Материал: Определение диацетила и ацетоина в алкогольных напитках

.4 Методы определения

Диацетил и другие вицинальные дикетоны содержатся во многих продуктах питания (пиво, вина, сыры и т.д.), при этом крайне желательно определять диацетил на уровне нанограммовых концентраций. Существуют спектрофотометрические [10, 26, 27, 28], вольтамперометрические, хроматографические [29, 30] методы.

.4.1 Спектрофотометрические методы

В работе [31] предложены условия спектрофотометрического определения диацетила из дистиллятов вина методом поточной инъекции. Реакция диацетила с 1-нафтолом и креатином в щелочной среде была использована для разработки метода впрыска потока для определения диацетила. Используя тот факт, что диацетил реагирует сравнительно быстрее, чем ацетоин, были найдены оптимальные экспериментальные условия для повышения селективности. Когда способ был применен для определения диацетила в вине после стадии отделения диацетила перегонкой с паром, погрешность эксперимента колебалась от 2,7 до 3,3%. Результаты были согласованными с результатами, полученными обычным спектрофотометрическим методом. Преимущества данной работы - простота, высокая точность, быстрота и низкое потребление реагента.

Авторы работы [32] предлагают новый метод количественного определения диацетила в алкогольных напитках косвенной спектрофлуориметрической процедурой с использованием 2,3-диаминонафталена в качестве реагента дериватизации. В этой статье протестирован 2,3-диаминонафтален в качестве реагента для анализа диацетила в спиртах, чтобы уменьшить количество шагов предыдущих процедур. Во-первых, реакция между 2,3-диаминонафталеном была оптимизирована для спектрофотометрии непосредственно в водной среде, а не для флуориметрии и после экстракции циклогексана, как это было предложено в работе [33].

В работе [34] предложены условия спектрофотометрического и термолинзового определения диацетила с помощью креатина и 2-нафтола. Полученное значение предела обнаружения для спектрофотометрии (, равное 10 нг/мл, ниже существующих в пять раз. На основе спектрофотометрического определения без изменения методики предложены условия термолинзового определения диацетила (), мощность индуцирующего излучения 40 мВт). Термолинзовое определение характеризуется не только снижением предела обнаружения в пять раз, что сопоставимо с определением диацетила методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием, но и улучшением других метрологических характеристик определения диацетила. Показано, что, в отличие от использования газовой хроматографии, этанол не мешает как спектрофотометрическому, так и термолинзовому определению диацетила.

Известно, что решающим критерием для производства является расщепление диацетила во время созревания. Поэтому на большинстве пивоваренных предприятий расщепление диацетила в фазе созревания регулярно контретируется, и холодное дображивание начинается не раньше, чем содержание диацетила упадет ниже уровня 0,10 мг/л.

Определение содержания диацетила и вицинальных дикетонов проводят фотометрическим методом Гетцеля-Гьертза (Hetzel-Gjertsen) в аппарате Парнаса (Parnas). При этом производится дистилляция исследуемого раствора вместе с добавляемым реагентам; при реакции образуется производное дацетили, которое определяется на спектрофотометре, так как оно проявляет специфическое поглощение при 335 нм. Содержание диацетила в пиве должно быть менее 0,10 мг/л [35].

В основе предлагаемой методики [36] лежит известная реакция взаимодействия диацетила с α-нафтолом с образованием окрашенного комплекса. Интенсивность окраски образовавшегося химического соединения зависит от концентрации диацетила и изменяется от желтой до интенсивно-красной. Концентрацию диацетила определяли по значению оптической плотности, измеряемой фотоколориметрически при длине волны 490 нм. Колориметрирование реакционной смеси проводили на фотоэлектроколориметре КФК-3-01 с использованием кюветы на 2 см. Основная погрешность при измерении оптической плотности на приборе находится в пределах от -1% до 1%.

Предложен экспресс-метод определения диацетила, позволяющий контролировать его во время брожения и дображивания, способствующий корректировке параметров технологического процесса производства пива [37].

Авторы патента [38] Третьяк Л.Н. и Федорченко В.И. предлагают способ определения диацетила путем сравнения оптических плотностей раствора диацетила и раствора пива, причем концентрацию диацетила определяют путем сравнения прироста оптической плотности раствора пива с добавкой диацетила к приросту оптической плотности раствора пива, причем прирост оптической плотности растворов измеряют относительно произвольного раствора сравнения с момента добавления реагентов до достижения максимальной величины оптической плотности. Достигается упрощение и повышение точности анализа.

