CC BY
127
ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ В|КА
ТЕМА НОМЕРА
Хромато-масс-спектрометрический анализ
при производстве ароматобразующих композиций с использованием эфирных масел мяты
Г.М. Шайдуллина
Аналитическая лаборатория инновационного центра ООО «Ворлд Маркет»
Мята - одна из старейших известных лекарственных трав - высоко ценилась в Древней Греции и Риме. Считалось, что мятный запах поднимает настроение, улучшает работу мысли. Ее рекомендовали при внутренних кровотечениях, заболеваниях желудочно-кишечного тракта, при головных болях. В настоящее время мята, ее экстракт и эфирное масло широко используются для пищевых и лечебных целей.
Эфирное масло мяты применяют в парфюмерно-косметической промышленности в производстве кремов, одеколонов, эликсиров, зубных паст и порошков для придания им свежести и бактерицидных свойств. Мятой ароматизируют табак, жевательные резинки, чай, кондитерские изделия, сиропы. Препараты из мяты также широко используют в медицине, поскольку они обладают освежающим, спазмолитическим, седативным, отхаркивающим, желчегонным, антисептическим и анестезирующим действием.
Род мяты насчитывает около 50 видов. Все они обладают характерным ароматом, но у мяты перечной он более сильный. Главным носителем аромата масла перечной мяты и его физиологически активным компонентом является ментол и его производные. Ментол при нанесении на кожу или слизистую оболочку возбуждает холо-довые рецепторы и вызывает ощущение холода. В эфирном масле мяты луговой, или японской (Mentha arvensis L.), также содержится ментол, но в значительно меньшем количестве, чем в масле культивируемых гибридов и сортов перечной мяты.
Мята перечная - многолетнее травянистое растение высотой 50-80 см семейства Губоцветных (Lamiaceae). Имеются два сорта перечной мяты: «белая» - с зелеными стеблями и «черная» — с красно-бурыми стеблями (Mentha piperita L.). Листья черешковые, продолговатые или яйцевидные. Верхушки главного стебля и боковых ветвей заканчиваются колосовидными соцветиями. Цветки мелкие, в основном стерильные, венчики лилово-розового или красно-фиолетового цвета. Мята перечная - культивируемый гибрид мяты водной (Mentha aquatica L.) и мяты колосовой (Mentha spicata L.) -редко дает семена и размножается вегетативно - корневищами и отводками. Содержание эфирного масла составляет 1,5-2 % в расчете на сухую
массу. При переработке сырья способом гидродистилляции содержание эфирного масла в соцветиях составляет 4-6 %, в листьях - 2,4-2,7, в стеблях - 0,1-0,3 %. Эфирное масло содержит 45-65 % ментола.
«Кудрявой мятой» называют несколько разновидностей культуры, отличающихся от перечной крупными листьями и наличием большого количества карвона в составе эфирного масла. Мята кудрявая (Mentha spicata L.), обыкновенная мята (Mentha viridis L.), колосовая мята (Mentha crispa L.) -это многолетние травянистые растения семейства Губоцветных (Lamiaceae) высотой 80-90 см с многочисленными стеблями. Листья широкояйцевидные, морщинистые, курчавые, опушенные. Соцветия - из скученных на верхушке стебля ложных мутовок. Цветки розовато-лиловые. Эфирное масло получают из надземной массы. Его выход составляет 0,5-1 %. Эфирное масло содержит 56-65 % карвона. Мята кудрявая отличается от мяты перечной отсутствием холодящего ощущения и менее резким запахом.
Полученные методом перегонки с паром из подвяленного измельченного сырья эфирные масла мяты представляют собой желтоватую жидкость с характерным вкусом и запахом мяты. Эфирные масла мяты широко используют в качестве ингредиента для создания ароматобразующих композиций.
Эфирное масло перечной мяты отличается высоким содержанием ментола. В отличие от перечной мяты не ментол, а карвон является основным компонентом эфирных масел кудрявой, обыкновенной или колосовой мяты.
Помимо основного компонента в состав эфирных масел мяты входит большое количество органических веществ, причем содержание каждого соединения может меняться в довольно широких пределах даже для растений одного и того же вида, что зависит от места выращивания и климатических особенностей, сроков уборки и стадии вегетации, длительности и ус-
ловий хранения сырья. Поскольку химический состав эфирного масла зависит от многих факторов и не постоянен, для стандартизации данных ингредиентов недостаточны обычные физические и химические показатели, поэтому требуется более детальное исследование качественного и количественного состава.
