Анализ ванилина в ванильных продуктах и связанных маркерных веществ

09.03.2020

Натуральный или искусственный? – Анализ ванилина в ванильных продуктах и связанных индикаторных веществах

Аннотация

Ванилин – один из самых популярных ароматизаторов, используемых в различных продуктах питания, напитках, а также в фармацевтике и парфюмерии. В связи с высоким спросом на поставки стручков ванили и постоянным ростом цен в настоящее время очень востребованы искусственные ванильные ароматизаторы синтетического происхождения [1]. Данная работа содержит описание метода анализа компонентов различных ванильных продуктов. Приведенные подходы могут применяться для первоначального скрининга подлинности продукта.

Введение

Высокий спрос на ванилин намного превышает предложение всех источников обеспечиваемых за счет ванильных орхидей, которые являются единственным источником «настоящего» ванильного ароматизатора под названием «Бурбонская ваниль». Высокая цена натурального ванилина в сравнении с синтетическим аналогом и низкая доступность являются основными причинами производства ванилина с помощью химического синтеза с 1870-х годов. В этих процессах в качестве прекурсора используют кониферин, гваякол или эвгенол [2]. Биотехнологические процессы, такие как ферментация, при которой в качестве прекурсоров ванилина используются феруловая кислота и рисовые отруби, являются относительно новыми.

Ванилин, изготовленный биотехнологическим методом намного дороже химически синтезированного аналога. Однако в отношении продуктов, изготовленных биотехнологическим методом, допускается применение обозначения «натуральный ванильный ароматизатор». В отношении химически синтезированных ароматизаторов должно применяться название «ванильный ароматизатор». Наличие некоторых веществ, образующихся при химических или биотехнологических производственных процессах, в пищевых продуктах является нежелательным из-за негативного воздействия на здоровье.

Исходя из этого трудно переоценить пользу процесса аналитического контроля. Молекулы, а также прекурсоры, используемые в химическом синтезе, являются подходящими индикаторами для отделения синтетического аромата ванили от экстракта бурбонской ванили. Несмотря на то, что точное утверждение относительно происхождения ванильного аромата возможно сделать только посредством применения сложных аналитических методов, таких как изотопный анализ, первоначальное суждение о происхождении ванильного аромата может быть сделано на основании скрининга индикаторных веществ с использованием методов ВЭЖХ. Поэтому в настоящей работе для обнаружения индикаторных веществ анализируются этанольные экстракты ванилинсодержащих образцов, по которым может быть установлено происхождение аромата. В дополнение к ванилину были проанализированы 4-гидроксибензойная кислота, ванильная кислота и 4-гидроксибензальдегид, которые обычно встречаются в экстракте бурбонской ванили. Кроме того, в качестве индикаторов синтетического ванильного аромата и нежелательных прекурсоров были проанализированы гваякол, кумарин и эвгенол [3].

Результаты

Для калибровки использовали смешанный стандарт из семи соединений. Разделение стандарта было достигнуто менее чем за 4 минуты. Все калибровочные кривые показали хорошую линейность с R2 > 0,9999. Подробные концентрации для каждого уровня приведены в таблице 1. Рисунок 1 показывает пример разделения смешанного стандарта с концентрацией 3. Были извлечены и проанализированы четыре различных образца: стручки ванили, сахар с бурбонской ванилью, ванилиновый сахар и аромат ванили для выпечки. Все образцы были экстрагированы этанолом. Подробное описание процесса пробоподготовки приведено в разделе дополнительных результатов (Таблица A2). На рисунке 2 представлена хроматограмма экстрагированного образца стручков ванили. Профиль образца показывает большое количество ванилина и, как и ожидалось, индикаторных веществ для бурбона ванильного происхождения. На хроматограмме образца можно наблюдать высокое содержание ванилина и, как и ожидалось, индикаторных веществ для бурбонской ванили.

Также было измерено содержание 4-гидроксибензойной кислоты, ванилиновой кислоты и 4-гидроксибензальдегида. Сводная информация и расчетные данные по общему количеству ванильных соединений представлено в таблице A1 (раздел дополнительных результатов). В таблице 1 показазны определенные для метода значения LOD (Сигнал/Шум = 3) и LOQ (Сигнал/Шум = 10). В разделе дополнительных результатов также представлены хроматограммы других проанализированных образцов.

