Применение метода "быстрой" газовой хроматографии для регулярного анализа жирных кислот в молоке и молочных продуктах
Автор: Жижин Н.А.
Журнал: Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий @vestnik-vsuet
Рубрика: Пищевая биотехнология
Статья в выпуске: 1 (83), 2020 года.
Бесплатный доступ
В работе приведен один из подходов идентификации жирных кислот с помощью газовой хроматографии, который значительно сокращает время анализа, при этом является таким же эффективным при сравнении с традиционным методом исследования жирнокислотного состава. Определение состава жирных кислот на сегодняшний день является гарантом качества при выявлении различных конформаций и модификаций молочного жира, биоактивных свойств отдельных кислот семейства омега-3 и омега-6 и т.д. При этом этот метод является времязатратным, поэтому целью данной работы является оптимизация параметров этой методики для быстрого и регулярного анализа жирнокислотного состава, в лабораториях и на молочных предприятиях. Анализ жирнокислотного состава проводился с применением двух колонок с различными стационарными фазами. Сравнительная оценка аналитических характеристик была проведена на двух капиллярных хроматографических колонках: SP-2560 100?0,25 мм ID, 0,2 мкм с неподвижной фазой FFAP (традиционная) и газохроматографическая колонка BPX-70: стационарная фаза 70% цианопропилфенил диметилполисилоксан, 10м?0,1м?0,20 мкм...
Молоко, молочные продукты, газовая хроматография, жирнокислотный состав, омега-3, омега-6
Короткий адрес: https://sciup.org/140248295
IDR: 140248295 | УДК: 637.16 | DOI: 10.20914/2310-1202-2020-1-164-168
Application of the “fast” gas chromatography method for regular analysis of fatty acids in milk and dairy products
The paper presents one of the approaches for identifying fatty acids using gas chromatography, which significantly reduces the analysis time, and is equally effective when compared with the traditional method of studying the fatty acid composition. The determination of the composition of fatty acids today is a guarantee of quality in identifying various conformations and modifications of milk fat, the bioactive properties of individual acids of the omega-3 and omega-6 families, etc. Moreover, this method is time-consuming, therefore, the goal of this work is to optimize the parameters of this methodology for quick and regular analysis of fatty acid composition in laboratories and dairy enterprises. The analysis of the fatty acid composition was carried out using two columns with different stationary phases. A comparative evaluation of the analytical characteristics was carried out on two capillary chromatographic columns: SP-2560 100 ? 0.25 mm ID, 0.2 ?m with a stationary phase FFAP (traditional) and a gas chromatographic column BPX-70: stationary phase 70% cyanopropylphenyl dimethylpolysiloxane, 10 m ? 0...
Текст научной статьи Применение метода "быстрой" газовой хроматографии для регулярного анализа жирных кислот в молоке и молочных продуктах
Состав жирных кислот молочного жира широко изучается из-за его важности в питании и здоровье человека [2, 4]. На сегодняшний день в молочных продуктах выявлено более 400 различных жирных кислот: от 4 до 26 атомов углерода, разветвленных и нет, насыщенных и ненасыщенных (до шести двойных связей), конъюгированных и с большим количеством позиционных и геометрических изомерных характеристик [3, 6]. Газовая хроматография, объединенная с длинными высокополярными капиллярными колонками, является наиболее Для цитирования
подходящей методикой для анализа этой сложной композиции. В частности, цианопропилсилоксановые стационарные фазы являются наиболее эффективными капиллярными колонками для разрешения критического разделения цис- и транс-, а также конъюгированных изомеров [7]. Этот хорошо разработанный аналитический подход имеет недостаток в трудоемкости, требующий более 60 минут времени анализа для каждого образца, и этот фактор становится особенно важным, когда требуется регулярный анализ, и необходим быстрый ответ.
This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License
Жижин Н.А.Вестник ВГУИТ, 2020, Т. 82, №. 1, С. 164-168
Технологические инновации за последние годы, для ускорения времени анализа в ГХ, привели к эволюции аналитических приборов, которые поддерживают быстрые скорости потока, темпы программирования температуры, чувствительные системы обнаружения высокое давление на входе [5, 9]. Кроме того, введение капиллярных колонок нового поколения дало преимущество для сохранения эффективности разделения пиков, увеличивая интерес к исследованию разделения жирных кислот быстрой ГХ в сложных биологических матрицах [10], таких как молоко, и на их аналитические характеристики при оптимизации метода по сравнению с обычными колонками [4, 8]. Поскольку основной целью быстрой ГХ является достижение желаемого разрешения соединений в кратчайшие сроки, особое внимание следует обратить на оптимизацию условий хроматографирования. Поэтому целью настоящего исследования было установить конкретный, точный, экономящий время и надежный метод ГХ для определения метиловых эфиров жирных кислот в молоке и молочных продуктах, которые считаются наиболее сложными пищевыми жирами из-за широкого разнообразия в природе жирных кислот.
