Определение массовой концентрации бензойной кислоты в безалкогольной и слабоалкогольной продукции спектрофотометрическим методом

В настоящее время ассортимент слабоалкогольной и безалкогольной продукции непрерывно расширяется, в том числе растет производство напитков с удлиненным сроком хранения. Для повышения микробиологической стойкости слабоалкогольных и безалкогольных напитков разрешено использование пищевых добавок – консервантов [1] в том числе бензойной кислоты (Е210) или ее солей (Е211). Поскольку соль бензойной кислоты – бензоат натрия, растворяется значительно легче и быстрее, чем бензойная кислоты, в промышленном производстве используют преимущественно бензоат натрия. Этот консервант вносят на стадии приготовления купажных сиропов в виде водного раствора бензоата натрия, содержание которого в готовом напитке пересчитывается на бензойную кислоту [2, 3]. Концентрация бензойной кислоты (БК) в слабоалкогольных напитках (САП) и безалкогольных напитках (БАП) согласно ТР ТС 029/2012 ограничена (таблица 1). Для контроля содержания бензойной кислоты в продукте применяются стандартные методы, в первую очередь с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) [4]. Однако использование ВЭЖХ требует достаточно дорогостоящего специального оборудования, расходных материалов и специально обученного персонала для работы на жидкостном хроматографе. Поэтому возникает необходимость в разработке новых, менее затратных методов контроля, позволяющих проводить испытания и в производственных лабораториях. Ранее в нашей работе [5] при разработке методики определения массовой концентрации сорбиновой кислоты (СК) в винопро-дукции спектрофотометрическим методом [6, 7] было показано, что при спектрофотометрическом определении сорбиновой кислоты в образцах ви-нопродукции возможно и определение бензойной кислоты. Это наблюдение было использовано в настоящей работе для разработки спектрофотометрического метода определения бензойной кислоты в слабоалкогольной и безалкогольной продукции. Спектрофотометрия не требует специальных расходных материалов и дорогостоящего оборудования, как ВЭЖХ, а используется лишь спектрофотометр, позволяющий проводить измерения в UV-части спектра, а также прибор для дистилляции водяным паром, используемый при стандартном определении летучих кислот в винопродукции [8]. Кроме того, спектрофотометрические методы не требуют, в отличие от методов, использу-ющих ВЭЖХ, специально обученных операто-ров, и, как правило, достаточно затратных расходных материалов, при решении самых разных задач при исследовании продуктов растительного производства [11,12,13,14,].

Таблица 1.

Значения предельно допустимых концентрации бензойной кислот в слабоалкогольной и безалкогольной продукции в соответствии с ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств»

Table 1.

The values of the maximum permissible concentration of benzoic acids in low-alcohol and non-alcoholic products in accordance with TR CU 029/2012 "Safety requirements for food additives, flavorings and technological aids"

	Массовая концентрация бензойной кислоты, мг/дм3 Mass concentration of benzoic acid, mg/dm3	Метод контроля, установленный в стандарте The control method specified in the standard
ГОСТ 28188–2014 «Напитки безалкогольные. Общие технические условия» [9] GOST 28188–2014 "Soft drinks. General technical conditions" [9]	150	ГОСТ 30059 «Напитки безалкогольные. Методы определения аспартама, сахарина, кофеина и бензоата натрия» [4] | GOST 30059 «Non-alcoholic drinks. Methods for the determination of aspartame, saccharin, caffeine and sodium benzoate» [4]
ГОСТ Р 52700–2018 «Напитки слабоалкогольные. Общие технические условия» [10] GOST R 52700–2018 “Low alcohol drinks. General specifications "[10]	200	ГОСТ 30059 «Напитки безалкогольные. Методы определения аспартама, сахарина, кофеина и бензоата натрия» [4] | GOST 30059 «Non-alcoholic drinks. Methods for the determination of aspartame, saccharin, caffeine and sodium benzoate» [4]

─калия сорбат по ГОСТ Р 55583–2013 Добавки пищевые. Калия сорбат Е202. Технические условия;

─натрия бензоат по ГОСТ 32774–2014 Добавки пищевые. Натрия бензоат Е211. Технические условия.

