DE112014004052B4 - NMR sample analysis - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Identifizieren von Tiergewebe unter Verwendung eines NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten mit einer Magnetfeldstärke an einem Probenhalter des Spektrometers zwischen 1,0 und 2,5 Tesla,- wobei das Verfahren Folgendes umfasst:(i) Inkontaktbringen des Tiergewebes mit einem Lösungsmittel, um Triglyceridmoleküle aus dem Tiergewebe in dem Lösungsmittel aufzulösen, um eine Probe zu erhalten;(ii) Platzieren der Probe in den Probenhalter des NMR-Spektrometers;(iii) Anwenden einer Hochfrequenz(HF)-Pulssequenz auf die Probe und Detektieren eines freien Induktionszerfall(FID)-Signals unter Verwendung des NMR-Spektrometers;(iv) Umwandeln des detektierten FID-Signals in den Frequenzraum, um ein Frequenzspektrum mit einer Triglyceridsignatur zu erhalten, und(v) Analysieren der Triglyceridsignatur und Ausgeben von charakteristischen Daten für das Tiergewebe,- wobei die charakteristischen Daten die Identität des Tiergewebes anzeigen und- wobei:- der Ausdruck ‚Identität‘ sich auf die Spezies des analysierten Tiergewebes bezieht und/oder- in einem Fall, dass die Probe unter Verwendung einer Mischung verschiedener Tiergewebe hergestellt wird, die charakteristischen Daten eine Mehrzahl von Identitäten mit relativen Wichtungen für verschiedene Identitäten von in der Probe enthaltenem Tiergewebe anzeigen.A method for identifying animal tissue using an NMR spectrometer with a permanent magnet with a magnetic field strength on a sample holder of the spectrometer between 1.0 and 2.5 Tesla, the method comprising: (i) contacting the animal tissue with a solvent in order to Dissolve triglyceride molecules from animal tissue in the solvent to obtain a sample; (ii) place the sample in the sample holder of the NMR spectrometer; (iii) apply a radio frequency (RF) pulse sequence to the sample and detect free induction decay (FID ) Signal using the NMR spectrometer; (iv) converting the detected FID signal into the frequency domain in order to obtain a frequency spectrum with a triglyceride signature, and (v) analyzing the triglyceride signature and outputting characteristic data for the animal tissue, - wherein the characteristic data indicate the identity of the animal tissue and - where: - the term 'identity' is used relates to the species of the animal tissue analyzed and / or- in a case that the sample is prepared using a mixture of different animal tissues, the characteristic data indicate a plurality of identities with relative weights for different identities of animal tissue contained in the sample.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Tiergewebe-Analyse unter Verwendung eines „Benchtop“-NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten.The present invention relates to a method for animal tissue analysis using a “benchtop” NMR spectrometer with a permanent magnet.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Das Thema Fleischkontaminierung ist kürzlich in die öffentliche Aufmerksamkeit geraten. Im Januar 2013 wurde herausgefunden, dass eine Reihe von europäischen Supermärkten Fleischprodukte verkaufte, die als Rindfleisch enthaltend beworben wurden, was jedoch tatsächlich als nicht deklariertes Pferdefleisch enthaltend ermittelt wurde, in einigen Fällen bis zu 100 % des Fleischgehalts. Ähnliche Fälle wurden entdeckt, bei denen nicht deklariertes Schweinefleisch gefunden wurde, was als Rindfleischbällchen beworben wurde. Das Vorhandensein von nicht deklariertem Schweinefleisch ist besonders ärgerlich für diejenigen, die bewusst kein Schweinefleisch essen. Im Lichte dieses Skandals ergab sich ein wachsender Bedarf für das Testen des Ursprungs von Fleischprodukten.The issue of meat contamination has recently come to the fore. In January 2013 it was found that a number of European supermarkets were selling meat products advertised as containing beef, but what was actually found to contain undeclared horse meat, in some cases up to 100% of the meat content. Similar cases have been discovered where undeclared pork was found in what was advertised as beef balls. The presence of undeclared pork is particularly annoying to those who deliberately do not eat pork. In the light of this scandal, there has been a growing need for testing the origin of meat products.
Es sollte zunächst angemerkt werden, dass die Ausdrücke „Fleisch“ und „Tiergewebe“ in diesem Dokument austauschbar verwendet werden, und beide sollen sich auf das Fleisch eines nicht menschlichen Tiers beziehen (einschließlich Säugern, Fischen, Vögeln, Reptilien, Weichtieren, Krustentieren etc.).It should first be noted that the terms "meat" and "animal tissue" are used interchangeably in this document, and both are intended to refer to the meat of a non-human animal (including mammals, fish, birds, reptiles, molluscs, crustaceans, etc.) ).
Das Standard-Verfahren zum Testen von Fleischprodukten ist eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR), welche die DNA in einer Probe amplifiziert, was die Identifizierung einer kontaminierenden Spezies erlaubt. The standard method for testing meat products is a polymerase chain reaction (PCR), which amplifies the DNA in a sample, allowing the identification of a contaminating species.
Die Durchführung des Tests erfordert geschultes Personal und kostspielige Geräte, und die schnellste Zeit, in der Ergebnisse erhalten werden können, liegt typisch zwischen 24 und 48 Stunden. Dieses Verfahren stellt auch einen erheblichen Kostenfaktor dar, da die Kosten mehr als £ 100 (ca. Euro 127) pro Probe betragen.The test requires trained personnel and expensive equipment to run, and the fastest time that results can be obtained is typically between 24 and 48 hours. This procedure is also a significant expense as the cost is more than £ 100 per sample.
Die wissenschaftliche Publikation
Es besteht ein Bedarf für eine preiswertere und schnellere Lösung für das Testen von Tiergeweben.There is a need for a cheaper and faster solution to testing animal tissues.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Identifizieren von Tiergewebe unter Verwendung eines NMR-Spektrometers mit einem Permanentmagneten mit einer Magnetfeldstärke an einem Probenhalter des Spektrometers zwischen 1,0 und 2,5 Tesla vorgesehen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- (i) Inkontaktbringen des Tiergewebes mit einem Lösungsmittel, um Triglyceridmoleküle aus dem Tiergewebe in dem Lösungsmittel aufzulösen, um eine Probe zu erhalten;
- (ii) Platzieren der Probe in den Probenhalter des NMR-Spektrometers;
- (iii) Anwenden einer Hochfrequenz(HF)-Pulssequenz auf die Probe und Detektieren eines freien Induktionszerfall(FID)-Signals unter Verwendung des NMR-Spektrometers;
- (iv) Umwandeln des detektierten FID-Signals in den Frequenzraum, um ein Frequenzspektrum mit einer Triglyceridsignatur zu erhalten, und
- (v) Analysieren der Triglyceridsignatur und Ausgeben von charakteristischen Daten für das Tiergewebe,
- - wobei die charakteristischen Daten die Identität des Tiergewebes anzeigen und
- - wobei:
- - der Ausdruck ‚Identität‘ sich auf die Spezies des analysierten Tiergewebes bezieht und/oder
- - in einem Fall, dass die Probe unter Verwendung einer Mischung verschiedener Tiergewebe hergestellt wird, die charakteristischen Daten eine Mehrzahl von Identitäten mit relativen Wichtungen für verschiedene Identitäten von in der Probe enthaltenem Tiergewebe anzeigen.
