Определение дополнительных показателей качества и безопасности винодельческой и безалкогольной продукции

УДК 663.269.004.12
Т.А. Жилякова, к.б.н.,
Н.И. Аристова , к.т.н., с.н.с. лаборатории аналитических исследований,
Е.В. Дерновая, с.н.с. отдела экономики, интеллектуальной собственности и стандартизации,
Ю.Л. Ольховой , с.н.с. отдела экономики, интеллектуальной собственности и стандартизации,
И.П. Гусева, ведущий инженер отдела экономики, интеллектуальной собственности и стандартизации,
Г.П. Зайцев, химик-аналитик испытательного центра «Магарач»
Национальный институт винограда и вина «Магарач»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ВИНОДЕЛЬЧЕСКОЙ И БЕЗАЛКОГОЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ

Разработаны и апробированы методики определения органических кислот, синтетических подсластителей, красителей в винах и виноматериалах, безалкогольных напитках методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Ключевые слова: вина, виноматериалы, безалкогольные напитки, органические кислоты, красители, подсластители, высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ).

Интеграция Украины в мировую экономику через членство в Всемирной торговой организации (ВТО) обязует отвечать требованиям этой организации по всем аспектам сотрудничества, включая современные методы контроля качества и безопасности винопродукции [1].
Лаборатории отраслевых и контролирующих органов для обеспечения качества результатов испытаний должны быть обеспечены методиками выполнения измерений (МВИ), которые отвечают требованиям международных стандартов. Применение в Украине новых методик и использование действующих относительно новых объектов исследования на основе современных инструментальных экспресс-методов для оценки качества вин, виноматериалов, алкогольных и безалкогольных напитков, их безопасности и идентификации, а также получение точных данных предоставит потребителю гарантии качества потребляемой продукции и обезопасит отечественный рынок от некачественной импортной продукции.
В данной работе приводятся результаты анализа органических кислот, синтетических подсластителей, красителей в винах, виноматериалах и безалкогольных напитках методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с помощью жидкостного хроматографа фирмы «Agilent Technologies» (США).
За рубежом ВЭЖХ успешно применяется для контроля качества пищевых продуктов [2-5]. Популярность ВЭЖХ связана возможностью совмещения двух процессов: разделение смеси веществ, а если чувствительность детектора известна, то и количественное определение разделенных в колонке индивидуальных веществ. Преимущество ВЭЖХ в том, что она позволяет определять вещества при температуре окружающей среды, тогда, как в газовой хроматографии требуются высокие температуры, при которых некоторые вещества могут распадаться, а также позволяют исследовать нелетучие компоненты. Использование ВЭЖХ позволяет значительно сократить время проведения анализов, что является перспективным для разработки экспресс-анализов винодельческой и безалкогольной продукции.
В НИВиВ «Магарач» раннее проводились исследования по определению показателей качества винопродукции различными методами, в том числе хроматографическими [6-9].
В связи с оснащением испытательного центра «Магарач» современным аналитическим оборудованием фирмы «Agilent Technologies»(США) для ВЭЖХ-анализа компонентов винопродукции, а также веществ, являющихся пищевыми добавками, и выявлением фальсифицированной продукции в Украине, возникла необходимость адаптации и совершенствования вариантов методик на алкогольную и безалкогольную продукцию предлагаемых производителем приборов ВЭЖХ.

Целью данных исследований стала адаптация и апробация методик определения органических кислот, синтетических подсластителей и красителей в винах, виноматериалах, безалкогольных напитках методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Agilent 1100 фирмы «Agilent Technologies» (США).

