ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСЕРВАНТОВ В МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСЕРВАНТОВ В МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТАХ

Калинина Ирина Олеговна

студент, Липецкий государственный технический университет,

РФ, г. Липецк

Соболева Ирина Георгиевна

канд. хим. наук, доц., Липецкий государственный технический университет,

РФ, г. Липецк

APPLICATION OF HIGH PERFORMANCE LIQUID CHROMATOGRAPHY FOR THE DETERMINATION OF PRESERVATIVES IN DAIRY PRODUCTS

Irina Kalinina

student, Lipetsk State Technical University,

Russia, Lipetsk

Irina Soboleva

candidate of chemical sciences, associate Professor, Lipetsk State Technical University,

Russia, Lipetsk

АННОТАЦИЯ

Целью данной работы является сравнительная оценка метода ВЭЖХ. Была систематизирована и проанализирована зарубежная литература по применению высокоэффективной жидкостной хроматографии и других методов для определения сорбиновой, пропионовой и бензойной кислот в молочной продукции. ВЭЖХ обладает высокой разделительной способностью, чувствительностью, экспрессностью и позволяет использовать экологически безопасные реагенты.

ABSTRACT

The purpose of this work is a comparative evaluation of the HPLC method. Foreign literature on the use of high performance liquid chromatography and other methods for the determination of sorbic, propionic and benzoic acids in dairy products was systematized and analyzed. HPLC has a high separating power, sensitivity, rapidity and allows the use of environmentally friendly reagents.

Ключевые слова: молочная продукция, консерванты, ВЭЖХ, сорбиновая кислота, бензойная кислота, пропионовая кислота.

Keywords: milk products, preservatives, HPLC, sorbic acid, benzoic acid, propionic acid.

Молоко и продукты на его основе являются богатым источником белков и витаминов, однако в то же время они могут оказаться питательной средой для различных патогенных организмов. Сохранение качества молочной продукции – это важная задача, особенно в условиях повышенной температуры [1, с. 770]. Для поддержания качества молочной продукции в течение приемлемого срока применяются химические консерванты, такие как бензойная кислота (Е 210), сорбиновая кислота (Е 200) и пропионовая кислота (Е 280), также они могут самостоятельно продуцироваться [2, с. 695].

Однако несмотря на происхождение консервантов, они могут нанести одинаковый вред здоровью. Например, повышенный уровень содержания пропионовой кислоты может вызвать нарушения обмена веществ в организме, чрезмерное потребление сорбиновой кислоты вызывают такие побочные эффекты, как метаболический ацидоз, судороги и гиперпноэ, а длительное воздействие бензойной кислоты приводит к астме [3, с. 204].

Поэтому очень важно контролировать содержание консервантов. В надлежащей производственной практике GMP указывается, что допустимое содержание пропионовой кислоты в сывороточном сыре составляет 3000 мг/кг [4, с. 243]. Согласно кодексу Алиментариусу максимально допустимая концентрация бензойной кислоты составляет 300 мг/кг в молочных десертах, ПДК сорбиновой кислоты в напитках на молочной основе, молодых сырах и молочных десертах составляет 1000 мг/кг и 3000 мг/кг в созревшем сыре [5, с. 72]. Для анализа молочной продукции на наличие консервантов выделяют инструментальные методы, представленные ниже.

Капиллярный электрофорез. В 2018 году в Турции проводились исследования с помощью системы для электрофореза Agilent СЕ в сочетании с УФ-детектором [5, с. 4063], затем в 2020 году китайские ученые модифицировали данный способ определения, добавив в этап пробоподготовки дисперсионную твёрдофазную экстракцию. Для бензойной кислоты LOD составил 0,405 мкг/мл, для сорбиновой – 0,415 мкг/мл. Метод даёт быстрые и точные результаты и позволяет хорошо разделять вещества [6, с. 176].

Спектрофотометрия - традиционный метод определения сорбата калия и бензоата натрия, он характеризуется высокой чувствительностью. Для данной цели ученые часто используют систему Shimadzu УВ-1601-ПК.  [7, с. 150]. Линейный диапазон сорбата калия составил 1-25 мг/л и бензоата натрия - 1-1000 мг/л; LOD для сорбата калия составил 2 мг/л, для бензоата натрия - 1 мг/л.

