NMR-spectroscopie als een robuust hulpmiddel voor de snelle evaluatie van het lipidenprofiel van visolie supplementen
Summary
Hierbij werd een hoge resolutie 1H en 13C kernmagnetische resonantie (NMR) spectroscopie gebruikt als een snel en betrouwbaar middel voor kwantitatieve en kwalitatieve analyse van ingekapselde visolie supplementen.
Abstract
De westerse dieet is slecht in n -3 vetzuren, dus de consumptie van visolie supplementen wordt aanbevolen om de inname van deze essentiële voedingsstoffen te verhogen. Het doel van deze werkzaamheden is de kwalitatieve en kwantitatieve analyse van ingekapselde visoliesupplementen aantonen met behulp van hoge resolutie 1H en 13C NMR spectroscopie NMR gebruikmaking van twee verschillende instrumenten; een 500 MHz en een 850 MHz instrument. Zowel proton (1H) en koolstof (13C) NMR-spectra kunnen worden gebruikt voor de kwantitatieve bepaling van de hoofdbestanddelen van visoliesupplementen. Kwantificering van de lipiden in visoliesupplementen wordt verkregen door integratie van de geschikte NMR-signalen in het betrokken 1D spectra. Resultaten verkregen met 1H en 13C NMR komen goed overeen met elkaar, ondanks het verschil in resolutie en gevoeligheid tussen de twee kernen en de twee instrumenten. 1H NMR biedensa snellere analyse vergeleken met 13C NMR, omdat het spectrum kan worden opgenomen in minder dan 1 minuut, in tegenstelling tot 13C NMR-analyse, die duurt 10 minuten tot een uur. Het 13C NMR spectrum echter veel meer informatief. Het kan kwantitatieve gegevens voor een groter aantal individuele vetzuren en kunnen worden gebruikt voor het bepalen van de positie verdeling van vetzuren op de glycerol hoofdketen. Beide kernen kan kwantitatieve informatie in slechts een experiment zonder de noodzaak van zuivering of scheiding stappen. De sterkte van het magneetveld voornamelijk invloed op de 1H NMR spectra vanwege de lagere resolutie bij 13 C NMR echter ook goedkopere NMR instrumenten efficiënt worden toegepast als standaardmethode door de voedingsindustrie en kwaliteitscontrolelaboratoria.
Introduction
De consumptie van n -3-vetzuren in het dieet gebleken gunstig tegen verschillende omstandigheden zoals hartstoornissen 1, 2, 3, 4 ontstekingsziekten en diabetes 5. De Westerse dieet is in n -3 vetzuren slecht beschouwd en daarmee de consumptie van visolie supplementen wordt aanbevolen om de n te verbeteren -6 / n -3 balans in de voeding van de consument 1. Ondanks de recente stijging van visolie supplement consumptie, vragen blijven over de veiligheid, authenticiteit en kwaliteit van sommige van deze producten. De snelle en nauwkeurige analyse van de samenstelling van visolie supplementen is essentieel voor de kwaliteit van deze commerciële producten goed te kunnen beoordelen en te zorgen voor de veiligheid van de consument.
De meest voorkomende methoden voor de beoordeling van visolie supplements zijn gaschromatografie (GC) en infraroodspectroscopie (IR). Hoewel deze zijn zeer gevoelige methoden, ze lijden aan verschillende nadelen 6. GC-analyse is tijdrovend (4-8 h), omdat scheiding en derivatisering verschillende verbindingen vereist 7 en lipide oxidatie kan optreden tijdens de analyse 8, 9. Terwijl IR spectroscopie kwantitatief kan worden, wordt een voorspellingsmodel moeten worden geconstrueerd met gebruikmaking partiële kleinste kwadraten regressie (PLSR), hoewel er uitzonderingen waarbij Infraroodbanden kan worden toegeschreven aan een enkele verbinding 10. PLSR vereist de analyse van een groot aantal monsters, die het tijdstip van de analyse 11 toeneemt. Om deze reden is er een toenemende belangstelling voor de ontwikkeling van nieuwe analytische methoden die nauwkeurige en snelle analyse van een groot aantal van visolie monsters mogelijk te maken. Organisaties zoals de Office van voedingssupplementen (ODS) aan de National Institutes of Health (NIH) en de Food and Drug Administration (FDA) hebben samengewerkt met de Association of Official Analytical Chemists (AOAC) om deze nieuwe methoden 12, 13 te ontwikkelen.
Een van de meest veelbelovende analysemethoden voor het screenen en evalueren van meerdere componenten matrices, zoals voedingssupplementen, is kernspinresonantie (NMR) spectroscopie 14, 15. NMR spectroscopie heeft een aantal voordelen: het is een niet-destructieve en kwantitatieve techniek vereist minimale tot geen monstervoorbereiding en wordt gekenmerkt door uitstekende nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid. Bovendien NMR spectroscopie is een milieuvriendelijke methode omdat het gebruik maakt van slechts kleine hoeveelheden oplosmiddelen. Het belangrijkste nadeel van NMR-spectroscopie is de relatief lage gevoeligheid in vergelijking met andere analytical methoden zijn echter recente technologische vooruitgang in instrumentatie zoals sterkere magneetvelden, cryogene probes met verschillende diameters, geavanceerde gegevensverwerking en veelzijdige pulssequenties en technieken de gevoeligheid verhoogd tot het nM traject. Terwijl NMR instrumentatie is hoge kosten, de lange levensduur van NMR spectrometers en de vele toepassingen van NMR lager de kosten van de analyse op de lange termijn. Deze gedetailleerde video protocol is bedoeld om nieuwe mensen in het veld voorkomen valkuilen geassocieerd met 1H en 13C NMR spectroscopische analyse van visoliesupplementen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wijzigingen en strategieën voor het oplossen
Spectral kwaliteit. De lijnbreedte van het NMR-signaal en derhalve de resolutie van het NMR-spectrum is sterk afhankelijk van vulplaten, die een werkwijze voor het optimaliseren van de homogeniteit van het magneetveld. Voor routinematige analyse 1D shimming is voldoende en een 3D-shimming is niet vereist, aangezien zij worden uitgevoerd door personeel NMR regelmatig. Indien dit niet het geval is, moet een 3D shimming worden voorafga…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de Foods for Health Discovery thema aan de Ohio State University en het Department of Food Science and Technology aan de Ohio State University. De auteurs willen graag de NMR faciliteit aan de Ohio State University en de NMR faciliteit aan de Penn State University bedanken.
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).
