Научная статья на тему 'Определение кислородсодержащих компонентов вина на хелатсодержащих сорбентах'

Определение кислородсодержащих компонентов вина на хелатсодержащих сорбентах Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
286
57
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНАЛИЗ ВИНА / КАПИЛЛЯРНАЯ ГАЗОВАЯ ХРОМАТОГРАФИЯ / ХЕЛАТОСОДЕРЖАЩИЕ СОРБЕНТЫ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Слижов Юрий Геннадиевич, Каличкина Людмила Евгеньевна, Кузьмина Алена Геннадиевна, Першина Ольга Николаевна, Гавриленко Михаил Алексеевич

Показана возможность селективного концентрирования летучих ароматических компонентов вина на сорбенты с адсорбционным слоем хелата металла. Проведено сравнение ацетилацетоната никеля, ализарината меди и диметилглиоксимата цинка по селективности сорбции отдельных классов кислородсодержащих соединений. Определены оптимальные условия концентрирования летучих сложных эфиров, альдегидов и кетонов и проведен анализ паровой фазы коммерческих сортов французских вин.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Слижов Юрий Геннадиевич, Каличкина Людмила Евгеньевна, Кузьмина Алена Геннадиевна, Першина Ольга Николаевна, Гавриленко Михаил Алексеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Determining oxygen-containing components of wine on chelate-containing sorbents

The possibility of selective concentration of volatile aromatic components of wine on sorbents with adsorptive layer of metal chelate has been shown. Nickel acetylacetone, copper alizarinate and zinc dimethyl-glyoximate were compared in sorption selectivity of individual classes of oxygen-containing compounds. Optimal conditions of concentration of volatile compound ethers, aldehydes and ketones were determined and vapor phase of commercial kinds of French wines was analyzed.

Текст научной работы на тему «Определение кислородсодержащих компонентов вина на хелатсодержащих сорбентах»

УДК 543.544.45

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ КОМПОНЕНТОВ ВИНА НА ХЕЛАТСОДЕРЖАЩИХ СОРБЕНТАХ

Ю.Г. Слижов, Л.Е. Каличкина, А.Г. Кузьмина, О.Н. Першина, М.А. Гавриленко

Томский государственный университет E-mail: dce@mail.ru

Показана возможность селективного концентрирования летучих ароматических компонентов вина на сорбенты с адсорбционным слоем хелата металла. Проведено сравнение ацетилацетоната никеля, ализарината меди и диметилглиоксимата цинка по селективности сорбции отдельных классов кислородсодержащих соединений. Определены оптимальные условия концентрирования летучих сложных эфиров, альдегидов и кетонов и проведен анализ паровой фазы коммерческих сортов французских вин.

Ключевые слова:

Анализ вина, капиллярная газовая хроматография, хелатосодержащие сорбенты.

Определение летучих компонентов напитков и, в частности, вина несколько десятилетий выполняют газохроматографическими методами. Наличие селективных детекторов и легкость подключения к масс-спектрометру для надежной идентификации целевых компонентов делают газовую хроматографию наиболее популярным методом анализа вина и виноматериалов [1].

Методом газовой хроматографии были определены летучие вещества, определяющие аромат белых и красных вин [2, 3]. В дальнейшем, этим же методом в вине обнаружили ряд химических веществ, относящихся к спиртам, простым и сложным эфирам, ацеталям, алифатическим и ароматическим альдегидам и кетонам, терпеновым соединениям, предельным и непредельным углеводородам, аминам и другим классам органических соединений [4].

Сложность в анализе микрокомпонентов летучей фазы вина создают пары воды. Независимо от сорта, происхождения и качества напитка около 90 % его содержания составляет вода, которая мешает предварительному концентрированию целевых веществ на сорбент путем блокирования центров активности на их поверхности [5]. В связи с этим актуальной является разработка сорбентов, способных концентрировать микроколичества кислородсодержащих летучих соединений, но не ухудшать свои свойства под действием паров воды.

В данной работе предложены сорбенты на основе силикагеля, модифицированные слоями ди-метилглиоксимата цинка, ацетилацетоната никеля и ализарината меди, показавшие ранее селективные свойства по отношению к кислородсодержащим соединениям [6, 7]. На хелатсодержащих сорбентах изучен состав кислородсодержащих компонентов вин, обеспечивающих его вкусовые и ароматические свойства. В работе применён вариант анализа паровой фазы с непосредственной подачей анализируемой газовой смеси в хроматограф, что позволяет оценить состав летучих компонентов без их потерь.