Спектроскопия комбинационного рассеяния с усилением поверхности (SERS) разработана в последние годы для количественного определения компонентов в различных объектах, в том числе и молочных продуктах. В 2019 году китайские ученые с помощью SERS, применяя наночастицы из золота и серебра, проверяли молоко на наличие бензойной кислоты. Данный метод является чувствительным (LOD бензойной кислоты - 9,8 мг/л) и экспрессным, ученые считают, что в будущем он будет широко использоваться для анализа пищевых продуктов [8, c. 780].

Жидкостная хроматография с тандемной масс-спектрометрией имеет высокую чувствительность, также применяют для определения пищевых добавок [9, с. 9]. В 2012 году этим методом анализировались сорта сыра на наличие бензойной кислоты, LOD равен 0,26 мг/кг. ЖХ-МС показал себя как надежный и точный метод [10, с. 299].  

Ионообменная хроматография. В настоящее время проводится оптимизация данного метода для определения консервантов в молочных продуктах [11, c. 1813]. В 2021 году в Италии исследователи использовали капиллярную систему Dionex ICS-4000 с детектором по теплопроводности. Для бензойной кислоты LOD варьировалось от 1,6 мг/кг до 4,1 мг/кг, для сорбиновой – от 4,9 мг/кг до 12,6 мг/кг. В перспективе ионная хроматография может стать широко используемым методом методом анализа молочной продукции на наличие консервантов, поскольку она имеет высокую чувствительность, и она является экологически безопасным методом [12, c. 141].

Газовая хроматография. Для идентификации органические консерванты преобразуют в летучие эфиры [13, c. 109]. В 2014 году иранские исследователи для данной цели использовали газовый хроматограф Varian CP-3800 с пламенно-ионизационным детектором (ПИД), анализ сопровождался длительной пробоподготовкой. Линейный диапазон составил 0,1 – 50 мкг/мл. Для бензойной кислоты LOD равен 140 нг/г, для сорбиновой – 150 нг/г. Определение с помощью ГХ – это надежный и точный способ исследования консервантов [14, c. 563].

Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии характеризуется высокой разделительной способностью и точностью. Было проведено множество исследований в разных странах: в Казахстане, Германии, Бангладеш, Бразилии, Китае, Турции, Новой Зеландии [15, c. 807] и т.д. В процессе были подобраны различные условия определения. Чаще всего используются колонки: Zorbax Eclipse XDB - C18, Capcell Pak с октадецильными группами С18, CLC-ODS, Waters Symmetry C18, X-Terra RP 18 и Luna PFP. Среди используемых детекторов можно выделить УФ-детектор, детектор с переменной длиной волны, диодно-матричный детектор. Наилучшие характеристики достигаются при использовании диодно-матричного детектора. В 2020 году турецкие ученые, исследуя сорта сыра на наличие сорбиновой кислоты с помощью данного детектора, получили следующие результаты: линейный диапазон составляет 1.00–50.00 мкг/мл; среднеквадратичное отклонение – 0,999; LOD сорбиновой кислоты равен 0,0018 мг/л, время удерживания составляло 2,4 минуты [16, c. 679].

Для определения консервантов в молочной продукции в настоящее время ВЭЖХ более точный и чувствительный метод, чем капиллярный электрофорез и спектрофотометрия; не такой дорогостоящий, как SERS и жидкостная хроматография с тандемной масс-спектрометрией; более экспрессный и оптимизированный, чем ионная хроматография; более универсальный, чем газовая хроматография, поскольку не нужно переводить определяемые вещества в газовую фазу и можно неоднократно повторять анализ с одними образцами. Также стоит отметить, что ВЭЖХ предоставляет возможность выбрать для работы наименее токсичные реагенты.

Исходя из вышеописанного, можно заключить, что на данный момент высокоэффективная жидкостная хроматография – это наиболее оптимизированный способ определения консервантов в молочных продуктах, обладающий наилучшими эксплуатационными качествами, поэтому данный метод выбран для дальнейших исследований.