- (i) contacting the animal tissue with a solvent to dissolve triglyceride molecules from the animal tissue in the solvent to obtain a sample;
- (ii) placing the sample in the sample holder of the NMR spectrometer;
- (iii) applying a radio frequency (RF) pulse sequence to the sample and detecting a free induction decay (FID) signal using the NMR spectrometer;
- (iv) converting the detected FID signal to frequency space to obtain a frequency spectrum with a triglyceride signature, and
- (v) analyzing the triglyceride signature and outputting characteristic data for the animal tissue,
- - the characteristic data indicating the identity of the animal tissue and
- - in which:
- - the term 'identity' refers to the species of animal tissue analyzed and / or
- in a case that the sample is prepared using a mixture of different animal tissues, the characteristic data indicate a plurality of identities with relative weights for different identities of animal tissues contained in the sample.
Die vorliegende Erfindung bietet ein preiswertes, schnelles und effektives Verfahren zum Analysieren der Natur oder des Ursprungs von nicht menschlichen Tiergeweben. Fette werden bei Tieren vorwiegend als Triglyceride gespeichert. Triglyceridmoleküle bestehen aus einem Glycerolmolekül (als „Rückgrat“ bezeichnet), welches über Veresterung an drei Fettsäuremoleküle gebunden ist. Zahlreiche Typen von Fettsäuren treten in der Natur auf, und verschiedene Fettsäuremoleküle können an die drei jeweiligen Stellen am Glycerol-Rückgrat gebunden sein. Das Vorliegen von Triglyceriden mit Fettsäuren mit verschiedenen Sättigungen (d.h. einfach ungesättigt, mehrfach ungesättigt oder gesättigt) variiert zwischen verschiedenen Spezies von Tieren und in einem bestimmten Maß zwischen verschiedenen Schnitten von Fleisch, das heißt, Gewebe von verschiedenen Teilen des gleichen Typs von Tier. Eine Fettsäure ist gesättigt, falls nur Einfachbindungen zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen in der Kette vorliegen, einfach ungesättigt, falls eine Doppelbindung vorliegt, und mehrfach ungesättigt, falls mehr als eine Doppelbindung vorliegt. Die vorliegende Anmelderin hat erkannt, dass durch Analysieren der Triglyceridkomponenten in einer Fleischprobe eine einfachere Lösung als die DNA-Sequenzierung nach PCR zum Bestimmen des Ursprungs des Fleischs gefunden werden kann.The present invention provides an inexpensive, quick, and effective method for analyzing the nature or origin of non-human animal tissues. In animals, fats are mainly stored as triglycerides. Triglyceride molecules consist of a glycerol molecule (referred to as the "backbone"), which is bonded to three fatty acid molecules via esterification. Numerous types of fatty acids occur naturally, and different fatty acid molecules can be attached to the three respective sites on the glycerol backbone. The presence of triglycerides with Fatty acids with different saturations (i.e., monounsaturated, polyunsaturated, or saturated) will vary between different species of animals and to a certain extent between different cuts of meat, that is, tissues from different parts of the same type of animal. A fatty acid is saturated if there are only single bonds between adjacent carbon atoms in the chain, monounsaturated if there is a double bond, and polyunsaturated if there is more than one double bond. The present applicant has recognized that by analyzing the triglyceride components in a meat sample, a simpler solution than DNA sequencing after PCR can be found to determine the origin of the meat.
Die Kernspinresonanz (NMR)-Spektroskopie stellt ein Verfahren zum Untersuchen der elektronischen Umgebung von NMR-aktiven Kernen und der daraus folgenden Struktur der Moleküle dar, an welche diese Kerne gebunden sind. NMR-Spektroskopie beinhaltet das Bringen einer Probe mit NMR-aktiven Kernen (wie z.B. Wasserstoff-1) in ein statisches externes Magnetfeld B0, das von einem NMR-Spektrometer erzeugt wird. Ein elektromagnetischer Hochfrequenz(HF)-Puls wird dann von dem Spektrometer auf die Probe bei einer Frequenz aufgebracht, welche für die NMR-aktiven Kerne von Interesse charakteristisch ist. Die von diesem Puls gelieferte Energie wird von diesen Kernen ‚absorbiert‘ und als Funkwellen mit der Resonanzfrequenz der aktiven Kerne wieder emittiert. Dieses Signal ist als freies Induktionszerfall-Signal (FID, von englisch: Free Induction Decay) bekannt und wird vom Spektrometer detektiert und analysiert, um auf die chemische Struktur dieser Probe schließen zu können.Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy is a method for studying the electronic environment of NMR-active nuclei and the resulting structure of the molecules to which these nuclei are bound. NMR spectroscopy involves placing a sample with NMR-active nuclei (such as hydrogen-1) in a static external magnetic field B 0 , which is generated by an NMR spectrometer. A radio frequency (RF) electromagnetic pulse is then applied to the sample by the spectrometer at a frequency characteristic of the NMR active nuclei of interest. The energy delivered by this pulse is 'absorbed' by these nuclei and re-emitted as radio waves with the resonance frequency of the active nuclei. This signal is known as the free induction decay signal (FID) and is detected and analyzed by the spectrometer in order to be able to infer the chemical structure of this sample.
Im Kontext mit der Fleischprobenahme haben wir festgestellt, dass die relativen Triglycerid-Zusammensetzungen sich zwischen verschiedenen Spezies der Tiere und zwischen verschiedenen Schnitten von Fleisch signifikant unterscheiden. Wir haben ferner erkannt, dass die große Menge von Wasserstoffkernen und ihre unterschiedlichen chemischen Umgebungen in Triglyceriden sie zu geeigneten Kandidaten für die Analyse unter Verwendung von NMR machen. Wir haben ferner erkannt, dass diese Triglyceride durch einen einfachen Prozess auf Lösungsmittel-Basis aus Tiergewebeproben extrahiert werden können, wobei nur wenige Verunreinigungen auftreten. Triglycerid-Proben können daher von einem unbekannten Fleisch mit einer unbekannten Identität erhalten und unter Verwendung von NMR analysiert werden, um charakteristische Daten für das Tiergewebe zu erhalten, die die Identität des Tiergewebes anzeigen.In the context of meat sampling, we found that the relative triglyceride compositions differ significantly between different species of animals and between different cuts of meat. We have also recognized that the large abundance of hydrogen nuclei and their diverse chemical environments in triglycerides make them suitable candidates for analysis using NMR. We have also discovered that these triglycerides can be extracted from animal tissue samples by a simple solvent-based process with few impurities. Triglyceride samples can therefore be obtained from an unknown meat with an unknown identity and analyzed using NMR to obtain characteristic data for the animal tissue indicative of the identity of the animal tissue.
Der Ausdruck „Identität“ soll sich auf den Ursprung, den Typ oder die Spezies von Fleisch beziehen, was das Ursprungstier und in einigen Fällen den bestimmten Typ oder Schnitt von Fleisch von diesem Tier betrifft. Im Fall, dass die Probe unter Verwendung von Tiergewebe hergestellt wird, das heißt, tatsächlich einer Mischung von verschiedenen Tiergeweben, können mehrere Identitäten durch die charakteristischen Daten angegeben werden. Bevorzugt jedoch können auch die relativen Wichtungen der Identitäten angegeben werden.The term "identity" is intended to refer to the origin, type or species of meat as regards the animal of origin and, in some cases, the particular type or cut of meat from that animal. In the case that the sample is produced using animal tissue, that is to say actually a mixture of different animal tissues, several identities can be given by the characteristic data. Preferably, however, the relative weightings of the identities can also be specified.
