RU2809285C1 - Способ идентификации меда на основе изотопной масс-спектрометрии - Google Patents
Способ идентификации меда на основе изотопной масс-спектрометрии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809285C1 RU2809285C1 RU2022135033A RU2022135033A RU2809285C1 RU 2809285 C1 RU2809285 C1 RU 2809285C1 RU 2022135033 A RU2022135033 A RU 2022135033A RU 2022135033 A RU2022135033 A RU 2022135033A RU 2809285 C1 RU2809285 C1 RU 2809285C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ethanol
- honey
- sample
- samples
- fermented
- Prior art date
Links
- 235000012907 honey Nutrition 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 49
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 164
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 24
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 238000004821 distillation Methods 0.000 abstract description 18
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 13
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 abstract description 12
- 239000006188 syrup Substances 0.000 abstract description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 10
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 abstract description 6
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 abstract description 6
- 229960004793 sucrose Drugs 0.000 abstract description 6
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 abstract description 5
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 abstract description 5
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 abstract description 5
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 abstract description 5
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 5
- CZMRCDWAGMRECN-UHFFFAOYSA-N Rohrzucker Natural products OCC1OC(CO)(OC2OC(CO)C(O)C(O)C2O)C(O)C1O CZMRCDWAGMRECN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 abstract description 4
- 238000002481 ethanol extraction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 abstract description 2
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 abstract description 2
- 241000183712 Cerinthe major Species 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 235000019534 high fructose corn syrup Nutrition 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 57
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 14
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical group O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 238000002307 isotope ratio mass spectrometry Methods 0.000 description 8
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 7
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 7
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000000109 liquid chromatography-isotope ratio mass spectrometry Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 5
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 5
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 235000020374 simple syrup Nutrition 0.000 description 3
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 description 3
- 235000016068 Berberis vulgaris Nutrition 0.000 description 2
- 241000335053 Beta vulgaris Species 0.000 description 2
- 238000005903 acid hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 235000016127 added sugars Nutrition 0.000 description 2
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 2
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AWGBWLXGUPTXHF-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoro-n-methyl-n-(2,2,2-trifluoroacetyl)acetamide Chemical compound FC(F)(F)C(=O)N(C)C(=O)C(F)(F)F AWGBWLXGUPTXHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219310 Beta vulgaris subsp. vulgaris Species 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 244000178870 Lavandula angustifolia Species 0.000 description 1
- 235000010663 Lavandula angustifolia Nutrition 0.000 description 1
- 240000007472 Leucaena leucocephala Species 0.000 description 1
- 235000010643 Leucaena leucocephala Nutrition 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 235000021536 Sugar beet Nutrition 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 244000098338 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 235000013334 alcoholic beverage Nutrition 0.000 description 1
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003674 animal food additive Substances 0.000 description 1
- 238000009341 apiculture Methods 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000005103 elemental analyser isotope ratio mass spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000001102 lavandula vera Substances 0.000 description 1
- 235000018219 lavender Nutrition 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 235000012015 potatoes Nutrition 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007430 reference method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к пищевой промышленности. Образцы меда ферментируют дрожжами Saccharamyces cerevisiae с последующей отгонкой этанола, с целью определения изотопных характеристик в этаноле углерода, водорода и кислорода. Брожение проводится при температуре 20±2°С. Отгонка производится следующим образом. В колбу вместимостью 50 см3 помещают 25 см3 сброженного медового сусла и проводят экстракцию этанола при температуре от 78,0°С до 78,5°С, собирая не менее 98% дистиллята из пробы. При этом установка, используемая для экстракции этанола, не должна приводить к фракционированию изотопов углерода, водорода и кислорода в получаемой пробе. Далее аликвоты дистиллята раздельно подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением отношений распространенностей стабильных изотопов конкретного элемента: 13С/12С, 18О/16О, D/H. Полученные количественные характеристики сравнивают между собой и c предварительно определенными характеристиками контрольных образцов. В качестве контрольных образцов используют образцы этанола из известных источников, а именно натурального меда, кукурузного сиропа, свекловичного сахара, тростникового сахара, мелассы и глюкозно-фруктозного сиропа. О природе образующегося этанола в меде судят по степени совпадения или отклонения полученных изотопных характеристик образца. Изобретение обеспечивает точный и достоверный анализ, позволяющий судить о происхождении этанола в ферментированных образцах меда. 1 табл., 6 пр.