Для рутинного анализа эфирных масел хромато-масс-спектрометрия (GC/ MS - Gas Chromatography/Mass Spectrometry) - наиболее информативный, специфичный и экспрессный метод. Необходимо также подчеркнуть, что в отсутствие масс-спектральной информации при использовании других детекторов возможно определение лишь времен удерживания для наблюдаемых элюентов из хроматографической колонки, что не позволяет надежно распознавать, какими именно веществами образован аналитический сигнал при исследовании образцов с широким спектром возможных составляющих компонентов. В подобных случаях информация о времени удерживания не является достаточно характеристичной для проведения качественного анализа. Тогда как интерпретация регистрируемых масс-спектров позволяет надежно определить точный химический состав, присутствие гомологических рядов и структурных аналогов в смеси, а также основные структурные фрагменты отдельных компонентов.
Так как эфирные масла представляют собой сложные смеси индивидуальных органических соединений, их хроматограммы могут иметь большое количество неразрешенных пиков, поэтому использование немасс-спект-ральных детекторов может привести к ошибочным результатам, поскольку в этом случае невозможно точно определить, одним или несколькими компонентами с близкими хроматографи-ческими характеристиками образован полученный аналитический сигнал. Масс-спектрометрия дает возможность распознать хроматографически неразрешенные пики и раздельно определить относительные количества компонентов с близкими временами удерживания, что, в свою очередь, дает более правильные результаты при количественном анализе.
При хромато-масс-спектрометри-ческом анализе эфирных масел в некоторых случаях масс-спектры не абсолютно характеристичны. Так обстоит
WORJ.[) M ARKET является о (радиальным дирривьютором компании SYMRISE, объединившей компании Haarmann&Reimer и Drago со.
WORLD MARKET поставляет ингредиенты от ведущих мировых производителей и производит ароматизаторы и подсласт ители для различных отраслей пищевой промышленности. Зарегистрированные торговые марки WM, TwinSweet, МолСвит и УльтраСвитли завоевали доверие крупнейших российских производителей пищевых продуктов безупречным качеством, богатым ассортиментом и действительно низкими ценами по сравнению с аналогами.
World Market
Тел./факс: (095) 956 2801, 956 2802 e-mail: [email protected] www.wm-ingredients.com
ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ
ТЕМА НОМЕРА
XXI
ВЕКА
дело с рядом моноциклических терпенов, когда большое количество изомеров с одинаковой брутто-формулой, но с разными структурами имеют похожие масс-спектры. Накопление экспериментального материала на определенном хромато-масс-спектрометре способствует более точной интерпретации результатов анализа, поскольку сочетание масс-спектральных данных с принимаемыми во внимание хрома-тографическими характеристиками позволяет с высокой степенью надежности определять химический состав исследуемых образцов.
Таким образом, проведение хрома-то-масс-спектрометрического анализа эфирных масел подобно снятию «отпечатков пальцев». Это позволяет определить не только хроматографический профиль эфирного масла, но и одновременно производить идентификацию содержащихся компонентов и количественно определять различия в концентрации этих компонентов по сравнению с контрольным образцом. Поскольку именно изменения в химическом составе ингредиентов приводят к различиям органолептических показателей готовой продукции, благодаря точной информации, получаемой в результате хромато-масс-спектромет-рического анализа проб используемого сырья, становится возможным быстрое и эффективное корректирование рецептуры при производстве ароматоб-разующих композиций.
В данной работе анализ образцов эфирных масел мяты проводили на масс-спектрометре Agilent Technologies 5973 MSD, сопряженном с газовым хроматографом Agilent Technologies 6890N. Тип хроматографической колонки - HP-5MS, длина - 30 м, внутренний диаметр - 250 мкм, тол-
щина пленки неподвижной фазы -0,25 мкм, газ-носитель - гелий, скорость потока - 1 мл/мин, деление потока - 1:20, масс-анализатор - квадру-польный, ионизация - электронная, энергия электронов - 70 эВ, диапазон детектируемых масс - от 33 до 500 дальтон, скорость сканирования - 4 спектра в 1 с. Температурный режим хроматографа: начальная температура 50°С выдерживалась в течение 2 мин, нагревание до 150°С производилось со скоростью 10°С/мин и далее до 280°С со скоростью 15°С/мин, время выдержки конечной температуры - 2 мин.