Экспериментальная часть

Хроматографическое исследование образцов проведено на газовом хроматографе «Agilent Technologies - 6890 N» с пламенно-ионизационным детектором и приставкой парофазного ввода пробы. Использована капиллярная колонка FFAP (Angilent) длиной 30 м, внутренним диаметром 0,25 мм и толщиной пленки 0,3 мкм. Начальное давление составляло 16 psi.Температура колонки на начальном этапе 40 °С, затем нагрев в течение 35 мин со скоростью 4 °С/мин до 180 °С, после анализа, выдержка при 200 °С в течение 5 мин. Скорость прохождения газа через колонку 4 мл/мин.

Пробу объемом 50 мл помещали в колбу с бар-ботером (установка для стриппинга) на 100 мл. Через пробу пропускали элюирующий газ (Не) со скоростью 45 мл/мин. Концентрирование осуществляли при подогреве пробы до 60...70 °С в течение 30 мин. Затем обработанный концентратор помещали в виал, герметично закрытый пробкой, и выдерживали при 180 °С в течение 20 мин.

После завершения концентрирования проводили обратную продувку гелием для удаления избытка паров воды и этанола.

Результаты и их обсуждение

Для сорбционного концентрирования применили хелатсодержащие сорбенты в сравнении с универсальным полимерным сорбентом тенакс, который часто используют для подобной пробо-подготовки [8]. Данные по сравнению эффективности примененных концентраторов представлены в табл. 1. Видно, что хелатсодержащие сорбенты позволяют сорбировать многие кислородсодержащие компоненты вина более эффективно, чем тенакс, вероятно, вследствие специфичных меж-молекулярных взаимодействий электронодонор-ных атомов кислорода в функциональных группах сорбатов и акцепторными ионами металла в хела-тах и могут успешно использоваться для концентрирования.

Таблица 1. Содержание летучих веществ (%) после концентрирования с использованием различных сорбентов (силипор 0,75, модифицированный): 1) ацети-лацетонатом никеля; 2) диметилглиоксиматом цинка; 3) ализаринатом меди (п=3, Sr=0,13...0,29); 4) тенкас

Соединение 1 2 3 4

Этаналь 0,91 1,62 1,21 0,22

Этилметаноат 0,09 - 0,03 -

Метилэтаноат 0,01 - - -

Этилэтаноат 0,16 0,18 0,17 0,04

Метанол 1,06 1,35 1,12 1,64

Пропанол-2 0,04 0,06 0,07 -

2,3-бутандион 0,02 0,03 0,03 0,05

Бутанол-2 - 0,03 0,03 0,05

Пропанол 0,06 - - -

Этил-3-метилбутаноат 0,03 0,02 0,06 0,07

3,3-диметилпропилэтаноат 0,01 - 0,01 -

2-метил-1-пропанол 0,41 0,47 0,88 0,76

Бутанол 0,01 0,02 0,03 0,01

3-метил-1-бутанол 1,04 1,85 1,32 1,32

3-метил-2-бутанол 0,19 - 0,10 0,05

Гексанол 0,07 - 0,08 0,02

Этил-2-гидроксопропаноат 0,03 - 0,01 -

Этановая кислота 0,03 0,22 0,18 0,22

Этилоктаноат 0,02 0,01 0,01 -

Бензальдегид 0,01 - 0,01 -

2-метилпропановая кислота 0,25 - - 0,03

Пентановая кислота 0,01 - 0,01 -

4-бутанолид 1,91 0,13 0,70 0,17

Бутановая кислота 0,02 - 0,02 0,01

3-метилбутановая кислота 0,02 - 0,02 0,01

Гептановая кислота 0,15 - 0,07 0,01

Этилфенилэтаноат 0,86 0,44 0,55 0,54

Гексановая кислота 0,01 - 0,01 0,01

Диметилглиоксимат цинка менее эффективно сорбирует кислородсодержащие вещества, по сравнению с ацетилацетонатом никеля и ализаринатом меди. Это можно объяснить растворимостью указанного комплекса в этиловом спирте. При элюировании паров спиртовой смеси через сорбент, содержащий диметилглиоксимат никеля, последний разрушается, и чем длительнее этот процесс, тем менее воспроизводим результат анализа.

Показано, что вещества, обладающие склонностью к донорно-акцепторному взаимодействию, к которым относятся большинство кислородсодержащих соединений вина, более прочно удерживаются на хелатных комплексах вследствие образования ассоциата с электронодефицитной частью комплекса металла. На хелатосодержащих сорбентах было определено и идентифицировано около 40 кислородсодержащих компонентов, входящих в состав белых и красных вин, табл. 2.