Description
Изобретение относится к пищевой промышленности, продукции пчеловодства, а именно к способам установления происхождения меда для подтверждения его натуральности.
Известен способ установления происхождения меда через определение изотопных характеристик углерода δ13С в меде, а также в его белковой фракции [AOAC official methods of analysis (1999). 16th Ed., 5th Rev. Method 998.12: C-4 plant sugars in honey, internal standard stable carbon isotope ratio method, AOAC Int. Gaithersburg MD, Method 998.12, 44.4.18A.]. Авторы установили, что в натуральном меде белковая и углеводная составляющие образуются одновременно и из одного источника. Поэтому изотопное распределение углерода в них должно быть одинаковым. Отличие изотопного состава химических элементов компонентов меда брутто и белковой фракции более чем на 1‰ свидетельствует о фальсификации меда сахарами, получаемыми из С4 типа растений. Существенное усовершенствование этого метода было достигнуто за счет использования дополнительной фильтрации субстрата белковой фракции в процессе пробоподготовки, что повысило чувствительность и точность измерения [Rogers K.M., Cook J.M., Krueger D., Beckmann K. (2013). Modification of AOAC Official MethodSM 998.12 to Add Filtration and/or Centrifugation: Interlaboratory Comparison Exercis. Journal ofaoac International, 96(3), 607-614.]. Эта новая процедура позволила определить до 7 % добавок в меде сахаров из С4 типа растений, а также была утверждена для всемирного применения и до сих пор считается аналитическим эталонным методом для определения примеси в меде сахаров из С4 типа растений
Недостатками данного метода являются высокая неопределенность измерения для меда с низким содержанием белка, таких как, мед акации или лавандовый, а также риск изменения значений показателя δ13C белка для меда, содержащего большое количество дрожжей или остатков добавок для кормления пчел. Кроме того, остается открытым вопрос в случае добавления сахаров из С3 типа растений.
Другой метод основан на принципе жидкостной хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией отношения стабильных изотопов углерода 13C/12C в меде (LC-IRMS) [Hiroto Kawashima, MomokaSuto, NanaSuto. Stable carbon isotope ratios for organic acids in commercial honey samples. Food Chemistry. Volume 289, 15 August 2019, Pages 49-55. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.03.053]. LC-IRMS позволяет за один этап выделять отдельные сахарные компоненты меда и определять их значения δ13C в режиме онлайн, избегая недостатков автономных методов, а также создавая реальную альтернативу сложным методикам, таким как газовая хроматография-сжигание-масс-спектрометрия изотопного соотношения (IRMS), который не получили распространения в качестве общепринятого высокопроизводительного метода для анализа фальсификаций меда [Aiman Abrahim, Andrew Cannavan, Simon D. Kelly. Stable isotope analysis of non-exchangeable hydrogen in carbohydrates derivatised with N-methyl-bis-trifluoroacetamide by gas chromatography - Chromium silver reduction/High temperature Conversion-isotope ratio mass-spectrometry (GC-CrAg/HTC-IRMS)].
Благодаря применению LC-IRMS для определения значений показателя δ13C фруктозы, глюкозы и сахарозы в меде и расчету разницы (Δδ13C) между этими значениями было показано, что фальсификации, как сахарами С4, так и сахарами С3, можно определить с чувствительностью от 1 до 10 % в зависимости от типа сахарного сиропа [ANA I. CABAN÷ERO, JOSE L. RECIO, AND MERCEDES RUPEÄ REZ. Liquid Chromatography Coupled to Isotope Ratio Mass Spectrometry: A New Perspective on Honey Adulteration Detection. J. Agric. Food Chem. 2006, 54, 9719-9727. DOI: 10.1021/jf062067x].