Таблица 1 – Концентрация калибровочных уровней и рассчитанных значений предела обнаружения (LOD) и предела количественного определения (LOQ)

Вещество

Концентрация 1, мг/мл

Концентрация 2, мг/мл

Концентрация 3, мг/мл

Концентрация 4, мг/мл

Концентрация 5, мг/мл

LOD

S/N=3 в мкг/мл

LOQ

S/N=10 в мкг/мл

4-гидроксибензойная кислота

0.014

0.028

0.056

0.070

0.140

0.860

2.860

4-гидроксибензальдегид

0.010

0.020

0.040

0.050

0.100

0.180

0.610

Ванилин

0.015

0.030

0.060

0.075

0.150

0.350

1.150

Гваякол

0.023

0.046

0.092

0.115

0.230

1.310

4.380

Кумарин

0.014

0.028

0.056

0.070

0.140

0.240

0.800

Эвгенол

0.022

0.044

0.088

0.110

0.220

1.010

3.350  



 

Смешанный стандарт с уровнем концентрации

 

Хроматограмма экстрагированных бобов ванили   

Рисунок 1 – Смешанный стандарт с уровнем концентрации 3, 1) 4-гидроксибензойная кислота, 2) ванилиновая кислота, 3) 4-гидроксибензальдегид, 4) ванилин, 5) гваякол, 6) кумарин, 7) эвгенол    Рисунок 2 – Хроматограмма экстрагированных бобов ванили, 1) 4-гидроксибензойная кислота, 2) ванилиновая кислота, 3) 4-гидроксибензальдегид, 4) ванилин



Материалы и методы

Для проведения исследований использовали систему СВЭЖХ AZURA®, которая состояла из насоса HPG AZURA P 6.1L, автоматического пробоотборника AZURA AS 6.1L, колоночного термостата CT 2.1 и AZURA MWD 2.1L. Скорость потока составляла 0,5 мл/мин, температура – 40°С. Объем вводимых образцов и стандартов составлял 1 мкл. Детектирование выполнялось на длине волны 280 нм. Подвижная фаза представляет собой градиентный состав A: вода с 0,05% трифторуксусной кислоты и B: ацетонитрил с 0,1% трифторуксусной кислоты. Колонка заполнялась кремнеземом Eurospher II 100-2 C18A 100 мм с внутренним диаметром 2 мм.

Заключение

В соответствии с рекомендациями BLL в отношении ванильного и ванилинового сахара от 2007 года [4], ванильный сахар представляет собой смесь сахарозы и измельченных ванильных бобов. Ванилиновый сахар, однако, представляет собой композицию из сахарозы и ванилина. В соответствии с расчетными количествами, приведенными в таблице А1, анализируемый сахар с Бурбонской ванилью содержит ванилин, а также 4-гидроксибензальдегид, который является маркером натурального ванильного аромата. Ванилиновый сахар, с другой стороны, содержит больше ванилина, а также большое количество гваякола, что указывает на его искусственное/ синтетическое происхождение. Аромат ванили для выпечки содержит наибольшее количество ванилина, а также остатков всех других соединений. Поскольку в отношении анализируемого аромата не требуется приводить описание состава, он может содержать как натуральную ваниль, так и синтетические ингредиенты аромата [5]. Показанный метод СВЭЖХ обеспечивает проведение первоначального оперативного контроля ванильных продуктов в отношении маркерных веществ синтетических или натуральных экстрактов.

Данное руководство по применению не охватывает изотопный анализ и другие характеристики, которые можно использовать, в том числе и при анализе методом ВЭЖХ с целью формирования более утонченного вывода о происхождении ванили, но они были рассмотрены в работе [6].