Образцы эфирных масел 0,005 г для анализа растворяли в 1 мл гексана. Объем вводимой в инжектор пробы составлял 1 мкл.
Количественный анализ исследованных образцов эфирных масел проводили по площадям хроматографи-ческих пиков в полном ионном токе. В качестве внутреннего стандарта использовали нафталин.
Идентификацию компонентов проводили по полученным масс-спектрам на основе спектроструктурных корреляций и с помощью библиотеки масс-спектров «mainlib/replib», выпущенной NIST/EPA/NIH (National Institute of Science and Technology/Environmental Protection Agency/National Institute of Health), при использовании соответствующих приложений программных пакетов MSD ChemStation и NIST Mass Spectral Database.
В качестве объектов исследования были выбраны образцы эфирных масел мяты с различным содержанием ментола (образец I и II) и образцы с различным содержанием карвона (образец III и IV). На рис. 1 и 2 представлены полученные хроматограммы с отнесением наиболее интенсивных анали-
30000DD
/
-2600000
2400000 2200000 2000000
1400000 1200000
II
в.оо 6
жг
но
МЕНТОЛ
ml 8 ill I
Ö.OO Ю.ОО 11 ОС 12 СИ": Ю.ОО 1<4.00|
5 78
I ill . 1
О ОС 7.00 ООО
Я.ОО Ю.ОО М.ОО 1200 13 ОО СО 1С.ОО
время, мин
Рис.1. Фрагменты хроматограмм по полному ионному току образцов I и II эфирных масел мяты с различным содержанием ментола. Аналитические сигналы:
1 - ментол;
2 - ментон;
3 - изоментон;
4 - ментилацетат;
5 - изоментол;
6 - лимонен;
7 - пулегон;
8 - пиперитон
тических сигналов в соответствии с обозначениями в табл. 1 и 2.
В табл. 1 и 2 приведены результаты качественного и количественного анализа компонентов, суммарное содержание которых в образцах II и IV составляет 97 % в порядке уменьшения процентного содержания компонентов.
Из результатов хромато-масс-спект-рометрического анализа образцов I и II следует, что сырьем для производства данных эфирных масел служила мята перечная. Уменьшение концентрации основного компонента - ментола - сопровождается увеличением концентрации моноциклических терпеновых кетонов: пулегона, пиперитона, менто-
Таблица 1 Результаты хромато-масс-спектрометрического анализа образцов I и II. Содержание компонентов эфирных масел мяты, рассчитанное по результатам
интегрирования хроматограммы по полному ионному току, %
Вещество I II
Ментол 54,11 41,94
Ментон 12,77 21,46
Ментилацетат 1,78 2 37 16,40 16,40 4,14 2,80
Лимонен 0,27 2,51
Пиперитон 1,19 2 08 1,46 1,19
ß-Кариофиллен 1,29 0,96 0,65
а-Терпинеол 2,99 0,63 0,58
ß-Кувебен - 0,47
на, а также увеличением содержания лимонена и бициклических соединений терпеноидного ряда.
Результаты анализа образцов III и IV доказывают, что данные эфирные масла были произведены из кудрявой или обыкновенной мяты. Уменьшение концентрации основного компонента -карвона - в основном обусловлено увеличением концентрации лимонена и ряда терпеноидных соединений.
Таким образом, на примере исследования различных образцов эфирных масел мяты продемонстрирована возможность проведения быстрого мониторинга химического состава эфирных масел методом хромато-масс-спектро-метрии. По результатам анализа химического состава эфирных масел был определен тип сырья, из которого произведено каждое исследованное эфирное масло.
