CC BY
203
ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
ТЕМА НОМЕРА
УдК 664.572
идентификация компонентного состава пищевых ароматизаторов
И. Н. Почицкая,
канд. с.-х. наук; В. П. Субоч,
канд. хим. наук; В. Л. Рослик
Республиканское унитарное предприятие «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию»
Важная характеристика качества и потребительской привлекательности пищевого продукта, наряду со вкусом, это аромат. В его формировании принимают участие большое количество соединений, содержащихся в продовольственном сырье или образующихся в процессе переработки и производства продуктов.
В натуральные соки и виноградные вина внесение ароматизаторов не допу-
Относительное содержание компонентов, № Название соединений % от суммы
Яблоко Лимон Груша Тоник
1 3-Метил-1-бутилацетат 4,91 0,06 7,81 0,08
2 a-Пинен 0 0,37 0,01 0,38
3 ^Пинен 0,95 5,33 0,19 5,11
4 ^Мирцен 0,25 1,64 0,23 1,79
5 Этилкапронат 0,495 0 0 0
6 Октаналь 0 0,7 0 0,25
7 3-гексенилацетат, Z 0 0 1,53 0
8 Гексилацетат 71,64 0,63 17,08 0,76
9 Этилгексеноат 0,57 0 0 0
10 Лимонен 17,82 60,455 7,66 65,57
11 3-метилбутилбутират 0,04 0,04 1,14 0,045
12 1-Метил-4И-пропил-1,4-циклогексадиен 1.03 11,44 0,31 14,96
13 1И-Пропилен-4-метил-3-циклогексен 0 0,24 0,05 0,53
14 Нонаналь 0 1,19 0 0,44
15 3,7-Диметил-октеналь 0 0,71 0 0,22
16 Ацетат бензил-а-метил метанола 0 0 2,38 0
17 Деканаль 0,08 0,66 0,15 0,32
18 3,7-Диметил 2,6-октадиеналь Р] 0 2,97 0,47 0,81
19 Ацетат 3,7-диметил 1,6-октидиен 3-ола 0 0,06 1,11 0,001
20 3,7-Диметил 2,6-октадиеналь р] 0,035 5,77 0,28 1,55
21 2,6-Диметил 6-октен-1-ил ацетат 0. 0,08 0 0,09
22 3,7-Диметил 2,6-октадиен 1-ил ацетат (Е) 0,14 2,65 2,69 0,93
23 3,7-Диметил 2,6-октадиен-1-ил ацетат 0 3,38 10,09 1,34
24 Этил-2-деценоат 0,46 0,3 16,49 1,1
25 Этил-2,4-декадиеноат 1,28 1,27 26,56 3,31
26 Этил-2,4-декадиеноат 0,13 0,13 3,23 0,20
27 Оксациклогептадека-8-ен-2-он 0,16 0 0,51 0,29
скается [1, 2]. Однако, поскольку естественные ароматы нестойкие и довольно быстро разрушаются ходе технологических процессов, то для усиления свойственного им естественного аромата используют соответствующие соединения в виде концентрированных смесей ароматообразующих веществ [3, 4].
Поскольку пищевые ароматизаторы — это многокомпонентные смеси, установление их наличия в продуктах питания — довольно сложная задача. В этой связи большое значение имеет разработка и применение методик, позволяющих регистрировать и идентифицировать соединения, отвечающие за аромат пищевых продуктов.
Цель работы — исследование компонентного состава пищевых ароматизаторов, выпускаемых промышленностью, для контроля наличия их в пищевых продуктах.
Объектами исследований были ароматизаторы «Яблоко», «Груша», «Лимон» и «Тоник», допущенные к применению в пищевой промышленности, ароматизированные ими безалкогольные напитки, кожура и сок лимона.
Исследования компонентного состава ароматизаторов осуществляли методом газовой хроматографии с масс-селективным детектированием c использованием системы Agilent Technologies 6850 Series II [Network GC System /5975B (VL MSD)]. Разделение компонентов проводили на капиллярной колонке HP-5MS длиной 30 м с внутренним диаметром 0,25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,25 мкм при установленных условиях хроматографического анализа: начальная температура колонки 40 °С в течение 2 мин; нагревание колонки со скоро-
24 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2016
стью 10 °С/мин до температуры 240°С; выдержка 8 мин; температура инжектора 250°С; детектора 280°С; скорость потока газа-носителя (гелий) 0,5 см3/мин.