К анализируемому пиву прибавляли 0,5%-ный водный раствор креатина и 5%-ный щелочной раствор а-нафтола. После этого начинали измерение оптической плотности раствора на фотоэлектроколориметре КФК-3-01. В качестве раствора сравнения использовали дистиллированную воду. Аналогичное измерение проводили с раствором пива с добавкой стандартного раствора диацетила. При этом к пиву приливали стандартный раствор диацетила, затем прибавляли 0,5%-ный водный раствор креатина и 5%-ный щелочной раствор 1-нафтола. Доводили раствор до метки водой и начинали измерение. В качестве раствора сравнения также использовали дистиллированную воду. Строили график зависимости оптической плотности измеряемых растворов от времени. По графику определяли величину максимального прироста оптических плотностей раствора пива и раствора пива с добавкой стандартного раствора диацетила.

В работе [39] перед процедурой колориметрического определения ацетоин и диацетил вначале окисляли хлоридом железа, а затем осаждали с гидроксиламином и никелем. В результате получался диметилглиоксим.

.4.2 Флуориметрические методы

В работе [40] описана процедура определения диацетила в спиртных напитках флуоресцентным методом. Для определения содержания диацетила в пиве использован флуоресцентный метод, основанный на флуоресценции соединения, образующегося по реакции диацетила с 1,2-диметилбензолом. Условия экспериментов оптимизированы. Исследованы помехи, полнота определения диацетила, точность определения и надежность полученных результатов. Замеры проведены в диапазоне концентраций диацетила 0,005-0,360 мкг/л. Его минимальная концентрация, обнаруживаемая этим методом, составляет 3,2 г/млрд. Метод отличается простотой, чувствительностью и точностью определений. Приведены спектрограмма 2,3-диметилхинона, графики зависимости интенсивности флуоресценции от величины рН, содержания этилового спирта и времени рециркуляции проб и градуировочный график.

Авторами работы [41] предложена простая, экспрессная и высокочувствительная методика спектрофлуориметрического определения диацетила в растворах, основанная на его реакции с 2,3-диаминонафталином с образованием сильно флуоресцирующего 2,3-диметилнафтопиразина. Градуировочный график линеен в концентрационном интервале 0,175-2,5 мкмоль/л. Методика применена для определения диацетила в алкогольных напитках без использования дистилляции с водяным паром и в сливочном масле.

.4.3 Вольтамперометрические методы

Исследована возможность применения инверсионной катодной вольтамперометрии переменного тока с прямоугольным напряжением для определения органических веществ и других компонентов, которые обладают быстрой скоростью восстановления на стадии адсорбции. Вольтамперометрический сигнал переменного тока при этом либо очень мал, либо отсутствует. На примере диацетила была исследована зависимость аналитического сигнала от частоты переменного тока [42].

.4.4 Хроматографические методы

ГОСТ Р 52363-2005 устанавливает газохроматографический метод определения содержания летучих органических примесей уксусного альдегида, сложных эфиров (этилформиата, этилацетата, этилпропионата, изобутилацетата, этилбутирата, изоамилацетата), сивушного масла (2-пропанола, 1-пропанола, изобутилового спирта, 1-бутанола, изоамилового спирта), метилового спирта, ацетона, 2-бутанона и диацетила] с использованием капиллярных колонок.

Определение содержания летучих органических примесей в спиртосодержащих отходах ликеро-водочного производства проводят в отгонах. Метод основан на хроматографическом разделении летучих органических примесей в образце продукта и последующем их детектировании пламенно-ионизационным детектором [43].

Возможно определение глиоксаля, метилглиоксаля и диацетила в пиве и вине методом высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофотометрическим детектированием в ультрафиолетовой области после получения производных с о-фенилендиамином [44].

В работе [45] описан быстрый метод газовой хроматографии для определения диацетила в молоке, масле и кисломолочных продуктах. Авторами был разработан простой и быстрый метод определения диацетила методом газовой хроматографии в сочетании с пламенно-ионизационным детектором. После центрифугирования ацетоина из молочной смеси, фильтровали и непосредственно вводили в газохроматографический прибор без дополнительной процедуры стадии очистки. Этот метод точный и достоверный. Выделение диацетила из молока составляет 97%, а предел обнаружения - 1 мг/л. Наконец, с помощью этого метода диацетил легко определяется в свежем и прошедшем высокотемпературную обработку молоке, покупном масле, йогурте.

Авторы работы [46] описали метод определения свободного и общего диацетила в вине методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Диацетил отвечает за масляный аромат во многих ферментированных пищевых продуктах и напитках. Добавление сульфитов широко известно в практике виноделия. Соединение диацетила с сульфитами снижает вкусовые проявления диацетила. Эта работа предлагает точное определение свободного и общего диацетила в вине с использованием газодиффузионной микроэкстракции и анализа методом высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофотометрическим обнаружением, применяя перед колонкой производные о-фенилендиамина. В этой работе определяли газовой диффузией микрофракции и анализировали с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофотометрическим детектированием.

