Home
BLIJF OP DE HOOGTE
Ontvang onze nieuwsbrief en digitale magazine
Uw adres wordt nooit aan derden doorgegeven.
Lees onze privacyverklaring.

     

ARTIKEL
‘In chromatografie-massaspectrometrie willen we up-to-date zijn’ Levensmiddelenchemie (WUR) investeert in multifunctionele combi van GC met Orbitrap-
Download dit artikel als pdf
Is uw adres bekend, dan wordt de pdf meteen geopend, anders krijgt u een link toegestuurd.
Ook ontvangt u onze volgende nieuwsbrief.

‘In chromatografie-massaspectrometrie willen we up-to-date zijn’

Levensmiddelenchemie (WUR) investeert in multifunctionele combi van GC met Orbitrap-

Bij de laboratoria in het Axis-gebouw van het Laboratorium van Levensmiddelenchemie van Wageningen University & Research (WUR) is een Orbitrap-massaspectrometer in gebruik genomen die gekoppeld is aan twee gaschromatografen. Met deze combinatie kunnen de onderzoekers op deze hybride-instrumentatie zonder te sleutelen gemakkelijk wisselen van vetzuur- naar biomassa-pyrolyse-analyses op houtachtige bestanddelen en vice versa. Bij het bezoek aan het Wageningse Axis-gebouw in juli is het multi-functionele benchtop GC-MS-systeem met Orbitrap net opgeleverd. In het lab helpt analist Peter de Gijsel, apparatuurbeheerder van de GC’s en GC-MS’en binnen de Levensmiddelenchemie-groep, universitair docent Marie Hennebelle bij haar onderzoek naar vetten en vetoxidatie op deze apparatuur. AIO Gijs van Erven, die werkt aan de kwantificering en karakterisering van lignine, bekijkt achter de pc pieken van gepyro- lyseerde ligninebestanddelen. De massa’s van de pieken van het in de afwezigheid van zuurstof ontleedde lignine, worden in het spectrogram in vijf cijfers achter de komma weergegeven. Zeer accurate massabepaling dus, dat is de kracht van Orbitrap. Gecombineerd met 2 GC’s, die elk een totaal ander programma draaien en een snelle wissel mogelijk maken, biedt dit de afdeling armslag, flexibiliteit en maximale productiviteit.
Bij het bezoek aan het Wageningse Axis-gebouw in juli is het multi-functionele benchtop GC-MS-systeem met Orbitrap net opgeleverd. In het lab helpt analist Peter de Gijsel, apparatuurbeheerder van de GC’s en GC-MS’en binnen de Levensmiddelenchemie- groep, universitair docent Marie Hennebelle bij haar onderzoek naar vetten en vetoxidatie op deze apparatuur. AIO Gijs van Erven, die werkt aan de kwantificering en karakterisering van lignine, bekijkt achter de pc pieken van gepyrolyseerde ligninebestanddelen. De massa’s van de pieken van het in de afwezigheid van zuurstof ontleedde lignine, worden in het spectrogram in vijf cijfers achter de komma weergegeven. Zeer accurate massabepaling dus, dat is de kracht van Orbitrap. Gecombineerd met 2 GC’s, die elk een totaal ander programma draaien en een snelle wissel mogelijk maken, biedt dit de afdeling armslag, flexibiliteit en maximale productiviteit. Geen gesleutel De aanschaf van apparatuur van Levensmiddelenchemie valt mede onder de verantwoording van professor Henk Schols, gespecialiseerd in koolhydraat-biochemie. Het onderzoek naar de biochemie van lignocellulose wordt gecoördineerd door universitair hoofddocent Mirjam Kabel, gespecialiseerd in biomassastudies, in het bijzonder het aandeel lignine daarin. Docent Marie Hennebelle gaat over het onderzoek naar vetten en vetoxidatie. Hoewel de scope van beide onderzoeken behoorlijk uiteenloopt, delen hun groepen samen dit GC-Orbitrap-platform. Een bijzonder combinatie die mogelijk is gemaakt door de koppeling van twee aparte gaschromatografen aan de Orbitrap MS: GC 1 is afgestemd voor vetzuuranalyses; GC 2 afgestemd op lignine-analyses. Voor het pyrolyseren van de ligninemonsters is ook nog een pyrolysetoestel aan de opstelling gekoppeld. Zonder gesleutel kan er met dit instrument op beide onderzoeksgebieden afwisselend onderzoek gedaan worden. Daarbij is de bediening van deze hybride zo geautomatiseerd dat ook studenten en promovendi er na instructie mee overweg kunnen. Het complete systeem werd op maat gemaakt door Interscience, inclusief een