Материалы и методы
В качестве объекта исследования был использован образец масла 82,5% жирности. Разделение и идентификацию жировой фазы осуществляли с применением метода газовой хроматографии с использованием хроматографа «Кристаллюкс 4000М», снабженного пламенно-ионизационным детектором и кварцевой капиллярной колонкой SP – 2560 100 м×0,25 мм ID, 0,2 мкм с неподвижной фазой FFАР. Для проведения разделения методом «быстрой» ГХ использована колонка BPX-70 (10 м×0,1 мм×0,20 мкм). В качестве идентификационной смеси использовали
Для управления режимами анализа, записи хроматограмм и обработки полученной информации использовалось программное обеспечение «NetChrom» .
Расчет состава метиловых эфиров жирных кислот проводили методом внутренней нормализации [1]. За окончательный результат измерений принимали среднее арифметическое значение результатов двух последовательных измерений.
Результаты и обсуждение
Для проверки метода быстрой хроматографии жирных кислот молочного жира были проведены эксперименты по валидации аналитических параметров обеих колонок. При проведении эксперимента точность метода была подтверждена путем внутридневной и ежедневной повторяемости измерений образца молочного жира (таблицы 1, 2). Как видно из таблиц 1 и 2 внутридневная повторяемость времени удержания компонентов двух капиллярных колонок находится на низком уровне в пределах 0,2%. Изучена сопоставимость количественных данных измерения жирнокислотного состава обеих колонок с оценкой внутридневной и ежедневной повторяемости. Согласно приведенным в таблицах данным погрешность измерений между двумя колонками составила не более 2,5%.
Таблица 1
Внутридневные и ежедневные значения повторяемости (RSD%), полученные на 10 метровой колонке BPX 70
Table 1.
Intra-day and inter-day repeatability values obtained on the 10-meter BPX-70 column
|
Жирные кислоты Fatty acids |
Время удержания Retention time |
Внутридневная повторяемость Intra-day repeatability |
Ежедневная повторяемость Inter-day repeatability |
||||
|
Мин Min |
RSD% |
W% ЖК W% FA |
RSD% |
W% ЖК W% FA |
RSD% |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Масляная (с4:0) |
Butyric |
0,88 |
0,09 |
2,7843 |
1,66 |
2,7698 |
2,04 |
|
Капроновая (с6:0) |
Kapron |
1,15 |
0,11 |
2,0769 |
0,66 |
2,0661 |
0,93 |
|
Каприловая (с8:0) |
Caprylic |
1,65 |
0,07 |
1,3115 |
1,43 |
1,3047 |
1,7 |
|
Каприновая (с10:0) |
Capric |
2,34 |
0,10 |
3,0825 |
1,45 |
3,0665 |
2,07 |
|
Деценовая (с11:0) |
Detinova |
2,60 |
0,16 |
0,3246 |
1,43 |
0,3229 |
2,20 |
|
Лауриловая (с12:0) |
Lauric |
3,15 |
0,16 |
3,7102 |
6,41 |
3,6908 |
9,91 |
|
Миристиновая (с14:0) |
Myristic |
3,98 |
0,15 |
11,5970 |
1,66 |
11,5366 |
1,93 |
|
Пальмитиновая (с16:0) |
Palmitic |
4,78 |
0,15 |
32,0623 |
9,61 |
31,7642 |
14,74 |