Пробоподготовку образца к газохро-матографическому анализу выполняли с помощью твердофазного микроэкстрактора фирмы Supelco™ (каталожный № 57330-и), представляющий собой шприц, внутри которого помещается волокно с адсорбентом. Для экстракции использовали волокно, покрытое фазой DVB/Carboxen/PDMS StableFlesh™ фирмы Supelco (каталожный №57328-и).
Пробу напитка в количестве 10 см3 помещали в стеклянный флакон вместимостью 40 см3 и закрывали крышкой с резиновой мембраной, легко прокалываемой шприцем. Пробу ароматизаторов готовили непосредственно во флаконе путем растворения 0,002 см3 ароматизатора в 10 см3 дистиллированной воды. Флакон с образцом помещали в термостат, нагретый до 40 °С и выдерживали 15 мин для установления постоянной температуры. Затем через мембрану в паровоздушное пространство флакона вводили шприц твердофазного микроэкстрактора и выдвигали из него волокно с адсорбентом таким образом, чтобы оно не касалось поверхности жидкости и стенок сосуда. Шприц микроэкстрактора выдерживали во флаконе с открытым волокном 30 мин, затем волокно задвигали внутрь шприца и устройство вынимали из флакона.
Шприц твердофазного микроэкстрактора вводили через мембрану в систему ввода хромато-масс-спектрометра (нагретую до 250 °С), выдвигали волокно с адсорбентом, выдерживали в системе ввода 5 мин до окончания десорбции компонентов, затем волокно задвигали внутрь шприца и вынимали его из системы ввода. Регистрацию хро-матограммы в режиме полного ионного тока начинали сразу после окончания десорбции и 2-х минутной задержки для исключения из хроматограммы пиков легколетучих компонентов. После регистрации хроматограмма интегрировалась для определения времен удерживания и площадей пиков. Для каждого пика рассчитывалась относительная интенсивность пика (относительно суммы идентифицированных пиков). По временам удерживания выбирались точки на хроматограмме, по которым восстанавливались экспериментальные масс-спектры из файла данных хроматограммы. Экспериментальные масс-спектры, восстановленные таким образом для каждого пика
хроматограммы, использовались для поиска и их сравнения со спектрами библиотеки масс-спектров и их структурных формул NIST05a. L. По совпадению экспериментальных спектров с библиотечными (в пределах 5-10%) осуществлялась идентификация соединений в паровоздушном пространстве анализируемой пробы, а по относительным площадям пиков хроматограммы оценивалось относительное содержание идентифицированных соединений.
Основные методы определения ароматобразующих соединений — это методы газовой хроматографии с масс-селективным детектором. Так, с применением газовой хроматографии в пастеризованном апельсиновом соке было установлено 13 ароматобразующих соединений, из которых было идентифицировано 4 альдегида (гексанал, гептанал, октанал, цитраль), 2 сложных эфира (этилбутаноат, метилгексаноат) и 4 монотерпенов (а-пинен, D-лимонен, линалоол, а-терпинеол) [5]. Хромато-графическим методом был исследован аромат соков из 160 сортов яблок, выращиваемых в Дании. Установлено, что основными группами были ацетатные эфиры, сложные эфиры бутановой кислоты и спирты, и также отмечены существенные различия в аромате профилей соков различных сортов яблонь [6].
Надежный и простой метод был разработан для полностью автоматизированного анализа ароматических соединений яблочного сока. В общей сложности 26 ароматных соединений может быть определено с помощью газовой хроматографии с масс-спектрометрией. Было исследовано 85 яблочных соков, из которых 67 были не из концентрата. Результаты исследований показали, что яблочный сок не из концентрата в основном характеризуется ароматными соединениями, отвечающими за фруктовые, спелые, сладкие ароматы, такие как 1-бутанол, 2-метил-1-бутанол, этилбутират и этил-2-метилбутират. Напротив, в яблочных соках, приготовленных из концентрата, преобладали ацетальде-гид, E-2-гексеналь, 3-метил-1-бутанол, этилацетат и гексаналь, которые, в основном, отвечают за такие ощущения как «зеленый, свежий» [7].
Авторами [8] были исследованы ароматы, содержащиеся в напитках «Sprite», «Sierra Mist» и «7UP». Двадцать восемь соединений были обнаружены с помощью газовой хроматографии. Основные ароматические соединения были определены количественно с ис-
пользованием системы Headspace. Уста- I ^ новлено, что наибольший вклад в общий I ^ аромат лимона-лайма газированных I Ш напитков вносят октаналь и лимонен, Щ § меньший — нонаналь, деканаль, лина- О лоол, 1,8-цинеол, и геранилацетат. I
Проведенные нами хроматомасс- ^ спектрометрические исследования § ароматизаторов, используемых для Ш производства безалкогольных напитков ^ «Тоник», «Лимон», «Груша» и «Яблоко» показали, что в воздушно-паровой фазе при 40 °С присутствуют органические соединения трех основных классов. Обобщенные результаты определения содержания ароматообразующих соединений для этих ароматизаторов по описанному методу приведены в таблице.
