用石墨炭黑纳米颗粒数字化食品质量

在ACS Applied Nano Materials杂志上发表的本工作中，石墨炭黑基激光解吸电离-质谱（GCBLDI-MS）被报道为一种表面辅助LDI-MS技术之一。在这里，可以以简单的方式检测化合物的味道和气味。

研究：使用石墨炭黑纳米颗粒进行激光解吸电离- 质谱分析，用于同时检测味道和气味活性化合物。图片来源：nadianb/Shutterstock.com

人类对食物味道和气味的识别对于食品风味质量的分析，定量评估和数字化是必要的。

目前化学成分评估技术，如液相色谱法或气相色谱法与质谱法的耦合，需要繁琐的样品制备方法，这可能导致食品的精确风味的损失。

一种称为基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）的技术通常用于通过紫外激光照射目标板来检测化学分子。

这种技术的缺点是在检测低质量范围时会出现掩蔽噪声。

具有低热容和高导电性的纳米结构材料提供了另一种称为表面辅助LDI（SALDI）-MS的技术，该技术克服了MALDI-MS的缺点。

本工作报告石墨炭黑（GCB）作为SALDI-MS的纳米结构。GCB是由多层碳原子片组成的纳米颗粒，这些碳原子片以sp连接²杂交。

据报道，GCB具有低热容量，高导电性，并具有吸附多种化合物的特性。GCB的这些特性在SALDI-MS中用于同时检测味道和气味，为风味扫描提供了平台。

与其他MALDI-MS相比，GCBLDI-MS在检测低分子量时表现出更低的噪声信号。

通过纳米结构GCBLDI-MS检测挥发性化合物

GCB纳米颗粒的电离平台用于负模式和正模式。

GCBLDI-MS检测到在阳性和阴性模式下测试的所有类型的挥发性化合物，但阴性模式下的乙酯除外。

通过碳基基质检测挥发性化合物是这项工作的新颖之处，因为以前的报告仅限于非挥发性化合物。

研究结果表明，GCBLDI-MS检测碳化合物时，检测到的离子强度随每个官能团碳数的减少而降低。

检测所需的每个碳官能团的最小碳数为乙酯和醇的C12，羧酸的C10和醛的C14，均在7.44 *10的不同蒸气压值下^-3, 2.09 * 10^-3, 3.55 * 10^-3和 6.39 * 10^-3托尔，分别。

此外，挥发性化合物在GCB上的吸附是通过非相互作用的范德华分子间力。

GCBLDI-MS中的电离过程

整个电离过程，J_我，可以分为两个因素，J_v，解吸速率和I，分子的电离效率和式表示，J_我= IJ_v.

电离效率I与质子亲和力或气相酸度有关。另外J_v与解吸或汽化速率相关。

通常，对于解吸，将LDI离子置于真空中以解吸分析物。

GCBLDI-MS的优势

与先前报道的LDI-MS方法相比，GCBLDI-MS更好，因为它快速而简单。它提供样品的直接分析，无需任何样品制备。

该方法对于直接检测处于挥发性状态的化合物非常有益，而其他方法则需要各种间歇性的样品制备步骤。

据报道，风味化学品的蒸气压小于~7.44*10^-3Torr可以通过GCBLDI-MS检测到。

这项工作表明，GCBLDI-MS可以在不需要样品纯化的情况下检测化合物的味道和气味。

GCBLDI-MS成功检测非挥发性氨基酸和挥发性乙酯，脂肪酸，醇和醛。

GCBLDI-MS的未来展望

高挥发性化学物质的检测可以通过GCB的进一步表面改性或通过可以改善化学吸附的薄膜涂层来实现。

当与捕获离子淌度光谱仪等先进技术结合使用时，GCBLDI-MS的性能可以进一步增强，再加上飞行时间质谱（TIMS-TOF-MS）。

这可以提高GCBLDI-MS的分辨率，并有助于检测食品的复杂味道和气味成分;此外，对异构体的歧视也有可能。

因此，这项工作报告了一种新颖的GCBLDI-MS工艺，用于即时测定食品的味道和气味，以实现食品质量的数字化。此外，还可以对食品的适口性进行评估。

参考

Tanaka, M., Arima, K., Takeshita, T., Kunitake, Y., Ohno, N., Imamura, M., and Matsui. T., (2022) Laser Desorption Ionization-Mass Spectroscopy with Graphite Carbon Black Nanoparticles for Simultaneous Detection of Taste and Odor-Active Compounds, ACS Applied Nano Materials. Available at: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c03890.