Перечень литературы

  1. Krishna Veni et al, J Adv Sci Res, 2013, 4(1): 48-51: Анализ ванилина в пищевых продуктах с помощью высокоэффективной тонкослойной хроматографии

  2. Jagerdeo et al., Журнал AOAC International Vol. 83, No. 1, 2000 Определение ванилина и родственных ароматических соединений с помощью жидкостной хроматографии

  3. Подлинность ванили и экстрактов, Elke Anklam, Объединенный исследовательский центр, Европейская комиссия, Институт по окружающей среде, отдел пищевых продуктов и лекарственных средств, 1993

  4. Руководство по ванильному сахару и ванилину (2007) ( ссылка)

  5. Ваниль и ванильные ароматы, ваниль - королева пряностей ( ссылка)     

  6. Основная статья рабочих групп "Ароматизаторы" и "Стабилизотопный анализ" пищевого химического общества на тему происхождения и подлинности ванильных ароматизаторов. ( ссылка)


Дополнительные результаты

Таблица A1 – Расчетное количество соединений ванили (в мг/мг)

Образец

4-гидроксибензойная кислота

Ванильная кислота

4-гидроксибензальдегид

Ванилин

Гваякол

Кумарин

Эвгенол

Стручки ванили

0.07

0.104

0.169

3.129

0

0.009

0.007

Сахар с бурбонской ванилью

0

0

0.015

0.195

0.205

0.003

0.01

Ванилиновый сахар

0

0

0

8.257

8.704

0.006

0

Аромат ванили для выпечки

0.017

0.005

0.123

16.533

0

0.019

0.017  



 

Хроматограмма сахара с бурбонской ванилью

 

Хроматограмма аромата ванили для выпечки

 

Хроматограмма ванилинового сахара

Рисунок A1 – Хроматограмма сахара с бурбонской ванилью,
1) ванилиновая кислота,
2) 4-гидроксибензальдегид,
3) ванилин


Рисунок A2 – Хроматограмма аромата ванили для выпечки,
1) 4-гидроксибензойная кислота,
2) ванилиновая кислота,
3) 4-гидроксибензальдегид,
4) ванилин,
5) кумарин
Рисунок A3 – Хроматограмма ванилинового сахара,
1) ванилин,
2) гваякол,
3) кумарин 



Дополнительные материалы и методы

Таблица A2 – Параметры метода

Температура колонки

40°C

Вводимый объем

1 мкл

Режим ввода образца

Частичное заполнение контура

Длина волны детектирования

УФ 250 нм

Частота сбора данных

100 Гц

Постоянная времени

0.01 с


Таблица A3 – Подготовка образца

Бобы ванили

~ 2 г измельченных ванильных бобов экстрагировали 4 мл этанола

Ванилиновый сахар

1 г сахара экстрагируют 6 мл этанола

Сахар с бурбонской ванилью

1 г сахара экстрагируют 4 мл этанола

Ванильный аромат для выпечки

1 мл (~ 0,83 г) аромата для выпечки экстрагируют 4 мл этанола

После экстракции все образцы фильтровали через шприцевой фильтр 0,45 мкм.


Таблица A4 – Параметры насоса

Элюент A

H2Odd+0.05 % TFA

Элюент В

Ацетонитрил + 0,1% трифторуксусная кислота

Скорость потока

0.5 мл/мин

Программа работы насоса

Время, мин

%A

%B

0.00

75

25

0.60

65

35

2.20

25

75

2.30

0

100

3.50

0

100

3.52

75

25

8.00

75

25


Таблица A5 – Конфигурация системы

Прибор

Описание

Номер по каталогу

Насос

AZURA P6.1LHPG

APH35GA

Автоматический пробоотборник

AZURA AS 6.1L

AAA10AA

Детектор

AZURA MWD 2.1L

ADB01

Проточная кювета

Стандартный картридж УФ проточной кюветы KNAUER LightGuide

AMC19XA

Термостат

AZURA CT 2.1

A05852

Колонка

Eurospher II 100-2 C18A, 100 x внутр. диам. 2 мм

10BE184E2F

Программное обеспечение

ClarityChrom 7.4.2 - Включено управление автоматическим пробоотборником рабочей станции

A1670

Программное обеспечение

ClarityChrom 7.4.2 - Расширение пригодности системы (SST)

A1677

Вернуться обратно
ОПУБЛИКОВАТЬ В СОЦ.СЕТЯХ