CC BY
83
Контроль использования ароматизаторов в пищевой продукции
1Ю.В. Пивоваров, Е.В. Иванова, В.А. Зенин
ФГУ «Сергиево-Посадский ЦСМ»
В настоящее время в производстве пищевых продуктов широко используются технологии восстановления продукта из концентрированного сырья, концентратов, премиксов, лиофилизиро-ванных препаратов и других видов предварительно подготовленных полуфабрикатов, имеющих, как правило, длительный срок хранения и удобных в транспортировке. Указанная технология предполагает для ряда пищевых продуктов также необходимость восстановления физико-химических свойств, например аромата, характерного для данной продукции и измененного в ходе допустимых технологических процессов, например концентрирования, вследствие неизбежного теплового воздействия.
Требование о сохранении физико-химических, питательных и органо-лептических свойств продукта, которые определяют его качество, в том числе подлинность (аутентичность), и используются в целях идентификации, означает, что для восстановления аромата (например, в соках) должны быть использованы соответствующие продукты, полученные при переработке данной продукции или сырья, используемого для ее производ-
ства в виде природных комплексов — концентрированных жидких смесей, т.е. ароматобразующих веществ. В настоящее время к одной из распространенных фальсификаций следует, к сожалению, отнести замену концентрированной смеси ароматобразующих соединений на ароматизатор, который в отличие от природного комплекса всегда представляет собой искусственную смесь ряда химических соединений различного происхождения (натурального или искусственного). К основным отличительным критериям природного комплекса натуральных ароматобразующих веществ следует отнести:
жидкую форму продукта; получение с помощью физических способов(например,теплового выпаривания);
использование при получении в качестве растворителя воды, этилового спирта и углекислого газа (использование других растворителей не допускается);
соответствие профиля ароматобра-зующих веществ комплекса профилю веществ аромата, характерного для вида фруктов и(или) сока соответствующего наименования;
отсутствие соответствующего наименования в профиле ароматобразую-щих веществ, которые нехарактерны для вида фруктов и(или) сока.
К основным отличительным критериям ароматизатора следует отнести: жидкую или сухую форму продукта; получение веществ путем искусственного смешивания в определенных соотношениях, полученных экстрагированием из растительного сырья, химическим или биотехнологическим синтезом; использование в качестве растворителей и дополнительных компонентов широкого ряда химических соединений, которые отсутствуют в растительном сырье соответствующего наименования; неполное соответствие профиля соединений профилю аромата, характерного для соответствующего вида фруктов и(или) сока (применение ароматизаторов в этой связи — только имитация аромата, а не его полное восстановление).
Положение усугубляется тем, что методов инструментального контроля использования ароматизаторов при изготовлении пищевой продукции в нашей стране нет. В практике зарубежных экспертных организаций и лабораторий при исследовании аромата используется ряд методик, в том числе официальные методы международных организаций по определению некоторых индивидуальных летучих аромат-образующих соединений [1]. К широко распространенным методам относят различные варианты хроматографи-ческого анализа.
Наиболее мощный, информативный и удобный метод исследования аромата является определение состава летучих соединений с использованием газового хроматографа с масс-селектив-ным детектором. Как правило, при определении состава ароматобразующих соединений на хроматограмме идентифицируется несколько десятков различных веществ. Мы предлагаем для определения подлинности продукции при оценке результатов исследования состава аромата применять критерии использования ароматизаторов, разработанные на основе обобщения международного опыта, многочисленных литературных данных и результатов, полученных в нашем испытательном центре.