Объектами исследований являлись образцы вин, виноматериалов и безалкогольных напитков, произведенные на предприятиях Украины. Определение органических кислот (яблочной, винной, лимонной, шикимовой, уксусной, молочной, янтарной, фумаровой), синтетических подсластителей и красителей в винах, виноматериалах, безалкогольных напитках проводили методом ВЭЖХ [2, 9]. Математическую обработку полученных данных осуществляли с использованием программы «Сплайн» и «Excel».
Использование консервантов, синтетических подсластителей и красителей (пищевых добавок) в технологии виноделия, алкогольных и безалкогольных напитков регламентируется в Украине и в ЕС соответствующими нормативными актами [1, 10], а допустимые уровни - МБТ [11]. Из консервантов в виноделии разрешено использование сорбиновой кислоты, а использование синтетических подсластителей и красителей не допускается.
Использование интенсивных подслащающих веществ запрещено во время производства спиртных напитков согласно Регламенту ЕС № 1576/89 «Об общих правилах, которые касаются определений, обозначений и оформление спиртных напитков». Во Франции разрешено три подслащающих интенсивных вещества: аспартам, ацесульфам К и сахарин с его разными солями.
Синтетические подсластители получают в основном с использованием методов органического синтеза. Аспартам - метиловый эфир N-L-L- аспартил-L-фенилаланина, белый кристаллический порошок характеризуется относительно невысокой стойкостью к воздействию рН, температуры, условий хранения, что создает определенные проблемы в технологии его применения. Увеличение температуры (выше 25°С) приводит к распаду аспартама, поэтому добавление его к продуктам, которые нуждаются в кипячении, не допускается. Ацесульфам К - представитель гомологического ряда оксатиацинондиоксидов, белый кристаллический порошок, не гигроскопичен, стабилен при хранении. Водные растворы ацесульфама К характеризуются термо- и кислотоустойчивостью, выгодно отличаются по этим показателям от сахарозы. Пищевые продукты, подслащенные ацетосульфамом К, можно подвергать стерилизации. Сахарин представляет собой о-сульфобензимид, слаборастворимый в воде. Для подслащивания пищевых продуктов применяют натриевую или калиевую соли сахарина. Синтетические подслащивающие вещества, в отличие от природных, требуют более серьезных критериев гигиенической безопасности и установления допустимых количеств потребления [12].
Для контроля содержания вышеупомянутых компонентов в винах, виноматериалах и сусле МОВВ [2] рекомендует методы ферментного анализа, ВЭЖХ и капиллярный электрофорез (органические кислоты), спектрофотометрии и капиллярный электрофорез (сорбиновая кислота), ВЭЖХ (консерванты), тонкослойной хроматографии (пищевые добавки - красители и подсластители), фиксация на шерсти (красители). Применяемые методы выделения и идентификации синтетических красителей основаны на фиксации этих красителей на шерсти с последующим определением методом ТСХ или хроматографией на бумаге. Такие определения нуждаются в большом количестве времени, не всегда обеспечивают отделение один от другого двух веществ одинакового цвета и малоэффективны для количественного анализа. Так, методами хроматографии на бумаге или тонкослойной хроматографии невозможно разделить два очень близких по своей природе красителя: оранжевый S (Е 110), который разрешено добавлять, и оранжевый GGN (Е 111), который запрещено к использованию. В отличии от них, ВЭЖХ предусматривает как разделение, так и количественное определение красителей [13, 14]. Поэтому метод ВЭЖХ-анализа был выбран нами как способный к быстрой и точной количественной оценке одновременно нескольких однородных компонентов состава винопродукции, алкогольных и безалкогольных напитков.
Методика ВЭЖХ определения органических кислот базируется на способности органических кислот к разделению с помощью хроматографической колонки, заполненной сорбентом на основе катионообменного полимера, в потоке элюента. После адсорбции кислот из пробы их вымывают из колонки более сильной - 0,1% ортофосфорной кислотой - и определяют массовую концентрацию с помощью спектрофотометрического детектора.
Методика ВЭЖХ определения консервантов и подсластителей базируется на их разделении на хроматографической колонке, заполненной сорбентом на основе кремнезема. После адсорбции кислот из пробы их вымывают из колонки элюентом на основе дигидрофосфата калия и ацетонитрила с pH 3.20 и определяют массовую концентрацию с помощью спектрофотометрического детектора.
Методика ВЭЖХ определения синтетических красителей осуществляется непосредственной инжекцией образца в колонку со стационарной фазой типа кремнезема методом градиентной обращенно- фазовой разделительной хроматографии с определением с помощью спектрофотометрического детектора в видимой области спектра при длине волн 430 нм для желтых, 480 нм для оранжевых, 520 нм для красных и 630 нм для синих красителей. При адаптации методик ВЭЖХ-определения компонентов добивались как хорошего разделения исследуемых компонентов, так и воспроизводимости методик на протяжении длительного времени при использовании одной и той же колонки.
Среди параметров градиентного хроматографирования, которые связаны с разделительной способностью колонки, основными являются тип сорбента и его зернистость, размеры колонки, скорость потока элюента, тип и характеристики подвижной фазы (состав, рН-фактор), скорость и тип градиента подвижной фазы, объем пробы. В качестве рабочей колонки для методики определения органических кислот была выбрана колонка «Supelcogel-C610H» размером 7,8 мм х 300 мм, заполненная катионообменным полимерным сорбентом зернением 9,0 мкм. Скорость потока элюента 0,5 см³ в мин. и объем пробы 5 мкл. Хроматограмма образца белого столового вина Ркацители представлена на рис.1.
В качестве рабочей колонки для методики определения подсластителей была использована хроматографическая колонка «ZORBAX» SB-C18 размером 2,1 х 150 мм, заполненная октадецилсилильным сорбентом зернением 3,5 мкм.  