Die Identität kann als Markierung ausgegeben werden, zum Beispiel wird das Wort „Schweinefleisch“ auf einem Monitor angezeigt, oder sie kann in einer abstrakteren Weise dadurch angegeben werden, dass z.B. ein Ton, eine Lichtanzeige oder ein mechanischer Ausgang ausgelöst wird, oder dass Rohdaten ausgegeben werden, solange es möglich war, die Identität des Tiergewebes mit dieser Ausgabe einfach zu identifizieren. Im Fall, dass die Vorrichtung konfiguriert ist, nur eine Tiergewebe-Identität zu erkennen, kann die Ausgabe der charakteristischen Daten eine einfache Ja/Nein-Antwort beinhalten, welche angibt, ob die Triglyceridsignatur eine vorbestimmte oder voreingestellte Antwort zeigt.The identity can be given as a marker, for example the word “pork” is displayed on a monitor, or it can be given in a more abstract way by triggering a sound, light indicator, mechanical output, or outputting raw data as long as it was possible to easily identify the identity of the animal tissue with this output. In the event that the device is configured to recognize only an animal tissue identity, the output of the characteristic data can include a simple yes / no answer which indicates whether the triglyceride signature shows a predetermined or preset answer.
Bei der Analyse im Frequenzraum wird der Teil des freien Induktionszerfall-Signals, welches nur aus dem Triglyceridgehalt stammt, hierin als „Triglyceridsignatur“ bezeichnet. Die Triglyceridsignatur ist vorzugsweise die Reaktion der im Frequenzraum analysierten Probe auf mindestens zwei von der olefinischen, der bis-allylischen und der Glyceridregion (weiter unten definiert) des Spektrums und höchst vorzugsweise von jeder dieser drei Regionen. In einigen Fällen kann die Signatur zusätzlich die Reaktion in der Linolenregion enthalten.When analyzing in the frequency domain, the part of the free induction decay signal that originates only from the triglyceride content is referred to herein as the “triglyceride signature”. The triglyceride signature is preferably the response of the sample analyzed in the frequency space to at least two of the olefinic, bis-allylic and glyceride regions (defined below) of the spectrum, and most preferably each of these three regions. In some cases, the signature can also contain the reaction in the linolenic region.
Die Triglyceridsignatur variiert zwischen verschiedenen Triglyceriden wegen der verschiedenen Sättigungsniveaus der Fettsäuren im Triglycerid. Zum Beispiel resoniert ein Wasserstoffkern in der Nähe einer einzelnen Doppelbindung zwischen benachbarten Kohlenstoffatomen bei einer anderen Frequenz als einer, der nur von Einfachbindungen umgeben ist. Dies deshalb, weil die Resonanzfrequenz des Kerns proportional zu dem Magnetfeld ist, dem dieser Kern ausgesetzt ist, und dieses Magnetfeld selbst wird durch die Elektronendichte in der umgebenden Region beeinflusst. Umlaufende Elektronen erzeugen ein kleines Magnetfeld, das typisch in der entgegengesetzten Richtung zum externen Magnetfeld wirkt; je höher die Elektronendichte, desto schwächer ist somit das Magnetfeld am Kern. Doppelbindungen haben eine höhere Elektronendichte als Einfachbindungen und schützen somit das externe Magnetfeld in einem höheren Maß. Wasserstoffatome in einer Fettsäure, die an ein Kohlenstoffatom gebunden sind, das eine Einfachbindung und eine Doppelbindung zwischen den benachbarten beiden Kohlenstoffatomen in der Kette (-CH=CH-) hat, resonieren in einer bestimmten Region des Frequenzspektrums, die als olefinische Region bekannt ist. In ähnlicher Weise resonieren Wasserstoffatome, die sich in der Region von zwei Doppelbindungen (=CH-CH2-CH=) befinden, in einer anderen Region des Spektrums, die als bis-allylische Region bekannt ist. In gleicher Weise resonieren die beiden Wasserstoffatompaare in einem Glycerol-Molekül, die an ein ‚End‘-Kohlenstoffatom einzeln gebunden sind, in einer anderen Region, die von der olefinischen und der bis-allylischen Region verschieden und als Glycerid-Region bekannt ist.The triglyceride signature varies between different triglycerides because of the different levels of satiety of the fatty acids in the triglyceride. For example, a hydrogen nucleus near a single double bond between adjacent carbon atoms will resonate at a different frequency than one surrounded by only single bonds. This is because the resonance frequency of the nucleus is proportional to the magnetic field to which this nucleus is exposed, and this magnetic field itself is influenced by the electron density in the surrounding region. Orbiting electrons create a small magnetic field that typically acts in the opposite direction to the external magnetic field; the higher the electron density, the weaker the magnetic field on the nucleus. Double bonds have a higher electron density than single bonds and thus protect the external magnetic field to a greater extent. Hydrogen atoms in a fatty acid that are bonded to a carbon atom that has a single bond and a double bond between the adjacent two carbon atoms in the chain (-CH = CH- ) resonate in a specific region of the frequency spectrum known as the olefinic region. Similarly, hydrogen atoms located in the region of two double bonds (= CH-CH 2 -CH =) resonate in a different region of the spectrum known as the bis-allylic region. In the same way, the two hydrogen atom pairs in a glycerol molecule, which are individually bonded to an 'end' carbon atom, resonate in another region, which is different from the olefinic and the bis-allylic region and is known as the glyceride region.
„Benchtop“-NMR-Spektrometer mit geringer Feldstärke sind kürzlich als eine preiswertere, kompaktere und tragbare Vorrichtung zum Ausführen von bestimmten Typen von NMR-Experimenten entwickelt worden, welche sonst in großen NMR-Spektrometern mit supraleitenden Magneten ausgeführt worden sind. Anstatt dass eine bestimmte Infrastruktur, ausgebildetes Personal und umfangreiche Installationen benötigt werden, verwenden Benchtop-NMR-Spektrometer Permanentmagnete, die ein Magnetfeld zwischen 1,0 und 2,5 Tesla am Probenhalter des Spektrometers erzeugen. Sie sind allgemein eigenständige Einheiten, welche direkt auf einem Labortisch oder einer anderen Fläche aufgestellt und bewegt werden können, wie benötigt. Diese Spektrometer sind typisch auch viel einfacher von Erstbenutzern zu bedienen, da sie für einige der einfacheren NMR-Experimente verwendet werden. Ein Beispiel für ein derartiges Benchtop-NMR-Spektrometer ist der Pulsar™, geliefert von der Oxford Instruments Group. Die vorliegende Erfindung sollte eine alternative, einfachere und preiswertere Lösung als die gegenwärtige Fleischprobenahme liefern. Bei der vorliegenden Erfindung sind Magnetfelder, welche eine Feldstärke von weniger als 1 Tesla haben, nicht wünschenswert, da es schwierig ist, zwischen den Peaks in der Triglyceridsignatur bei derartig schwachen Feldern zu unterscheiden. Auch ist eine Magnetfeldstärke oberhalb von 2,5 Tesla nicht wünschenswert, da das Spektrometer bei derartig hohen Feldstärken dann kein Benchtop-Instrument mehr ist, weil supraleitende Magnete benötigt werden."Benchtop" low-field NMR spectrometers have recently been developed as a cheaper, more compact, and portable device for performing certain types of NMR experiments that have otherwise been performed in large NMR spectrometers with superconducting magnets. Instead of requiring a specific infrastructure, trained personnel and extensive installations, benchtop NMR spectrometers use permanent magnets that generate a magnetic field between 1.0 and 2.5 Tesla on the specimen holder of the spectrometer. They are generally stand-alone units that can be placed directly on a laboratory bench or other surface and moved as needed. These spectrometers are also typically much easier to use by first-time users since they are used for some of the simpler NMR experiments. An example of such a benchtop NMR spectrometer is the Pulsar ™ supplied by the Oxford Instruments Group. The present invention should provide an alternative, simpler and cheaper solution than current meat sampling. In the present invention, magnetic fields having a field strength of less than 1 Tesla are undesirable because it is difficult to distinguish between the peaks in the triglyceride signature at such weak fields. A magnetic field strength above 2.5 Tesla is also undesirable, since the spectrometer is then no longer a benchtop instrument at such high field strengths because superconducting magnets are required.