Материалы и методы

В качестве объектов исследований были использованы:

─напитки безалкогольные промышленного производства;

─напитки слабоалкогольные промышленного производства;

Предлагаемый метод заключается в измерении оптической плотности при определенной длине волны дистиллята продукта, получаемого дистилляцией водяным паром. Прибор, используемый для получения дистиллята, описан в стандарте ГОСТ 32001 [8], и применяется при определении летучих кислот в винопродукции стандартным методом.

При проведении исследований для изменений концентрации БК в образцах САП и БАП были использованы:

─ «метод разбавления пробы» (в качестве разбавителя использовались водные растворы бензойной кислоты известной концентрации);

─ «метод смешивания» (смешивание расчетного объема продукта с расчетным объемом бензойной кислоты известной концентрации, а также смешивание продуктов с различной установленной концентрацией БК в определенном соотношении).

Результаты и обсуждения

На первом этапе работы были построены градуировочные характеристики, при построении которых были использованы растворы бензойной кислоты заданной концентрации, приготовленные двумя способами. Первый способ – по навеске бензоата натрия, второй – из стандартного образца бензойной кислоты (ЭАА 1–2003 с массовой концентрацией БК С = 1000мг/дм ³) Полученные метрологические данные для построения градуировочных характеристик, с различными исходными растворами, практически совпадают (таблица 2).

Таблица 2.

Сравнение градуировочных характеристик

Table 2.

Comparison of calibration characteristics

Метрологические характеристики Metrological characteristics	Градуировочная характеристика определение массовой концентрации бензойной кислоты с использованием спектрофотометрического метода, мг/дм 3 Calibration characteristic for determination of mass concentration of benzoic acid using spectrophotometric method, mg/dm 3
	из стандартного образца бензойной кислоты from a standard sample of benzoic acid	из навески бензоата натрия from a weighed portion of sodium benzoate
k (градуировочный коэффициент) (calibration factor)	0.00132	0.00128
СКО (среднее квадратическое отклонение) ASD (average square deviation)	0.0054	0.0081
r (коэффициент корреляции) (correlation coefficient)	0.999	1.000

Однако использование стандартных образцов БК не является технологичным, так как исходно низкая концентрация БК в стандартном образце не позволяет строить градуировочную характеристику с требуемыми исходными концентрациями БК в градуировочных растворах. Поэтому в дальнейшем в Методику определения бензойной кислоты спектрофотометрическим методом было разработано и внесено соответствующее обязательное «Приложение по приготовлению аттестованных смесей бензойной кислоты».

Были проведены исследования по установлению оптимальной длины волны при измерении оптической плотности растворов бензойной кислоты. По литературным данным, известно, что раствор недиссоциированной бензойной кислоты имеет максимум поглощения при 230 нм, в то время как анион БК – при 224 нм. Нами были сопоставлены спектры нескольких градуировочных растворов БК (рисунок 2), и показано, что максимум поглощения наших растворов наблюдается при 226 нм [15].

В дальнейшей работе все измерения при определении массовой концентрации БК проводились при длине волны 226 нм, в том числе и при построении градуировочной характеристики.

Рисунок 1. Определение оптимальной длины волны для измерения оптической плотности раствора бензойной кислоты

Figure 1. Determination of the optimal wavelength for measuring the optical density of a benzoic acid solution

В процессе работы были проведены сравнительные испытания по определению массовой концентрации бензойной кислоты в промышленных образцах (САП, БАП, напитки пивные, квас) стандартным методом (ВЖЭХ) и спектрофотометрическим методом (CФМ), результаты которых приведены в таблице 3. Полученные данные показали стабильную сопоставимость результатов определения массовой концентрации бензойной кислоты, полученных этими методами.