Недостатком данного метода является то, что анализ с использованием LC-IRMS крайне затратный как с технической точки зрения, так и с финансовой. Также согласно ряду современных научных работ [JinZhong Xu, Xiuhong Liu, Bin Wu, YanZhong Cao. A comprehensive analysis of 13 C isotope ratios data of authentic honey types produced in China using the EA-IRMS and LC-IRMS. J Food Sci Technol. 2020 Apr;57(4):1216-1232. doi: 10.1007/s13197-019-04153-2. Epub 2019 Nov 29.] данный метод не столь надежный и может давать ошибочные результаты, в том числе, в аутентичных (натуральных) образцах. Более того в контексте импортозамещения и разработки собственных отечественных наработок, необходим менее затратный и простой способ без использования столь сложной опции как LC-IRMS
Известен метод по выявления добавки инвертных сиропов из С3 типа растений с помощью изотопных измерений с использованием ядерного магнитного резонанса SNIF-NMR [J F Cotte, H Casabianca, J Lhéritier, C Perrucchietti, C Sanglar, H Waton, M F Grenier-Loustalot. Study and validity of 13C stable carbon isotopic ratio analysis by mass spectrometry and 2H site-specific natural isotopic fractionation by nuclear magnetic resonance isotopic measurements to characterize and control the authenticity of honey. Anal Chim Acta. 2007 Jan 16;582(1):125-36. doi: 10.1016/j.aca.2006.08.039. Epub 2006 Aug 26].
Недостатком данного метода, как утверждают авторы работы, является то, что использование SNIF-ЯМР ограничено обнаружением добавленных сахаросодержащих веществ, начиная с 20%, что не удовлетворительно. Также стоит отметить дороговизну аналитического оборудования и техническую сложность проведения пробоподготовки при выполнение данного типа анализа.
Сербскими учеными предложен метод по идентификации меда [Smajlovic, I., et. al. (2020). “Honey and diverse sugar syrups differentiation by EIM-IRMS Method”). Isotoptech. Honey adulteration analysis.]. Исследователи утверждают, что разработанный метод (EIM-IRMS®) позволяет обнаружить добавление в мед сахарных сиропов, полученных из различных видов сырья, таких как сахарная свекла, кукуруза, пшеница, картофель, рис и др. Детектирование производится для известных и неизвестных образцов меда путем измерения относительного соотношения необменных изотопов водорода (D/H)n (δDn) в этаноле, предварительно количественно извлеченном из ферментированных образцов меда. Согласно информации авторов данный метод - это единственный метод, способный обнаружить добавление сахаров, полученных из С3- и из С4-растений.
Недостатком данного метода является то, что метод не учитывает показатель соотношения изотопов δ18О в этаноле ферментированных образцов меда, что в случае, например, со свекловичным сахаром имеет критическое значение.
Предлагаемый нами метод имеет преимущество за счет получения ранее неизвестных характеристик этанола в ферментированных образцах меда, основанных на определении изотопных отношений легких элементов (13С/12С, 18О/16О, D/H) и получении различия их соотношений в этаноле в зависимости от его происхождения. За основу был взят метод из патента RU2661606C1, «Способ определения происхождения этанола в алкогольной продукции». Предлагаемый способ позволяет повысить точность и достоверность анализа на 90%.
Это достигается тем, что способ определения происхождения этанола в ферментированных образцах меда характеризуется тем, что пробу продукта подвергают дистилляции при температуре 78,0-78,2°С, собирают отогнанный дистиллят при этой температуре, отогнанный дистиллят разделяют на три аликвоты, которые раздельно подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением отношений распространенностей стабильных изотопов конкретного элемента (13С/12С, 18O/16O, D/H), сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола.
Способ осуществляют следующим образом. В перегонную круглодонную колбу вместимостью 50 см3 помещают 25 см3 пробы ферментированного образца меда и проводят экстракцию этанола при температуре не выше 78,5°С. Собирают дистиллят при температуре (78,0-78,2) °С. Если температура превышает 78,5 °С, операцию останавливают на 5 минут. Когда температура снизится до 78,0 °С, снова продолжают отбор дистиллята до очередного повышения температуры. Полная дистилляция длится до 1 часа. Такой способ позволяет рекуперировать до 98-98,5 % общего спирта из пробы.