|
Пальмитолеиновая (с16:1) |
Palmitoleic |
4,94 |
0,16 |
2,0592 |
2,27 |
1,9627 |
2,62 |
Продолжение таблицы 1 | Continuation of table 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Маргариновая (с17:0) |
Pentadecane |
5,14 |
0,15 |
0,6432 |
1,92 |
0,6398 |
2,65 |
|
Маргариновая цис-10 (с17:1) |
Pentadecane |
5,30 |
0,15 |
0,3937 |
9,36 |
0,3916 |
11,96 |
|
Стеариновая (с18:0 ) |
Stearic |
5,50 |
0,16 |
9,3660 |
1,36 |
9,3172 |
2,41 |
|
Элаидиновая ( С18:1 транс-) |
Elaidin |
5,61 |
0,15 |
2,0080 |
13,02 |
1,9976 |
17,73 |
|
Олеиновая ( с18:1 цис-) |
Oleic |
5,66 |
0,15 |
21,2766 |
3,19 |
21,9036 |
3,88 |
|
Линолэлаидиновая ( С18:2 транс) |
Linolenova |
5,81 |
0,15 |
0,1850 |
3,82 |
0,1840 |
4,51 |
|
Линолевая ( с18:2 цис-) |
Linoleic |
5,89 |
0,14 |
2,2103 |
12,25 |
2,1988 |
13,64 |
|
Гамма-линолевая (с18:3 n 6) |
Gamma-linoleic |
6,05 |
0,13 |
0,0450 |
6,63 |
0,0448 |
7,43 |
|
Арахиновая (с20:0) |
Arachin |
6,17 |
0,14 |
0,5820 |
13,50 |
0,5789 |
15,27 |
|
Эйкозеновая цис-11 (Гондоиновая) (с20:1) |
Eicosene |
6,24 |
0,14 |
0,5334 |
6,53 |
0,5307 |
8,71 |
|
Линоленовая (с18:3 n 3) |
Linolenic |
6,49 |
0,13 |
0,0416 |
7,32 |
0,0414 |
10,41 |
|
Генэйкозановая (с21:0) |
Hanakotoba |
6,56 |
0,13 |
0,0151 |
2,22 |
0,0150 |
3,15 |
|
Эйкозадиеновая (с20:2) |
Eykozadienovaya |
6,71 |
0,11 |
0,0663 |
2,93 |
0,0660 |
4,09 |
|
Бегеновая (с22;00) |
Begenova |
6,82 |
0,13 |
0,1649 |
3,15 |
0,1640 |
7,25 |
|
Эйкозатетраеновая цис – 8, 11, 14 (С20:3n6) |
Eicosatetraenoate |
6,96 |
0,14 |
0,0200 |
4,42 |
0,0199 |
4,86 |
|
Эруковая (с22:1) |
Erucic |
7,09 |
0,14 |
0,0651 |
9,09 |
0,0648 |
9,76 |
|
Эйкозатетраеновая цис – 11, 14, 17 (С20:3n3) |
Eicosatetraenoate |
7,21 |
0,10 |
0,0115 |
5,92 |
0,0114 |
6,69 |
|
Арахидоновая (с20:4 n 6) |
Arachidonic |
7,37 |
0,08 |
0,0057 |
11,16 |
0,0057 |
12,63 |
Таблица 2.
Внутридневные и ежедневные значения повторяемости (RSD%), полученные на 100 метровой колонке SP 2560
Table 2.
Intra-day and inter-day repeatability values (RSD%) obtained on the 100-meter SP-2560 column
|
Жирные кислоты Fatty acids |
Время удержания Retention time |
Внутридневная повторяемость Intra-day repeatability |
Ежедневная повторяемость Inter-day repeatability |
||||
|
Мин Min |
RSD% |
W% ЖК W% FA |
RSD% |
Мин Min |
RSD% |
||
|
Масляная (с4:0) |
Butyric |
9,54 |
0,08 |
2,7968 |
1,53 |
2,8328 |
1,97 |
|
Капроновая (с6:0) |
Kapron |
10,15 |
0,13 |
2,0862 |
0,65 |
2,1131 |
0,24 |
|
Каприловая (с8:0) |
Caprylic |
11,25 |
0,07 |
1,3174 |
1,39 |
1,3343 |
1,98 |
|
Каприновая (с10:0) |
Capric |
13,10 |
0,09 |
3,0963 |
1,58 |
3,1362 |
2,30 |
|
Деценовая (с11:0) |
Detinova |
14,19 |
0,15 |
0,3261 |
1,46 |
0,3303 |
2,51 |
|
Лауриловая (с12:0) |
Lauric |
15,88 |
0,15 |
3,7268 |
6,24 |
3,7747 |
8,48 |
|
