ИДЕНТИФИКАЦИЯ И КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ НА ОСНОВЕ КОНТРОЛЯ ПРОТОТИПИЧЕСКИХ ПЕПТИДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА МОНИТОРИНГА ЗАДАННЫХ РЕАКЦИЙ

One of the main problems of modern production of meat products is the quality of raw meat, which depends on various factors including genetic components, conditions of transportation, production and processing. The most important components of meat are proteins, the total content, structure and functional state of which in this complex biological system with many interacting components is constantly changing. In order to study the interspecific and intraspecific features of meat proteins, their transformations in the process of maturation and processing requires modern analytical technologies based on the systematic approach to the analysis. Proteomics, as a methodology for studying proteins in a certain system and at a certain time, opens wide opportunities in this direction, allowing to identify and develop accurate analytical methods for searching biomarkers and identifying unfair practices. Given the high added value and multicomponent composition, finished meat products are among the most susceptible to adulteration. Current paper presents a technique of high-performance liquid chromatography with mass spectrometric detector (HPLC-MS) adapted for the detection and quantification of two different types of meat (beef and pork) in a complex biological matrix such as structureless minced meat. After the protein isolation and trypsin cleavage, species-specific peptide markers were selected for each animal species for the quantification. The technique was tested on model samples of a mixture of muscle tissue of the two species of animals. A good sensitivity was established with the possibility of quantitative determination of muscle tissue of each animal species using special calibration graphs. The developed technique can find wide application at the supervising organizations aimed at counteracting the discrepancies in the hidden replacement of types of meat by cheaper or low-grade raw materials.Keywords: Biomarker, prototypical peptides, HPLC-MS, species identification(Russian) DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2019.23.4.012D.V. Khvostov1, N.L. Vostrikova1, A.V. Zherdev2, E.A. Zvereva2, A.A. Kurzova1  1V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of Russian Academy of Sciences, 109316 Moscow, Russian Federation 2Federal State Institution «Federal Research Centre «Fundamentals of Biotechnology» of the Russian Academy of Sciences», Leninsky prospect, 33, build. 2, 119071 Moscow, Russian FederationОдной из основных проблем современного производства мясных продуктов является качество мясного сырья, которое зависит от разных факторов, включая генетические составляющие, условия транспортирования, производства и переработки. К наиболее значимым компонентам мяса относятся белки, общее содержание, структура и функциональное состояние которых в составе этой сложной биологической системы, с большим количеством взаимодействующих составляющих, постоянно изменяется. Для изучения межвидовых и внутривидовых особенностей белков мяса, трансформации их в процессе созревания и технологической обработки требуются современные аналитические технологии, основанные на системном подходе к анализу. Широкие возможности в этом направлении открывает протеомика, как методологии изучения белков в определенной системе и в определенное время, позволяющая идентифицировать и разрабатывать точные аналитические методы поиска биомаркеров и выявления недобросовестных практик. Учитывая высокую добавленную стоимость и многокомпонентность состава, готовые мясные продукты относятся к числу наиболее подверженных фальсификации. В работе представлена методика высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектором (ВЭЖХ-МС), адаптированная для обнаружения и количественного определения двух различных видов мяса (говядина и свинина) в сложной биологической матрице, такой как бесструктурные фарши. После выделения белков и расщепления их трипсином были выбраны видоспецифичные пептидные маркеры для каждого вида животного с целью количественного определения. Методика была апробирована на модельных образцах смеси мышечной ткани двух видов животных. Установлена хорошая чувствительность с возможностью количественного определения мышечной ткани каждого вида животного, при использовании специальных градуировочных графиков. Разработанная методика может найти широкое применение у контролирующих организаций, направленных на противодействие несоответствиям по скрытой замене видов мяса более дешевым или низкосортными сырьем.Ключевые слова: Биомаркер, прототипические пептиды, ВЭЖХ-МС, видовая идентификацияDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2019.23.4.01

Methodical approach for determination of the heterocyclic aromatic amines in meat products using HPLC–MS/MS

Heterocyclic aromatic amines (HAA) are formed in foods of animal origin during the Maillard reaction due to the high creatine and creatinine contents. HAA have carcinogenic and mutagenic effects. HAA content is not standardized in the Russian Federation and the Customs Union territory. However, in the EU countries, comprehensive monitoring studies are carried out on the HAA contents and effect on the human body. Due to constant expansion of the list of controlled contaminants in food products, analytical laboratories need to develop methods for determining HAA in food items. As a result of the research, a method for HAA determination was developed using high-performance liquid chromatography with mass spectrometry in the mode of specified reaction monitoring. Comparative tests of the two methods for sample preparation were carried out. The advantages and disadvantages of sample preparation approaches were substantiated. The existing SPE conditions were optimized, which made it possible to concentrate trace amounts of MeIQx and PhIP and to dispose of substances suppressing analyte ionization. The estimation of method accuracy and specificity was carried out. The degree of ionization suppression by the matrix for MeIQx and PhIP analytes was determined. The degree of HAA extraction was empirically established. For biological samples of animal origin, it was up to 90.9% for MeIQx and up to 89.4% for PhIP. It is shown that, in accordance with the developed methodology, HAA may be determined with an accuracy of 96.15 to 98.4% at the levels of 5 to 20 ng/g. The limit of quantification of the target substances was 3 ng/g