Полученная информация позволяет быстро и эффективно выполнять экспертизу идентичности поставляемого сырья по сравнению с контрольными образцами, что является необходимым этапом при производстве ароматобра-
ПИЩЕВЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ
XXI
ВЕКА
Таблица 2 Результаты хромато-масс-спектрометрического анализа образцов III и IV. Содержание компонентов эфирных масел мяты, рассчитанное по результатам интегрирования хроматограммы по полному ионному току, %
Вещество III IV
Карвон 81,85 57,93
Лимонен 0,44 20,54
Дигидрокарвеол 4,29 3,88
т-Терпинеол 3,53 3,16
Дигидрокарвон 2,41 2,58
ß-Кариофиллен Ментон 1,52 П Ц7 1,95 1 А")
Карвеол 0,5 7 1,30 1,42 1,16
ß-Курборнен 1,17 1,02
ß-Пинен 0 56 0,56 0,53
ß-Элемен Изоментон 0,42 0,52 0,49
а-Пинен Ментол 0,43 0,49
Ментилацетат 0,51 0,40
ß-Мирцен 0,36
Рис. 2. Фрагменты хроматограмм по полному ионному току образцов III и IV эфирных масел мяты с различным содержанием карвона. Аналитические сигналы:
1 - карвон;
2 - лимонен;
3 - дигидрокар-веол;
4 - т-терпинеол;
5 - дигидрокар-вон;
6 - ß-кариофил-лен;
7 - ментон;
8 - карвеол
/
ЗОООООО
ч
е 2ВООООО
2600000
jQ 2400000
О 2200000
н
* ЗОООООО
ПЗ
со 10ООООО
я ПЗ 1000000
н
_0
си
s 1200000
и О 1000000
н
О 8QOOOO вооооо
400000 200000
2400000 2200000
1000000 1400000 1200000 1000000
IV
III
С ОО 7 .00
8 00
3
ООО 7,bo 0OÖ ¿.ОО
1
КАРВОН
e.ct) 10.00 11-00 1Э-00 13-ОС 14 (Kll
6
jJL
Ю.ОО 11 ОО 1Í.OO vi 'JO 1 * C4J 10 w
Время, мин
зующих композиции с использованием эфирных масел для получения продукции с определенными органолеп-тическими показателями.
ЛИТЕРАТУРА
Войткевич С.А. Эфирные масла для парфюмерии и ароматерапии. - М.: Пищевая промышленность, 2001.
Лавренов В.К., Лавренова Г.В. Энциклопедия пищевых лекарственных растений. - М.: Сталкер, 2001.
Селлар В. Энциклопедия эфирных
масел/Ванда Селлар / Пер. с англ. К. Ткаченко. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2004.
Хейфиц Л.А., Дашунин В.М. Душистые вещества и другие продукты для парфюмерии: Справ.изд. - М.: Химия, 1994.
Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. - М.: Бином, 2003.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
приглашает Вас принять участие в третьей Международной выставке и научно-практической конференции
«ТЕХНОЛОГИИ И ПРОДУКТЫ ЗДОРОВОГО ПИТАНИЯ»
(функциональные и лечебно-профилактические пищевые продукты, продукты детского и школьного питания)
Организаторы:
• Министерство образования и науки РФ оппс г
• Российская академия медицинских наук 6-8 ИЮНЯ 2005 Г
• ГУ НИИ питания РАМН, Ассоциация отраслевых союзов АПК «АССАГРОС» Москва, МГУПП
• Союз производителей пищевых ингредиентов . Вг.Х1к„„„ „ ю д.™.^..-.
• Издательство «Пищевая промышленность» (ул Врубеля- д-12' Актовыи зал)
• Центр инновации и развития «ЗДОРОВЫЙ ПРОДУКТ» МГУПП
В программе конференции:
Основные разделы выставки:
( функциональные пищевые ингредиенты и продукты
(технологии получения и применения); ( технологии и продукты лечебно-профилактического назначения;
( технологии и продукты детского и школьного питания; ( качество и безопасность продуктов питания.
По вопросам участия в конференции и выставке обращаться:
Московский государственный университет пищевых производств: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д.11 тел.: (095) 158-72-16, тел/факс: (095) 158-52-35 E-mail: [email protected]
Ответственный секретарь Мурадова Илона Владимировна
> реализация концепции государственной политики в области здорового питания населения России;
> состояние рынка функциональных и других продуктов, научное обеспечение концепции оптимального здорового питания в России и за рубежом;
> технологические основы получения различных групп функциональных продуктов: продукты из зерна, хлебобулочные и кондитерские, масложировые, молочные и мясные продукты, соки и напитки;
> современное аппаратурное оформление технологий и упаковка продуктов здорового питания;
> качество и безопасность продуктов;
> экономические аспекты производства;
> стандартизация и сертификация;
> аналитические приборы и методы анализа пищевых ингредиентов и продуктов;
> подготовка специалистов для индустрии продуктов здорового питания;
> реклама в области здорового питания.