Тридекановая (с13:0) |
Myristic |
18,55 |
0,16 |
0,1329 |
0,99 |
0,1347 |
1,05 |
|
Миристиновая (с14:0) |
Palmitic |
19,41 |
0,14 |
11,6489 |
1,73 |
11,7988 |
1,35 |
|
Миристолеиновая (с14:1) |
Palmitoleic |
20,93 |
0,13 |
1,3513 |
1,28 |
1,3687 |
1,78 |
|
Пентадекановая (с15:0) |
Pentadecane |
21,38 |
0,18 |
1,2802 |
6,18 |
1,2967 |
10,75 |
|
Пертадекановая-цис |
Pentadecane |
22,41 |
0,17 |
0,2893 |
0,99 |
0,2930 |
0,62 |
|
П альмитиновая (с16:0) |
Stearic |
23,40 |
0,15 |
32,0735 |
9,75 |
31,9065 |
12,79 |
|
П альмитолеиновая (с16:1) |
Elaidin |
24,51 |
0,13 |
1,9818 |
2,82 |
2,0073 |
2,44 |
|
М аргариновая (с17:0) |
Oleic |
25,35 |
0,15 |
0,6460 |
1,96 |
0,6543 |
2,14 |
|
Маргариновая цис-10 (С17:1) |
Linolenova |
26,36 |
0,17 |
0,3954 |
9,57 |
0,4005 |
11,77 |
|
С теариновая (с18:0) |
Linoleic |
27,39 |
0,15 |
9,4080 |
1,08 |
9,5290 |
1,93 |
|
Э лаидиновая (с18:1 транс) |
Gamma-linoleic |
28,02 |
0,15 |
2,0170 |
15,45 |
2,0430 |
17,83 |
|
О леиновая (с18:1 цис) |
Arachin |
28,21 |
0,16 |
21,3092 |
3,64 |
20,8764 |
3,04 |
|
Л инолэлаидиновая (с18:2 транс) |
Eicosene |
28,78 |
0,15 |
0,1858 |
3,89 |
0,1882 |
4,66 |
|
Л инолевая (с18:2 цис ) |
Linolenic |
29,66 |
0,12 |
2,0541 |
12,06 |
2,0805 |
13,13 |
|
Гамма-линолевая (С18:3n6) |
Hanakotoba |
29,95 |
0,13 |
0,0452 |
6,41 |
0,0458 |
7,74 |
|
А рахиновая (с20:0) |
Eykozadienovaya |
30,79 |
0,14 |
0,5846 |
13,96 |
0,5921 |
15,60 |
|
Эйкозеновая цис-11 (Г ондоиновая ) (с20:1) |
Begenova |
31,05 |
0,16 |
0,5358 |
6,51 |
0,5427 |
8,49 |
|
Л иноленовая (с18:3 n 3) |
Eicosatetraenoate |
31,49 |
0,12 |
0,0418 |
7,93 |
0,0423 |
9,29 |
|
Г енэйкозановая (с21:0) |
Erucic |
31,80 |
0,11 |
0,0152 |
2,91 |
0,0153 |
3,01 |
|
Э йкозадиеновая (с20:2) |
Eicosatetraenoate |
32,24 |
0,13 |
0,0666 |
2,39 |
0,0675 |
4,35 |
|
Бегеновая (с22;00) |
Arachidonic |
32,67 |
0,10 |
0,1656 |
5,66 |
0,1677 |
7,66 |
|
Эйкозатетраеновая цис – 8, 11, 14 (С20:3n6) |
Butyric acid |
32,90 |
0,12 |
0,0201 |
4,42 |
0,0203 |
4,14 |
|
Эруковая (с22:1) |
Kapron |
33,25 |
0,13 |
0,0654 |
9,26 |
0,0662 |
9,91 |
|
Эйкозатетраеновая цис – 11, 14, 17(С20:3n3) |
Caprylic |
33,53 |
0,10 |
0,0116 |
5,45 |
0,0117 |
6,94 |
|
Арахидоновая (с20:4 n 6) |
Capric |
33,69 |
0,06 |
0,0058 |
11,84 |
0,0058 |
12,27 |
Дополнительно, близость значений двух хроматографических подходов, оценивали путем внесения различных концентраций деценовой кислоты (С 11:0 ). Процент восстановления (Recovery, %), приведенный в таблице 3, показал,
Таблица 3.
Точность восстановления (Recovery, %) метилдеканоата (С 11: 0 ) в масла (n = 5) на колонках BPX 70 и SP 2560
что показатели точности колонок BPX-70 и SP-2560 практически совпадают. Фактический процент среднего восстановления на BPX-70 составил 100,05%, а на SP-2560 100,22%.
Table 3.
