СПОСОБ АНАЛИЗА ВИНОДЕЛЬЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ Российский патент 2014 года по МПК G01N33/14 

Изобретение относится к виноделию, а именно к способам исследования летучих органических соединений коньячной продукции.

Основным способом для анализа летучих органических соединений в настоящее время является газовая хроматография [1-6]. При использовании газовой хроматографии, как и любого современного инструментального метода, очень важна пробоподготовка. Варианты пробоподготовки коньячной продукции к газохроматографическому анализу:

1. Простая перегонка: получение дистиллята коньячной продукции.

2. Экстракция смесью гексан-диэтиловый эфир (1:2). Она дает возможность извлечь органические соединения из коньячной продукции для последующего анализа [7].

3. Разбавление образца насыщенным раствором сульфата аммония и экстракция органическим растворителем. Такая пробоподготовка дает возможность избавить образец от значительных количеств спирта и воды, но при этом приводит к потере части полярных соединений [8-10].

4. Подщелачивание образца до рН 8,5 с последующей промывкой диэтиловым эфиром для анализа органических кислот. После чего водную фракцию подкисляют (рН<2) и загружают в колонку с хромосорбом, промывая ее диэтиловым эфиром с использованием твердофазного экстрактора. Элюат затем выпаривается в токе азота, подвергается силилированию с использованием MTBSTFA (N-(трет-бутил-диметил-силил)-2,2,2-трифлуоро-N-метилацетамид) и анализируется газохроматографическим методом [11]. Такая пробоподготовка достаточно сложна и за счет многостадийности возможны потери. Кроме того, не все летучие органические соединения возможно подвергнуть силилированию.

5. Хромадистилляция - для концентрирования минорных компонентов используется перегонка, осуществляемая в хроматографических условиях и происходящая на поверхности инертных стеклянных шариков, которыми заполнена хромадистилляционная предколонка [12]. Устройство такой колонки достаточно сложное, этот способ схож с простой перегонкой.

6. Анализ паровой фазы: анализ наджидкостного пространства, находящегося в равновесии с составом жидкого образца в замкнутой системе. Этот метод отбора паровой фазы иногда называют «электронным носом», для этого метода существуют парофазные приставки к газовым хроматографам [13-15].

7. Концентрирование и разделение летучих компонентов с использованием силикагеля или препаративной хроматографии с предварительной экстракцией летучих компонентов дихлорметаном [16]. Такая пробоподготовка ведет к частичной потере определенных классов соединений из-за свойств используемого растворителя.

8. Система электронного носа с пьезосенсорами. Это вариант прямого электрохимического детектирования компонентов, который в силу селективости детектора, не всегда адекватно отражает аромат продукта [17].

9. Использование твердофазной микроэкстракции для изучения летучих органических соединений [18, 19]. Недостатком этого метода является высокая селективность сорбентов, используемых для твердофазной микроэкстрации.

Наиболее перспективным способом анализа является газовая хроматография в сочетании с пробоподготовкой. Для нее можно использовать метод простой перегонки (неоспоримым преимуществом которого является его простота), метод анализа паровой фазы (как метод частично ориентированные на анализ соединений, участвующих в формировании запаха). Оба эти метода позволяют проводить анализ летучих органических соединений коньячной продукции независимо от классов летучих соединений.

В качестве прототипа изобретения выбран способ анализа с использованием простой перегонки для пробоподготовки образца.

Установка для простой перегонки схематично изображена на фиг.1.

На фиг.1 элементом 1 обозначена круглодонная перегонная колба, в которую наливают определенный объем коньяка. Круглодонную перегонную колбу (элемент 1 на фиг.1) помещают ее на кипящую водяную баню, обозначенную элементом 2 на фиг.1. Подсоединяют к круглодонной перегонной колбе (элемент 1 на фиг.1) холодильник, обозначенный элементом 3 на фиг.1. Холодильник (элемент 3 на фиг.1) соединен аллонжем, обозначенным элементом 4 на фиг.1, с приемной виалой, обозначенной элементом 5 на фиг.1. Виала (элемент 5 на фиг.1) помещена в емкость со льдом, обозначенную элементом 6 на фиг.1. Температура кипения в круглодонной перегонной колбе (элемент 1 на фиг.1) не превышает 100°С. Летучие вещества, интенсивно выделяющиеся при кипении, охлаждаются в холодильнике и собираются в приемной виале. Процесс перегонки длится менее получаса.

