DE112014004052T5 - NMR Sample Analysis - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Identifizieren von Tiergewebe unter Verwendung eines Benchtop-NMR-Spektrometers mit einer Magnetfeldstärke zwischen 1,0 und 2,5 Tesla ist vorgesehen. Triglyceridmoleküle aus einer Tiergewebeprobe werden unter Verwendung eines Lösungsmittels aufgelöst, um eine Probe zu erhalten. Die Probe wird dann unter Verwendung eines Benchtop-NMR-Spektrometers gescannt, und das resultierende Signal wird in ein Frequenzspektrum umgewandelt. Das Spektrum wird dann analysiert, und charakteristische Daten für das Tiergewebe werden ausgegeben, wobei die charakteristischen Daten die Identität des Tiergewebes anzeigen.A method of identifying animal tissue using a benchtop NMR spectrometer with a magnetic field strength between 1.0 and 2.5 Tesla is provided. Triglyceride molecules from an animal tissue sample are dissolved using a solvent to obtain a sample. The sample is then scanned using a benchtop NMR spectrometer and the resulting signal is converted to a frequency spectrum. The spectrum is then analyzed and characteristic data for the animal tissue is output, the characteristic data indicating the identity of the animal tissue.
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 attracted public attention. In January 2013, it was found that a number of European supermarkets sold meat products advertised as containing beef, but which was actually identified as undeclared horsemeat, in some cases up to 100% of the meat content. Similar cases were discovered in which undeclared pork was found, which was advertised as beef balls. The presence of undeclared pork is especially annoying for 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 throughout this document and both are intended to refer to the meat of a nonhuman 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. Daher besteht ein Bedarf für eine preiswertere und schnellere Lösung für das Testen von Tiergeweben.Running the test requires skilled and expensive equipment, and the fastest time to get results is typically between 24 and 48 hours. This process also represents a significant cost factor since the cost is more than £ 100 (about € 127) per sample. Therefore, there is a need for a cheaper and faster solution for 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.
- (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 into the frequency domain 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.
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, fast and effective method of analyzing the nature or origin of non-human animal tissues. Fats are stored in animals predominantly as triglycerides. Triglyceride molecules consist of a glycerol molecule (called the "backbone"), which is bound to three fatty acid molecules via esterification. Many types of fatty acids occur in nature, and various fatty acid molecules can be attached to the three respective sites on the glycerol backbone. The presence of triglycerides with fatty acids having different saturations (i.e., monounsaturated, polyunsaturated, or saturated) varies between different species of animals and, to a certain extent, between different cuts of meat, that is, tissues of 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 a double bond is present, and polyunsaturated if more than one double bond is present. The present Applicant has recognized that by analyzing the triglyceride components in a meat sample, a simpler solution than DNA sequencing after PCR for determining the origin of the meat can be found.
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 provides a method to study the electronic environment of NMR-active nuclei and the consequent structure of the molecules to which these nuclei are bound. NMR spectroscopy involves bringing a sample of NMR-active nuclei (such as hydrogen-1) into a static external magnetic field B 0 generated by an NMR spectrometer. An electromagnetic radio frequency (RF) pulse is then applied from the spectrometer to the sample at a frequency which is 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 at the resonant frequency of the active nuclei. This signal is known as Free Induction Decay (FID) signal and is detected by the spectrometer and analyzed 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 have found that the relative triglyceride compositions differ significantly between different species of animals and between different cuts of meat. We have further recognized that the large amount of hydrogen nuclei and their different chemical environments in triglycerides make them suitable candidates for analysis using NMR. We have further recognized 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 of unknown identity and analyzed using NMR to obtain characteristic data for the animal tissue indicating 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 far as the source animal and, in some cases, the particular type or cut of meat of that animal is concerned. In the case that the sample is made using animal tissue, that is, actually a mixture of different animal tissues, multiple identities may be indicated by the characteristic data. Preferably, however, the relative weights of the identities may also be indicated.