Отогнанный этанол разделяют на три аликвоты по 1,5-2,0 см3, каждую аликвоту раздельно подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением отношений распространенностей стабильных изотопов конкретного элемента (13С/12С, 18О/16О, D/H), сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола
Первую аликвоту подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением распространенностей стабильных изотопов углерода 13С/12С и их соотношений, сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола. Характеристики изотопного состава углерода диоксида углерода, полученного при сжигании этанола пробы, относительно международного углеродного стандарта V-PDB определяют в относительных единицах δ13CVPDB (‰), используя формулу (1), включенную в программное обеспечение для масс-спектрометра Delta V Advantage, следующего вида:
Rобр и Rст - отношения распространенностей стабильных изотопов 13С и 12С в анализируемом диоксиде углерода, полученном при сжигании этанола пробы, и международного углеродного стандарта V-PDB соответственно.
В процессе изотопного масс-спектрометрического анализа углерода δ 13CVPDB регистрируют попеременно токи, обусловленные количеством ионов с (m/z 44 (12C16O2 ), m/z 45 (13C16O2 и 12C17O16O), m/z 46 (12C16O18O)), характерных для всех изотопных комбинаций элементов в газообразном диоксиде углерода (СО2), образованном при полном сжигании в элементном анализаторе спирта этилового, полученного путем дистилляции, и в референтном газе CO2.
Вторую аликвоту подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением распространенностей стабильных изотопов кислорода 18O/16О и их соотношений, сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола.
Характеристики изотопного состава кислорода оксида углерода, полученного при сжигании пробы этанола ферментированного образца меда относительно международного кислородного стандарта VSMOW2 определяют в относительных единицах δ18OVSMOW2 (‰), используя формулу (2), включенную в программное обеспечение для масс-спектрометра Delta V Advantage, следующего вида:
Rобр и Rст - отношения распространенностей стабильных изотопов 18О и 16О в анализируемом оксиде углерода, полученном при сжигании этанола пробы, и международного углеродного стандарта VSMOW2 соответственно.
В процессе изотопного масс-спектрометрического анализа кислорода δ18OVSMOW2 регистрируют попеременно токи, обусловленные количеством ионов с (m/z 28 (12С16О) и m/z 30 (12С18О) в оксиде углерода (СО), образованном в процессе высокотемпературного разложения (пиролиза) этилового спирта, полученного путем дистилляции, и в референтном газе СО.
Третью аликвоту подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением распространенностей стабильных изотопов водорода D/H и их соотношений, сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола.
Характеристики изотопного состава водорода молекулярного водорода, полученного при сжигании этанола пробы, относительно международного кислородного стандарта VSMOW2 определяют в относительных единицах δDVSMOW2 (‰), используя формулу (3), включенную в программное обеспечение для масс-спектрометра Delta V Advantage, следующего вида:
Rобр и Rст - отношения распространенностей стабильных изотопов D и Н в анализируемом молекулярном водороде, полученном при сжигании этанола пробы, и международного углеродного стандарта VSMOW2 соответственно.
В процессе изотопного масс-спектрометрического анализа водорода δDVSMOW2 регистрируют попеременно токи, обусловленные количеством ионов с (m/z 2 (1Н2) и m/z 3 (1H2H)) в водороде (Н2), образованном в процессе высокотемпературного разложения (пиролиза) этилового спирта, полученного путем дистилляции, и в референтном газе Н2.
Для калибровки готовят контрольные образцы этанола, полученного путем ферментации натурального меда и сахаров различного происхождения: этанол из образца натурального меда, этанол из кукурузного сиропа, этанол из тростникового сахара, этанол из свекловичного сахара, этанол из свекловичной мелассы, этанол из рисового сиропа. Приготовленные смеси используют для верификации всей схемы пробоподготовки и измерения изотопных характеристик этанола ферментированных образцов, полученного из различных видов сырья. Причем, изотопные характеристики легких элементов (13С/12С, 18O/16O, D/H) всех контрольных образцов этанола различного происхождения должны быть предварительно определены.
Изотопные характеристики легких элементов этанола (13С/12С, 18O/16O, D/H) являются показателями происхождения этилового спирта в меде. Полученные отношения распространенностей стабильных изотопов легких элементов (13С/12С, 18О/16О, D/H) контрольных образцов сопоставляют с результатами анализируемой пробы натурального меда и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении спирта и, соответственно, аутентичности меда.