Достоинствами способа являются его простота, дешевизна, быстрота. К недостаткам можно отнести неполное извлечение летучих веществ из образца, так как не все летучие вещества, даже форме азеотропов с этиловым спиртом, имеют температуру кипения ниже 100°С. Нагревание до больших температур невозможно, так как будет происходить частичная карамелизация соединений (например, сахаров).

Задачей изобретения является создание способа анализа винодельческой продукции винодельческой продукции, позволяющего при ее анализе с большей достоверностью определить летучие органические соединения в таком количестве и пропорции, которое отражает характеристики аромата исследуемого образца.

Описание изобретения.

Поставленная задача решается предлагаемым способом анализа в сочетании с пробоподготовкой, заключающимся в криоконцентрации летучих органических соединений.

Способ осуществляют следующим образом: инертный газ (например, азот) проходит через барботер с образцом винодельческой продукции и увлекает за собой летучие вещества, находящиеся как в самом образце, так и, преимущественно, вещества, находящиеся в паровой фазе над образцом, переносит их в ловушку, в которой происходит моментальная криоконденсация и концентрирование. После определенного времени ловушка со сконцентрированными летучими веществами размораживается при комнатной температуре естественным путем и проводится хроматографический анализ полученного экстракта.

Преимуществами такого способа анализа являются простота и доступность способа, хорошая воспроизводимость результатов, исключение внесения дополнительных веществ (например дихлорметана или гексана, необходимых для проведения экстракции другими методами).

Способ оценки содержания летучих компонентов с использованием криоконденсации и одновременной концентрации позволяет преимущественно сконцентрировать летучие компоненты, непосредственно участвующие в создании запаха коньяка. Отгонка компонентов происходит не за счет их температуры кипения, а за счет продувки барботера с образцом инертным газом. При этом на образец не оказывают воздействие высокие температуры, что может привести к трансформации летучих органических соединений.

Летучие вещества в барботере с образцом находятся в равновесном состоянии между газовой фазой и водно-спиртовой фазой образца. Поток газа позволяет, в основном, перенести в ловушку летучие вещества из газовой фазы (которые как раз и обуславливают аромат винодельческой продукции). При этом нарушается равновесие между фазами и из жидкой фазы в газовую поступает «новая порция» летучих веществ. За счет того, что процесс длится 1,5 ч, количество и пропорция летучих веществ, сконцентрированных в ловушке, адекватно отражают аромат исследуемой винодельческой продукции.

Примеры

Анализа винодельческой продукции проводили по разработанному оригинальному способу, система для работы которого представлена на фиг.2.

На фиг.2 элементом 7 обозначен барботер, в который отбирается образец винодельческой продукции в количестве 30 см³. Азот марки ОСЧ из баллона, обозначенного элементом 8 на фиг.2, подавали через блок контроля расхода газа, обозначенный 9 на фиг.2 (расход газа составляет около 50 см³/мин), в барботер (элемент 7 на фиг.2). Барботер (элемент 7 на фиг.2) термостатируется при 25°С в термостате, обозначенным элементом 10 на фиг.2. Для удаления излишков воды использовали трубку, обозначенную элементом 11 на фиг.2, которую предварительно заполняли прокаленным хлоридом кальция. Конденсация летучих компонентов происходила в поглотителе Рихтера, обозначенным элементом 12 на фиг.2, погруженным для охлаждения в сосуд с жидким азотом, обозначенный элементом 13 на фиг.2. Длительность процесса - 1,5 ч. За это время азот, проходящий через барботер (элемент 7 на фиг.2) с исследуемым образцом, обогащается его летучими компонентами, и, попадая в поглотитель Рихтера (элемент 12 на фиг.2), эти летучие компоненты конденсируются.

После окончания процесса поглотитель Рихтера (элемент 12 на фиг.2) вынимают из емкости с жидким азотом (элемент 13 на фиг.2) и нагревают до комнатной температуры естественным путем, после чего полученную жидкость отбирают в виалу для последующего хроматографического анализа.

Анализ образцов коньячной продукции для идентификации индивидуальных летучих соединений проводили с использованием описанного способа пробоподготовки и последующей хроматографированием при указанных условиях.

Хроматографическое разделение проводили на хроматографе Shimadzu GC 2010 с масс-детектором GCMS-QP 2010 на колонке MDN-1 (твердосвязанный метилсиликон длина 30 м, диаметр 0,25 мм) в режиме градиента температур при следующих рабочих параметрах: температура инжектора 200°С, интерфейса 210°С, детектора 200°С. Газ-носитель - гелий. Поток через колонку 2 см³/мин, деление потока 1:2. Параметры масс-детектора: режим регистрации - TIC, диапазон масс 45 - 400 масс/заряд. Время анализа 20 минут.