Список литературы:

1. Charvalos, E. Controlled release of water-soluble polymeric complexes of sorbic acid with antifungal activities / E. Charvalos, M. Tzatzarakis, A. Tsatsakis, G. Petrikkos // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2001. – Vol. 57. – p. 770-775. - Text : electronic. С.
2. Sugiura, J. Simultaneous determination of nine preservatives in food by liquid chromatography with the aid of coagulant in the clean-up process / J. Sugiura, M. Nakajima // Food Addit. Contam. – 2017. - Vol. 34. - № 5. – P. 695–704. - Text : electronic.
3. Tsuruda, S. Simultaneous determination of twelve sweeteners and nine preservatives in foods by solid-phase extraction and LC-MS/MS / S. Tsuruda, T. Sakamoto, K. Akaki // J. Food Hyg. Soc. Japan. – 2013. - Vol. 54. - № 3. – P. 204–212. - Text : electronic.
4. ГОСТ Р 52249-2009 Правила производства и контроля качества лекарственных средств. – Введ. 2010.01.01 // Стандартифрм. – 2009. – 243 с. – текст : непосредственный.
5. Кодекс Алиментариус. Органические пищевые продукты / Пер. с англ.; К 57 ФАО, ВОЗ. — М.: Издательство «Весь Мир», 2006. — 72 с. – Текст : непосредственный.
6. Zhang, W. Determination of Nine Preservatives in Food Samples by Solid Phase Extraction coupled with Capillary Electrophoresis / W. Zhang, F. Yang, J. Xu, L. Wang, K. Zhou // Int. J. Electrochem. Sci. – 2021. – Vol. 16. – p. 4063-4071. - Text : electronic.
7. Öztekin, N. Simultaneous determination of benzoic acid and sorbic acid in food products by capillary electrophoresis / N. Öztekin // Food and health. – 2018. – Vol. 4. - № 3. – p. 176-182. - Text : electronic.
8. Mahboubifar, M. A Comparison between UV Spectrophotometer and High-performance Liquid Chromatography Method for the Analysis of Sodium Benzoate and Potassium Sorbate in Food Products / M. Mahboubifar, Z. Sobhani, G. Dehghanzadeh, K. Javidnia // Food Anal. Methods. – 2011. – Vol. 4. – p. 150-154. - Text : electronic.
9. Hussian, A. SERS detection of sodium thiocyanate and benzoic acid preservatives in liquid milk using cysteamine functionalized core-shelled nanoparticles / A. Hussian, H. Pu, D.-W. Sun // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2019. – Vol. 229. – p. 780-791. - Text : electronic.
10. Fuselli, F. Multi-detection of preservatives in cheeses by liquid chromatography–tandem mass spectrometry / F. Fuselli, C. Guarino, A. La Mantiaa, L. Longo // Journal of Chromatography B. – 2012. - № 906. – p. 9-18. - Text : electronic.
11. Pylypiw, H.M. Rapid high-performance liquid chromatography method for the analysis of sodium benzoate and potassium sorbate in foods / H.M. Pylypiw, M.T. Grether // J Chromatogr A. – 2005. - № 883. – p. 299–304. - Text : electronic.
12. D’Amore, T. Development and Validation of an Analytical Method for Nitrite and Nitrate Determination in Meat Products by Capillary Ion Chromatography (CIC) / T. D’Amore, A. Di Taranto, V. Vita, G. Berardi, M. Iammarino // Food Analytical Methods. – 2019. – Vol. 12. – p. 1813-1822. - Text : electronic.
13. D’Amore, T. Going green in food analysis: A rapid and accurate method for the determination of sorbic acid and benzoic acid in foods by capillary ion chromatography with conductivity detection. T. D’Amore, A. Di Taranto, V. Vita, G. Berardi, M. Iammarino // Food Science and Technology. – 2021. – Vol. 141. – p. 556-569. - Text : electronic.
14. Dong, C. Simultaneous determination of sorbic and benzoic acids in food dressing by headspace solid-phase microextraction and gas chromatography / C. Dong, Y. Mei, L. Chen // J Chromatogr A. – 2006. – Vol. 1117. – p. 109–114. - Text : electronic.
15. Wood, J.E. Determination of Sorbic Acid in Cheese by HighPerformance Liquid Chromatography / J.E. Wood, B.D. Gill, G.D. Gujaran // Journal of AOAC international. – 2020. – Vol. 103. - № 3. – p. 807-811. - Text : electronic.
16. Özdemir, A. Determination of Sorbic Acid in Cheese Samples by Rapid HPLC-DAD Method / A. Özdemir, B. Sardoğan // Open Access. – 2020. – Vol. 56. – p. 679-683. - Text : electronic.