Способ хроматографического определения молочной кислоты

 

Изобретение относится к аналитической химии и представляет собой способ хроматографического определения молочной кислоты. Определение содержания молочной кислоты имеет важное значение для контроля качества продуктов молочно-кислого брожения (квас, рассолы и др.) при их производстве и хранении, так как готовность продукта определяется степенью завершенности молочно-кислого брожения, а возможная порча может быть связана с развитием побочных типов брожения (уксусно-кислое, масляно-кислое). Способ хроматографического определения молочной кислоты предусматривает разделение на сульфокатионообменнике на основе сверхсшитого полистирола (ССПС) со степенью сшивки > 100% с последующим спектрофотометрическим детектированием. В качестве элюента используют 5-20 мМ серную кислоту с добавлением 1-10 об. % ацетонитрила и разделение ведут при температуре 50-70^oС. Данный способ позволяет определить селективно молочную кислоту в присутствии янтарной кислоты, сократить время анализа, уменьшить объем используемой колонки, повысить чувствительность определения молочной кислоты, получить воспроизводимые результаты при использовании элюентов, содержащих органический растворитель, снизить стоимость анализа, 1 ил.

Изобретение относится к аналитической химии и представляет собой способ хроматографического определения молочной кислоты. Определение содержания молочной кислоты имеет важное значение для контроля качества продуктов молочно-кислого брожения (квас, рассолы и др.) при их производстве и хранении, так как готовность продукта определяется степенью завершенности молочно-кислого брожения, а возможная порча может быть связана с развитием побочных типов брожения (уксуснокислое, масляно-кислое). Таким образом, предложенный способ может найти применение при экспрессном контроле качества продуктов молочно-кислого брожения - квасов и рассолов.

Определение молочной кислоты в продуктах ферментативных брожений проводят в различных вариантах высокоэффективной жидкостной хроматографии, обеспечивающих отделение молочной кислоты от сопутствующих органических кислот и других компонентов пробы, а также имеющих высокую чувствительность детектирования.

Известен способ определения молочной кислоты методом ионной хроматографии в виде лактата, отделяемого от других компонентов пробы на колонке, заполненной анионообменником. Хроматографическая система состоит из насоса, двух систем переключения потока подвижной фазы, 3-4 колонок, системы подавления фоновой проводимости и кондуктометрического детектора. Разделение проводят при комнатной температуре и использовании в качестве элюента 5 мМ раствора Na₂В₄О₇. Молочная кислота удерживается около 6 мин [Suzuki Y. // J. Chromatogr. A. 1997. V. 733. Р. 123].

В этом случае невозможно напрямую определять молочную кислоту в пробах, содержащих большие количества неорганических анионов. Для исключения влияния неорганических анионов необходимо использовать устройства переключения потока подвижной фазы, несколько последовательно соединенных хроматографических колонок и систему подавления фоновой проводимости для повышения чувствительности детектирования. Сложное устройство хроматографической системы снижает надежность системы и повышает стоимость анализа.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ ионоэксклюзионного определения молочной кислоты с использованием сульфокатионита на основе полистирол-дивинилбензола (ПС-ДВБ) низкой степени сшивки (2-10%) в Н⁺-форме с использованием кондуктометрического детектирования. Используют колонку Dionex IEC длиной 220 мм и внутренним диаметром 9 мм, заполненную сульфокатионообменником на основе ПС-ДВБ с 9% сшивки, и кондуктометрическое детектирование. Модельная смесь органических кислот (лимонная, винная, яблочная, янтарная, молочная, фумаровая и уксусная) разделяется при использовании в качестве элюента 2 мМ октансульфокислоты в 2%-ном изопропаноле и температуре 40^oС и линейной скорости элюента 0,75 см/мин (объемная скорость 0,5 мл/мин) [Dionех Application Note. AN 21. July 1987].

Продолжительность разделения смеси - 40 мин (молочная кислота удерживается около 15 мин). При определении молочной кислоты этим способом наблюдается перекрывание хроматографических пиков янтарной и молочной кислоты, которое затрудняет определение молочной кислоты в присутствии янтарной. Сульфокатиониты на основе ПС-ДВБ низкой степени сшивки набухают в элюентах, содержащих органический растворитель, что приводит к увеличению рабочего давления в хроматографической системе и изменению свойств сорбента, невоспроизводимости результатов. Необходимо использовать большие по размеру (диаметром 8-12 мм и длиной до 30 см) колонки. Объем колонки составляет почти 15 см³.

Решаемой задачей является устранение перечисленных выше недостатков.

Решаемая задача достигается предложенным способом при использовании в качестве сорбента сульфокатионообменника на основе сверхсшитого полистирола (ССПС) со спектрофотометрическим детектированием. В качестве элюента используют 5-20 мМ серную кислоту с добавлением 1-10 об.% ацетонитрила и разделение ведут при температуре 50-70^oС.

