NMR-Metabolomische Messungen an Bier und Obstsäften und deren Multivariate Analyse
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ABSTRACT:
NMR wurde bisher hauptsächlich zur Struktur-Analyse von Einzelverbindungen verwendet. In den letzten Jahren ist jedoch insbesondere die Gemischanalytik mittels NMR immer stärker in den Vordergrund getreten. Dies wurde möglich durch den Einsatz von Hochdurchsatzsystemen bei gleichzeitiger Steigerung der NMR-Empfindlichkeit. Die Analyse von Bioflüssigkeiten im medizinischdiagnostischen Bereich hat hier besondere Bedeutung erlangt. So lassen sich zum Beispiel aus NMR-Protonen-Spektren Rückschlüsse auf die Toxizität von neuen Arzneimitteln ziehen. Eine kommerzialisierte Anwendung ist z.B. die Auswertung
der Protonen Spektren von humanen Plasmaproben zur Herzinfarktrisikoabschätzung.
Im Lebensmittelbereich ergeben sich gleichartige Anwendungen in der Analytik von Säften, alkoholischen Getränken und Extrakten. Hierbei kommt vor allem die Flow-Injection NMR zum Einsatz, bei der die Proben mittels eines Liquidhandlers einer Durchflußzelle zugeführt werden.
Die Messzeiten betragen von <1 Minute bis einige Minuten, was einen Probendurchsatz von mehreren hundert, im optimalen Falle sogar weit über 1000 Proben pro Tag erlaubt. Statistische Auswertungen erlauben die schnelle und automatische Analyse der gewonnenen Daten.
Die enorme Informationsfülle der Protonenspektren wird dabei auf unterschiedliche Weise ausgewertet:
A.) Mit Hilfe des AMIX-Statistik Tools werden die Spektren in bestimmten Bereichen bucketiert, wobei auch ein variables Bucketing zur Verfügungsteht. Abhängig von der Bucketierung erhält man mit Hilfe der PCA verschiedene Zuordnungen, z.B. können Orangensäfte aus Konzentrat und
direkt gepresste Säfte unterschieden werden, mit anderer Bucketierung kann aus den gleichen Spektren auf die geografische Herkunft der Säfte ( oder landesübliche Technologie ) geschlossen werden. Diese problemspezifischen
Bucketierungsgrenzen können als Pattern abgespeichert und auf neue Proben angewendet werden. Die Auswertung aller solcher Patterns kann dann simultan und automatisch erfolgen. Eine Probe, die bei diesem Screening Verfahren aus dem normalen Verteilungsbereich fällt, kann mit weiterführenden NMR-Experimenten genauer untersucht werden oder aber auch der klassischen Lebensmittelanalyse
zugeführt werden.
B.) Mit Hilfe der PLS können die Protonenspektren auch quantitativ ausgewertet werden, wobei der zu bestimmende Parameter nicht unbedingt ein klar definiertes Molekül zu sein braucht. Die Alkoholbestimmung bei Bieren wäre
die Anwendung der PLS auf ein Einzelmolekül in der Mischung, die Bestimmung der Stammwürze im Bier mit Hilfe der PLS ein Beispiel für den Gesamtinformationsgehalt der Protonenspekten.
C.) Erkennung von einzelnen Metaboliten in der Getränke-Matrix mit Hilfe der AMIX Datenbank und eventuell deren Quantifizierung aus dem Gemisch mit Hilfe z.B. der multiplen Integration.
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