Определение содержания полиолов методом ГХ-МС для оценки качества вин

Определение содержания полиолов методом ГХ-МС без экстракции для оценки качества столовых вин
Н.Н. САРВАРОВА, И.А. МАРЧЕНКО
Госалкогольинспекция Республики Татарстан
И.Х. РИЗВАНОВ
ФГБУН «Институт органической и физической химии им. А. Е. Арбузова Казанского НЦ РАН» д.г.токмин
ГБУ «Республиканский центр независимой экспертизы и мониторинга потребительского рынка Республики Татарстан»
Ключевые слова: rx-масс-спектрометрия, глицерин, 2,3-бутандиол,
1,2-пропандиол
Key words: GC-MS, glycerol, 2,3-butanediol, 1,2-propanediol

В настоящее время в РФ актуальна проблема контроля качества пищевой продукции. В практике контролирующих лабораторий часто для оценки качества алкогольной продукции (наряду с установленными законодательством анализами) необходимы дополнительные данные о компонентном составе.
Следует отметить, что винодельческую алкогольную продукцию давно и весьма широко изучали и изучают всеми доступными физико-химическими методами анализа (в целом свыше нескольких тысяч оригинальных работ выпущено в научной периодике в РФ и за рубежом).
Газовая хроматография служит основным методом контроля содержания летучих компонентов в крепких алкогольных напитках, однако существующие в РФ методики государственного контроля не предусматривают анализ столовых вин методом ГХ и ГХ-МС. Вместе с тем такой анализ весьма привлекателен для решения задачи одновременного контроля содержания в винах наряду с легколетучими также и относительно труднолетучих компонентов, таких как глицерин. Данный вид анализа в настоящее время доступен благодаря использованию современных капиллярных колонок с полярной привитой фазой типа HP FFAP, обладающих необходимой устойчивостью при высокой (до 240 °C) температуре.
Высокое содержание глицерина в винах существенно улучшает их вкусовые качества, поэтому всегда существует вероятность искусственной добавки глицерина (шеелизации) в напитки [1]. В настоящей работе для первичной оценки качества вина использованы как данные о массовой концентрации глицерина, так и соотношение количества глицерина и 2,3-бутандиола (продукты спиртового брожения). В результате исследования установлено, что весьма информативным также является соотношение количества бутандиола и 1,2-пропандиола как показатель возможного наличия искусственных ароматизаторов [2, 3, 4]. Немаловажны отсутствие пробоподготовки, относительная быстрота анализа и возможность количественного определения ряда других ключевых компонентов, включая искусственные добавки.

Экспериментальная часть. Для построения калибровочной кривой использовали растворы глицерина в диапазоне концентраций от 0,5 до 25 г/л, растворы 2,3-бутандиола (лево- и мезоформы) — от 0,05 до 2,5 г/л. В качестве внутреннего стандарта в пробу вводили 2 мкл диэтилового эфира этиленгликоля концентрацией 0,1 г/л. Хромато- масс-спектрометрический анализ проводили на хроматографе Agilent 6890N с масс-детектором 5975В при температуре инжектора 280 °C, начальной и конечной температуре термостата колонки (HP-FFAP — 50 м/0,5 мм/0,5 мк) соответственно 120 и 250 °C, скорости потока газа-носителя 2 мл/мин, объеме вводимой пробы 1 мкл. Время анализа — 27 мин, образцы вводили посредством автодозатора Agilent 7683В. Диапазон регистрируемых масс 40-500 а. е. м., электронная ионизация, включение детектора — через 5 мин после ввода образца в инжектор. Количественное содержание глицерина и 2,3-бутандиола определяли методом выбранных ионов (соответственно с m/z61 и m/z75). Неизвестные компоненты идентифицировали с помощью встроенной электронной библиотеки масс-спектров «ΝΙ8Τ-05».