Из таблицы видно, что все идентифицированные соединения можно отнести к трем основным классам. К классу углеводородов относятся соединения 2-4, 10 и 12-13 (см. таблицу и рис. 1). Их общее содержание для ароматизаторов «Лимон» и «Тоник» составляет 70% и 87% соответственно. В ароматизаторах «Яблоко» и «Груша» углеводородов значительно меньше, 20% и 8,5% соответственно.
Углеводороды не оказывают большого влияния на аромат продуктов. Лимонен в природе встречается в двух формах — d и 1. D-форма имеет запах лимона и в большом количестве содержится в кожуре и соке лимонов, 1-форма имеет запах хвои. Рацемат 1-форма) имеет запах скипидара.
Сильным ароматом обладают природные альдегиды. В исследованных ароматизаторах было обнаружено 6 альдегидов с различным содержанием: октаналь, нонаналь и деканаль — это продукты окисления соответствующих спиртов, на аромат существенного влияния не оказывают. Наибольшее количество альдегидов содержится в ароматизаторах «Лимон» (более 11%) и «Тоник» (3,6%), причем 3,7-диметил-6-октеналь (цитронеллаль) в ароматизаторе «Лимон» составляет почти 3%, а два изомера 3,7-диметил-2,6-октадиеналя (цитраля) — примерно 9% от суммы всех компонентов, которые придают этому ароматизатору специфический лимонный запах. В ароматизаторах «Яблоко» и «Груша» альдегидов содержится небольшое количество (0,11 и 0,77% соответственно).
Наибольшую группу соединений во всех исследованных ароматизаторах составляют сложные эфиры насыщенных и ненасыщенных алифатических и ароматических кислот. Эти соединения —
6•2016
ПИВО и НАПИТКИ
0
1 <
§
ш h
основная часть так называемых эфирных масел, которые придают пищевым продуктам определенный фруктовый аромат. Наиболее распространены эфи-ры уксусной кислоты (ацетаты). Среди других эфиров обнаружены этиловые эфиры капроновой (5), гексеновой (9), масляной (11), 2-деценовой (24) и 2,4-декадиеновой кислот (25, 26).
Основной компонент в ароматизаторе «Яблоко» — это гексилацетат, содержание которого достигает 71%. В ароматизаторах «Лимон» и «Тоник» основной компонент лимонен (60,5% и 65,5% соответственно). В ароматизаторе «Груша» имеется несколько компонентов с большим содержанием гексила-цетата (17%), этил-2-деценоата (16,5%) и этил-2,4-декадиеноата (26,5%).
Результаты исследований состава ароматизаторов «Яблоко», «Лимон», «Груша», «Тоник» показали, что во всех образцах в качестве растворителя использовался этиловый спирт.
Для сравнения содержания аромат-образующих компонентов были идентифицированы соединения кожуры лимона, сока лимона и напитка, содержащего пищевой ароматизатор «Лимон». Кожура лимона была наиболее богата соединениями, отвечающими за аромат (рис. 2). Хроматограмма показала, что аромат складывается из комбинации множества химических соединений, служащих носителями различных ароматов.
Компонентный состав ароматоо-бразующих соединений для сравнения разных продуктов удобно представлять в виде хроматографического профиля, на котором изображаются графически процентные содержания всех обнаруженных компонентов. На рис. 3 изображены хроматографические профили ароматизатора «Лимон», безалкогольного напитка «Вкус лимона» и сока натурального лимона. Как можно видеть из рис. 3, хроматографические профили по 27 компонентам весьма похожи, особенно профиль ароматизатора «Лимон» и напитка «Вкус лимона». Однако, в хроматограмме сока лимона и особенно в кожуре лимона обнаружены соединения, отсутствующие в ароматизаторе «Лимон» и напитке «Вкус лимона». Эти соединения относятся к классу углеводородов, общее содержание их около 2%. По-видимому, в процессе переработки эти компоненты теряются.
Существенных различий в хромато-графических профилях этих продуктов не наблюдается, что свидетельствует об одинаковом их происхождении и примерно идентичном запахе.
7. 3-Гексенил-ацетат, (Z)
к>
8. Гексилацетат о
9. Этилгексеноат
Х>
10. Лимонен
„„.,м s s 12. 1-Метил-4-1-пропил-
11. 3-Метилбутилбутират лгл.//.,.пил..