По разнице в значениях количественных изотопных характеристик легких элементов (13С/12С, 18О/16О, D/H) для каждого анализируемого образца, превышающей 0,7 ‰, судят о происхождении спирта в нем.
Пример 1.
В перегонную круглодонную колбу вместимостью 50 см3 помещают 25 см3 ферментированного образца натурального меда и проводят экстракцию этанола при температуре не выше 78,5°С. Собирают дистиллят при температуре (78,0-78,2) °С. Если температура превышает 78,5°С, операцию останавливают на 5 минут. Когда температура снизится до 78,0°С, снова продолжают отбор дистиллята до очередного повышения температуры. Полная дистилляция длится до 1 часа. Такой способ позволяет рекуперировать до 98-98,5% общего спирта из пробы.
Отогнанный спирт разделяют на три аликвоты по 1,5-2,0 см3, каждую аликвоту раздельно подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением отношений распространенностей стабильных изотопов конкретного элемента (13С/12С, 18О/16О, D/H)
Первую аликвоту подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением распространенностей стабильных изотопов углерода 13С/12С и их соотношений, сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола.
Характеристики изотопного состава углерода диоксида углерода, полученного при сжигании этанола пробы, относительно международного углеродного стандарта VPDB определяют в относительных единицах δ13CVPDB (‰)>, используя формулу (1), включенную в программное обеспечение для масс-спектрометра Delta V Advantage, следующего вида:
Rобр и Rст - отношения распространенностей стабильных изотопов 13С и 12С в анализируемом диоксиде углерода, полученном при сжигании этанола пробы, и международного углеродного стандарта V-PDB соответственно.
В процессе изотопного масс-спектрометрического анализа углерода δ13CVPDB регистрируют попеременно токи, обусловленные количеством ионов с (m/z 44 (12C16O2), m/z 45 (13C16O2 и 12C17O16O), m/z 46 (12C16O18O)), характерных для всех изотопных комбинаций элементов в газообразном диоксиде углерода (CO2), образованном при полном сжигании в элементном анализаторе спирта этилового, полученного путем дистилляции, и в референтном газе CO2.
Вторую аликвоту подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением распространенностей стабильных изотопов кислорода 18О/16О и их соотношений, сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола.
Характеристики изотопного состава кислорода оксида углерода, полученного при сжигании этанола пробы, относительно международного кислородного стандарта VSMOW2 определяют в относительных единицах δ18OVSMOW2 (‰), используя формулу (2), включенную в программное обеспечение для масс-спектрометра Delta V Advantage, следующего вида:
Roбp и Rст - отношения распространенностей стабильных изотопов 18О и 16О в анализируемом оксиде углерода, полученном при сжигании этанола пробы, и международного углеродного стандарта VSMOW2 соответственно.
В процессе изотопного масс-спектрометрического анализа кислорода δ18OVSMOW2 регистрируют попеременно токи, обусловленные количеством ионов с (m/z 28 (12С160) и m/z 30 (12С180) в оксиде углерода (СО), образованном в процессе высокотемпературного разложения (пиролиза) этилового спирта, полученного путем дистилляции, и в референтном газе СО.
Третью аликвоту подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением распространенностей стабильных изотопов водорода D/H и их соотношений, сравнивают полученные количественные характеристики и характеристики контрольных образцов и по степени совпадения или отклонения судят о происхождении этанола.
Характеристики изотопного состава водорода молекулярного водорода, полученного при сжигании этанола пробы, относительно международного кислородного стандарта VSMOW2 определяют в относительных единицах δDVSMOW2 (‰), используя формулу (3), включенную в программное обеспечение для масс-спектрометра Delta V Advantage, следующего вида:
Rобр и Rст - отношения распространенностей стабильных изотопов D и Н в анализируемом молекулярном водороде, полученном при сжигании этанола пробы, и международного углеродного стандарта VSMOW2 соответственно.
В процессе изотопного масс-спектрометрического анализа водорода δDVSMOW2 регистрируют попеременно токи, обусловленные количеством ионов с (m/z 2 (1Н2) и m/z 3 (1Н2Н)) в водороде (Н2), образованном в процессе высокотемпературного разложения (пиролиза) этилового спирта, полученного путем дистилляции, и в референтном газе Н2.