Работа была выполнена с использованием газового хроматографа НР6980 с масс-селективным детектором НР5972А. Применяли капиллярные колонки ZB-1 30 м х 0,32 мм х х 0,25 мкм, HP-5MS 30 м х 0,25 мм х х 0,25 мкм, Rt-PDEXsm 30м х 0,25 мм х х 0,25 мкм. При работе на двух первых колонках условия хроматографи-ческого анализа были такими, как ука-
о?0_15С0_||£С|>_25«_ЭС03__ОС
Рис. 1. Чай черный ароматизированный «Вишня» (колонка Ш-^ОЕХзт):
1 — фурфурол; 2, 3 — (Я)- и (3)-1,2-пропандиол (пропиленгликоль);
4 — бензальдегид; 5 — диэтилмалонат; 6, 7, 8 — (Я,Я)-, (Б,Я)-, (Б,Б)-4-метил-
2-фенил-1,3-диоксалан (бензальдегида пропиленгликоль ацеталь);
9 — коричный альдегид; 10 — изоэвгенол; 12 — гексадекан;
13 — циннамилацетат; 14, 15, 16 — изомеры неофитадиена; 17 — кофеин
ПИВО " НАПИТКИ
4•2003
46
Рис. 2. Нектар «Мультифруктовый» — яблоко, черноплодная рябина, вишня (колонка HP-5MS):
1 — этилацетат; 2 — 1,1-диэтоксиэтан; 3 — 3-пентен-2-он; 4 — бутилацетат; 5 — транс-2-пентеналь; 6 — гексаналь; 7 — цис-3-гексеналь; 8 — транс-2-гексен-1-ол; 9 — гексанол; 10 — изоамилацетат; 11 — бензальдегид; 12 — 5-метилфурфурол; 13 — сабинен; 14 — 6-метил-5-гептен-2-он; 15 — лимонен; 16 — а-терпинолен; 17 — бензилацетат; 18 — этилбензоат; 19 — п-метилацетофенон; 20 — ß-фенхол; 21 — этилкаприлат; 22 — коричный альдегид; 23 — гелиотропин; 24 — ß-дамасценон; 25 — ванилин; 26 — ионол; 27 — диэтилфталат; 28 — 3-окси-ß-дамасценон; 29 —дифениламин
Рис. 3. Сок восстановленный виноградный красный (колонка HP-5MS): 1 — 5-метилфурфурол; 2 — 2-октанол (внутренний стандарт); 3 — этилбензоат; 5 — метилантранилат; 6 — диметилантранилат
зано в [2]. Условия хроматографичес-кого анализа на хиральной колонке были выбраны в соответствии с рекомендациями изготовителя колонки [3]. Подготовку пробы для исследования проводили методом жидкостной экстракции по [4] либо высаливанием в комбинации с микроэкстракцией по [5].
В качестве объекта исследования были взяты образцы соков, нектаров, вин, пива, напитков на основе пива, слабоалкогольной и безалкогольной продукции, ароматизированных чаев различных коммерческих марок. Анализ полученных результатов позволил сформулировать пять критериев (признаков) использования ароматизатора при производстве исследуемой продукции.
Присутствие растворителя или веществ, сопутствующих ему. Основные растворители для комплекса ароматобразующих веществ в выпускаемых промышленностью ароматизаторах для пищевой продукции — про-пиленгликоль, триацетин, денатурированный спирт, масло. Может быть применена комбинация этих растворителей. Пропиленгликоль и триаце-тин в натуральных пищевых продуктах, например в соках и напитках на их основе, не содержатся, а наиболее распространенная денатурирующая добавка — диэтилфталат встречается только в следовом количестве. Поэтому обнаружение данных веществ в исследуемом образце неоспоримо свидетельствует об использовании ароматизатора. В том случае, если в состав
ароматизатора на основе пропилен-гликоля входят соединения, содержащие карбонильную группу, в исследуемом образце выявляются циклические ацетали и кетали. При использовании в ароматизаторе в качестве растворителя триацетина в исследуемом образце часто обнаруживаются также сопутствующие ему в качестве примесей диацетин и моноуксусный эфир глицерина.
Пример обнаружения пропиленгли-коля в испытанном образце (ароматизированный чай) представлен на рис. 1. Пики 2 и 3 на хроматограмме соответствуют оптическим изомерам пропи-ленгликоля (1,2-пропандиола). Как видно из хроматограммы, оба оптических изомера присутствуют приблизительно в равных количествах, что служит подтверждением синтетического происхождения пропиленгликоля. На этой же хроматограмме выделены три пика, соответствующие трем оптическим изомерам циклического ацеталя, образованного пропиленгликолем и бензальдегидом. Присутствие указанных ацеталей также подтверждает вывод о том, что для придания аромата вишни чаю был использован ароматизатор.
Хроматограмма летучих соединений в ароматическом профиле «муль-тифруктового» нектара представлена на рис. 2. Применение ароматизатора в данном случае обнаруживается по присутствию триацетина. Как правило, пик, соответствующий триацети-ну, легко идентифицируется, поэтому его обнаружение служит одним из надежных признаков для выявления использования ароматизатора.
