使得现场激光光谱学便携式食品安全测试

那些参与生产、加工和分配食物知道食品安全不是问题掉以轻心。有重要需要遵守的规定,确保符合食品安全水平的各种毒素和病原体。值得注意的是,食品中真菌毒素都受到严格的立法规定食品和药物管理局在美国,欧洲委员会在欧盟

真菌毒素对人类健康造成严重的危害

霉菌毒素是某些真菌菌株(如有毒次生代谢物。曲霉属真菌,青霉菌,镰刀霉),是特别危险的,因为他们被认为是致癌的¹和immune-suppressive。²真菌毒素是自然产生的,经常在许多农业生产环境,积累在食品和饲料对人类和动物健康构成重大威胁。

“有很多情况下玉米和小麦的生产期间,迫在眉睫的感兴趣的地方监视任何潜在的霉菌毒素污染,”鲍里斯Mizaikoff教授说,研究中心主任分析,分析化学,德国乌尔姆大学。“在收获之前,重要的是要确定真菌毒素“热点”在球场上避免传播和随后的污染整个收成。在存储、真菌增殖并可能影响存储所有的庄稼。”

另外,真菌毒素的存在可以导致重大经济损失食品经营者。³由于所有这些原因,重要的是,食品生产商和经销商定期测试他们的产品,并确保霉菌毒素水平在安全范围之内。检查这些毒素通常需要采取几个代表性样本给定的批处理,再将其传输认证实验室进行分析。这应该发生在供应链中的多个点,包括原材料商品收到时,在存储和港口的装船前——理想。然而,尽管经过多年的研究、快速现场霉菌毒素分析一直是食品工业中的一个问题。

霉菌毒素检测可以很复杂

一般情况下,霉菌毒素检测方法包括两个主要步骤:1)样本准备,和2)量化。样品准备组件需要广泛的预备步骤基于(多)提取和清理。例如,固相萃取(SPE)和immunoaffinity列(IAC)是最常用的。量化步骤通常包括chromatography-based方法包括高效液相色谱法(HPLC)、气相色谱(GC)结合各种探测器(如质谱)。

”这些,而精心制作的样品制备技术,通常需要一个先进的实验室设备,和高素质的人员,“Mizaikoff解释道。“因此,这种类型的测试仪器是相对昂贵的购买,操作,和维护,同时也相当不切实际的现场快速分析为目的的进口商,贸易商、以及食品和饲料公司。”

在某些情况下,商业筛查工具基于酶联免疫吸附测定(ELISA)代替更多的劳动密集型应用色谱方法。elisa已经成为常规工具在真菌毒素快速监控场景中,尤其是当筛选原材料。⁴然而,Mizaikoff补充说,“经常matrix-dependent ELISA的性能指标测试,因此可能高估了霉菌毒素水平。”

”,一个有效的便携式现场快速检测方法,可以建立新的程序,只有确诊携带样品,需要进一步分析“Mizaikoff进一步解释道。“我们的红外光谱分析仪对真菌毒素,称为MYCOSPEC,此功能,并能显著降低实验室分析开销。”

一个新的快速现场霉菌毒素检测的光谱分析技术

Mizaikoff在德国乌尔姆大学的研究小组,国家和国际的合作者一起开发了一种新的抽样程序,使用与衰减全反射红外光谱(IR-ATR),和一种新型薄膜波导技术,称为MIRa-Guide。⁵这个新的光谱技术可以用于分析霉菌毒素污染的食品,如玉米和小麦在欧盟的监管限制。MYCOSPEC分析仪和MIRa-Guide波导组合是专门针对优化IR-ATR分析激光光源,如量子级联激光器(预审)和带间的级联激光器(民),以及光参量振荡器(详细),和频率梳。

“QCL-based红外光谱的主要优点之一是,光谱分辨率不仅限于设备的尺寸,而非傅里叶变换红外光谱(IR)、分辨率取决于长度的路径移动的镜子干涉仪中的旅行,“Mizaikoff说。”同时,每波长明显更高的能量密度,从而提高信噪比(信噪比)”。