Рис. 1. Хроматограмма органических кислот белого столового вина Ркацители (колонка «Supelcogel- C610H»)

Рис. 3. Хроматограмма градуировочного раствора желтых и оранжевых синтетических красителей

Рис. 2. Хроматограмма градуировочного раствора сахарина, аспартама и ацесульфама-К

Рис. 5. Хроматограмма градуировочного раствора синих синтетических красителей

Скорость потока элюента 0,4 см³ в мин. и объем пробы 2 мкл. Хроматограмма градуировочного раствора подсластителей представлена на рис. 2.
В качестве рабочей колонки для методики определения красителей была выбрана колонка стационарной фазы типа кремнезема «ZORBAX» SB-C18 размером 4,6 х 150 мм, заполненная октадецилсилильным сорбентом зернением 3,5 мкм. Скорость потока элюента 1,5 ем³ в мин. и объем пробы 5 мкл. Результаты разделения красителей с помощью данной колонки показаны на рис. 3-5.
Оптимизированные режимы и параметры ВЭЖХ-разделения исследуемых компонентов приведены ниже:

1. органические кислоты винограда: рабочая колонка «Supeleogel-C610H» (длина 300 мм, ширина 7,8 мм, зернистость 9,0 мкм). Скорость потока элюента 0,50 см³ в мин. при объеме пробы 5 мкл. Температура термостата колонки 30°С, подвижная фаза: 0,1% раствор ортофосфорной кислоты;
2. синтетические подсластители: рабочая колонка «ZORBAX» SB-C18 (длина 150 мм, ширина 2,1 мм, зернистость 3,5 мкм). Скорость потока элюента 0,4 см³ в мин. при объеме пробы 2 мкл.  

Рис. 6. Хроматограмма безалкогольного напитка «Дюшес» с добавлением подслащающих веществ

Температура термостата колонки 35 С, подвижная фаза: раствор 0,0125M дигидрофосфата калия с pH 3.20 с объемной долей ацетонитрила 15%;
- синтетические красители: рабочая колонка «ZORBAX» SB-C18 (длина 150 мм, ширина 4,6 мм, зернистость 3,5 мкм). Скорость потока элюента 1,5 см³ в мин. при объеме пробы 5 мкл. Температура термостата колонки 40°С, подвижные фазы: А - водный раствор 0,01M дигидрофосфата натрия с pH 4.20, который содержит 1мМ дигидрофосфата тетрабутиламмония; Б - ацетонитрил.

Адаптированные методики определения органических кислот, синтетических подкислителей и красителей были апробированы на образцах вин, виноматериалов, безалкогольных напитков (табл. 1-3, рис.1-6).
В результате проведенных исследований оптимизированы параметры разделения органических кислот, синтетических подсластителей и красителей методом ВЭЖХ, адаптированы методики определения органических кислот, консервантов, синтетических подсластителей и красителей в винах, виноматериалах, безалкогольных напитках методом ВЭЖХ.
Таким образом, адаптированные методики выполнения измерений (МВИ) органических кислот (яблочной, винной, лимонной, шикимовой, уксусной, молочной, янтарной, фумаровой), синтетических подсластителей и красителей в винах, виноматериалах, алкогольных и безалкогольных напитках методом ВЭЖХ разрешат отраслевым лабораториям качества и испытательным центрам определять дополнительные показатели качества вин, виноматериалов, алкогольных и безалкогольных напитков (кроме показателей, установленных отечественными стандартами), а также выявить фальсифицированную продукцию и не допустить ее попадание на отечественный рынок.