В научной работе [47] описан простой и чувствительный метод определения диацетила и ацетоина в биологических образцах и алкогольных напитках с помощью газовой хроматографии с обнаружением захвата электронов. Ацетоин количественно окисляется в диацетил с помощью трехвалентного железа и 1М хлорной кислоты. В реакции диацетила с 4,5-дихлор-1,2-диаминобензолом получали 6,7-дихлор-2,3-диметилхиноксалин и экстрагировали бензолом, содержащим альдрин в качестве стандартного раствора; определяли с помощью газовой хроматографии с обнаружением захвата электронов. Так ацетоин и диацетил может быть определен в 0,1 мл нормальной человеческой моче или крови, и оба были найдены в крысиной печени, почках и мозгах. Этот метод был также применен для определения ацетоина и диацетила в алкогольных напитках.

В статье [48] представлена процедура отделения диацетила и ацетоина хроматографическим способом. Разделяли водорастворимые неэлектролиты элюированием водного солевого раствора через колонку с ионообменной смолой.

Для определения диацетила и ацетоина был выбран спектрофотометрический метод. Данный метод прост в исполнении и не требует высокой квалификации операторов. Также его достоинство заключается в простоте аппаратурного оформления и малом расходе реактивов. Метод можно применять для определения качества пива по содержанию ацетоина и диацетила.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

.1 Исходные реактивы, материалы и используемая аппаратура

В работе использовалась следующая аппаратура и реактивы:

Электроплитка по ГОСТ 14919 - 83.

Фотоэлектроколориметр КФК - 3.

Весы лабораторные второго класса точности, ВЛР-200 по ГОСТ 24104-88.

Меры масс по ГОСТ 7328-82.

Пипетки градуированные вместимостью 100, 50, 10, 5, 2, 1  по ГОСТ 20292 - 74.

Колбы плоскодонные со шлифом вместимостью 250  по ГОСТ 25336 - 82.

Цилиндры вместимостью 5 - 10 по ГОСТ 1770 -74.

Градуированные пробирки вместимостью 10 - 15  по ГОСТ 19808 - 86.

Колбы мерные вместимостью 10, 15, 25, 50, 100, 250, 500  по ГОСТ 1770 - 74.

Кюветы стеклянные L = 1см.

Стаканы химические, вместимостью 50 - 100  по ГОСТ 25336 - 82.

Воронки лабораторные по ГОСТ 25336 - 82.

Кислота соляная х.ч. по ГОСТ 3118 - 77.

Диацетил х.ч.

Ацетоин х.ч.

О-фенилендиамин, х.ч.

Вода, дистиллированная ГОСТ 6709 - 72.

2.2 Приготовление растворов

.2.1 Приготовление раствора диацетила

Раствор диацетила, концентрация 2,4955 г/: навеску диацетила массой 0,24955 г растворяли в дистиллированной воде в мерной колбе на 100,0  и доводили до метки дистиллированной водой. Раствор хранили в течение 3 месяцев.

.2.2 Приготовление раствора ацетоина

Раствор ацетоина, концентрация 0,6296 г/: навеску ацетоина массой 0,3148 г растворяли в дистиллированной воде в мерной колбе на 500,0  и доводили до метки дистиллированной водой. Раствор хранили в течение 3 месяцев.

.2.3 Приготовление 4М соляной кислоты

Готовили из концентрированной соляной кислоты. Брали 35,7 концентрированной соляной кислоты и разбавляли 64,3  дистиллированной воды.

.2.4 Приготовление 1%-ного раствора орто-фенилендиамина

Для приготовления раствора 0,0600 г орто-фенилендиамина переносили в пробирку с притертой пробкой на 10  и прибавляли 6,00  4М соляной кислоты. Растворяли на водяной бане. Раствор не хранили.

.3 Пробоподготовка

Анализ любой сложной смеси, каковым является практически каждый пищевой продукт, обязательно должен содержать пробоподготовку. Пиво не является исключением, так как данный продукт содержит в себе большое количество разных по физическим и химическим свойствам веществ.

Диацетил - сильно летучее вещество. Это позволяет проводить его выделение из пива методом дистилляции. Из-за летучести вещества пробоприемник следует помещать в сосуд со льдом. Ацетоин определяют косвенным методом. При взаимодействии с хлоридом железа (III) он окисляется в диацетил и определяется по содержанию продукта окисления.

С учетом индивидуальных свойств веществ создана методика пробоподготовки. Анализируемое пиво дегазировали на встряхивателе в течение 10 минут и добавляли в него антивспениватель. Пиво объемом 50,00  помещали в отгонную колбу и проводили дистилляцию в течение 8 минут. За время первого отгона в пробоприемник, помещенный в стакан со льдом, переходила большая часть диацетила, содержащаяся в пиве.