Примеры полученных результатов с использованием в качестве способов пробоподготовки прототипа изобретения (метод простой перегонки) и самого изобретения.

На фиг.3 и фиг.4 представлены хроматограммы экстрактов из образцов коньячной продукции №1 и №2, подготовленными к хроматографированию методом простой перегонки - прототипа (красные линии) и методом с криоконцентрацией - изобретения (синие линии).

Расшифровка пиков к хроматограммам приведена в таблицах 1 и 2 для образцов №1 и 2 соответственно.

Таблица 1 Расшифровка хроматограмм экстрактов образца №1   Прототип Изобретение   Площадь пика Площадь пика, % Площадь пика Площадь пика, % 1-Бутанол, 3-метил- 19481169 46,32     Бутановая кислота, этиловый эфир 5258630 12,50 5282628 7,10 Пропановая кислота, 2-гидрокси-, этиловый эфир 1059852 2,52 2331860 3,14 Фурфурол 3383086 8,04 4991280 6,71 Бутановая кислота, 3-метил-, этиловый эфир 2734337 6,50 2431860 3,27 1-Гексанол 2250939 5,35   0,00 Пропан, 1,1-диэтокси-2-метил-     590791 0,79 Уксусная кислота, пентиловый эфир     3288886 4,42 Пентановая кислота, этиловый эфир     2343718 3,15 Этилортоформиат 573119 1,36 2758764 3,71 Бензальдегид     813309 1,09 Бутан, 1,1-диэтокси-3-метил-     1723720 2,32 Пентан, 1-(1-этоксиэтокси)-     2582741 3,47 Гексановая кислота, этиловый эфир 1055736 2,51 8682223 11,68 п-Пентилацетофенон     696629 0,94 2-Фуранкарбоновая кислота, этиловый эфир     110114 0,15 Пропановая кислота, 2-метил-, 3-метилбутиловый эфир     57350 0,08 2-Фурфурол, диэтилацеталь     323646 0,44 Пропан, 1,1,3-триэтокси-     233119 0,31 2-Нонанон     71780 0,10 Гептановая кислота, этиловый эфир     263890 0,35 Гексан, 1,1-диэтокси-     117045 0,16 Бензойная кислота, этиловый эфир     143805 0,19 Бутандиовая кислота, диэтиловый эфир     106101 0,14 Метилсалицилат     154340 0,21 Октановая кислота, этиловый эфир 2577714 6,13 18776502 25,25 Нонановая кислота, этиловый эфир     184559 0,25 Лактозид ванилина     10407 0,01 Декановая кислота, этиловый эфир 1573365 3,74 10109143 13,60 Фенол, 2,6-ди(1,1-диметилэтил)-4-метил-     86053 0,12 Додекановая кислота, этиловый эфир 487601 1,16 1329294 1,79 Фенол, 2,4,6-три(1,1-диметилэтил)-     169093 0,23 Дибутилфталат     548911 0,74 Тетрадекановая кислота, этиловый эфир 94402 0,22   0,00 Гексадекановая кислота 635520 1,51 418827 0,56 Гексадекановая кислота, этиловый эфир 555903 1,32 199065 0,27 Диизооктилфталат     2106808 2,83 Октадекановая кислота     100896 0,14 Олеиновая кислота     75759 0,10 Олеиновая кислота, этиловый эфир     57585 0,08 Октадекановая кислота, этиловый эфир 334423 0,80 80520 0,11