speciale instrumenttafel die een optimale positionering en koppeling van de verschillende onderdelen mogelijk maakt. Multi-inzetbaar Met deze investering — een Orbitrap kost een slordige half miljoen — kan de groep nog jaren vooruit, stellen Schols en Kabel. Door de Orbitrap te koppelen aan twee GC’s is hij multi- inzetbaar geworden en profiteren twee onderzoeksdisciplines van een hightech systeem dat anders niet aangeschaft had kunnen worden. Volgens Schols wordt aan de interne voorwaarde voldaan dat de apparatuur voor minimaal 70% in gebruik is. Het delen en optimaal benutten van de apparatuur is ook een voorwaarde om financiering te krijgen van WUR Shared Research Facilities (WUR SRF, voorheen: CAT-AgroFood (www. wur.eu/shared-research-facilities). Schols: “Doelstelling van WUR SFR is om onderzoekers de kans te geven gebruik te maken van geavanceerde onderzoeksfaciliteiten en apparatuur binnen WUR. Via WUR SRF is dit instrumentarium ook toegankelijk voor onderzoekers vanuit andere onderzoeksinstellingen en vanuit de industrie. Zo is de exploitatie beter te dragen en kan er ook op termijn blijvend geïnvesteerd worden in hoogwaardige apparatuur en – belangrijk voor een onderzoeksinstelling als WUR – biedt het een mogelijkheid voor interactie met diverse partijen om de bijbehorende expertise verder te benutten en uit te bouwen. Dit leidt tot nieuwe samenwerkingsprojecten en innovatie.” Hij vervolgt: “Wij hebben ons vanuit onze eigen onderzoeksgelden gecommitteerd om het apparaat voor een groot deel van de beschikbare tijd te gebruiken. Andere onderzoeksgroepen die er gebruik van maken kiezen meestal voor een constructie om in overleg met ons meettijd in te kopen bij SRF.” Kabel: “Ja, dit is een flinke investering, maar in massaspectrometrie willen we state-of-the-art zijn. We zouden anders meer bezig zijn met de analysetechnieken staande te houden, dan te innoveren. Natuurlijk hebben we de methodes moeten opzetten – en voor de pyrolyse moesten we dieper in de settings duiken – maar als we klaar zijn met testdraaien kunnen heel veel onderzoekers en studenten hier gebruik van maken.” Schols: “Want veel is geautomatiseerd. Waar nodig verzorgen we technische ondersteuning.” Mechanismen vetoxidatie In het onderzoek kijkt de groep van Levensmiddelenchemie van oudsher vooral naar de mechanismen in (agro)foodproducten, zoals (bio-)chemische veranderingen tijdens opslag en verwerkingsprocessen. Aanvullend worden studies naar omzettingen van levensmiddelcomponenten in de mens steeds belangrijker. Vanwege de focus op koolhydraat- en eiwitonderzoek werd tot op heden vooral hplc/uplc in combinatie met MS ingezet. GC’s veel minder, omdat er momenteel binnen Levensmiddelenchemie weinig onderzoek gedaan wordt aan vluchtige componenten. Dat is echter aan het veranderen. Vanuit de industrie komen er steeds meer onderzoeksvragen over vluchtige verbindingen. Zo is er vanuit verschillende levensmiddelenbedrijven interesse in vetoxidatie en mechanismen die daarbij een rol spelen. Recentelijk zijn hierop meerdere projecten gestart, onder andere met Unilever Research dat zich binnenkort ook op Wageningen Campus zal vestigen. Het werd daarom tijd, volgens Schols, om te investeren in gaschromatografie met high-end massaspectrometrische detectie. “Vetzuuroxidatie beheersen is een uitdaging voor de industrie. Dit proces zorgt voor vieze smaakjes en vermindert de voedingswaarde van het product. In een industrieel proces moet je de oxidatie voor zijn, door zo vroeg mogelijk in het proces stoffen te identificeren die het smaakbederf gaan veroorzaken. Daar gaat het om de zogenaamde precursors. Die zijn er de oorzaak van dat het babymelkpoeder in een opslag bij 25 graden in de tropen na 5 maanden ranzig wordt. Vluchtige stoffen als aldehydes, alcoholen, ketonen en koolwaterstoffen kunnen oxidatieve afbraak veroorzaken en daarmee off-flavours. Die kun je onder meer met headspace GC-MS monitoren. Daarbij willen wij niet alleen de precursors kunnen meten, maar ook de mechanismen achter de oxidatie. Zo