verdeling en relatieve verhoudingen van ingrediënten. Het heeft het grote voordeel dat de moleculen van de ingrediënten niet gelabeld met kleurstoffen of andere etiketteringsmethoden.Aan de Universiteit van Bayreuth - binnen de nieuw opgerichte Faculteit VII of Life Sciences:Food, Nutrition and Health - zullen we in de toekomst blijven werken aan het verfijnen van de analytische mogelijkheden van beeldvormende massaspectrometrie, door deze te combineren with other food analysis tools, and applying it to ingredients not previously studied. In this way, we at the University of Bayreuth can make important contributions to consumer protection," says Prof. Römpp.

On imaging mass spectrometry (MS)

MS differs from other analytical methods such as UV, fluorescence, infrared or nuclear magnetic resonance spectroscopy in that it is not dependent on particular properties of the molecules and atoms—i.e. neither on light absorption or fluorescence nor on nuclear spin, the angular momentum of an atomic nucleus around its center of gravity. If two molecules or atoms differ in mass, this difference can be made visible by mass spectrometry. In this respect, a mass spectrometer is similar to a scale for atoms and molecules—the only difference being that it is several million times more accurate and sensitive than any kitchen scale.

Before any mass spectrometric analysis, it is necessary to ionize the molecules of the substances to be identified, so that charged particles are created. This is because only charged particles can be deflected and accelerated by the magnetic and electric fields used in the mass spectrometer. One ionization method that is also used at the Chair of Bioanalytics and Food Analysis at the University of Bayreuth is the matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI). Here, a matrix substance is placed on the sample and then irradiated with a laser. Imaging mass spectrometry (MS imaging) combines information about molecules obtained from MS with spatial information:by scanning a sample surface and irradiating a different spot on the sample each time, pixel by pixel, a mass spectrum can be recorded for each point that the laser has hit. + Verder verkennen

Researchers develop a new peptide system for the targeted transport of molecules into living mammalian cells