Spettroscopia NMR come uno strumento robusto per la rapida valutazione del profilo lipidico di olio di pesce integratori
Summary
Qui, la spettroscopia ad alta risoluzione 1 H e 13 C Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) è stato utilizzato come strumento di rapida e affidabile per l'analisi quantitativa e qualitativa dei supplementi di olio di pesce incapsulati.
Abstract
La dieta occidentale è povera di acidi grassi n -3, pertanto si raccomanda il consumo di supplementi di olio di pesce per aumentare l'apporto di questi nutrienti essenziali. L'obiettivo di questo lavoro è quello di dimostrare l'analisi qualitativa e quantitativa di olio di pesce incapsulato utilizzando ad alta risoluzione 1 H e 13 C NMR utilizzando due diversi strumenti NMR; 500 MHz e uno strumento 850 MHz. Sia protone (1 H) e carbonio (13 C) spettri NMR possono essere utilizzati per la determinazione quantitativa dei principali costituenti degli integratori di olio di pesce. Quantificazione dei lipidi negli integratori di olio di pesce è ottenuta attraverso l'integrazione dei segnali NMR appropriate nel relativi spettri 1D. Risultati ottenuti da 1 H e 13 C NMR sono in buon accordo con l'altro, nonostante la differenza di risoluzione e sensibilità tra i due nuclei e due strumenti. Offerta 1H NMRsa un'analisi più rapida rispetto a 13 C NMR, lo spettro può essere registrato in meno di 1 minuto, a differenza di analisi 13 C NMR, che dura da 10 minuti a un'ora. Lo spettro NMR 13 C, tuttavia, è molto più informativo. Può fornire dati quantitativi per un maggior numero di singoli acidi grassi e può essere utilizzato per determinare la distribuzione posizionale degli acidi grassi sullo scheletro di glicerolo. Entrambi i nuclei possono fornire informazioni quantitative in un esperimento senza la necessità di purificazione o separazione gradini. La forza del campo magnetico colpisce soprattutto l'spettri NMR 1 H a causa della sua bassa risoluzione rispetto a 13 C NMR, tuttavia, strumenti NMR costo ancora più basso possono essere efficacemente applicato come un metodo standard dai laboratori dell'industria alimentare e controllo qualità.
Introduction
Il consumo di acidi grassi n -3 nella dieta ha dimostrato di essere utile contro diverse condizioni quali disturbi cardiaci 1, 2, 3, 4 e malattie infiammatorie diabete 5. La dieta occidentale è considerato povero di n -3 acidi grassi e quindi si raccomanda il consumo di integratori di olio di pesce per migliorare la n -6 / -3 n equilibrio nella nutrizione del consumatore 1. Nonostante il recente aumento del consumo di pesce supplemento di olio, le domande rimangono circa la sicurezza, l'autenticità e la qualità di alcuni di questi prodotti. L'analisi rapida ed accurata compositiva di supplementi di olio di pesce è essenziale per valutare correttamente la qualità di questi prodotti commerciali e garantire la sicurezza dei consumatori.
Le metodologie più comuni per la valutazione del supplemento di olio di pesces sono gascromatografia (GC) e la spettroscopia a infrarossi (IR). Mentre questi sono metodi altamente sensibili, soffrono di diversi inconvenienti 6. Analisi GC richiede molto tempo (4-8 h) per la separazione e derivatizzazione dei singoli composti è richiesto 7 e l'ossidazione dei lipidi possono verificarsi durante l'analisi 8, 9. Mentre la spettroscopia IR può essere quantitativa, un modello di previsione è richiesta per essere costruito usando parziale minimi quadrati regressione (PLSR), anche se ci sono eccezioni in cui bande IR possono essere attribuiti ad un singolo composto 10. PLSR richiede l'analisi di un gran numero di campioni, che aumenta il tempo di analisi 11. Per questo motivo, v'è un crescente interesse per lo sviluppo di nuove metodologie analitiche che permettono l'analisi precisa e veloce di un gran numero di campioni di olio di pesce. Organizzazioni come l'Office di integratori alimentari (ODS) presso il National Institutes of Health (NIH) e la Food and Drug Administration (FDA) hanno collaborato con l'Associazione dei chimici analitici ufficiali (AOAC) per sviluppare questi nuovi metodi 12, 13.
Uno dei metodi analitici più promettenti per lo screening e la valutazione di matrici a più componenti, come integratori alimentari, è Nucleare spettroscopia a risonanza magnetica (RMN) 14, 15. spettroscopia NMR ha diversi vantaggi: è una tecnica non distruttiva e quantitativa, richiede minima o nessuna preparazione del campione, ed è caratterizzato da un'eccellente precisione e riproducibilità. Inoltre, la spettroscopia NMR è una metodologia ecologico perché utilizza solo piccole quantità di solventi. Lo svantaggio principale della spettroscopia NMR è la sua sensibilità relativamente bassa rispetto ad altri analytiMetodi cal, tuttavia, i recenti progressi tecnologici nella strumentazione quali campi magnetici forti, sonde criogeniche di vari diametri, elaborazione dati avanzata e sequenze di impulsi versatili e tecniche hanno aumentato la sensibilità fino alla gamma nM. Mentre strumentazione NMR è alto costo, la lunga durata di spettrometri NMR e le molte applicazioni di NMR abbassare il costo delle analisi a lungo termine. Questo protocollo video dettagliato ha lo scopo di aiutare i nuovi operatori del settore evitare insidie associati con 1 H e 13 C NMR analisi spettroscopica di supplementi di olio di pesce.
Protocol
Representative Results
Discussion
Modifiche e strategie per la risoluzione
Qualità spettrale. La larghezza di riga del segnale NMR e quindi la risoluzione dello spettro NMR è fortemente dipendente spessoramento, che è un processo per l'ottimizzazione della omogeneità del campo magnetico. Per le analisi di routine, 1D spessoramento è adeguata e non è necessario uno spessoramento 3D, dato che essa è stata eseguita da personale NMR su base regolare. Se questo non è il caso, una spessoramento 3D deve es…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dagli alimenti per la salute Discovery tema presso l'Ohio State University e il Dipartimento di Scienze e Tecnologie Alimentari presso l'Ohio State University. Gli autori desiderano ringraziare l'impianto NMR presso l'Ohio State University e l'impianto NMR alla Penn State University.
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).