Die Genauigkeit, mit welcher die Triglyceridsignatur analysiert werden kann, ist eine wichtige Überlegung bei einer praktischen Ausführung des Verfahrens. Ein wirksamer Ansatz umfasst in Schritt (v) das Integrieren einer olefinischen Region der Triglyceridsignatur. Typisch beträgt die chemische Verschiebung der olefinischen Region zwischen 5,0 und 5,6 ppm. Bevorzugt umfasst Schritt (v) auch das Integrieren einer bis-allylischen Region der Triglyceridsignatur. Typisch beträgt die chemische Verschiebung der bis-allylischen Region zwischen 2,5 und 3,0 ppm. Weiterhin bevorzugt, falls realisierbar, umfasst Schritt (v) das Integrieren einer Linolenregion der Triglyceridsignatur. Typisch beträgt die chemische Verschiebung der Linolenregion zwischen 0,96 und 1,02 ppm. Diese chemischen Verschiebungswerte können als Grenzen für die obigen Integrale behandelt werden. Obwohl die tatsächliche Reaktion der Triglyceride für verschiedene Tiergewebe variiert (d.h. verschiedene Intensitäten werden bei verschiedenen chemischen Verschiebungen in der Triglyceridsignatur registriert), sind die chemischen Verschiebungsregionen, in welchen die Triglyceride detektiert werden können, innerhalb der Tiergewebe gemeinsam. Durch Vergleichen der für diese Regionen erhaltenen Integrale kann man den Anteil von gesättigtem, einfach ungesättigtem und mehrfach ungesättigtem Fett in dem Tiergewebe abschätzen. Diese Daten können den Typ oder Ursprung des Tiergewebes anzeigen. Charakteristische Peaks in diesen Regionen können zum Beispiel auch durch Integrieren von Teilbereichen dieser Regionen identifiziert werden, um eine ausführlichere Analyse zu liefern. Die Anwesenheit eines charakteristischen Peaks, der üblicherweise nur einem bestimmten Gewebetyp zugeordnet ist, kann beim Identifizieren einer Spurenverunreinigung dieses Gewebetyps in einem Fleisch-Verbundprodukt (oder Tiergewebe), das heißt primär von einem anderen Typ, besonders nützlich sein.The accuracy with which the triglyceride signature can be analyzed is an important consideration in practicing the method. One effective approach involves incorporating an olefinic region of the triglyceride signature in step (v). The chemical shift of the olefinic region is typically between 5.0 and 5.6 ppm. Preferably, step (v) also includes integrating a bis-allylic region of the triglyceride signature. The chemical shift of the bis-allylic region is typically between 2.5 and 3.0 ppm. Further preferably, if realizable, step (v) comprises integrating a linolenic region of the triglyceride signature. The chemical shift of the linolenic region is typically between 0.96 and 1.02 ppm. These chemical shift values can be treated as limits on the integrals above. Although the actual response of the triglycerides varies for different animal tissues (i.e. different intensities are registered at different chemical shifts in the triglyceride signature), the chemical shift regions in which the triglycerides can be detected are common within the animal tissues. By comparing the integrals obtained for these regions, one can estimate the proportion of saturated, monounsaturated and polyunsaturated fat in the animal tissue. This data can indicate the type or origin of the animal tissue. Characteristic peaks in these regions can also be identified, for example, by integrating partial areas of these regions in order to provide a more detailed analysis. The presence of a characteristic peak, usually associated with only one particular tissue type, can be particularly useful in identifying trace contamination of that tissue type in a composite meat product (or animal tissue), i.e. primarily of another type.
Ein weiteres einsetzbares Verfahren zum Analysieren der Triglyceridsignatur ist ein Verfahren der Hauptkomponentenanalyse. Dieses Verfahren kann typisch anstelle des Peakintegrations- und vergleichsverfahrens verwendet werden, jedoch kann es auch in Kombination mit diesem Verfahren ausgeführt werden. Die Hauptkomponentenanalyse ist eine Standard-Datenverarbeitungstechnik, und wir haben herausgefunden, dass sie besonders wirksam beim Unterscheiden zwischen verschiedenen Gewebetypen ist, insbesondere zwischen verschiedenen Spezies von Tieren. Zusätzlich dazu können die Hauptkomponenten vorzugsweise kalibriert werden, um Kontaminations- oder Verfälschungsniveaus unter Verwendung eines Verfahrens zu bestimmen, das als Hauptkomponentenregression bekannt ist. Wir haben herausgefunden, dass die Hauptkomponentenanalyse wegen der spezifischen Regionen von Interesse im chemischen Verschiebungsspektrum und den starken Beziehungen, welche zwischen dem Triglyceridgehalt des Gewebes und der Tierspezies oder des Gewebetyps, von welchen sie stammen, bestehen, eine sehr wirksame Technik bei der vorliegenden Anwendung ist. Derartige Beziehungen sind nicht immer einfach, und in derartigen Fällen ist die Hauptkomponentenanalyse eine wirksame Technik zum Feststellen komplexerer Beziehungen. Weitere statistische Analyseprozesse wie z.B. neuronale Netzwerkanalyse können im Prinzip auch verwendet werden, wenn auch einige derartige Techniken einen gut strukturierten und von ausgebildetem Personal ermittelten Datensatz von Probedaten erfordern können.Another method that can be used to analyze the triglyceride signature is a method of principal component analysis. This method can typically be used in place of the peak integration and comparison method, but it can also be used in combination with this method. Principal component analysis is a standard data processing technique and we have found it to be particularly effective in distinguishing between different types of tissue, particularly between different species of animals. In addition, the major components can preferably be calibrated to determine contamination or adulteration levels using a method known as major component regression. We have found that principal component analysis is a very effective technique in the present application because of the specific regions of interest in the chemical shift spectrum and the strong relationships that exist between the triglyceride content of the tissue and the animal species or tissue type from which they are derived . Such relationships are not always straightforward, and in such cases principal component analysis is an effective technique for finding more complex relationships. Further statistical analysis processes such as neural network analysis can in principle also be used, although some such techniques may require a well-structured data set of sample data determined by trained personnel.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Spektrometer haben relativ kleine Magnetfeldstärken; typisch bedeutet dies, dass im Vergleich mit einer Vorrichtung mit stärkerem Feld hier höhere Rauschwerte im Signal vorliegen. Um dies zu behandeln, umfasst das Verfahren nach Schritt (iii) vorzugsweise das Vergleichen eines Satzes von Peaks in der Signalintensität am Beginn des im Zeitraum erfassten FID-Signals mit einem Satz von Peaks am Ende des im Zeitraum erfassten FID-Signals und das Berechnen eines Signal-Rausch-Verhältnisses aus diesem Vergleich. Das Signal-Rausch-Verhältnis nimmt mit der Quadratwurzel aus der Anzahl von Scans zu (d.h. der Anzahl von einzelnen FID-Signalen, welche aufsummiert werden). Das Signal-Rausch-Verhältnis kann gemessen werden, und dann kann eine geeignete Anzahl von Scans berechnet und ausgeführt werden, um ein gewünschtes Gesamt-Signal-Rausch-Verhältnis / eine gewünschte Datenqualität bei den endgültigen Daten zu erzielen. Typisch wird Schritt (iii) gemäß dem berechneten Signal-Rausch-Verhältnis wiederholt, um ein Ziel-Signal-Rausch-Verhältnis für die in der folgenden Analyse verwendeten Daten zu erzielen.The spectrometers used in the present invention have relatively small magnetic field strengths; this typically means that, compared with a device with a stronger field, there are higher noise values in the signal. To deal with this, the method of step (iii) preferably comprises comparing a set of peaks in signal intensity at the beginning of the FID signal detected in the period with a set of peaks at the end of the FID signal detected in the period and calculating one Signal-to-noise ratio from this comparison. The signal-to-noise ratio increases with the square root of the number of scans (ie the number of individual FID signals that are added up). The signal-to-noise ratio can be measured and then an appropriate number of scans can be calculated and performed to achieve a desired overall signal-to-noise ratio / data quality in the final data. Typically, step (iii) is repeated according to the calculated signal-to-noise ratio to achieve a target signal-to-noise ratio for the data used in the following analysis.