Таблица 1
Массовая концентрация органических кислот (мг/дм³) в образцах столовых виноматериалов из винограда сортов Алиготе (А) и Ркацители (Р) методом ВЭЖХ

Таблица 2
Массовая концентрация синтетических подсластителей (мг/дм³) в образцах безалкогольных напитков       

Таблица 3
Массовая концентрация синтетических красителей (г/дм³) в образце безалкогольного напитка    

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нормы и правила рынка вина Европейского Союза, -  Киев: АВЕРС, 2003. - 560 с.
2. Recueil des methodes internationales d'analyse des vins et des mouts. Organisation Internationale de la Vigne et du Vin. Edition 2008 Volumel, 2.
3. Bridle P., Garciaviguera C.// Food Chem. - 1996. - V.55. - №2. - Р.111-113.
4. Савчук С.А., Власов В.Н. Идентификация винодельческой продукции методами высокоэффективной хроматографии и спектрометрии// Виноград и вино России. 2000. - №5. - С.5-13.
5. Применение хроматографии и спектрометрии для идентификации подлинности спиртных напитков / Савчук С.А., Власов В.Н., Апполонова С.А., Арбузов В.Н., Веденин А.Н., Мезиков А.Б., Григорьян Б.Р. // Журнал аналитической химии. - 2001. - Т.56. - №3. - С.246-264.
6. Новые методы идентификации и оценки качества виноградных вин / Гержикова В.Г., Аникина Н.С., Владимирова Л.Г., Михеева Л.А., Жилякова Т.А., Аристова Н.И., Лутков И.П. Вестник «Крымское качество». Научно-технический сборник. 2006. - Вып. № 2(8), С.103-107.
7. Современные методы контроля показателей качества и безопасности виноградных вин/ Жилякова Т.А., Аристова Н.И., Панова Э.П., Лутков И.П., Сластья Е.А., Беляев В.И. // Ученые записки ТНУ им. В.И. Вернадского. Серия «Биология, химия» 2007. - Симферополь. - Т.19(58). - №2. - С.84-93.
8. Визначення метанолу, вищих спиртів, альдегідів, естерів, фурфуролу у винах, виноматеріалах, коньяках та коньячних спиртах методом ГХ та катіонів і аніонів у винах виноматеріалах методом КЕФ / Огай Ю.О., Соловйова Л.М., Виноградов Б.О., Зайцев Г.П., Дернова О.В., Беляев В.І., Жилякова Т.О., Арістова Н.І., Ольховой Ю.Л., Гусєва І.П.// «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2011. - № 4. - С.36.
9. Визначення дев'яти основних антиціанів, органічних кислот (яблучна, винна, лимонна, шикимова, оцтова, молочна, бурштинова, фумарова), сорбінової, бензойної, саліцилової кислот, синтетичних підсоложувачів (аспартам, ацесульфам К і сахарін) і барвників у винах, виноматеріалах, алкогольних та безалкогольних напоях методом ВЕРХ / Огай Ю.О., Соловйова Л.М., Зайцев Г.П., Дернова О.В., Беляев В.І., Жилякова Т.О., Арістова Н.І., Ольховой Ю.Л., Гусєва І.П.// «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2011. - №4. - С.37.
10. РД-01-1994. Перечень конструкционных, антикоррозионных и вспомогательных материалов, разрешенных Минздравом для применения в винодельческой промышленности Украины. - 1994. - 245 с.
11. МБТ 5061-89. Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного сырья и пищевых продуктов. - 1989. - 362 с.
12. Поздняковский В.М. Гигиенические основы питания, безопасность и экспертиза продовольственных товаров: Учебник. 2-е изд., испр. и доп. - Новосибирск: Изд-во Новосиб. Ун-та, 1999. - 448 с.
13. Сборник международных методов анализа спиртных напитков, спиртов, водок и ароматической фракции напитков. Под ред. Н.Г. Саришвили, Л.А. Оганесянца, А.Л. Панасюка. - М.: Пищепромиздат, 2001. - 332 с.
14. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов// Под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутельянца. - М.: Брандер, Медицина, 1998. - 34 с.