1,4- циклогексадиен
)=0— /wwc
13. 1-1-Пропилен-4-метил-3-циклогексен
14. Нонаналь
15. 3,7-Диметил-6-октеналь
ллллл
16. а-Метилбензилацетат
17. Деканаль
18. 3,7-Диметил 2,6-октадиеналь
\
19. 3,7-Диметил 1,6-октидиен-3-ил ацетат
21. 3,7-Диметил 2,6-октадиен-20. 3,7-Диметил 2,6-октадиеналь v
п 1-ол пропионат
-и
22. Ацетат 3,7-диметил 2,6-октадиен 1-ола, цис
23. Ацетат 3,7-диметил
24. Этил-2-деценоат, транс
2,6-октадиен 1 ола, транс
О
25. Этил-2,4-декадиеноат, цис 26. Этил-2,4-декадиеноат, транс. 27. Оксациклогептадека-8-ен-2-он
Рис. 1. Структурные формулы ароматообразующих компонентов
Т1С: LEM0N-02.DXdata.ms
Abundance
340 000 320 000 300 000 280 000 260 000 240 000 220 000 200 000 180 000 160 000 140 000 120 000 100 000 80 000 60 000 40 000 20 000 0
Time ->
HI
.с
Е 45
3,7 m
■fVyJl.ll
Ml.*..
. * А
7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00
Рис. 2. Участок хроматограммы кожуры лимона
26 ПИВО и НАПИТКИ
6 • 2016
и>
0\ X I
I ?
Содержание компонентов, % от суммы
Содержание компонентов, % от суммы
Содержание компонентов, % от суммы
Содержание компонентов, % от суммы
ТЕМА НОМЕРА
Ш §
0
1 <
§
ш I-
ЛИТЕРАТУРА
1. Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей: ТР ТС 023/2011: принят 09.12.11: вступил в силу 01.07.2013 / Евраз. экон. комис. — Минск: Госстандарт: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 2012. — 32 с.
2. Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств: ТР ТС 029/2012: принят 20.07.2012: — вступил в силу 01.07.2013 / Евраз. экон. коми. — Минск: Госстандарт: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 2012. — 278 с.
3. Кучменко, Т.А. Тест-способ оценки фальсификации яблочного сока с применением
пьезосенсоров / Т. А. Кучменко, Р. П. Лисиц-кая, О. С. Боброва // Журнал аналитической химии, 2008. — Т. 63. — № 6. — С. 651-657.
4. Гугучкина, Т. И. Эффективный метод выявления синтетических ароматизаторов в винодельческой продукции /Т. И. Гугучкина, И. В. Оселедцева, Ю. Ф. Якуба, К. В. Резни-ченко [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://journal.kubansad.ru/pdf/11/01/07. pdf—Дата доступа: 25.07.2016.
5. Mastello, R. B. Identification of odor-active compounds of pasteurized orange juice using multidimensional gas chromatography techniques / R. B. Mastello, M. Capobianco, S. T. Chin, M. Monteiro, Ph. J. Marriott. // Food Research International, 2015. — 75. — Р. 281-288.
6. Varming, C. Aroma Analysis and Data Handling in the Evaluation of Niche Apple Juices from 160 Local DanishApple Cultivars / C. "V&rming, J. M. Amigo, M. A. Petersen, T. en Toldam-Andersen // Flavour Science, Proceedings from XIII Wurman Flavour Research Symposium, 2014. — P. 277—281.
7. Nikfardjam, M. P. Development of a headspace trap HRGC/MS method for the assessment of the relevance of certain aroma compounds on the sensorial characteristics of commercial apple juice / M. P. Nikfardjam, D. Maier. // Food Chem. 2011 Jun 15; 126 (4):1926 — 33.
8. Hausch, B. J. Flavor Chemistry of Lemon-Lime Carbonated Beverages / B. J. Hausch, Y. Lor-jaroenphon, K. R. Cadwallader // J. Agric. Food Chem., 2015, 63 (1), pp. 112-119. &
Идентификация компонентного состава пищевых ароматизаторов
Ключевые слова
аромат; ароматизированные напитки; запах; метод газовой хроматографии с масс-селективным детектором; пищевые ароматизаторы.