Bevorzugt zeigen die ausgegebenen charakteristischen Daten einen Tiergewebe-Kandidaten für das zum Erhalten der Probe verwendete Tiergewebe an. Im Fall, dass das Spektrometer eingerichtet oder ‚kalibriert‘ worden ist, um mehrere verschiedene Triglyceridsignaturen jeweils verschiedenen Tiergeweben zuzuordnen, können die charakteristischen Daten verwendet werden, um einen Identitäts-Kandidaten des zum Erzeugen der Probe verwendeten Tiergewebes vorzuschlagen. Dieser Tiergewebe-Kandidat (oder Identitäts-Kandidat) kann die bestimmte Spezies des Tiers sein, von welchem das Gewebe erhalten wurde, oder es kann den bestimmten Schnitt oder die Qualität des Fleischs anzeigen. Diese Information kann als eine Markierung ausgegeben werden, zum Beispiel wird das Wort „Schweinefleisch“ auf einem Monitor angezeigt, oder sie kann in einer abstrakteren Weise angegeben werden, indem z.B. ein Ton, eine Lichtanzeige oder ein mechanischer Ausgang ausgelöst wird. Im Fall, dass die Signaturanalyse die Anwesenheit von mehr als einem Tiergewebe anzeigt, können mehrfache Tiergewebe-Identitäts-Kandidaten angezeigt werden, und vorzugsweise können ihre relativen Mengen ausgegeben werden (z.B. 80 % Rind, 20 % Pferd).Preferably, the output characteristic data indicate a candidate animal tissue for the animal tissue used to obtain the sample. In the event that the spectrometer has been set up or 'calibrated' to assign several different triglyceride signatures to different animal tissues, the characteristic data can be used to suggest a candidate identity of the animal tissue used to generate the sample. This candidate animal tissue (or identity candidate) may be the particular species of animal from which the tissue was obtained, or it may indicate the particular cut or quality of the meat. This information can be output as a marker, for example the word "pork" is displayed on a monitor, or it can be presented in a more abstract manner, such as triggering a sound, a light indicator or a mechanical output. In the event that the signature analysis indicates the presence of more than one animal tissue, multiple candidate animal tissue identities can be displayed, and preferably their relative amounts can be reported (e.g. 80% cattle, 20% horse).
Bevorzugt umfasst Schritt (iv) ferner das Ausführen einer Phasenkorrektur an dem Frequenzspektrum. Bei idealer (theoretischer) NMR-Erfassung beginnen alle in dem FID-Signal enthaltenen Frequenzkomponenten genau in Phase, und eine Phasenkorrektur an dem Frequenzspektrum ist nicht nötig. Jedoch sind bei typischer Datenerfassung die Frequenzkomponenten durch unbekannte und verschiedene Mengen gegeneinander verschoben, und eine Phasenkorrektur ist notwendig.Preferably, step (iv) further comprises carrying out a phase correction on the frequency spectrum. With ideal (theoretical) NMR acquisition, all frequency components contained in the FID signal begin exactly in phase, and a phase correction to the frequency spectrum is not necessary. However, in typical data acquisition, the frequency components are shifted from one another by unknown and different amounts, and phase correction is necessary.
Die Auswahl des zu verwendenden Lösungsmittels ist wichtig, da es beim Extrahieren der Triglyceridmoleküle wirksam ist, beim Extrahieren anderer Moleküle, welche ein Rauschen im Signal bewirken können, unwirksam ist und selbst kein NMR-Spektrum aufweist, welches die Analyse der Triglyceridsignatur stört. Bevorzugt ist das Lösungsmittel deuteriertes Chloroform. Chloroform ist ein wirksames Lösungsmittel für organische, kohlenstoffbasierte, hydrophobe Moleküle wie z.B. Triglyceride. Bei Mischung mit Fleisch löst Chloroform die als Triglyceride bekannten Fettmoleküle aus der Fleischprobe und andere Bestandteile nur wenig auf. Andere Typen von Fett (wie z.B. freie Fettsäuren, Phospholipide, Monoglyceride oder Diglyceride) in dem Lösungsmittel betragen weniger als 1 Prozent. Typisch wird deuteriertes Chloroform bei der NMR anstelle von Chloroform verwendet, um zu vermeiden, dass das Spektrum durch das Auftreten eines Chloroform-Peaks bei 7,26 ppm ‚verfälscht‘ wird. Deuteriertes Chloroform hat eine ähnliche Zusammensetzung wie Chloroform, jedoch ist das Wasserstoffatom in Chloroform durch ein Deuterium ersetzt. Deuterium resoniert bei einer anderen Frequenz, das heißt, nicht stimuliert durch den durch das Spektrometer mit typischen Wasserstoff-Frequenzen aufgebrachten HF-Puls. In der Praxis ist jedoch eine Probe von deuteriertem Chloroform niemals zu 100 % deuteriert, und somit tritt immer noch ein reduzierter Peak bei 7,26 ppm auf, entsprechend der Spurenanwesenheit von Chloroform. Glücklicherweise ist dies in diesem Zusammenhang kein Problem, weil dieses Signal die Triglyceridsignatur nicht überlappt. Andere Lösungsmittel wie z.B. Toluol oder Benzol können im Prinzip auch verwendet werden, jedoch wurde gefunden, dass diese beim Extrahieren von Triglyceriden weniger wirksam sind und unerwünschte Peaks im Frequenzspektrum in den Regionen von Interesse erzeugen können. The selection of the solvent to be used is important because it is effective in extracting the triglyceride molecules, is ineffective in extracting other molecules which can cause noise in the signal and itself does not have an NMR spectrum which interferes with the analysis of the triglyceride signature. Preferably the solvent is deuterated chloroform. Chloroform is an effective solvent for organic, carbon-based, hydrophobic molecules such as triglycerides. When mixed with meat, chloroform only slightly dissolves the fat molecules known as triglycerides from the meat sample and other components. Other types of fat (such as free fatty acids, phospholipids, monoglycerides, or diglycerides) in the solvent are less than 1 percent. Typically, deuterated chloroform is used in the NMR instead of chloroform in order to avoid the spectrum being “falsified” by the appearance of a chloroform peak at 7.26 ppm. Deuterated chloroform has a similar composition to chloroform, but the hydrogen atom in chloroform has been replaced by a deuterium. Deuterium resonates at a different frequency, i.e. not stimulated by the HF pulse applied by the spectrometer with typical hydrogen frequencies. In practice, however, a sample of deuterated chloroform is never 100% deuterated and thus a reduced peak still occurs at 7.26 ppm, corresponding to the trace presence of chloroform. Fortunately, this is not a problem in this context because this signal does not overlap the triglyceride signature. Other solvents such as toluene or benzene can in principle also be used, but it has been found that these are less effective in extracting triglycerides and can produce undesirable peaks in the frequency spectrum in the regions of interest.