Обсуждение результатов. Общая характеристика методики анализа. В указанных выше условиях анализа по полному ионному току удается достоверно определять до 20 компонентов, начиная с уксусной кислоты и заканчивая гидроксиметилфурфуролом. В проведенном исследовании для удобства обработки полученных данных все образцы вин по компонентному составу разделили на 2 группы, резко отличающиеся содержанием соединений фуранового ряда (табл. 1, 2). По полному ионному току количество распространенных компонентов в случае образцов, содержащих соединения фуранового ряда, примерно в 2 раза выше по сравнению с образцами вин, их не содержащих (рис. 1, 2).
Следует отметить, что наличие указанных соединений может быть связано как с условиями производства вин при повышенной температуре, так и с условиями проведения эксперимента, где температура инжекции пробы составляет 280 °C и, следовательно, в полусладких и сладких винах, то есть с высоким содержанием сахара, происходит термическая деградация последнего с ожидаемым образованием большого количества указанных соединений фуранового ряда. Соответственно, в табл. 1 представлены только полусладкие вина независимо от типа вина, страны производства и сорта винограда.

* Содержит сорбиновую кислоту.

Анализ хроматограммы образца- 12 (рис. 1) показывает, что в данных условиях удается определять сорбиновую кислоту, наличие которой говорит о типе консервации. Представляется целесообразным контролировать ее содержание методом ГХ-МС, поэтому соответствующие данные качественного анализа также отмечены в табл. 1 и 2.
Содержание глицерина и бутандиола. Глицерин и бутандиол, как известно, образуются в винах в результате спиртового брожения, и их наличие варьируется в довольно широких пределах [4]. В основном в исследованных образцах содержание указанных компонентов по отдельности находится в пределах допустимого. К сожалению, отсутствие отечественной нормативной базы по содержанию данных компонентов в винах не позволяет получить однозначный вывод о качестве испытуемых столовых вин, поэтому использовали сопоставительный анализ содержания вышеуказанных компонентов. В результате установлено, что для всех вин, произведенных в странах ЕС, Америки и в ЮАР, соотношение концентраций глицерин/бутандиол (сумма лево- и мезо-изомеров) находится в пределах 15/30/1. Такое же соотношение наблюдается для большинства столовых вин, произведенных в Российской Федерации, Болгарии, Румынии и Сербии. 

*Содержит сорбиновую кислоту.

Рис. 1. Хроматограмма образца 12 с большим количеством компонентов фуранового ряда: 1 — уксусная кислота, 2 — метилпируват, 3 — фурфурол, 4 — муравьиная кислота, 5 — бутандиол (лево-), 6 — бутандиол (мезо-), 7 - пропандиол, 8 — 5-метилфурфурол, 9 — фурфуриловый спирт, 10 — 2-гидрокси-2-циклопентен-1-он, 11 — фенилэтиловый спирт, 12 — глютаконовый ангидрид, 13 — 5-гидроксиметил дигидрофуранон-2,14 — 2,3-дигидро-3,5-дигидрокси-6-метил-4Н- пиран-4-он, 15 — 3,5-дигидрокси-2-метил-4Н-пиран-4-он, 16 — глицерин, 17 — этилсукциннат, 18 — бензойная кислота, 19 — 5-гидроксиметилфурфурол

Рис. 2. Хроматограмма образца 46 с незначительным количеством компонентов фуранового ряда: 1 — уксусная кислота, 2 — бутандиол (лево-), 3 — бутандиол (мезо-), 4 — пропандиол, 5 — 1,2-циклопентандион, 6 — фенилэтилевый спирт, 7 - глютаконовый ангидрид, 8 — сорбиновая кислота, 9 — 2,3-дигидро-3,5-дигидрокси-6-метил-4Н-пиран-4-он, 10 — глицерин, 11 — этилсукцинат, 12 — фуранкарбоновая кислота, 13 — 4-гидроксифенилэтиловый спирт

Вместе с тем завышенное содержание глицерина (либо заниженное количество бутандиола) наблюдается в образце 13, где соотношение концентраций глицерин/бутандиол составляет 266/1, в образце 25 — 68/1 и образце 48— 116/1. Полученные результаты показывают, что для установления факта грубой шеелизации также возможно рассматривать именно соотношение количества глицерина и бутандиола как продуктов спиртового брожения, и, как показано в результатах исследования, соотношение концентраций между ними находится в пределах 15-30/1. Применение описанного подхода к определению факта шеелизации помогает сузить круг образцов вин для применения трудоемкой методики определения метилового эфира глицерина и циклического диглицерида, являющихся маркерами наличия технического глицерина в винах [5, 6].