Отличия предложенного способа состоят в том, что для разделения используют сорбент на основе ССПС и ведут его в 5-20 мМ растворе серной кислоты в смеси с 1-10 об.% ацетонитрила, температуре 50-70^oС^oи детектирование осуществляют спектрофотометрически.

Использование сульфированного ССПС, который имеет высокую механическую прочность и высокую удельную поверхность, позволяет использовать высокие объемные скорости элюентов, содержащих органические растворители. Таким образом, использование сульфокатионообменника на основе ССПС позволяет уменьшить почти в 4 раза объем сорбента и увеличить в 4 раза линейную скорость элюента. Замена изопропанола на ацетонитрил позволяет увеличить чувствительность детектирования, так как прекращение поглощения ацетонитрила лежит при 190, а изопропппола при 210 нм. Замена кондуктометрического детектирования на спектрофотометрическое позволяет улучшить чувствительность детектирования органических кислот. Хроматографическое разделение при 50-70^oС и использование добавки в элюент 1-10 об.% ацетонитрила позволяет сократить время анализа и увеличить хроматографическую эффективность. Использование меньшей температуры разделения, так же как и использование элюента без добавки ацетонитрила, увеличивает время анализа и уменьшает хроматографическую эффективность разделения. Разделение органических кислот при более высокой температуре, так же как и более высокое содержание ацетонитрила в элюенте, приводит к нежелательному уменьшению селективности разделения. Использование в качестве элюента более дешевой серной кислоты также является преимуществом предлагаемого способа. Интервал концентраций 5-20 мМ является достаточным для селективного разделения серной кислоты, и выход за указанные рамки не имеет смысла. В этих условиях достигается полное разделение молочной и янтарной кислоты.

Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

5 мкл модельной смеси 11 карболовых кислот (щавелевая, винная, гликолевая, яблочная, малоновая, молочная, лимонная, уксусная, малеиновая, янтарная) и лактида вводят в хроматограф для ВЭЖХ, снабженный фотометрическим детектором с длинной волны 210 нм. Разделение ведут на колонке, заполненной сульфокатионообменником на основе ССПС (степень сшивки > 100%), длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. В качестве элюента используют 10 мМ раствор серной кислоты с содержанием ацетонитрила 5 об.%. Температура хроматографической колонки - 65^oС. Объемная скорость элюента 0,5 мл/мин. Концентрацию молочной кислоты находят по уравнению градуировочного графика, построенного по площадям пиков, соответствующих концентрации раствора 0, 2,5, 5, 10, 20, 30, 40 и 50 мг/мл молочной кислоты. Указанный диапазон концентраций соответствует содержанию молочной кислоты в пищевых продуктах ферментативных брожений. Модельная смесь в этих условиях разделяется за 15 мин. Набухания сорбента отмечено не было. В этом случае наблюдается полное разделение молочной и янтарной кислот и получаются воспроизводимые результаты.

Пример 2.

Аналогично примеру 1, только элюент содержит 1 об.% ацетонитрила, температура разделения 70^oС и концентрация элюента 5 мМ и объемная скорость элюента 1,0 мл/мин. Модельная смесь в этих условиях разделяется за 25 мин.

Пример 3.

Аналогично примеру 1, только элюент содержит 10 об.% ацетонитрила, температура разделения 50^oС и концентрация элюента 20 мМ. Модельная смесь в этих условиях разделяется за 9 мин.

Пример 4.

Аналогично примеру 1 анализируют квас, огуречный (см. чертеж) и капустный рассол. Проводят предварительное фильтрование пробы через фильтр с диаметром пор 0,2 мкм. Разделение проводят при температуре 65^oС, объемной скорости 1,0 мл/мин, а в качестве элюента используют 10 мМ серную кислоту с содержанием ацетонитрила 4 об.%.

Таким образом, предложенный способ позволяет определять селективно молочную кислоту в присутствии янтарной кислоты, сократить время анализа, уменьшить объем используемой колонки, повысить чувствительность определения молочной кислоты, получать воспроизводимые результаты при использовании элюентов, содержащих органический растворитель, снизить стоимость анализа.

Формула изобретения

Способ определения молочной кислоты методом ионоэксклюзионной хроматографии, предусматривающий разделение на сульфокатионообменнике на основе полистирола с использованием в качестве элюента раствора кислоты в смеси с органическим растворителем и детектирование, отличающийся тем, что в качестве полистирола используют сверхсшитый полистирол со степенью сшивки > 100%, в качестве кислоты и органического растворителя соответственно используют 5-20 мМ раствор серной кислоты и 1-10 об. % ацетонитрила, при этом разделение проводят при температуре 50-70^oС, а детектирование осуществляют спектрофотометрически.

РИСУНКИ

Рисунок 1