Таблица 2 Расшифровка хроматограмм экстрактов образца №2   Прототип Изобретение   Площадь пика Площадь пика, % Площадь пика Площадь пика, % Бутановая кислота, этиловый эфир     5746963 9,05 Пропановая кислота, 2-гидрокси-, этиловый эфир 2558844 18,96 2102635 3,31 Фурфурол     4027090 6,34 1- Гексанол 1031555 7,64     Бутановая кислота, 3- метил -, этиловый эфир 387614 2,87 978539 1,54 Пропан, 1,1- диэтокси -2- метил -     743068 1,17 Уксусная кислота, пентиловый эфир     2000907 3,15 Пентановая кислота, этиловый эфир 447883 3,32 1421070 2,24 Этилортоформиат 619267 4,59 3872867 6,1 Бензальдегид     1038224 1,63 Бутан, 1,1-диэтокси-3-метил-     581564 0,92 Пентан, 1-(1-этоксиэтокси)-     1566859 2,47 Гексановая кислота, этиловый эфир 837622 6,21 5207687 8,2 2-Фуранкарбоновая кислота, этиловый эфир     121053 0,19 Пропановая кислота, 2-метил-, 3-метилбутиловый эфир     129805 0,2 2-Фурфурол, диэтилацеталь     76847 0,12 Пропан, 1,1,3-триэтокси- 206690 1,53 1263858 1,99 2-Нонанон     70500 0,11 Гептановая кислота, этиловый эфир     207023 0,33 Гексан, 1,1-диэтокси-     186504 0,29 Бензойная кислота, этиловый эфир     75214 0,12 Бутандиовая кислота, диэтиловый эфир 224333 1,66 139348 0,22 Октановая кислота 52108 0,39     Метилсалицилат     257047 0,4 Октановая кислота, этиловый эфир 2437842 18,06 1859747 8 29,3 Нонановая кислота, этиловый эфир 28092 0,21 149128 0,23 3-Гексенон-2     96208 0,15 Декановая кислота 47878 0,35     Этил 9-деценоат 27722 0,21 134132 0,21 Декановая кислота, этиловый эфир 1735224 12,86 10246604 16,13 Октановая кислота, 3-метилбутиловый эфир     28709 0,05 Фенол, 2,6-ди(1,1-диметилэтил)-4-метил-     344341 0,54 Ментил изовалериат     30106 0,05 Додекановая кислота, этиловый эфир 565645 4,19 1012280 1,59 Фенол, 2,4,6-три(1,1-диметилэтил)- 53257 0,39 647261 1,02 Тетрадекановая кислота 150882 1,12     Гексадекановая кислота 384203 2,85     Гексадекановая кислота, метиловый эфир     70913 0,11 Дибутилфталат 125987 0,93 64002 0,1 Этил 9-гексадеценоат 188632 1,40     Гексадекановая кислота, этиловый эфир 555897 4,12 56735 0,09 Диизооктилфталат 71186 0,53 151691 0,24 Октадекановая кислота, метиловый эфир     34504 0,05 Линолевая кислота, этиловый эфир 408119 3,02     9-Октадеценовая кислота, этиловый эфир 256149 1,90     Октадекановая кислота, этиловый эфир 95668 0,71 30921 0,05

Для первого образца продукции с использованием изобретенного способа анализа удалось обнаружить и установить количества не только веществ, участвующих в формировании аромата продукта (например, этиловые эфиры жирных кислот, бензальдегид), но и веществ, подтверждающих подлинность образца (диэтиловый эфир бутандиовой кислоты - наличие этого вещества свидетельствует о том, что использованный этиловый спирт получен из виноградного сырья).

Во втором образце изобретенный способ анализа позволил выделить вещества, непосредственно участвующие в формировании аромата: при использовании прототипа в качестве способа пробоподготовки образца винодельческой продукции в экстракт попали неэтилированные жирные кислоты (октановая, декановая, тетрадекановая и гексадекановая), которые не вносят существенного вклада в аромат. Эти соединения отсутствуют в экстрате, полученном при использовании изобретения в качестве способа анализа, зато имеется ряд других соединений, формирующих запах продукта.

Таким образом, изобретенный способ анализа позволяет извлечь из образца коньячной продукции как большее число компонентов, так и количество этих компонентов существенно выше, чем при использовании метода простой перегонки. В отличие от метода простой перегонки изобретенный способ позволяет экстрагировать минорные компоненты, участвующие в формировании аромата коньяка.

Литература:

1. Ledauphin J.r.m., Le Milbeau С., Barillier D., Hennequin D. Differences in the Volatile Compositions of French Labeled Brandies (Armagnac, Calvados, Cognac, and Mirabelle) Using GC-MS and PLS- DA // Journal of Agricultural and Food Chemistry - 2010. - №58 - С.7782-7793.

2. Ferrari G., Lablanquie O., Cantagrel R., Ledauphin J., Payot Т., FournierN., Guichard E. Determination of Key Odorant Compounds in Freshly Distilled Cognac Using GC-O, GC-MS, and Sensory Evaluation // J. Agric. Food Chem.- 2004. - №52.- С 5670-5676.

3. Водорев М.М., Субботин B.C. Хроматографический анализ ароматических кислот и альдегидов в винах // Виноделие и виноградарство.- 2001. - №1. - С.19-21.

4. Гаврилина В.А., Мальцева О.И., Сычев С.Н. Экспресс-анализ вина // Напитки.- 2004. - №июнь-июль.- С.94.