Bevorzugt liegt die Trägerfrequenz des HF-Pulses zwischen 40 und 110 MHz. Dieser Bereich entspricht ungefähr der zum Stimulieren der Wasserstoffkerne in einem Magnetfeld mit einer Stärke zwischen 1,0 und 2,5 Tesla benötigten Frequenz. Dieser Frequenzbereich ist ausreichend, um eine Triglyceridsignatur zu erhalten, welche wirksam analysiert und dennoch von einem Spektrometer geliefert werden kann, welches geringe Baumaße und relativ niedrige Kosten aufweist.The carrier frequency of the RF pulse is preferably between 40 and 110 MHz. This range corresponds roughly to the frequency required to stimulate the hydrogen nuclei in a magnetic field with a strength between 1.0 and 2.5 Tesla. This frequency range is sufficient to obtain a triglyceride signature which can be effectively analyzed and yet delivered by a spectrometer which is small in size and relatively low in cost.
Bevorzugt umfasst Schritt (iv) ferner das Integrieren einer Glycerid-Region des Frequenzspektrums. Bevorzugt hat die den Glycerolgehalt in den Triglyceridmolekülen anzeigende Region eine chemische Verschiebung zwischen 4,0 bis 4,5 ppm. Die Frequenzspektren werden auch vorzugsweise auf Grundlage einer Region der Spektren abgeglichen, die den Glycerolgehalt in den Triglyceridmolekülen anzeigen. Dieses Glycerol-Signal liegt in allen Proben vor, die Triglycerid enthalten, und hat eine gemeinsame spektrale Reaktion für jede Probe. Es ist daher eine geeignete Auswahl, mit welcher Spektren von verschiedenen Proben abgeglichen werden können.Preferably, step (iv) further comprises integrating a glyceride region of the frequency spectrum. Has preferred the region indicating the glycerol content in the triglyceride molecules has a chemical shift between 4.0 to 4.5 ppm. The frequency spectra are also preferably adjusted based on a region of the spectra indicative of the glycerol content in the triglyceride molecules. This glycerol signal is present in all samples that contain triglyceride and has a common spectral response for each sample. It is therefore a suitable choice with which spectra of different samples can be compared.
Bevorzugt umfasst Schritt (iv) ferner das Normalisieren des Spektrums auf Grundlage des Integrals der Glycerid-Region. Die Intensität des den Glycerolgehalt anzeigenden Signals ist proportional zum Gesamt-Triglyceridgehalt in der Probe, und somit ist das Spektrum vorzugsweise immer derartig skaliert, dass die Intensität der von dem Glycerol-„Triglycerid-Rückgrat“ stammenden Peaks in jedem der Spektren gleich ist. Dieser Prozess erklärt die Variation der Menge der Triglyceridmoleküle zwischen den Proben.Preferably, step (iv) further comprises normalizing the spectrum based on the integral of the glyceride region. The intensity of the signal indicating the glycerol content is proportional to the total triglyceride content in the sample, and thus the spectrum is preferably always scaled in such a way that the intensity of the peaks originating from the glycerol “triglyceride backbone” is the same in each of the spectra. This process explains the variation in the amount of triglyceride molecules between samples.
Vorteilhafterweise wird Schritt (iv) unter Verwendung einer Schnellen Fourier-Transformations-Technik ausgeführt. Dies ist eine mathematische Technik, die unter Verwendung einer Software (wie z.B. MNova™) ausgeführt und verwendet wird, um die Verarbeitungszeit für das Ausführen einer Fourier-Transformation an den erhaltenen Daten signifikant zu reduzieren.Advantageously, step (iv) is carried out using a fast Fourier transform technique. This is a mathematical technique that is implemented and used using software (such as MNova ™) to significantly reduce the processing time for performing a Fourier transform on the data obtained.
Bevorzugt wird das Tiergewebe vor Schritt (i) zuerst klein geschnitten, fein gehackt oder sonst wie homogenisiert. Dies stellt sicher, dass die mageren und die fetten Teile des Fleischs gut miteinander gemischt werden, um so die Variation des Triglyceridgehalts zwischen verschiedenen Proben von der gleichen Quelle zu reduzieren.Before step (i), the animal tissue is preferably first cut into small pieces, finely chopped or otherwise homogenized. This ensures that the lean and fatty parts of the meat are mixed well together so as to reduce the variation in triglyceride levels between different samples from the same source.
Vorteilhafterweise werden die Schritte (i) bis (iv) zu Anfang unter Verwendung bekannter Tiergewebe von bekanntem Typ ausgeführt, um so Ziel-Triglyceridsignatur-Daten zur Verwendung bei der Analyse von Schritt (v) zu erhalten. Diese Vorgehensweise kalibriert wirksam das Spektrometer und insbesondere das verwendete Analyseverfahren, so dass bestimmte Triglyceridsignaturen bestimmten Tiergeweben zugeordnet werden können. Die charakteristischen Daten von einer Vielzahl von verschiedenen Tiergeweben können in eine Datenbank eingegeben werden, so dass, wenn das Spektrometer später für unbekannte Tiergewebe verwendet wird, auf die Datenbank zurückgegriffen werden kann, um einen wahrscheinlichen Kandidat für das Tiergewebe zu finden, von welchem die Probe erhalten wurde. Die Tiergewebe, für welche die Vorrichtung kalibriert worden ist, um die Triglyceridsignaturen zu erkennen, bilden eine Liste von potentiellen, auszugebenden Tiergewebe-Kandidaten. Alternativ kann, falls die Signatur keine Übereinstimmung mit gespeicherten Daten der Datenbank liefert, der Benutzer darüber informiert werden, so dass das Tiergewebe einer eingehenderen Analyse wie z.B. einer DNA-Sequenzierung nach PCR unterworfen werden kann. In diesem Fall wird die Identität des zum Erzeugen der Probe verwendeten Tiergewebes als unbekannt angezeigt, jedoch wird kein Tiergewebe-Kandidat ausgegeben. Eine Datenbank kann gebildet werden, welche die spektralen Daten selbst umfasst, oder sie kann daraus gesammelte Informationen enthalten, nachdem eine Analyse in irgendeiner Form daran ausgeführt worden ist.Advantageously, steps (i) through (iv) are initially carried out using known animal tissues of known type so as to obtain target triglyceride signature data for use in the analysis of step (v). This procedure effectively calibrates the spectrometer and in particular the analytical method used so that certain triglyceride signatures can be assigned to certain animal tissues. The characteristic data from a variety of different animal tissues can be entered into a database so that when the spectrometer is later used on unknown animal tissues, the database can be referenced to find a likely candidate for the animal tissue from which the sample is being sampled was obtained. The animal tissues for which the device has been calibrated to recognize the triglyceride signatures form a list of potential animal tissue candidates to be dispensed. Alternatively, if the signature does not match stored data in the database, the user can be informed so that the animal tissue can be subjected to more detailed analysis such as DNA sequencing after PCR. In this case, the identity of the animal tissue used to generate the sample is displayed as unknown, but no candidate animal tissue is output. A database can be formed which includes the spectral data itself, or it can contain information gathered therefrom after some form of analysis has been performed on it.