Из приведённых в табл. 2 данных видно, что основное количество идентифицированных компонентов в исследованных образцах приходится на долю сложных эфиров, спиртов, альдегидов (эта-наль, метилэтаноат, этилэтаноат, пропанол-2, ме-

танол, этанол, 3-метилпропилэтаноат, бутанол-1, гексанол, фурфураль). Эти вещества характерны для всех исследованных марок вина. Они количественно преобладают над другими веществами, входящими в состав вин. Кроме того, характерными составляющими аромата и вкуса вина могут быть этилпропаноат, 3-метил-2-бутанол, 3-метил-1-бутанол, пропанол-1, пропановая кислота, 2-ме-тилпропановая кислота, пентановая кислота, бута-нол-2 и пентанол-2. Остальные идентифицированные соединения встречаются не во всех исследованных сортах вина.

Ароматические соединения, такие как терпе-ноиды, придают вину «цветочный» аромат; 2-фе-нилэтанол придаёт вину «сладкий», «благоуханный» аромат; эфиры уксусной кислоты - «сладкий», «фруктовый», «банановый» аромат; большинство эфиров имеют аромат «яблока», «фруктов», «сладкого»; их оценивают как соединения, придающие вину приятный аромат. Чем больше этих соединений в вине, тем более приятным ароматом оно обладает. Высшие спирты придают вину «алкогольный», «удушливый» запах, так, 3-метил-бутанол придает запах алкоголя, гексанол-1 -«терпкий», «острый»; метанол - запах «кипящей» капусты, что вносит негативный вклад в аромат вещества [2].

Из этого можно сделать вывод, что вина «Барон де Тур Бордо» 2006 г., «Шато Ла Сере» 2002 г. имеют более приятный, цветочный, фруктовый, сладкий аромат, чем в другие проанализированные вина вследствие большего содержания таких соединений, как метилэтаноат, 2-метилпропилэтаноат, этилэтаноат.

Помимо ацетатов, эфиров и альдегидов некоторые образцы имеют в своём составе терпеноиды, например, «Шато Дю Гайон Бордо» 2004 г. и «Шато Помпред Бордо» 2006 г. обладают более насыщенным ароматом и вкусом, а также имеют меньшее содержание высших спиртов.

Выводы

Методом высокоэффективной капиллярной газовой хроматографии с применением предварительного концентрирования на хелатсодержащий сорбент изучен качественный и количественный состав летучих компонентов образцов виноградных вин производства Франции. Показано, что сорбенты с комплексами металлов проявляют бо льшую селективность к летучим кислородсодержащим соединениям. Наиболее эффективным представляется использование сорбента на основе ацетилацетоната никеля, который позволяет сорбировать максимальное число летучих компонентов и проявляет стабильность при воздействии паров спирта и воды.

Таблица 2. Содержание идентифицированных веществ (г/см3) во французских винах: 1) «Шато Ла Сере 2002 г.»; 2) «Шато Дю Гайон Бордо 2004 г.»; 3) «Шато Гаррита Сэн Мартэн 2005 г.»; 4) «Шато Гаррита Сэн Мартэн 2006 г.»; 5) «Шато Пом-пред Бордо 2006 г.»; 6) «Барон де Тур Бордо 2006 г.»; 7) «Шевалье Де Бур 2007г.» (п=2~5, Sr=0,41...0,88)

Соединение 1 2 3 4 5 6 7

Этаналь 1.76-10-6 2.17-10-6 5,75*10-6 6,12*10-6 5,33*10-6 8,27*10-6 1,58*10-6

Метилэтаноат 7.66-10-5 4.04-10-5 6,44-10-6 1,22*10-5 7,82*10-6 2,27*10-5 9,49*10-6

Этилэтаноат 4.71-10-6 3.33-10-6 2,3*10-6 1,61*10-6 1,24*10-6 3,38*10-6 3,16*10-6

Метанол 4.44-10-4 3.53-10-4 2/I8-10-4 1,65*10-4 1,39*10-4 1,98-10-4 2,68*10-4

Пропанол-2 4.48-10-5 4.56-10-5 2,68*10-5 2,25*10-5 - - 3,99*10-5

Этил-2-метилпропаноат - - 2,0*10-5 1,27*10-5 4,15*10-5 - -

2,3-бутандион 7.8-10-6 1.09-10-5 9,21*10-6 5,28*10-6 - 5,64*10-6 4,9*10-6

2-метилпропилэтаноат 2.06-10-6 4.35-10-6 6,9*10-6 1,42*10-6 5,58*10-6 1,44*10-6 1,58*10-7

Этилпропаноат 7.35-10-7 1.45-10-6 1,15*10-6 1,22*10-6 1,24*10-7 - -

1-Метилпропанол 5.88-10-7 2.17-10-6 1,73*10-6 1,29*10-6 1,24*10-7 1,25*10-4 3,16*10-7