• 1 ) Раствор бензойной кислоты ( С = 250 мг/дм³) приготовленный из навески бензоата натрия | Benzoic acid solution ( C = 250 mg/dm³) prepared from a weighed portion of sodium benzoate

• 2 ) Раствор стандартного образца бензойной кислоты ( С = 200 мг/дм³) Benzoic acid standard sample solution ( С = 200 mg/dm³)

• 3 ) Напиток САП № 1 (м.к. БК не обнаружена) + Раствор бензойной кислоты ( С = 250 мг/дм³) 1:1 | Low-alcohol drink № 1 (mass concentration of benzoic acid was not detected) + Benzoic acid solution ( C = 250mg/dm³) 1: 1

• 4    ) Напиток САП № 2 (м.к. БК С = 110 мг/дм³) + Раствор бензойной кислоты ( С = 250 мг/дм³) 1:1 | Low-alcohol drink № 2 (mass concentration of benzoic acid C = 110 mg/dm³) + Benzoic acid solution ( C = 250 mg/dm³) 1: 1

• 5 ) Напиток САП № 3 (м.к. БК С = 113 мг/дм³) + Раствор бензойной кислоты ( С = 250 мг/дм³) 1:1 | Low-alcohol drink № 3 (mass concentration of benzoic acid C = 113 mg/dm³) + Benzoic acid solution ( C = 250 mg/dm³) 1: 1

• 6    ) Напиток САП № 1 (м.к. БК не обнаружена) + Напиток САП № 4 (м.к. БК С = 104 мг/дм³) 1:1 | Low-alcohol drink № 1 (mass concentration of benzoic acid was not detected) + Low -alcohol drink № 4 (mass concentration of benzoic acid C = 104 mg/dm³)

• 7 ) Напиток САП № 1 (м.к. БК не обнаружена) + Напиток БАП № 7 (м.к. БК С = 155 мг/дм³) 1:1 | Low-alcohol drink № 1 (mass concentration of benzoic acid was not detected) + Non -alcoholic drink № 7 (mass concentration of benzoic acid С = 155 mg/dm³) 1: 1

Таблица 3.

Результаты определений массовой концентрации бензойной кислоты в образцах продуктов с использованием двух методов определений

Table 3.

Results of determination of mass concentration of benzoic acid in product samples using two determination methods

Образец Sample	Массовая концентрация бензойной кислоты, мг/дм3 Mass concentration of benzoic acid, mg/dm3
	СФМ SM	ВЭЖХ HPLC	Расчетная концентрация Calculated concentration
1	250	253	250
2	200	199	200
3	124	121	125
4	179	188	180
5	180	185	182
6	50	48	52
7	75	73	75

Учитывая, что в технологии производства САП и БАП допускается использование нескольких консервантов: бензойная кислота и ее соли, сорбиновая кислота и ее соли, а разрабатываемая нами методика, позволяет определять как и бензойную кислоту, так и сорбиновую кислоту в напитках, то дальнейшее исследование проводились в товарных образцах на маркировке которых указано использование сорбиновой и бензойной кислот. При этом совместное присутствие обоих консервантов не мешает определению массовой концентрации сорбиновой кислоты, однако, наблюдается завышение результата по содержанию бензойной кислоты (таблица 4).

Таблица 4.

Результаты определения массовой концентрации сорбиновой и бензойной кислот в образцах безалкогольных напитков* с использованием двух методов определения

Table 4.

Results of determination of the mass concentration of sorbic and benzoic acids in samples of soft drinks* using two methods of determination

Напиток безалкогольный* Non-alcoholic drink*	Массовая концентрация бензойной кислоты, мг/дм3 Mass concentration of benzoic acid, mg/dm3		Массовая концентрация сорбиновой кислоты, мг/дм3 Mass concentration of sorbic acid, mg/dm3
	СФМ SM	ВЭЖХ HPLC	СФМ SM	ВЭЖХ HPLC
№1	327	155	246	261
№2	326	152	242	255
№3	337	151	242	251
№4	337	152	240	257
№5	343	152	238	234
№6	300	66	226	218

*на маркировке продуктов указано использование СК и БК | product labeling indicates the use of sorbic acid and benzoic acid

Заключение

Результаты определения массовой концентрации бензойной кислоты спектрофотометрическим методом сопоставимы с результатами определения массовой концентрации бензойной кислоты стандартным методом в случае использования одного консерванта в напитке.

Установлена оптимальная длина волны ƛ = 226 нм для определения массовой концентрации БК спектрофотометрическим методом.

Спектрофотометрический метод определения массовой концентрации бензойной кислоты менее затратный способ определения этого консерванта в продукте, чем применяемый в настоящее метод ВЭЖХ.