Газохроматографическая методика определения массовой концентрации акролеина в зерновых и фруктовых дистиллятах

Введение. Акролеин – один из широко распространенных токсикантов. В условиях хронической интоксикации оказывает общераздражающее, аллергенное, мутагенное, канцерогенное, эмбриотоксическое воздействие на организм человека. Акролеин может содержаться в алкогольных напитках, некоторых продуктах питания, включая жиры и масла для жарки. Обзор научной литературы выявил значительные пробелы в знаниях о содержании акролеина в зерновых и фруктовых дистиллятах, что объясняется недостаточной разработанностью надежных аналитических методик его определения. Содержание акролеина в зерновых и фруктовых дистиллятах нормативной документацией не регламентировано, что послужило предпосылкой проведения настоящего исследования.

Цель исследования. Разработать экспрессную методику качественного и количественного определения акролеина в зерновых и фруктовых дистиллятах с применением метода газовой хроматографии.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования послужили модельные и градуировочные растворы акролеина, двадцати образцов фруктовых и зерновых дистиллятов. Аналитические исследования проводили на газовом хроматографе Agilent 6850 с пламенно-ионизационным детектированием. Для обработки хроматографических данных использовали программное обеспечение ChemStation А.10.02.

Результаты и обсуждение. В ходе исследований подобраны оптимальные режимы хроматографирования, обеспечивающие экспрессное определение содержания акролеина в диапазоне массовых концентраций 0,3–10 мг/дм3 в зерновых и фруктовых дистиллятах без предварительной пробоподготовки за 4–5 мин. Установлена стабильность показателей «время удерживания» и «площадь пика» для акролеина. Экспериментально подтверждено, что градуировочный график для акролеина обладает линейной зависимостью в диапазоне массовых концентраций 0,3–10 мг/дм3 . Найдена корреляционная зависимость между концентрацией пробы и откликом детектора, коэффициент корреляции R2 составляет не менее 0,99. Границы относительной погрешности разработанной методики при доверительной вероятности Р = 0,95 в диапазоне массовых концентраций от 0,3 до 10 мг/дм3 не превышают 28%.

Выводы. Предложен новый методический подход к определению акролеина в зерновых и фруктовых дистиллятах, базирующийся на применении метода газовой хроматографии. В результате проведенных исследований разработана, аттестована и внедрена в промышленность «Методика измерений массовой концентрации акролеина в дистиллятах и спиртных напитках, приготовленных на их основе, методом газовой хроматографии». Применение разработанной методики позволит получать новые экспериментальные данные о химическом составе спиртных напитков и будет способствовать повышению качества и безопасности алкогольной продукции.

1. Stevens J. F., Maier C. S. Acrolein: sources, metabolism, and biomolecular interactions relevant to human health and disease// Molecular Nutrition & Food Research. 2008. Vol. 52, № 1. P. 7–25. https://doi.org/10.1002/mnfr.200700412

2. Schieweck A., Uhde E., Salthammer T. Determination of acrolein in ambient air and in the atmosphere of environmental test chambers// Environmental Science: Processes & Impacts. 2021. Vol. 23, № 11. P. 1729–1746. https://doi.org/10.1039/d1em00221j

3. Турук-Пчелина З. Ф. К вопросу о выделении акролеина в воздух при изготовлении пищи // Гигиена и санитария. 1960. Т. 39, № 5. С. 96–97.

4. Toxicology and risk assessment of acrolein in food / K. Abraham [et al.] // Molecular Nutrition & Food Research. 2011. Vol. 55, № 9. P. 1277–1290. https://doi.org/10.1002/mnfr.201100481

5. Origin and fate of acrolein in foods / K. Jiang [et al.] // Foods. 2022. Vol. 11, № 13. P. 1976. https://doi.org/10.3390/foods11131976

6. Exposure risk to carbonyl compounds and furfuryl alcohol through the consumption of sparkling wines / G. P. Peterle [et al.] // Ciência Rural. 2019. Vol. 49, № 3. P. e20180986. https://doi.org/10.1590/0103-8478cr20180986

7. Acrolein production by bacteria found in distillery grain mashes / W. C. Serjak [et al.] // Journal of Applied Microbiology. 1954. № 2. P. 14–20. https://doi.org/10.1128/am.2.1.14-20.1954

8. Sobolov M., Smiley K. L. Metabolism of glycerol by an acrolein-forming lacto-bacillus // Journal of Bacteriology. 1960. Vol. 79, № . 2. P. 261–266. https://doi.org/10.1128/jb.79.2.261-266.1960

9. Mills D. E., Baugh W. D., Conner H. A. Studies on the formation of acrolein in distillery mashes // Journal of Applied Microbiology. 1954. Vol. 2, № . 1. P. 9–13. https://doi.org/10.1128/am.2.1.9-13.1954

10. Цыганков П. С., Цыганков С. П. Руководство по ректификации спирта. М. : Пищпромиздат, 2001. 400 с.