Полученные результаты измерений приведены в таблице 1.
Пример 2.
Способ осуществляется аналогично примеру 1, только используется образец, приготовленный из натурального меда и инвертного сиропа, приготовленного из тростникового сахара путем кислотного гидролиза сахарозы (100 г сахара смешивали с 40 мл воды и 1 г лимонной кислоты, после чего нагревали при температуре 108-110 °С в течение часа). После этого полученный сироп смешивали с медом с последующей ферментацией и отгонкой спирта из продукта. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Пример 3.
Способ осуществляется аналогично примеру 1, только используется образец, приготовленный из натурального меда и кукурузного сиропа. Кукурузный сироп смешивали с медом с последующей ферментацией и отгонкой спирта из продукта. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Пример 4.
Способ осуществляется аналогично примеру 1, только используется образец, приготовленный из натурального меда и инвертного сиропа, приготовленного из свекловичного сахара путем кислотного гидролиза сахарозы (100 г сахара смешивали с 40 мл воды и 1 г лимонной кислоты, после чего нагревали при температуре 108-110 °С в течение часа). После этого полученный сироп смешивали с медом с последующей ферментацией и отгонкой спирта из продукта. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Пример 5.
Способ осуществляется аналогично примеру 1, только используется образец, приготовленный из натурального меда и свекловичной мелассы. Мелассу смешивали с медом с последующей ферментацией и отгонкой спирта из продукта. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Пример 6.
Способ осуществляется аналогично примеру 1, только используется образец, приготовленный из натурального меда и рисового сиропа. Рисовый сироп смешивали с медом с последующей ферментацией и отгонкой спирта из продукта. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Сравнивают полученные соотношения распространенностей стабильных изотопов легких элементов (13С/12С, 18О/16О, D/H) для каждого анализируемого образца и по разнице в значениях изотопных характеристик углерода, кислорода и водорода, превышающей 0,7 ‰, судят о природе спирта в образце алкогольной продукции.
Таблица 1 - Характеристика изотопного состава легких элементов этанола, полученного из ферментированных образцов меда натурального меда и меда с добавлением сахаросодержащих веществ различного происхождения | |||
№ примера | Величина δ13СVPDB, (‰) | Величина δ18OVSMOW, (‰) |
Величина δDVSMOW, (‰) |
1 | -28,05±0,2 | 9,88±0,3 | -290,14±0,5 |
2 | -20,04±0,2 | 8,21±0,3 | -262,11±0,5 |
3 | -19,91±0,2 | 11,22±0,3 | -258,42±0,5 |
4 | -27,74±0,2 | 8,57±0,3 | -282,63±0,5 |
5 | -27,86±0,2 | 5,62±0,3 | -291,61±0,5 |
6 | -28,19±0,2 | 12,84±0,3 | -276,08±0,5 |
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность и достоверность анализа на 90% за счет получения ранее неизвестных характеристик этанола ферментированных образцов меда, основанных на определении изотопных отношений легких элементов (13С/12С, 18О/16О, D/H).