Vorteilhafterweise können die in der Datenbank gespeicherten Ergebnisse verwendet werden, um Triglyceridsignatur-Informationen zu definieren, die für einen bekannten Fleischtyp charakteristisch sind. Dies kann der Fall sein, wenn eine Reihe von Fleischproben vom gleichen Tierkörper bekannten Ursprungs erhalten worden ist. Variationen des Fettgehalts und somit der Triglyceridsignatur in diesem Tierkörper können durch den Aufbau einer Datenbank mit Informationen erklärt werden, die für die aus den diversen Fleischproben für diesen Tierkörper erhaltenen Triglyceridsignaturen charakteristisch sind. Eine durchschnittliche erwartete Triglyceridsignatur enthält Triglyceridsignatur-Informationen, die für einen bekannten Fleischtyp charakteristisch sind, wie z.B. wo die Resonanzfrequenz-Peaks erwartet werden können, sowie über die Intensität, Form und Breite dieser Peaks. Diese Datenbank kann verwendet werden, um ein Verfahren der Hauptkomponentenanalyse auszuführen. In einigen Fällen kann das NMR-Spektrometer nicht verwendet werden, um selbst den Analyseschritt auszuführen, zum Beispiel kann das Spektrometer mit einem Computer verbunden werden, welcher mit einer geeigneten Software zum Ausführen dieser Analyse arbeiten kann. Alternativ können die Analyse und die Datenbank von bekannten charakteristischen Triglyceridsignaturen mit betreffenden Markierungen für Tiergewebe-Kandidaten in einer Fernsteuerungseinrichtung vorliegen, auf die über eine Internet-Verbindung zugegriffen werden kann.Advantageously, the results stored in the database can be used to define triglyceride signature information that is characteristic of a known type of meat. This may be the case when a number of meat samples have been obtained from the same carcass of known origin. Variations in the fat content and thus in the triglyceride signature in this animal body can be explained by building a database with information that is characteristic of the triglyceride signatures obtained from the various meat samples for this animal body. An average expected triglyceride signature contains triglyceride signature information that is characteristic of a known type of meat, such as where the resonance frequency peaks can be expected and the intensity, shape, and width of those peaks. This database can be used to carry out a principal component analysis method. In some cases the NMR spectrometer cannot be used to carry out the analysis step itself, for example the spectrometer can be connected to a computer which can operate with suitable software to carry out this analysis. Alternatively, the analysis and database of known characteristic triglyceride signatures with relevant markings for animal tissue candidates can be present in a remote control device which can be accessed via an Internet connection.
FigurenlisteFigure list
Einige Beispiele für ein Verfahren zum Analysieren von Tiergewebe werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Perspektive eines Benchtop-NMR-Spektrometers, das mit einem Computer zur Verwendung gemäß den diskutierten Beispielen verbunden ist; -
2 ein Flussdiagramm, das die Verfahrensschritte darstellt, die zum Kalibrieren eines NMR-Spektrometers gemäß den beschriebenen Beispielen ausgeführt werden; -
3 ein Beispiel eines Frequenzspektrums, das eine Triglyceridsignatur umfasst, die aus Rindfleisch gemäß dem Kalibrierungsbeispiel erhalten wurde; -
4 ein Flussdiagramm, das die Verfahrensschritte zum Analysieren von Tiergewebe gemäß einem ersten Beispiel der Erfindung darstellt; -
5 eine graphische Darstellung, die durch ein Verfahren der Hauptkomponentenanalyse von Triglyceridsignaturen gemäß einem zweiten Beispiel der Erfindung erhalten wurde; und -
6 ein Beispiel für ein Frequenzspektrum, das eine Triglyceridsignatur umfasst, die aus Rindfleisch und Schweinefleisch gemäß einem dritten Beispiel der Erfindung erhalten wurde.
-
1 Figure 3 is a perspective of a benchtop NMR spectrometer connected to a computer for use in accordance with the examples discussed; -
2 a flow chart illustrating the method steps that are carried out for calibrating an NMR spectrometer according to the examples described; -
3 an example of a frequency spectrum that includes a triglyceride signature derived from Beef obtained according to the calibration example; -
4th a flow chart illustrating the method steps for analyzing animal tissue according to a first example of the invention; -
5 Fig. 8 is a graph obtained by a method of principal component analysis of triglyceride signatures according to a second example of the invention; and -
6th an example of a frequency spectrum comprising a triglyceride signature obtained from beef and pork according to a third example of the invention.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Um beim Verständnis der Erfindung zu unterstützen, enthält die folgende Diskussion eine Reihe von Beispielen für die Implementierung der vorliegenden Erfindung. Ein Beispiel wird zunächst für das Kalibrieren eines Benchtop-NMR-Spektrometers mit einem bekannten Tiergewebetyp gegeben. Beispiele für das Identifizieren von unbekannten Geweben werden dann diskutiert, zusammen mit typischen experimentellen Daten, die erhalten werden können.To aid in understanding the invention, the following discussion contains a number of examples of implementing the present invention. An example is first given for calibrating a benchtop NMR spectrometer with a known type of animal tissue. Examples of identifying unknown tissues are then discussed, along with typical experimental data that can be obtained.
Vorrichtungcontraption
Das NMR-Spektrometer umfasst auch einen Satz von Hochfrequenz(HF)-Spulen
Das Benchtop-Spektrometer
Kalibrieren des SpektrometersCalibrate the spectrometer
In Schritt
In Schritt
In Schritt
Das Signal-Rausch-Verhältnis in dem erfassten FID-Signal wird im Schritt
Die resultierenden FID-Signale von den Scans werden detektiert, durch eine Software auf dem Computer
In Schritt
Wenn die Zeitdomäne FID-Signal Fourier-transformiert wird, erzeugt dies „reelle“ und „imaginäre“ Komponenten. Idealerweise enthalten die reellen Komponenten alle Informationen über das Absorptionsspektrum. Jedoch muss bei der tatsächlichen NMR-Erfassung (wo die Wasserstoffatome nicht in Phase miteinander resonieren) eine Phasenkorrektur durchgeführt werden, um ihr Absorptionsspektrum als reelles Ergebnis der Fourier-Transformation zu erhalten. Diese Phasenkorrektur wird durch die Software ausgeführt, welche die reellen und imaginären Komponenten der Fourier-Transformation durch verschiedene Mengen für jede Probe anpasst.When the time domain FID signal is Fourier transformed, it creates “real” and “imaginary” components. Ideally, the real components contain all information about the absorption spectrum. However, in the actual NMR acquisition (where the hydrogen atoms do not resonate in phase with each other) a phase correction must be carried out in order to obtain their absorption spectrum as a real result of the Fourier transform. This phase correction is carried out by the software which fits the real and imaginary components of the Fourier transform by different amounts for each sample.
Das Frequenzspektrum wird dann einer weiteren Verarbeitung unterworfen, so dass die chemische Verschiebung für das Spektrum auf Grundlage von Tetramethylsilan als Bezugspunkt berechnet wird (dies ist Routine bei NMR). Dies bildet die Abszisse des Spektrums, während die Intensität die Ordinate bildet. Die chemischen Verschiebungsdaten liefern Informationen über die bestimmten chemischen Umgebungen, in welchen sich die Wasserstoffkerne in der Probe befinden, so dass eine Beziehung zwischen einer bestimmten chemischen Verschiebung und einem bestimmten Teil eines Moleküls mit Wasserstoffatomen besteht. Ein derartiger Teil ist die Glycerid-Rückgratregion der Triglyceridmoleküle.The frequency spectrum is then subjected to further processing so that the chemical shift for the spectrum is calculated using tetramethylsilane as the reference point (this is routine with NMR). This forms the abscissa of the spectrum while the intensity forms the ordinate. The chemical shift data provide information about the specific chemical environments in which the hydrogen nuclei are located in the sample, so that there is a relationship between a specific chemical shift and a specific part of a molecule with hydrogen atoms. One such part is the glyceride backbone region of the triglyceride molecules.