Присутствие нехарактерных для продукции данного наименования ароматобразующих веществ. При
разработке ароматизатора, имитирующего тот или иной аромат, необходимый результат может быть достигнут при использовании различных рецептур, в том числе в составе ароматизатора могут присутствовать вещества, нехарактерные для природного носителя имитируемого аромата.
Участок хроматограммы состава аромата восстановленного красного виноградного сока представлен на рис. 3. В данном образце было выявлено присутствие этилбензоата (пик 3) и диметилантранилата (пик 6). Указанные вещества в обнаруженных концентрациях нехарактерны для подлинного виноградного сока. Этилбензоат производится промышленностью и входит в состав ароматизаторов для пищевой продукции и в состав парфюмерных композиций. Диметилантра-нилат в природе содержится в соста-
Рис. 4. Напиток на основе пива с экстрактом лимона (колонка ZB-1): 1 — изоамиловый спирт; 2 — изобутилацетат; 3 — этилбутират; 5 — изоамилацетат; 6 — этилкапронат; 7— 2,7-диметил-1,6-октадиен; 8 — изоцинеол; 9 — капроновая кислота; 10 — п-цимол; 11 — эвкалиптол; 12 — лимонен; 13 — 2-метил-2-пентенкарбоновая кислота; 14 — 3-карен; 15 — а-терпинолен; 16 — фенилэтиловый спирт; 17 — линалоол; 18 — фенхол; 19 — в-терпинеол; 20 — 2-этилкапроновая кислота; 21 — п-мент-1-ен-3,8-диол; 22 — терпинен-4-ол; 23 — линалил пропионат; 24 — этилкаприлат; 25 — каприловая кислота; 26 — фенилэтилацетат; 27 — гераниол; 28 — изоборнилацетат; 29 — пеларгоновая кислота; 30 — п-мента-1,5-диен-8-ол; 31 — нерилацетат; 32 — каприновая кислота; 33 — этилкапринат; 34 — лауриновая кислота; 35 — 22,4-триметил-пентан-1,3-диолдиизобутират; 36 — 2-изопропилиден-5,9-диметил-4-ацетокси-1,2,3,4,5,6,7,8-октагидронафтален-1-он;
37 — 3-оксоизокостовая кислота; 38 — дибутилфталат; 39 — пальмитиновая кислота; 40 — метилизокостат
ве эфирного масла мандарина (танже-рина), но также производится в больших количествах синтетическим путем.
Еще один пример представлен на рис. 4. В хроматографическом профиле напитка на основе пива идентифицированы пики, соответствующие веществам, которые нехарактерны как для пива, так и для лимона, например пики 21 и 30, соответствующие различным производным ментола. Это дает основание утверждать, что при производстве данного напитка был ис-
пользован не экстракт лимона, а сырье содержащее ароматизатор.
Отсутствие характерных для продукции данного наименования ароматобразующих веществ. Многочисленные исследования состава аромата (природного или искусственного) различных пищевых продуктов свидетельствуют, что для каждого вида продукции, несмотря на существенные различия в составе в зависимости от происхождения сырья, технологии изготовления и ряда других фак-
торов, некоторые ароматобразующие вещества обнаруживаются в обязательном порядке, являясь маркерами подлинного аромата. Очень часто эта особенность отражена даже в тривиальном наименовании вещества. Например, так называемые «виски»-лак-тон, кетон малины, мелональ (melon — дыня), не говоря уже о таких примерах как лимонен, пинен и пр. По данным литературы, для грейпфрута характерно обязательное присутствие в составе аромата нуткатона. На рис. 5 представлены хроматограммы состава аромата восстановленных грейпфрутовых соков двух производителей. Хромато-графические профили наглядно иллюстрируют, что кроме прочих различий соки отличаются друг от друга по наличию нуткатона (пик 6 на хромато-грамме Б). Отсутствие нуткатона в аромате грейпфрутового сока означает, что данный продукт не является подлинным, так как при его производстве был использован комплекс аро-матобразующих веществ, полученный не из грейпфрута для «восстановления» или точнее — имитации аромата. Вопрос природы этого комплекса (ароматизатор или аромат других цитрусовых) в данном случае уже не имеет принципиального значения.