Этил-3-метилбутаноат 7.35-10-8 - 5,15*10-6 6,44*10-7 6,21*10-8 - -

Пропанол 1.01-10-5 7,1*10-6 5,52*10-6 5,28*10-6 8,56*10-6 - 2,18*10-5

3,3-диметилпропилэтаноат - - - 5,79*10-7 - 2,26*10-6 -

2-Метил-пропанол 2.35-10-6 4,34*10-6 3,57*10-6 3,22*10-6 2,36*10-6 - 3,64*10-6

Бутанол-1 1.62-10-6 2,75*10-6 1,44*10-6 1,16*10-6 1,24*10-6 2,63*10-6 2,85*10-6

3-Метилбутанол 5.4-10-4 7,2*10-4 6,81*10-4 3,92-10-4 6,32*10-4 - 4,17-10-4

Пентанол-1 1,91*10"5 5,36*10-6 2,3*10-6 4,25*10-6 6,08*10-6 - -

Гексанол 3.35-10-5 5,64*10-5 3,27*10-5 3,45*10-5 5,31*10-5 2,9*10-5 4,27*10-6

Этановая кислота 4.66-10-5 3,65*10-5 3,15*10-5 4,9*10-5 5,48*10-5 3,02*10-5 2,78*10-5

Фурфураль 2.65-10-6 6,66*10-6 3,92*10-5 3,21*10-5 7,61*10-5 7,37*10-6 1,12*10-5

Бензальдегид 1.62-10-6 4,49*10-6 9,78*10-6 9,27*10-6 1,64*10-5 3,01*10-6 5,06*10-6

Пропановая кислота 1.76-10-6 2,75*10-6 7,71*10-6 7,72*10-6 8,07*10-6 3,01*10-6 6,33*10-7

2-Метилпропановая кислота 1.47-10-7 - - 6,44*10-7 6,21*10-8 4,51*10-6 -

Пентановая кислота 3.68-10-6 5,36*10-6 3,45*10-6 9,79*10-6 3,72*10-7 5,26*10-6 5,38*10-6

4-бутанолид 2.94-10-7 - 5,75*10-7 1,29*10-7 6,21*10-8 - -

Гексановая кислота 1.4-10-6 4,49*10-6 5,75*10-7 6,43*10-7 3,72*10-7 3,76*10-6 -

Бензиловый спирт 2.48-10-5 2,9*10-7 - 7,73*10-7 1,24*10-7 - 1,58*10-8

Гептановая кислота 2.69-10-5 2,48*10-5 2,60*10-5 1,19-10-4 6,97*10-5 2,92*10-5 2,91*10-5

Этилфенилэтаноат 2.21-10-7 - 3,45*10-6 1,29*10-6 - - -

2-Фенилэтанол - 5,80*10-7 - - - - -

3,7-диметил-1,6-октадиенол-3 - 4,71*10-6 - - 6,21*10-8 - -

Диэтилсукцинат - 4,71*10-6 - - 6,21*10-8 - -

Гексилэтаноат - 4,71*10-6 - - - 4,81*10-6 6,33 -10-7

Этил-2-гидроксопропаноат - 4,71*10-6 - - - - -

3-Метилбутановая кислота - 4,71*10-6 - - - - -

Терпинол - 4,71*10-6 - - - - -

2-Этилгексанол - 5,68*10-6 - - - - -

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Михеева Е.В., Анисимова Л.С., Хахенберг X., Шмидт Л. Газохроматографический анализ равновесной паровой фазы. - M.: Мир, 1979. - 160 с.

2. Falque E., Fernandez E., Dubordieu D. Differentiation of white wines by their aromatic index // Talanta. - 2001. - № 54. -P. 271-281.

3. Jan C.R., Demyttenae R., Dagher C. et al. Flavour analysis of Greek white wine by solid-phase microextraction-capillary gas chromatography-mass spectrometry // J. Chromatoger. - 2003. - V. 985. -P. 233-246.

4. Позняковский В.М., Помозова В.А., Киселёва ТМ. Экспертиза пищевых продуктов и продовольственного сырья. Экспертиза напитков. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1999. -276 с.

5. Другов Ю.С., Родин А.А. Анализ загрязнения биосред и пищевых продуктов: практическое руководство. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 294 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Слижов Ю.Г, Гавриленко М.А. Комплексообразование с участием хелатов металлов на границе раздела фаз в газовой хроматографии // Журнал координационной химии. - 2002. -Т. 28. - № 10. - С. 783-800.

7. Слижов Ю.Г., Гавриленко М.А. Применение внутрикомплекс-ных соединений в газовой хроматографии. - СПб.: Спецлит, 2003. - 140 с.

8. Бетхер В.Н., Кабина Е.А., Георгиади-Авдиенко К.А. Парофазная экстракция органических веществ из водных сред // Журнал аналитической химии. - 2007. - Т. 62. - № 4. - С. 342-349.

Поступила 12.05.2008 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.