Реферат
В вопросе контроля качества и подлинности пищевых продуктов наиболее трудная задача — выявление случаев добавления ароматизаторов ввиду их сложного многокомпонентного состава. Цель работы — исследование летучих соединений пищевых ароматизаторов для контроля наличия их в пищевых продуктах. Работу выполняли в Республиканском унитарном предприятии «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». Был изучен компонентный состав пищевых ароматизаторов «Яблоко», «Груша», «Лимон» и «Тоник», ароматизированные ими напитки безалкогольные, кожура и сок лимона. Исследования компонентного состава ароматизаторов осуществляли методом газовой хроматографии с масс-селективным детектированием c использованием системы Agilent Technologies 6850 Series. Разделение проводили на капиллярной колонке HP-5MS длиной 30 м с внутренним диаметром 0,25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,25 мкм. Идентификацию компонентов осуществляли по совпадению экспериментальных спектров со спектром известного соединения в библиотеке NIST. В результате исследований было идентифицировано 27 основных компонентов, в том числе 5 углеводородов, 6 альдегидов и 16 сложных эфиров. Сложные эфиры составляли основную группу ароматобразующих соединений, они были представлены в основном эфирами уксусной (ацетаты), капроновой (этилкапронат), гексеновой (этилгексеноат), масляной (3-метилбутилбутират), 2-деценовой (этил-2-деценоат, транс) и 2,4-декадиеновой кислоты (этил-2,4-декадиеноат, этил-2,4-декадиеноат). Максимальное количество идентифицированных альдегидов было установлено в ароматизаторах «Лимон» (более 11%) и «Тоник» (3,6%), в то время как в ароматизаторах «Яблоко» и «Груша» содержание их было невелико: 0,11 и 0,77% соответственно. В ароматизаторе «Яблоко» основным компонентом был гексилацетат, а в ароматизаторах «Лимон» и «Тоник» — лимонен. Ароматизатор «Лимон», напиток с его добавлением, а также кожура и сок лимона имели похожий компонентный состав. Представление летучих компонентов в виде хроматографического профиля может быть использовано на практике для подтверждения подлинности продукта.
Авторы
Почицкая Ирина Михайловна, канд. с.-х. наук;
Субоч Виктор Прокофьевич, канд. хим. наук;
Рослик Валентина Лолиевна
РУП «Научно-практический центр
Национальной академии наук Беларуси по продовольствию»,
220037, г. Минск, ул. Козлова 29,
[email protected], [email protected], [email protected]
Identification of Component Composition of Food Flavorings
Key words
flavor; flavored drinks; odor; metod of gas chromatography — mass spectrometry; food flavors.
Abstract
For quality control and foodstuffs authenticity, the most difficult task is identification of flavor adding due to their complicated structure. The aim of the work was to study the volatile compounds of food flavors for control their presence in food. The work was carried out at Republican Unitary Enterprise «Scientific-Practical Center for Foodstuffs of the National Academy of Sciences of Belarus». Component compositions of food flavorings such as «apple», «pear», «lemon» and «tonic», flavorings soft drinks, lemon rind and juice were studied. Researches of component composition of flavorings were carried out by method of a gas chromatography with mass and selective detecting with use of the Agilent Technologies 6850 Series system. Separation was performed on a capillary column HP-5MS of length 30 m inside diameter 0.25 mm, stationary phase film thickness of 0.25 microns. Component identification was carried out by matching the experimental spectra with the spectrum of the connect-known in the NIST library. 27 main components, including 5 hydrocarbons, 6 aldehydes and 16 esters have been identified. Esters form the main group the flavoring compounds, they have been presented generally by air acetic (acetates), kapron (etilkapronat), hexenoic (etilgeksenoat), butyric (3-metilbutilbutirat), 2-decenoic (ethyl 2-decenoate, trans) and 2,4-dekadienovoy acid (ethyl-2,4-dekadienoat, ethyl-2,4-dekadieno-at). The maximum number of the identified aldehydes were found in lemon flavor (more than 11%) and «tonic» (3.6%), contents of the identified aldehydes were small (0.11 and 0.77% respectively) in «apple» and «pear» flavor. In «apple» flavor, the main component is hexyl acetate, and in lemon and tonic flavor is limonen. Lemon flavor, beverage with this flavor, and also the lemon peel and juice had similar component structure. Representation of volatility components as a chromatographic profile can be used in practice for confirmation of product authenticity.
Authors
Pochitskaya Irina Mihailovna, Candidate of Agricultural Science; Suboch Victor Prokofyevich, Candidate of Chemical Science; Roslik Valentina Lolievna
RUE «Scientific and Practical Center for Foodstuffs of the National Academy of Sciences of Belarus» 29 Kozlova St., Minsk, 220037, Belarus,
[email protected], [email protected], [email protected]
28 ПИВО и НАПИТКИ 6 • 2016