Бутандиол и пропандиол.

Пропандиол, как и глицерин и бутандиол, является продуктом брожения, но содержится в столовых винах в заметно меньшем количестве [7, 8] (его наличие отмечается в ряде работ, но не комментируется). Вместе с тем, как было указано выше, пропандиол — один из наиболее широко применяемых растворителей искусственных ароматизаторов. Выявление добавленных в вино ароматизаторов представляет весьма сложную задачу, требующую высокой квалификации экспертов и временных затрат для проведения органолептической экспертизы и физико-химических анализов. Мы предлагаем подходить к оценке наличия ароматизаторов на основе установленных в настоящей работе закономерностей для количественных соотношений бутандиола и пропандиола. Такой подход целесообразен по причине того, что добавка ароматизатора в некотором роде является творческой работой и соответственно в разных случаях может иметь место различное количество пропандиола.
Согласно полученным данным во всех винах, произведенных в странах ЕС, Америки, в ЮАР, Румынии, Сербии и в основном в России и Болгарии, соотношение бутандиол (лево-изомер)/пропандиол, измеренных по применяемой методике как отношение площадей соответствующих хроматографических пиков, составляет более чем 10/1. В образцах 1, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 18, 19, 20, 48 это соотношение находится в пределах 1,2-6,3/1. Примеры для случаев нормального (3а) и завышенного (3б) содержания пропандиола приведены на рис. 3.
Следует отметить, что в образцах 13 и 48 одновременно найдено завышенное концентрационное соотношение глицерин/бутандиол и заниженное соотношение бутандиол (лево-изомер)/пропандиол, что говорит о возможной фальсификации продукции. Также следует обратить внимание на относительно высокое содержание пропандиола в этих образцах вин, которые могут содержать добавку ароматизатора.

Рис. 3. Соотношение пиков бутан диол (лево-изомер)/пропандиол в образце 46 (а) и 48 с вероятным добавлением ароматизатора (б)

Таким образом, по результатам сопоставительного анализа 59 образцов предложена эффективная и быстрая методика хроматографического анализа, позволяющая в дополнение к нормируемым показателям оценивать качество столовых вин.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Sehovic D. Glycerol and Wine Industry. Glycerol Determination in Grape Must and Wine/D. Sehovic, V. Petravi, K. and V. Marik// Kern. Ind. 53 (11) 505-516. 2004.
2. Резниченко К.В. Идентификация: истина в вине/К. В. Резниченко, М.Г. Марковский// Методы оценки соответствия. 2011. №1. С. 10-14.
3. Савчук С.А. Химия и токсикология этилового спирта и напитков, изготовленных на его основе/С.А. Савчук, В. П. Нужный, В. В. Розанец//Хроматографический анализ спиртных напитков. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2011. 184 с.
4. Гугучкина Т.И. Эффективный метод выявления синтетических ароматизаторов в винодельческой продукции Д.И. Гугучкина, И.В. Оселедцева, Ю.Ф. Якуба, К.В. Резниченко //Плодоводство и виноградарство Юга России. 2011. №7 (1). С. 68-81.
5. Сборник международных методов анализа и оценки вин и сусел. — М.:Изд. «Пищевая промышленность», 1993. 319 с.
6. Lampe U.//Deut. Lebensm. Rundsch/U. Lampe, A. Kreisel, A. Burkhard, H. Bebiolka, T. Brzezina, K. Dunkel//1997. 93. 103.
7. Gas chromatographic mass spectrometric determination of 3-methoxy-l,2-propanediol and cyclic diglycerols, by products of technical glycerol, in wine//lnterlaboratory study. 2004. Journal of AOAC International.
8. Koji W. Isolation and Identification of Volatile Compounds from a Wine Using Solid Phase Extraction, Gas Chromatography, and Gas Chromatography/Mass Spectrometry/Koji Wada and Takayuki Shibamoto//J. Agric. Food Chern. 1997. P. 4362-4366.
9. Fernandes L. Freitas Different multidimensional chromatographic approaches applied to the study of wine malolactic fermentation/L. Fernandes, A. M. Relva, M. D. R. Gomes da Silva, A. M. Costa//Journal of Chromatography. 2003. A, 995. P. 161-169.