Ein Beispiel für ein Frequenzspektrum, das für eine Probe unter Verwendung von Rinderhack erzeugt werden kann, ist in
Das resultierende Frequenzspektrum für diese Probe wird im Schritt
Zusätzlich zum Normalisieren der Spektren wird im Schritt
Die Werte für diese Integrale werden dann in vorinstallierte oder vom Benutzer bestimmte Gleichungen eingesetzt, um charakteristische Daten für die Triglyceridsignatur zu erhalten. Diese Gleichungen können auf vorexistierendem Wissen über zum Beispiel die Anzahl von Protonen beruhen, die zu jedem der Peaks im Spektrum beitragen, und können dazu verwendet werden, den Prozentsatz von einfach ungesättigten Fettsäuren, mehrfach ungesättigten Fettsäuren und gesättigten Fettsäuren in dem Tiergewebe abzuschätzen. Eine beispielhafte Überlegung, die angestellt werden sollte, betrifft das durch das Wasserstoffatom erzeugte Signal, das heißt, gebunden an den mittleren Kohlenstoff in Glycerol, da dies direkt unter dem olefinischen Band
Die Schritte
In Schritt
Analysieren eines unbekannten TiergewebesAnalyze an unknown animal tissue
Erstes BeispielFirst example
Das Benchtop-NMR-Spektrometer
In einigen Fällen kann auch der Prozentsatz des einfach ungesättigten, mehrfach ungesättigten und gesättigten Fettgehalts dem Benutzer angezeigt werden, wenn dies mit einem akzeptablen Niveau von Genauigkeit berechnet worden ist.In some cases, the percentages of monounsaturated, polyunsaturated and saturated fat may also be displayed to the user if calculated with an acceptable level of accuracy.
Zweites BeispielSecond example
In einem zweiten Beispiel der Erfindung können Triglyceridsignaturen, die durch mehrere verschiedene Tiergewebe gebildet wurden (in diesem Fall Rind, Lamm, Schwein und Gans), identifiziert und unterschieden werden. In diesem Beispiel wird eine Hauptkomponentenanalyse anstelle des in dem ersten Beispiel eingesetzten Peakintegrationsverfahrens verwendet.In a second example of the invention, triglyceride signatures formed by several different animal tissues (in this case beef, lamb, pig and goose) can be identified and distinguished. In this example principal component analysis is used in place of the peak integration method used in the first example.
Zunächst ist es notwendig, eine geeignete Datenbank von charakteristischen Daten für jeden Typ von Tiergewebe zu erzeugen, das der Benutzer identifizieren möchte. Das System
Die charakteristischen Daten werden dann für jeden Gewebetyp (Lamm-, Schweine- und Gänsefleisch) unter Verwendung der Hauptkomponenten (PC, von englisch: Principal Components)-Analyse erzeugt. Dies ist eine Standard-Datenverarbeitungstechnik, und es ist herausgefunden worden, dass sie beim Unterscheiden zwischen verschiedenen Gewebetypen besonders wirksam ist, insbesondere zwischen verschiedenen Spezies von Tieren. Der Datensatz wird in die Hauptkomponenten zerlegt, die systematische Quellen der Variabilität im Datensatz in abnehmender Reihenfolge der Signifikanz beschreiben. Die Spektren von den verschiedenen Gewebetypen in der Datenbank werden wirksam miteinander verglichen, um die Komponenten zu bestimmen, welche zwischen jedem Spektrum variieren. Dies wird verwendet zum Klassifizieren der Gewebetypen auf Grundlage eines geeigneten Teilsatzes der Hauptkomponenten, durch Konstruieren von Toleranzintervallen, die jede Gruppe im PC-Raum durch ein statistisches Verfahren definieren, zum Beispiel Hotellings T-Quadrat-Verteilung oder die Mahalanobis-Distanz.The characteristic data are then generated for each tissue type (lamb, pork and goose meat) using the Principal Components (PC) analysis. This is a standard data processing technique and has been found to be particularly effective in distinguishing between different types of tissue, particularly between different species of animals. The data set is broken down into the main components that describe systematic sources of variability in the data set in decreasing order of significance. The spectra from the various tissue types in the database are effectively compared to one another to determine the components which vary between each spectrum. This is used to classify the tissue types based on an appropriate subset of the principal components, by constructing tolerance intervals that define each group in pc room by a statistical method, for example Hotelling's T-square distribution or the Mahalanobis distance.
Eine zu testende Tiergewebeprobe von unbekanntem Fleisch (mit einer unbekannten Identität) wird dann zu einer Probe präpariert und gemäß den Schritten
Ein Beispiel für Daten, die gemäß dem zweiten Beispiel erzeugt werden können, ist in
Weiterhin können Hauptkomponenten kalibriert werden, um Kontaminations- oder Verfälschungswerte unter Verwendung eines als Hauptkomponentenregression bekannten Verfahrens zu bestimmen. Dies ist eine multivariate Regressionstechnik, die zum Anwenden spektraler Datensätze geeignet ist und zum Beispiel in Jolliffe, I. T. 2002, Principal Component Analysis, Springer, diskutiert wird.Principal components can also be calibrated to determine contamination or adulteration levels using a method known as principal component regression. This is a multivariate regression technique that is suitable for applying spectral data sets and is discussed, for example, in Jolliffe, I. T. 2002, Principal Component Analysis, Springer.
Drittes BeispielThird example
In einem dritten Beispiel der Erfindung wird die Anwesenheit einer Spurenverunreinigung von Schweinefleisch in einem Produkt, das primär Rindfleisch enthält, durch Analysieren von Teilregionen der Triglyceridsignatur identifiziert. Bestimmte Gewebetypen erzeugen charakteristische Peaks in der olefinischen oder bis-allylischen Region, welche zum Identifizieren dieses Gewebes verwendet werden können. Wenn dieses Gewebe nur in einer Spurenmenge vorliegt, können diese Peaks das Gesamt-Integral für diese Region nicht signifikant ändern, jedoch können sie dennoch im Gesamtspektrum durch die Anwesenheit eines schmalen Peaks detektierbar sein. Eine quantitative Analyse dieses Peaks kann ebenfalls unter Verwendung eines Computers
Zunächst wird ein Kalibrierungsprozess ausgeführt. Eine Datenbank von gemittelten, normalisierten Spektren wird unter Verwendung mehrerer garantierter Gewebetypen (einschließlich Rind- und Schweinefleisch) gemäß dem zweiten Beispiel erhalten. Die olefinische und die bis-allylische Region (
Die Teilregion
Ein zu analysierendes unbekanntes Tiergewebe wird dann zu einer Probe präpariert, und ein normalisiertes Frequenzspektrum wird wie zuvor erhalten. Die Triglyceridsignatur für die Probe wird dann unter Verwendung der Hauptkomponentenanalyse analysiert, und die charakteristischen Daten werden als in die Toleranzgrenze für Rindfleisch fallend identifiziert. Zusätzlich dazu werden die spezifischen Teilregionen von Interesse (wie während des Kalibrierungsprozesses definiert) nun auch analysiert, um die mögliche Anwesenheit von Spurenverunreinigungen von anderen Gewebetypen in der Probe zu identifizieren. Das Integral für die Teilregion
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Representative=s name: HOEFER & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
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Owner name: OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, GB Free format text: FORMER OWNERS: INSTITUTE OF FOOD RESEARCH, NORWICH, GB; OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, ABINGDON, OXFORDSHIRE, GB Owner name: OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, GB Free format text: FORMER OWNERS: INSTITUTE OF FOOD RESEARCH, NORWICH, GB; OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, ABINGDON, GB |
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R082 | Change of representative |
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R016 | Response to examination communication | ||
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R081 | Change of applicant/patentee |
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