weet je in welke fase van je productieproces bepaalde beschermende maatregelen nodig zijn. Deze apparatuur heeft dat allemaal in zich.” Lignine kwantificeren Voor het onderzoek naar biomassa-componenten door de groep van Mirjam Kabel betekent de komst van GC-Orbitrap een flinke stap voorwaarts. De onderzoekers kunnen dankzij de accurate massabepaling van pyrolyseproducten, na scheiding in de GC, de diverse componenten in de complexe matrix goed van elkaar onderscheiden. Alternatieve onderzoeksmethoden, waarbij de componenten worden opgelost in een sterk zuur, geven een veel minder nauwkeurig beeld. Kabel: “In biomassa zit lignocellulose dat vrij onoplosbaar is. Om daaruit lignine en cellulose vrij te maken moet je behoorlijk destructief te werk gaan. Dat willen we niet, want deze processen geven allerlei aspecifieke afbraakproducten in je monster. We zijn daarom overgestapt op in-line analytische pyrolyse, een techniek die steeds nauwkeuriger en reproduceerbaarder wordt. Je hoeft de samples niet te extraheren en de pyrolyseproducten zij n de fi ngerprint van je uitgangsproduct. Dit geeft ons een manier om lignine te specifi ceren en te kwantifi ceren.” Om lignine in de biomassa samples te kwantifi ceren via hun pyrolyse-producten gebruikt de groep een interne standaard-lignine uit 13C verrij kt tarwestro. Dit materiaal is qua matrix en bij behorende matrixeffecten bij pyrolyse heel vergelij kbaar met de onderzochte biomassamonsters. “Isolife, dat hier ook op de campus zit, kweekt tarwe in een kas met 13CO2,” verklaart Kabel. “De 13C-lignine standaard is niet goedkoop, maar we gebruiken het slechts in microgram-hoeveelheden. Omdat we exact weten hoeveel interne standaard we toevoegen aan het monster, kunnen we zo eventuele verliezen bij de pyrolyse terugrekenen. We nemen de veranderingen van de standaard als uitgangspunt en kunnen zo onder meer compenseren voor het aandeel CO2 dat bij de pyrolyse ontstaat. Zo kom je tot een heel exacte kwantifi catie van je componenten. We moesten om dit te kunnen doen wel een planetaire kogelmolen aanschaffen en een precisiebalans om kleine hoeveelheden van een zeer homogeen product te kunnen onderzoeken.” Black box Exact de samenstelling van bouwstenen van lignine kunnen bepalen is bij voorbeeld van belang bij het optimaliseren van de conversie van voeders. “We hebben een samenwerking met diervoeding, waar ze kij ken hoe ze met witrotschimmels lignine kunnen afbreken voor een betere verteerbaarheid. Daarvoor moet je weten hoeveel lignine er wordt afgebroken, om welke structuren het gaat en hoe dat correleert met de vertering. Anders blij ft het een black box. Zo zij n er veel meer toepassingen, zoals de verbetering van champignonsubstraat, de koolstofrecycling in de bodem en bio-raffi nage.” Waardevolle partner Plannen en ambities genoeg. Na de zomer moet de apparatuur de testfase hebben doorlopen en kan deze ‘vol’ worden ingezet. Schols en Kabel zien dit platform als een paradepaardje voor de WUR. “Onze groep bezit al veel hoogwaardige analyseapparatuur. Daarmee word je ook interessanter voor onderzoeksprojecten. Op EU-niveau maakt dit je tot een extra waardevolle partner in het consortium, want we kunnen steeds meer meten en identifi ceren buiten de bekende componenten. Dit is op GC-MS-gebied een veel gevoeliger apparaat dan we hier tot op heden hadden staan. Je kunt ook ingewikkelde voorbehandelings- en concentratiestappen, zoals het ophopen van vluchtige verbindingen met fi bers, overslaan, waardoor je een nauwkeuriger beeld krij gt van je oorspronkelij ke monster.” Ze besluiten: “Beter nu investeren, dan er over twee jaar achterkomen dat er van alles vervangen moet worden. Bovendien kunnen we het systeem verder uitbreiden en automatiseren. En het is robuust. Dat is een absolute voorwaarde. We meten veel met studenten, die wil je niet de hele dag laten sleutelen.”
MAXUS MEDIA
LABinsights.net LABinsights.de LABinsights.nl
Ontvang onze nieuwsbrief
Nieuwsbrief archief
Volg ons
Linked
MAGAZINE
Abonneren
SERVICE EN CONTACT flag