Recovery accuracy (Recovery, %) of citronellic acid (С 11: 0 ) in oil (n = 5) on the BPX-70 and SP-2560 columns
|
Внесенная концентрация, мг/мл Spiked Concentration, mg/ml |
BPX-70 |
SP-2560 |
||
|
Измеренная концентрация, мг/мл Measured Concentration, mg/ml |
Recovery, % |
Измеренная концентрация, мг/мл Measured Concentration, mg/ml |
Recovery, % |
|
|
0.50 |
0,51 |
102,21 |
0,49 |
96,08 |
|
0.75 |
0,73 |
97,09 |
0,74 |
101,34 |
|
1.00 |
1,01 |
100,93 |
1,03 |
103,00 |
|
1.25 |
1,25 |
100,00 |
1,25 |
100,00 |
|
1.50 |
1,50 |
100,00 |
1,51 |
100,67 |
|
Average recovery, % |
100,05 |
Average recovery, % |
100,22 |
|
Проведены исследования показателей линейности детектора, рассчитанного на 9 возрастающих концентрациях С 11:0 , показатель BPX-70
составил R 2 = 0,9998, тогда как на SP-2560 данный показатель был равен R 2 0,9874. приведенный в таблице 1.
О 200 400 600 800 1600 1200 1400 1600 1800 2000
Рисунок 1. Показатели линейности детектора для колонок: а – BPX-70; b – SP-2560
Figure1. The linearity of the detector for the speakers: a – BPX 70; b – SP 2560
О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
b
Значения нижних пределов обнаружения (LOD) и количественного определения (LOQ) также указывают на аналогичные характеристики. Полученные данные по колонке BPX-70 составили 0,19 и 0,63 мг/кг, а для SP-2560 0,18 и 0,60 мг/кг соответственно.
Заключение
В данном исследовании были испытаны две колонки для анализа жирнокислотного состава молока и молочной продукции. Традиционная колонка SP –2560 100 м×0,25 мм ID, 0,2 мкм с неподвижной фазой FFАР и колонка для проведения быстрого газохроматографического анализа стационарная фаза 70% цианопропилфенил диметилполисилоксан) BPX-70 (10 м× 0,1 мм×0,20 мкм). Для каждой капиллярной колонки было изучено влияние программирования температуры и подобран оптимальный режим хроматографирования, а также качественная и количественная оценка разработанного аналитического метода. Порядок элюирования жирных кислот характерен для данных видов колонок. Время анализа сложного состава ЖК составило 49,07 мин для колонки SP-2560, и 8,44 минуты для колонки BPX-70 соответственно. В целом капиллярная колонка BPX-70 показала отличные аналитические характеристики при оптимизации и валидации метода быстрой ГХ и может быть эффективно использована для регулярного анализа жирнокислотного состава жировой фазы молока и молочных продуктов, в том числе и в условиях лабораторий и предприятий по переработке молока.
Список литературы Применение метода "быстрой" газовой хроматографии для регулярного анализа жирных кислот в молоке и молочных продуктах
- ГОСТ 32915-2014. Молоко и молочная продукция. Определение жирнокислотного состава жировой фазы методом газовой хроматографии. М.: Стандартинформ, 2015. 9 с.
- Жижин Н.А. Разработка новых подходов к определению жирно-кислотного состава молока и молочных продуктов с применение метода газовой хроматографии // Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов отделения сельскохозяйственных наук российской академии наук. 2016. № 1. С. 94-98.
- Юрова Е.А. Фальсификация жировой фазы молочных продуктов // Методики выявления животных жиров. Молочная промышленность. 2017. № 3. С. 20-22.
- Bondia-Pons I., Castellote A.I., L?opez-Sabater M.C. Comparison of conventional and fast gas chromatography in human plasma fatty acid determination // Journal of Chromatography B. 2004. V. 809. P. 339-344.
- Delmonte P., Kia A.R.F., Kramer J.K., Mossoba M.M. et al. Separtion characteristics of fatty acid methyl ester using SLB-IL111, a new ionic liquid coated capillary gas chromatographic column // Journal of Chromatography A. 2011. V. 1218. № 3. P. 545-554.
- Jensen R G. The composition of bovine milk lipids: January 1995 to December 2000 // Journal of Dairy Science. 2002. V. 85. № 2. P. 295-350.
- Molkentin J. Bioactive lipids naturally occurring in bovine milk // Nahrung. 1999. V. 43. № 3. P. 185-189.
- Mondello L., Casilli A., Quinto Tranchida P., Costa R. et al. Evaluation of fast gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometry in the analysis of lipids // Journal of Chromatography A. 2004. V. 1035. P. 237-247.
- Koryt?r P., Janssen H.G., Matisov? E., Udo A.T. Practical fast gas chromatography: methods, instrumentation and applications // Trends in Analytical Chemistry. 2002. V. 21. № 9-10. P. 558-572.
- Matisov? E., D?m?t?rov? M. Fast gas chromatography and its use in trace analysis // Journal of Chromatography A. 2003. V. 1000. P. 199-221.