这方面MYCOSPEC技术是至关重要的,因为它允许Mizaikoff的团队构建一个红外分析仪系统,大大降低了尺寸。整个分析仪系统可以根据一张A4纸的大小或更小(即。手持),同时仍然维持高光谱分辨率、灵敏度和分子歧视。

图:原理图显示测量过程对固体商品,如玉米、小麦和花生。地面提取商品和一分钟的样本提取应用于波导表面。让溶剂蒸发后,光谱被记录。通过多元统计,即主成分分析(PCA)、样品分析和分配要高于欧盟的限制范围之内(污染)或低于限制(未被污染的)。改编自发表文章形象。^3、6

“实践的一个重要进步有用QCL-based红外光谱学是砷化镓/ AlGaAs薄膜波导结构的介绍我们的研究团队,“Mizaikoff补充道。“这些结构可以根据实现所需的灵敏度在一定红外波长政权,因此,一组特定分析物”。

MYCOSPEC的灵敏度可实现的方法由于结合量子级联激光器(目前可用的最先进的光源在中红外光谱政权)和单模波导薄膜。^3、4

使用薄膜波导有几个好处。“隐失场的分数来自波导表面,渗透到相邻的液体或固体样品可以定制对感兴趣的分析物仅仅通过改变波导的结构,”马库斯·西格尔博士解释道,MIRa-Guide技术的开发者之一。“这使得‘设计’所需的灵敏度和信噪比。另一个重要优点是波导芯片的大小;足够小,便于调查分钟样本数量和允许我们生产具有高度的可移植性,手持系统快速现场测试。”

在去年发表的一篇论文,Mizaikoff的团队表明,便携式MYCOSPEC技术能够区分受污染和未受污染的样品在欧盟监管限制,即使在污染水平低于质/ MS检测极限的参考方法。³

MYCOSPEC协作开发的技术

优胜者,也是论文的主要作者,指出,“污染的数量与未被污染的花生样品用于测试相当小,并且需要做进一步的研究来证实这些功能。“很可能的预测可靠性MYCOSPEC方法将提高越来越多的情况下都包含在参考数据集。

“样品与已知的真菌毒素水平可用于记录他们的红外特征,更好的分类模型和更可靠的预测,”西格尔补充道。“解决这个问题的一个方法是与主要大宗商品生产商和分销商合作开发一个数据库集中水平。”

分析食物样本使用MYCOSPEC是一个快速的过程。虽然技术不确定个人的真菌毒素,它快速分类样本受污染或未被污染的。这使得相关技术对用户的吸引力在食品和饲料的生产和制造链。”特别是在港口或其他import-related场景等待决定是昂贵的,快速的识别污染很多会立即收回MYCOSPEC分析仪的投资,“Mizaikoff说。

他的团队目前正在进一步降低装置的尺寸不牺牲性能指标和扩大其使用到其他应用程序,如临床bio-diagnostics。

1。有趣的美国楚,真菌毒素:食品污染,机制,Mutat致癌潜力和预防措施。Res.-Genet。托克斯。、1991、259、3 - 4、291 - 306。

2。,压力。,美国& Soleimany Jinap f .真菌毒素的定性和定量分析。压缩机。启食品科学。食物Saf。2009年,202 - 251。

3所示。Schmale三世,d . g .;Munkvold, g . p .作物的真菌毒素:人类和家畜健康的威胁。点。Phyto-Path。Soc》2018。

4所示。特纳:w;Subrahmanyam表示,美国;Piletsky, s分析方法测定真菌毒素:检查。肛交。詹。学报2009,632,168 - 180。

5。优胜者,m;科斯,g;Sulyok m;Godejohann m;Krska r;Mizaikoff B。为现场霉菌毒素分析,便携式红外激光光谱学。科学。众议员2017,44028。

6。优胜者,m;哈斯,j .;杰特,m;本,p;Godejohann m;Mizaikoff B。中红外光谱平台基于砷化镓/ AlGaAs薄膜波导和量子级联激光器肛门。2016年化学,88 (5),2558 - 2562。