11. Климовский Д. А., Смирнов В. А., Стабников В. Н. Технология спирта. М. : Пищевая промышленность, 1967. 346 c.

12. Фараджева Е. Д., Федоров В. А. Общая технология бродильных производств: учебник для вузов. М. : Колос, 2002. 408 с.

13. Determination of the composition of volatiles in Cognac (Brandy) by headspace gas chromatography– mass spectrometry / A. G. Panosyan [et al.] // Journal of Analytical Chemistry. 2001. Vol. 56. P. 945–952. https://doi.org/10.1023/A:1012365629636

14. Miller B. E., Danielson N. D. Derivatization of vinyl aldehydes with anthrone prior to high-performance liquid chromatography with fluorometric detection // Journal of Analytical Chemistry. 1988. Vol. 60, № . 7. P. 622–626. https://doi.org/10.1021/ac00158a004

15. Development of a method for determination of target toxic carbonyl compounds in must and wine using HS-SPMEGC/MS-SIM after preliminary GC× GC/TOFMS analyses / D. C. Ferreira [et al.] // Food Analytical Methods. 2019. Vol. 12. P. 108–120. https://doi.org/10.1007/s12161-018-1343-6

16. Validation of an analytical method using HS-SPME-GC/MS-SIM to assess the exposure risk to carbonyl compounds and furan derivatives through beer consumption / K. C. Hernandes [et al.] // Food Additives & Contaminants: Part A: Chemistry, Analysis, Control, Exposure & Risk Assessment. 2019. Vol. 36, № 12. P. 1808–1821. https://doi.org/10.1080/19440049.2019.1672897

17. Шелехова Н. В. Методы газовой хроматографии и капиллярного электрофореза для исследования химического состава выдержанных зерновых дистиллятов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2024. Т. 24, № 4. С. 556–571. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2024.24/12410

18. Шелехова Н. В. Экспресс метод определения анионов в алкогольных напитках на основе сочетания КЭ-КД // Сорбционные и хроматографические процессы. 2023. Т. 23, № 2. С. 199–215. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2023.23/11144

19. Шелехова Н. В., Шелехова Т. М. Исследование этанольного экстракта древесины дуба методами капиллярного электрофореза, газовой хроматографии, хромато-масс-спектрометрии // Сорбционные и хроматографические процессы. 2021. Т. 21, № 6. С. 868–878. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2021.21/3833

20. Байгазиева Г. И., Кекибаева А. К. Технология ликероводочного производства: лабораторный практикум. Алматы : АТУ, 2015. 87 с.

21. Илларионова Е. А., Сыроватский И. П. Газовая хроматография. Теоретические основы метода: учебное пособие. Иркутск : ИГМУ, 2018. 52 с.

22. Вяхирев Д. А., Шушунова А. Ф. Руководство по газовой хроматографии. М. : Высшая школа, 1975. 302 с.

23. Логутов В. И. Детекторы для газовых хроматографов. Часть 1. Выбор детектора, подготовка к работе и оценка состояния хроматографа по основным характеристикам детектора: учебно-методическое пособие. Нижний Новгород : ННГУ, 2017. 52 с.

24. Барановская В. Б., Медведевских М. Ю., Карпов Ю. А. Актуальные проблемы качества химического анализа // Аналитика и контроль. 2021. Т. 25, № 4. С. 273–279. https://doi.org/10.15826/analitika.2021.25.4.005

25. Современная метрология физико-химических измерений : монография / А. Н. Пронин [и др.]. М. : ООО Издательство ТРИУМФ, 2022. 561 с. https://doi.org/10.32986/978-5-94472-103-7-25-07-2022

26. Гапеева В. Д., Цыбенко В. А. Отсеивание грубых погрешностей результатов измерений с помощью различных критериев в среде Excel // Молодой ученый. 2021. № 49 (391). С. 20–27.

27. Комплекс стандартных образцов для поверки и калибровки универсальных хроматографических приборов / И. Ю. Ткаченко [и др.] // Эталоны. Стандартные образцы. 2024. Т. 20, № 1. С. 31–46. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2024-20-1-31-46

28. Валидация аналитических методик: пер. с англ. яз. 2-го изд. под ред. Г. Р. Нежиховского. Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях: пер. с англ. яз. 3-го изд. под ред. Р. Л. Кадиса: руководства для лабораторий. СПб. : ЦОП Профессия, 2016. 312 с.

29. Алгоритмы оценивания однородности стандартных образцов состава и свойств дисперсионных монолитных материалов / Е. П. Собина [и др.] // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. Т. 19, № 3. С. 77–91. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-3-77-91

30. Об оценке стабильности стандартных образцов / П. В. Мигаль [и др.] // Эталоны. Стандартные образцы. 2023. Т. 19, № 3. С. 65–75. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2023-19-3-65-75

31. Казакова Е. А., Бирисен Т. С. Разработка и применение стандартных образцов предприятия в практике аналитических лабораторий // Литье и металлургия. 2020. № 1. С. 34–37. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2020-1-34-37.