Perkembangan Teknologi Analisis Flavor berbasis Mass Spectrometry



Seiring dengan perkembangan kemajuan industri pangan yang semakin pesat saat ini, menuntut tersedianya produk yang bekualitas baik secara nilai gizi maupun kualitas sensorinya. Berbicara mengenai kualitas sensori, tentunya peranan flavor sebagai komponen yang memberikan cita rasa maupun aroma menjadi sangat krusial terhadap tingkat penerimaan produk bagi konsumen. Tentunya kita mengenal ada salah satu produk minuman berkarbonasi yang sudah sangat mendunia dengan karakter sensori yang sangat khas, sehingga berhasil menciptakan karakter yang sangat kuat bagi konsumen. Terlepas dari demikian kuatnya branding yang dilakukan produk tersebut secara keseluruhan, hal ini juga tentunya sangat ditentukan dengan karakter intrinsik produk termasuk peranan formula flavor yang menjadi ciri khasnya.

 

Karakter flavor umumnya diwakili oleh senyawa yang bersifat volatil (mudah menguap). Teknik analisis dengan Gas Chromatograph (GC) menjadi pilihan utama mengingat kemampuannya untuk pemisahan, serta analisis senyawa organik volatil baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Dengan pemilihan konfigurasi GC yang tepat (sample introduction, inlet system, column, detection system, library) maka tujuan analisis dapat dioptimalkan sesuai dengan kebutuhan karakterisasi flavor yang diharapkan.

 

Selain dari konfigurasi instrumen yang tepat, teknik preparasi sampel juga memegang peranan yang sangat penting. Preparasi sampel adalah suatu rangkaian prosedur atau perlakuan terhadap sampel yang bertujuan untuk mengkondisikan sampel agar sesuai dengan metode analisis yang digunakan. Teknik ini biasanya meliputi beberapa hal seperti menghilangkan interferensi yang akan mengganggu deteksi dari analit, mengganggu instrumen atau umur pakai dari kolom, pemekatan analit agar konsentrasinya ada pada rentang yang dapat dideteksi, termasuk derivatisasi analit menjadi bentuk senyawa lain untuk meningkatkan sensitivitas analisis. Teknik preparasi ini dapat beraneka ragam sesuai dengan karakter sampel yang akan dianalisis. Sampel preparasi yang kurang tepat tentunya akan berdampak pada penurunan kualitas hasil analisis. Seperti bentuk kromatogram yang kurang baik, terjadinyablockage pada instrument akibat partikulat, down time dari instrumen yang semakin sering, kontaminasi silang antar sampel, penurunan sensitivitas, hingga peningkatan waktu dan biaya analisis sampel. Secara umum, tidak ada satu teknik preparasi sampel yang cocok untuk semua jenis analit atau matrik sampel. Sehingga pengetahuan basic chemistry  dari seorang analis menjadi hal yang sangat penting untuk memastikan bahwa metode analisis flavor yang digunakan sesuai untuk analit dan matrik sampelnya.

 

Komponen yang berperan dalam memberikan karakter flavor belum tentu merupakan komponen utama (high concentration) dalam sampel. Banyak senyawa-senyawa yang memberikan karakteristik utama dalam flavor justru merupakan komponen dengan konsentrasi yang sangat rendah dalam sampel sehingga sering kali terkoelusi dalam matrik sampel dan sulit untuk diidentifikasi. Oleh karenanya, kombinasi sensori manusia (olfactory) yang digabungkan dengan Gas Chromatography Mass Spectrometer (GCMS) menjadi suatu teknik yang sangat handal untuk analisis dan karakterisasi komponen flavor. Olfactory Detection Port (ODP) adalah suatu interface antara instrumen GCMS dengan flavorist yang memungkinkan flavorist memberikan feedback kepada instrumen bahwa pada waktu retensi tertentu terdeteksi komponen flavor dengan deskripsi & intensitas tertentu, termasuk deskripsi secara suara (OID Signal). Dengan teknik GCMS-ODP (ini, kita dapat membandingkan kromatogram & spektrum massa (Total Ion Chromatogram/ TIC) dengan sinyal dari OID untuk kemudian dianalisis komponen apa (berdasarkan library search dari GCMS) yang memberikan karakterisasi OID yang kuat.