Присутствие характерных для продукции данного наименования ароматобразующих веществ в аномальных концентрациях. Количественное исследование ароматобразу-ющих веществ позволяет получить дополнительную информацию, которая может быть использована при оценке подлинности продукции. Оценку результатов исследования анализа проводят путем сопоставления с количественным профилем исследуемых соединений, содержащихся в подлинном продукте соответствующего наименования. Например, на рис. 6 представлена хроматограмма состава аромата
ПИВО«НАПИ™ 4 •
4•2003
48
Рис. 6. Сок восстановленный виноградный красный (колонка ОЕ-1): 1 — этилбутират; 3 — этил-2-метилбутират; 4 — 3-гексен-1-ол; 5 — изоамилацетат; 6 — этилкапронат; 7 — декан; 9 — метилантранилат; 10 — в-дамасценон; 11 — ионол; 12 — диэтилфталат; 14 — дибутилфталат
ш
¿н tn
X
Рис. 7. Сок восстановленный ананасовый (хроматограмма разделена на две части А и Б для увеличения масштаба, отмечены только пики соединений, имеющих оптические изомеры; колонка Ш-вОБХзш):
1 — этил-2-метилбутират; 2 — 2-метилмасляная кислота; 3 — у-декалактон
Л
Б
восстановленного красного виноградного сока с аномально высоким содержанием метилантранилата (>150 мг/л). Достигнута такая концентрация за счет «щедрого» добавления ароматизатора. Дополнительным признаком использования ароматизатора служит присутствие этил-2-метилбутирата, вещества, которое более характерно для яблока, а в винограде присутствует в следовых количествах. Присутствие диэтилфталата (пик 12) позволяет с высокой степенью достоверности предположить, что в рецептуре продукта применили ароматизатор, в котором растворителем был денатурированный спирт.
Присутствие нехарактерных для продукции данного наименования оптических и пространственных изомеров ароматобразу-ющих веществ. Ввиду высокой специфичности ферментов вещества, синтезируемые в растительных и животных тканях или являющиеся продуктами жизнедеятельности микроорганизмов и имеющие оптические и пространственные изомеры, присутствуют только в виде какого-либо одного изомера. Например, уже упоминавшийся этил-2-метилбутират в натуральном (подлинном) яблочном соке присутствует только в виде 5-изомера, а в натуральных соках из плодов цитрусовых должен присутствовать преимущественно й-изомер лимонена. Химический синтез индивидуальных оптических изомеров очень дорог, поэтому в случае присутствия в составе ароматизатора оптически активных соединений они представлены рацемической смесью, т. е. разные оптические изомеры содержатся в ней приблизительно в равных концентрациях.
Использование хиральных колонок позволяет проводить разделение оптических изомеров веществ и, таким образом, контролировать подлинность продукции по данному критерию. Ярким примером возможности определения подлинности исследуемой продукции путем анализа оптически активных соединений служит хроматограм-ма на рис. 7. В исследованном ананасовом соке присутствовало три оптически активных соединения: этил-2-ме-тилбутират; 2-метилмасляная кислота; у-декалактон. Как видно из хромато-граммы, все три вещества представлены в виде рацемической смеси и, следовательно, получены синтетическим путем. Другие признаки использования ароматизатора в данном случае отсутствуют.
Таким образом, изложенные результаты демонстрируют возможности хро-матографического метода с масс-спек-
трометрической детекцией соединений состава аромата различных пищевых продуктов при определении подлинности. Сформулированные в статье критерии использования ароматизаторов облегчают обработку, анализ, а также использование полученных результатов для идентификации наименования и выявления фальсификаций пищевых продуктов, пользующихся повышенным спросом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сборник международных методов анализа спиртных напитков, спиртов, водок и ароматической фракции напитков. — М., 2001.
2. NIOSHManual of Analytical Methods (NMAM), Fourth Edition, Method 2549, issue 1. 1996.
3. A Guide to the Analysis of Chiral Compounds by GC, Restek, Lit. cat. № 59889, 2000.
4. Vlassov V.N., Maruzhenkov D.S. //Analysis. 1999. 27. 663-667.
5. Ferreira V, Lopez R, Escudero A, Cacho J. F. //Journal of Chromatography A. 806. 1998. 349-354.