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 may be output as a tag, for example, the word "pork" is displayed on a monitor, or it may be indicated in a more abstract manner by e.g. As a sound, a light display or a mechanical output is triggered, or that raw data are output, as long as it was possible to easily identify the identity of the animal tissue with this issue. In case the device is configured to detect only an animal tissue identity, the output of the characteristic data may include a simple yes / no answer indicating whether the triglyceride signature shows a predetermined or preset response.
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.In the frequency domain analysis, the portion of the free induction decay signal originating 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 domain 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 may additionally contain the reaction in the linoleic 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 saturation levels of the fatty acids in the triglyceride. For example, a hydrogen nucleus in the vicinity of a single double bond resonates between adjacent carbon atoms at a different frequency than one surrounded by single bonds. This is because the resonant frequency of the nucleus is proportional to the magnetic field to which this nucleus is exposed, and this magnetic field itself is affected by the electron density in the surrounding region. Circulating electrons create a small magnetic field, which typically acts in the opposite direction to the external magnetic field; the higher the electron density, the weaker the magnetic field at the core. Double bonds have a higher electron density than single bonds and thus protect the external magnetic field to a higher degree. Hydrogen atoms in a fatty acid bonded to a carbon atom having a single bond and a double bond between the adjacent two carbon atoms in the chain (-CH = CH-) resonate in a particular 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 another region of the spectrum known as the bis-allylic region. Likewise, the two hydrogen pairs in a glycerol molecule singly attached to an 'end' carbon resonate in another region, different from the olefinic and bis-allylic regions, and 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 PulsarTM, 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.Low field strength "benchtop" NMR spectrometers have recently been developed as a cheaper, more compact and portable device for carrying out certain types of NMR experiments that have otherwise been performed in large NMR spectrometers with superconducting magnets. Instead of requiring a dedicated 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 sample holder of the spectrometer. They are generally standalone units that can be placed and moved directly on a bench or other surface as needed. These Spectrometers are also typically much easier to use by first-time users as 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 not desirable because it is difficult to distinguish between the peaks in the triglyceride signature in such weak fields. Also, a magnetic field strength above 2.5 Tesla is not desirable because the spectrometer is no longer Benchtop instrument at such high field strengths because superconducting magnets are needed.
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 a practical implementation of the method. An effective approach in step (v) involves integrating an olefinic region of the triglyceride signature. Typically, the chemical shift of the olefinic region is between 5.0 and 5.6 ppm. Preferably, step (v) also includes integrating a bis-allylic region of the triglyceride signature. Typically, the chemical shift of the bis-allylic region is between 2.5 and 3.0 ppm. Further preferably, if practicable, step (v) comprises integrating a linoleine region of the triglyceride signature. Typically, the chemical shift of the linolenic region is between 0.96 and 1.02 ppm. These chemical shift values can be treated as boundaries for the above integrals. Although the actual reaction of 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 level of saturated, monounsaturated and polyunsaturated fat in the animal tissue. These data may indicate the type or origin of animal tissue. For example, characteristic peaks in these regions can also be identified by integrating portions of these regions to provide a more detailed analysis. The presence of a characteristic peak, usually associated with only one particular tissue type, may be particularly useful in identifying a trace contaminant of this tissue type in a meat composite product (or animal tissue), that is primarily of a different 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 useful method of analyzing the triglyceride signature is a method of principal component analysis. This method may be typically used in place of the peak integration and comparison method, but it may be carried out in combination with this method. Principal component analysis is a standard data processing technique, and we have found that it is particularly effective in distinguishing between different tissue types, especially between different species of animals. In addition, the major components may preferably be calibrated to determine levels of contamination or adulteration 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 easy, and in such cases, principal component analysis is an effective technique for establishing more complex relationships. Other statistical analysis processes such. For example, neural network analysis may also be used in principle, although some such techniques may require a well-structured set of trial 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; typically, this means that there are higher noise levels in the signal compared to a higher field device. To handle this, the method of step (iii) preferably comprises comparing a set of peaks in the signal intensity at the beginning of the periodically acquired FID signal with a set of peaks at the end of the periodically acquired FID signal and computing a Signal-to-noise ratio from this comparison. The signal-to-noise ratio increases with the square root of the number of scans (i.e., the number of individual FID signals which are summed 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 shows an animal tissue candidate for the one used to obtain the sample Animal tissue on. In the case 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 an identity candidate of the animal tissue used to make the sample. This animal tissue candidate (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 may be output as a marker, for example the word "pork" is displayed on a monitor, or it may be indicated in a more abstract manner, e.g. As a sound, a light display or a mechanical output is triggered. In case the signature analysis indicates the presence of more than one animal tissue, multiple animal tissue identity candidates may be displayed, and preferably their relative amounts may be output (e.g., 80% beef, 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 performing a phase correction on the frequency spectrum. With ideal (theoretical) NMR detection, all the frequency components contained in the FID signal begin exactly in phase, and phase correction on 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 that can cause noise in the signal, and does not itself have an NMR spectrum that 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. B. triglycerides. When mixed with meat, chloroform dissolves fat molecules known as triglycerides from the meat sample and other ingredients only slightly. 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 NMR instead of chloroform to avoid 'falsifying' the spectrum 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 is replaced by a deuterium. Deuterium resonates at a different frequency, that is, is not stimulated by the RF pulse applied by the spectrometer with typical hydrogen frequencies. In practice, however, a sample of deuterated chloroform is never deuterated to 100, 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. For example, toluene or benzene may also be used in principle, but have been found to be less effective at extracting triglycerides and may 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.Preferably, the carrier frequency of the RF pulse is between 40 and 110 MHz. This range is approximately the same as that needed to stimulate hydrogen nuclei in a magnetic field between 1.0 and 2.5 Tesla. This frequency range is sufficient to obtain a triglyceride signature which can be efficiently analyzed and yet supplied by a spectrometer which has small dimensions and relatively low 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. Preferably, 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 indicating the glycerol content in the triglyceride molecules. This glycerol signal is present in all samples containing triglyceride and has a common spectral response for each sample. It is therefore an appropriate choice with which spectra of different samples can be matched.
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 indicative of glycerol content is proportional to the total triglyceride content in the sample, and thus preferably the spectrum is always scaled such that the intensity of the peaks derived 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 the 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. MNovaTM) ausgeführt und verwendet wird, um die Verarbeitungszeit für das Ausführen einer Fourier-Transformation an den erhaltenen Daten signifikant zu reduzieren.Advantageously, step (iv) is performed using a fast Fourier transform technique. This is a mathematical technique that is performed 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. Preferably, the animal tissue is first cut small, finely chopped or otherwise homogenized prior to step (i). This ensures that the lean and fatty parts of the meat are well mixed with each other so as to reduce the variation in triglyceride content 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) to (iv) are initially performed using known animal tissues of known type so as to obtain target triglyceride signature data for use in the analysis of step (v). This approach effectively calibrates the spectrometer, and in particular the analysis method used, so that certain triglyceride signatures can be assigned to particular 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 for unknown animal tissues, the database can be used to find a likely candidate for the animal tissue from which the sample is was obtained. The animal tissues for which the device has been calibrated to recognize the triglyceride signatures form a list of potential candidate animal tissue candidates. Alternatively, if the signature does not match the stored data of the database, the user may be informed so that the animal tissue may be subjected to further analysis, e.g. B. a DNA sequencing after PCR can be subjected. In this case, the identity of the animal tissue used to generate the sample is displayed as unknown but no animal tissue candidate is output. A database may be formed, which may include the spectral data itself, or it may contain information gathered therefrom after any 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 meat type. This may be the case if a number of meat samples have been obtained from the same carcass of known origin. Variations in fat content, and hence triglyceride signature, in this carcass can be explained by constructing a database of information representative of the triglyceride signatures obtained from the various meat samples for that carcass. An average expected triglyceride signature contains triglyceride signature information that is characteristic of a known type of meat, such as e.g. Where the resonant frequency peaks can be expected, as well as the intensity, shape and width of these peaks. This database can be used to perform a principal component analysis procedure. In some cases, the NMR spectrometer can not be used to perform the analysis step itself, for example, the spectrometer can be connected to a computer which can operate with suitable software to perform this analysis. Alternatively, the analysis and database of known characteristic triglyceride signatures with relevant animal tissue candidate markers may be present in a remote control device accessible via an Internet connection.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Einige Beispiele für ein Verfahren zum Analysieren von Tiergewebe werden nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Some examples of a method of analyzing animal tissue will now be described with reference to the accompanying drawings. Show it:
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 assist in understanding the invention, the following discussion includes a number of examples of the implementation of the present invention. An example is given first for calibrating a benchtop NMR spectrometer with a known animal tissue type. Examples of identifying unknown tissues are then discussed, along with typical experimental data that can be obtained.