Исследования содержания оптических изомеров аминокислот в пищевых продуктах

Food products undergo a wide range of chemical changes during their processing and storage. As a result of such reactions, both new chemical compounds and optical isomerization of compounds already present in the composition can be formed. The second case concerns the formation of D-enantiomers of amino acids from their L-forms. D-forms of amino acids not only have no biological value for the body, but also often have a negative effect on the human body due to the impossibility of metabolizing them and, as a consequence, their accumulation in the body. The aim of the work was to study the quantitative content of D-isomers of amino acids in milk that passed the ultra-pasteurization process and dairy products based on bacterial starter culture. The research results showed that in both cases of the considered technological methods, amino acid isomerization occurs. The highest degree of isomerization was observed in kefir samples relative to other samples. However, from the results obtained, it is not possible to estimate which amino acid is most susceptible to the racemization process, since different samples contained different D-isomers of amino acids. The smallest amount of D-isomers is found in milk that has not undergone any industrial processing. Studies have shown that technological processing of milk inevitably leads to the formation of D-isomers of amino acids, and this, in turn, at least reduces the nutritional and biological value of the product, which makes it necessary to conduct deeper studies in this direction to establish the most important factors in the process of racemization of amino acids in food products.Пищевая продукция претерпевает большой спектр химических изменений в процессе ее технологической        обработки и хранения. В результате таких реакций могут образовываться как новые химические соединения, так и оптическая изомеризация уже присутствующих в составе соединений. Ко второму случаю относится образование D-энантиомеров аминокислот из их L-форм. D-формы аминокислот не только не обладают биологической ценностью для организма, но и зачастую оказывают негативное влияние на человеческий организм из-за невозможности их метаболизировать и, как следствие, их накопления в организме. Целью работы было исследование количественного содержание D-изомеров аминокислот в молоке прошедшем процессы ультрапастеризации и молочных продуктах на бактериальной закваски. Результаты исследований показали, что в обоих случаях рассмотренных технологических приемов происходит изомеризация аминокислот. Наибольшая степень изомеризации отмечена в образцах кефира относительно других образцов. Однако из полученных результатов нет возможности оценить, какая аминокислота в наибольшей степени подвержена процессу рацемизации, т. к. разные образцы содержали разные D-изомеры аминокислот. Наименьшее количество D-изомеров обнаружено в молоке, которое не подвергалось никаким промышленным технологическим обработкам. Исследования показали, что технологическая обработка молока неминуемо приводит к образованию D-изомеров аминокислот, а это в свою очередь как минимум снижает пищевую и биологическую ценность продукта, что делает необходимым более глубокие исследования в данном направлении для установления наиболее важных факторов процесса рацемизации аминокислот пищевых продуктов

Quantitative identifi cation of muscular tissue by the means of protototic peptides using the multiple reaction monitoring method

Submitted 19 July 2019, received in revised form 21 November 2019Поступила в редакцию 19 июля 2019 г., после исправления 21 ноября 2019 г.One of the main problems of modern production of meat products is the quality of raw meat, which depends on various factors including genetic components, conditions of transportation, production and processing. The most important components of meat are proteins, the total content, structure and functional state of which in this complex biological system with many interacting components is constantly changing. In order to study the interspecific and intraspecific features of meat proteins, their transformations in the process of maturation and processing requires modern analytical technologies based on the systematic approach to the analysis. Proteomics, as a methodology for studying proteins in a certain system and at a certain time, opens wide opportunities in this direction, allowing to identify and develop accurate analytical methods for searching biomarkers and identifying unfair practices. Given the high added value and multicomponent composition, finished meat products are among the most susceptible to adulteration. Current paper presents a technique of high-performance liquid chromatography with mass spectrometric detector (HPLC-MS) adapted for the detection and quantification of two different types of meat (beef and pork) in a complex biological matrix such as structureless minced meat. After the protein isolation and trypsin cleavage, species-specific peptide markers were selected for each animal species for the quantification. The technique was tested on model samples of a mixture of muscle tissue of the two species of animals. A good sensitivity was established with the possibility of quantitative determination of muscle tissue of each animal species using special calibration graphs. The developed technique can find wide application at the supervising organizations aimed at counteracting the discrepancies in the hidden replacement of types of meat by cheaper or low-grade raw materials.Одной из основных проблем современного производства мясных продуктов является качество мясного сырья, которое зависит от разных факторов, включая генетические составляющие, условия транспортирования, производства и переработки. К наиболее значимым компонентам мяса относятся белки, общее содержание, структура и функциональное состояние которых в составе этой сложной биологической системы, с большим количеством взаимодействующих составляющих, постоянно изменяется. Для изучения межвидовых и внутривидовых особенностей белков мяса, трансформации их в процессе созревания и технологической обработки требуются современные аналитические технологии, основанные на системном подходе к анализу. Широкие возможности в этом направлении открывает протеомика, как методологии изучения белков в определенной системе и в определенное время, позволяющая идентифицировать и разрабатывать точные аналитические методы поиска биомаркеров и выявления недобросовестных практик. Учитывая высокую добав­ленную стоимость и многокомпонентность состава, готовые мясные продукты относятся к числу наиболее подверженных фальсификации. В работе представлена методика высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектором (ВЭЖХ-МС), адаптированная для обнаружения и количественного определения двух различных видов мяса (говядина и свинина) в сложной биологической матрице, такой как бесструктурные фарши. После выделения белков и расщепления их трипсином были выбраны видоспецифичные пептидные маркеры для каждого вида животного с целью количественного определения. Методика была апробирована на модельных образцах смеси мышечной ткани двух видов животных. Установлена хорошая чувствительность с возможностью количественного определения мышечной ткани каждого вида животного, при использовании специальных градуировочных графиков. Разработанная методика может найти широкое применение у контролирующих организаций, направленных на противодействие несоответствиям по скрытой замене видов мяса более дешевым или низкосортными сырьем.Current work was supported by the Russian Science Foundation, project no. 19-16-00108.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 19-16-00108)