 

Contoh pada Gambar 2 menunjukan bahwa tidak semua sinyal yang muncul dari OID merepresentasikan konsentrasi senyawa yang signifikan konsentrasinya di dalam sampel (TIC). Oleh karena itu metode analisis secara keseluruhan berperan penting dalam keberhasilan hasil analisis. Sample introduction untuk GCMS dengan sistem Dynamic Headspace­ (DHS) memungkinkan analisis komponen flavor menjadi lebih sensitif dibandingkan dengan Static Headspace. Hal ini dimungkinkan dengan adanya proses pemekatan/ preconcentration pada teknik DHS. Prinsip kerja DHS ini adalah melakukan ekstraksi komponen flavor (volatil) dari sampel dengan pemanasan dengan suhu & waktu tertentu. Komponen flavor yang menguap kemudian ditangkap dengan sistem trapping sampai terjadi kesetimbangan. Tahap selanjutnya adalah pemanasan dari adsorbent dalam trapping secara desorpsi termal agar komponen flavor tersebut terlepas dan dialirkan ke dalam sistem GCMS-ODP untuk dianalisis karakter sensorinya melalui ODP serta karakter kimianya melalui spektrum massa. Teknik DHS ini dapat diaplikasikan baik untuk sampel cairan maupun padatan, umumnya  secara langsung tanpa perlu preparasi. Sistem DHS ini dapat dikembangkan dengan Large Volume sampling option yang memungkinkan untuk digunakan analisis sampel dalam volume besar seperti buah-buahan atau bunga utuh.

 

 

Outputdari DHS kemudian masuk ke dalam sistem inlet dalam GCMS dengan pengaturan temperatur dan tekanan yang tepat agar dapat memfokuskan komponen dalam sampel sehingga masuk ke dalam kolom dengan kondisi optimum untuk proses pemisahan senyawa berdasarkan perbedaan interaksinya dengan fasa diam (stationary phase) di dalam kolom secara reprodusibel. Senyawa flavor dengan interaksi yang lebih kuat akan tertahan lebih lama sehingga akan memiliki waktu retensi lebih lama dibandingkan dengan senyawa lain yang lebih lemah interaksinya. Setelah proses pemisahan di kolom, tahap selanjutnya adalah deteksi komponen flavor dengan Mass Spectrometry Detector (MSD). Detektor ini memiliki kelebihan dengan memberikan kombinasi universalitas & selektivitas. Universal artinya hampir semua komponen yang masuk ke dalam MSD akan dideteksi asalkan dapat terionisasi secara efektif dalam ion source. Selektif artinya MSD dapat membedakan ion yang berbeda berdasarkan bobot molekulnya. MSD mendeteksi ion berdasarkan intensitas berat molekul/ muatan atau lebih dikenal dengan istilah m/z.

 

            Perkembangan teknologi mass analyzer yang ada saat ini memberikan beberapa pilihan untuk digunakan sesuai dengan kebutuhan analisis, diantaranya Single Quadrupole, Triple Quadrupole, Ion Trap & Quadrupole – Time Of Flight(QTOF). Masing-masing jenis mass analyzer ini memilikikeunikan tersendiri. Analisis flavor secara kuantitatif & kualitatif rutin umumnya dengan mass analyzer Single Quadrupole sudah cukup dapat diandalkan. Triple Quadrupolememberikan kemampuan deteksi dengan sensitivitas terbaik di antara jenis mass analyzer lainnya, terutama untuk sampel dengan matrik yang kompleks.

 

Teknologi terbaru untuk identifikasi senyawa volatil unknown dapat dilakukan oleh GCMS dengan mass analyzer QTOF dengan kemampuannya yang luar biasa dalam hal mendeteksi berat molekul sampai dengan 4 desimal, sehingga meskipun spektrum massa suatu komponen flavor belum tersedia dalamdatabase library, kita dapat melakukan identifikasi dengan pendekatan rumus empiris berdasarkan pembacaan berat molekul secara akurat (exact mass identification). Contohnya untuk molekul Flurenol methyl ester, GCMS QTOF akan membaca bobot molekulnya (m/z) sebesar 240.0781 (empat desimal), sementara GCMS dengan mass analyzer lain yang telah disebutkan sebelumnya akan memberikan data m/z 240.1 (satu desimal). Mengingat demikian luasnya penggunaan MS dengan spesifitasnya masing-masing, pembahasan mengenai perbedaan masing-masing jenis mass analyzer ini serta peranannya dalam analisis flavor atau komponen pangan lainnya akan penulis uraikan lebih lanjut dalam bahasan lainnya secara khusus.

 

Perkembangan teknologi instumentasi yang demikian pesat saat ini, memungkinkan analisis flavor dilakukan dengan sangat akurat & presisi untuk memberikan gambaran mengenai karakter flavor yang diinginkan. Pemilihan teknik preparasi sampel, metode analisis serta instrumentasi yang tepat menjadi hal yang sangat menentukan keberhasilan analisis flavor, baik untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif yang dikombinasikan dengan analisis persepsi sensorinya.

sumber: bercaniaga.co.id

Artikel Lainnya