Vorrichtung contraption
Das NMR-Spektrometer umfasst auch einen Satz von Hochfrequenz(HF)-Spulen
Das Benchtop-Spektrometer
Kalibrieren des SpektrometersCalibrating 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, this produces "real" and "imaginary" components. Ideally, the real components contain all the information about the absorption spectrum. However, in the actual NMR detection (where the hydrogen atoms do not resonate in phase with each other), phase correction must be performed to obtain their absorption spectrum as a real result of the Fourier transform. This phase correction is performed by the software which adjusts 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 is calculated for the spectrum based on tetramethylsilane as a reference (this is routine in NMR). This forms the abscissa of the spectrum, while the intensity forms the ordinate. The chemical shift data provides information about the particular chemical environments in which the hydrogen nuclei are located in the sample, such that there is a relationship between a particular chemical shift and a particular portion of a molecule having 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 150 auftritt. Dieses sollte berücksichtigt und negiert werden, wenn Peakflächen für die Abschätzung von Komponentenkonzentrationen berechnet werden. Diese charakteristischen Daten werden dann im Schritt
Die Schritte
In Schritt
Analysieren eines unbekannten TiergewebesAnalyzing 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 percentage of monounsaturated, polyunsaturated and saturated fat content may also be displayed to the user when 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 is then generated for each type of tissue (lamb, pork and goose) 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 tissue types, especially between different species of animals. The dataset is decomposed into the main components that describe systematic sources of variability in the dataset in decreasing order of significance. The spectra from the different tissue types in the database are effectively compared with each other to determine the components that vary between each spectrum. This is used to classify the tissue types based on an appropriate subset of the major components, by constructing tolerance intervals defining each group in the PC space by a statistical method, for example Hotelling's T-squared 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 Haupt komponentenregression 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.Further, major components may be calibrated to determine contamination or adulteration values using a method known as major component regression. This is a multivariate regression technique suitable for applying spectral data sets and 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 (150 und 152) jedes Spektrums wird dann durch einen Computer
Die Teilregion 600 wird für jeden Gewebetyp integriert, und der Wert wird in der Datenbank als Referenzwert für diesen Gewebetyp gespeichert. Eine ”Toleranz” oder Varianz für das Integral dieser Teilregion wird auch berechnet. Falls der Benutzer nur an der möglichen Anwesenheit von Schweinefleisch interessiert ist, dann braucht nur eine Teilregion 600 in die Datenbank eingegeben werden. Alternativ kann der Prozess für äquivalente, anderen Tiergeweben zugeordnete Teilregionen wie gewünscht wiederholt werden. Ein Kalibrierungsverfahren unter Verwendung der Hauptkomponentenanalyse wird ebenfalls gemäß dem zweiten Beispiel ausgeführt, um eine Datenbank von charakteristischen Daten für jeden analysierten Gewebetyp zu erhalten.
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 600 von dem unbekannten Fleisch wird durch den Computer
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Owner name: OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, GB Free format text: FORMER OWNERS: INSTITUTE OF FOOD RESEARCH, COLNEY, 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, COLNEY, NORWICH, GB; OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, ABINGDON, GB |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: HOEFER & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
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R081 | Change of applicant/patentee |
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 |
Representative=s name: HOEFER & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: OXFORD INSTRUMENTS NANOTECHNOLOGY TOOLS LIMITE, GB Free format text: FORMER OWNER: OXFORD INSTRUMENTS INDUSTRIAL PRODUCTS LIMITED, ABINGDON, OXFORDSHIRE, GB |