Claims (1)
- Способ идентификации меда на основе изотопной масс-спектрометрии, включающий ферментацию меда, последующую экстракцию этанола из ферментированного меда, разделение этанола на аликвоты и проведение изотопного масс-спектрометрического анализа, отличающийся тем, что пробу меда подвергают ферментации, проводят экстракцию образовавшегося этанола при температуре 78,0-78,5°С, собирают отогнанный этанол при этой температуре, отогнанный этанол разделяют на три аликвоты, которые раздельно подвергают изотопному масс-спектрометрическому анализу с установлением отношений распространенностей стабильных изотопов конкретного элемента 13С/12С, 18О/16О, D/H, сравнивают полученные количественные характеристики с характеристиками контрольных образцов; по степени совпадения судят о происхождении меда.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2809285C1 true RU2809285C1 (ru) | 2023-12-11 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2477855C2 (ru) * | 2008-05-15 | 2013-03-20 | Иван СМАДЖЛОВИК | Камера термической дегидратации спирта, аппарат и способ определения изотопной композиции необменных атомов водорода и дейтерия в этанольных образцах |
RU2661606C1 (ru) * | 2017-11-15 | 2018-07-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН | Способ определения происхождения этанола в алкогольной продукции |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2477855C2 (ru) * | 2008-05-15 | 2013-03-20 | Иван СМАДЖЛОВИК | Камера термической дегидратации спирта, аппарат и способ определения изотопной композиции необменных атомов водорода и дейтерия в этанольных образцах |
RU2661606C1 (ru) * | 2017-11-15 | 2018-07-17 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН | Способ определения происхождения этанола в алкогольной продукции |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
А. Талибова, А. Колеснов. Оценка качества и безопасности пищевой продукции методом изотопной масс-спектрометрии. Методология, 2011, номер 1, стр.44-48, найдено в интернет 13.06.2023 efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://www.j-analytics.ru/files/article_pdf/3/article_3066_667.pdf. * |
Л.А. Оганесянц, А.Л. Панасюк и др. Исследование отношений изотопов углерода, кислорода и водорода этанола фруктовых вин // Техника и технология пищевых производств. - 2020. - Т. 50, номер 4. - С. 717-725. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-717-725. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Siddiqui et al. | Application of analytical methods in authentication and adulteration of honey | |
Cotte et al. | Study and validity of 13C stable carbon isotopic ratio analysis by mass spectrometry and 2H site-specific natural isotopic fractionation by nuclear magnetic resonance isotopic measurements to characterize and control the authenticity of honey | |
Paradkar et al. | Discrimination and classification of beet and cane inverts in honey by FT-Raman spectroscopy | |
Martin et al. | A new method for the identification of the origin of ethanols in grain and fruit spirits: high-field quantitative deuterium nuclear magnetic resonance at the natural abundance level | |
Remaud et al. | A coupled NMR and MS isotopic method for the authentication of natural vinegars | |
Sisco et al. | Determination of ethanol concentration in alcoholic beverages by direct analysis in real time mass spectrometry (DART-MS) | |
CN104316489A (zh) | 一种近红外光谱检测灵芝提取物掺假的方法 | |
Jamin et al. | SNIF-NMR applications in an economic context: fraud detection in food products | |
CN111812254A (zh) | 2-癸烯二酸作为蜂蜜真实性评价的指示性物质及其在蜂蜜掺假鉴别中的应用 | |
CN110702832A (zh) | 高含量4-羟基喹啉作为枣花蜂蜜特征标志物的应用 | |
CN112162054A (zh) | 一种沙生槐蜂蜜的真实性评价方法 | |
Dumoulin et al. | Determination of sugar and ethanol content in aqueous products of molasses distilleries by near infrared spectrophotometry | |
CN111257446B (zh) | 一种检测蜂蜜中外源甜菜糖的方法 | |
RU2809285C1 (ru) | Способ идентификации меда на основе изотопной масс-спектрометрии | |
Martin et al. | Stable isotope analysis of food and beverages by nuclear magnetic resonance | |
Thomas et al. | 18O internal referencing method to detect water addition in wines and fruit juices: Interlaboratory study | |
CN111398498B (zh) | 吲哚-3-乙酸甲酯在鉴别中蜂蜂蜜和意蜂蜂蜜中的应用 | |
Perini et al. | Combination of sugar and stable isotopes analyses to detect the use of nongrape sugars in balsamic vinegar must | |
CN111257452B (zh) | 一种检测镇江香醋中添加合成醋酸的方法 | |
CN115856188A (zh) | 一种鉴别浓缩果蔬汁真伪的方法 | |
CN111257447B (zh) | 一种分析食品总糖中不可交换氢的稳定氢同位素比值的方法 | |
Akamatsu et al. | Carbon stable isotopic compositions of glucose and ethanol in sake after simultaneous saccharification and fermentation processes | |
CN111257449B (zh) | 醋类饮品中乙酸甲基位点的稳定氢同位素比值的测定方法 | |
CN112345680B (zh) | 一种同时检测灵芝中八个甾醇的方法 | |
CN114624317A (zh) | 一种基于直接进样质谱的定性和定量分析方法 |