5. Zhao Y., Xu Y., Li J., Fan W., Jiang W. Profile of Volatile Compounds in 11 Brandies by Headspace Solid-Phase Microextraction Followed by Gas Chromatography-Mass Spectrometry // Journal of Food Science. - 2009. - №74. - С.С90-С99.

6. Madrera R.R., Gomis D.B., Mangas Alonso J.J. Influence of Distillation System, Oak Wood Type, and Aging Time on Volatile Compounds of Cider Brandy // J. Agric. Food Chem. - 2003. - №51. - C.5709-5714.

7. Савчук С.А., Власов В.Н. Идентификация винодельческой продукции методами высокоэффективной хроматографии и спектрометрии // Виноделие и виноградарство. - 2000. - №5. - С.5-13.

8. Власов В.Н., Маруженков Д.С. Анализ качества бренди из винограда методом хромато-масс-спектрометрии // Виноделие и виноградарство. - 1999. - №1. - С.28-31.

9. Лещев С.М., Заяц М.Ф., Юрченко Р.А., Винарский В.А. Разработка и применение экстракционной пробоподготовки при хромато- масс-спектрометрическом исследовании коньячной продукции // Журнал аналитической химии. - 2008. - №63(7). - С.690-697.

10. Leschchev S.M., Zayts M.F., Yurchenko R.A., Vinarskii V.A. Development and Use of Extraction Sample Preparation in the Chromatographic-Mass Spectrometric Studies of Cognac Products // J. ananytical chemistry. - 2007. - №63(7). - С.629-636.

11. Park Y.J., Kim K.R., Kim J.H. Gas chromatographic organic acid profiling analysis of brandies and whiskeys for pattern recognition analysis // J. Agric. Food Chem. - 1999. - №47- С.2322-2326.

12. Черняга B.C., Шатиришвили И.Ш., Шатиришвили Ш.И., Бериашвили К.И. Комплекс хроматографических методов контроля качества винодельческой продукции // Технология переработки сельскохозяйственных продуктов. - 2006. - №4(1). - С.120-127.

13. Marti M.P., Pino J., Boque R., Busto O., Guasch J. Determination of ageing time of spirits in oak barrels using a headspace-mass spectrometry (HS-MS) electronic nose system and multivariate calibration // Anal. Bioanal. Chem.- 2005. - №382.- С 440-443.

14. Panossian A., Mamikonyan G., Torosyan M., Gabrielyan E., Mkhitaryan S., Tirakyan M., Ovanesyan A. Determination of the Composition of Volatiles in Cognac (Brandy) by Headspace Gas Chromatography-Mass Spectrometry // J. ananytical chemistry. - 2001. - №56(10). - С.945-952.

15. Chatonnet P., Cutzach I., Pons M., Dubourdieu D. Monitoring toasting intensity of barrels by chromatographic analysis of volatile compounds from toasted oak wood // J. Agric. Food Chem.- 1999. - №47. - С.4310-4318.

16. Ledauphin J., Saint-Clair J.F., Lablanquie O., Guichard H., Founier N., Guichard E., Barillier D. Identification of trace volatile compounds in freshly distilled Calvados and Cognac using preparative separations coupled with gas chromatography-mass spectrometry // J. Agric. Food Chem. - 2004. - №52. - С.5124-5134.

17. Кучменко Т.А., Кочетова Ж.Ю., Федорова Е.В., Бондарева Л.П., Шлык Ю.К., Коренман Я.И. Установление грубой фальсификации коньяка с применением матрицы пьезосенсоров // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2003. - №1. - С.66-69.

18. Watts V.A., Butzke С., Boulton R.B. Study of Aged Cognac Using Solid-Phase Microextraction and Partial Least-Squares Regression // J. Agric. Food Chem. - 2003. - №51. - С.7738-7742.

19. Ebeler S.E., Terrien M.B., Butzke C.E. Analysis of brandy aroma by solid-phase microextraction and liquid-liquid extraction // Journal of the Science of Food and Agriculture. - 2000. - №80. - С.625-630.

20. Schreier P., Drawert F., Winkler F. Composition of neutral volatile constituents in grape brandies // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 1979. - №27. - С.365-372.

21. Муратшин A.M., Нигматуллин А.Т., Шмаков B.C., Галкин Е.Г., Савлучинская Т.Р., Толстиков А.Г. Хромато-масс-спектрометрическое определение природы этанола // Пробл.идентификации алкогольсодержащей продукции. Сборник трудов. - 2001. - №1. - С.92-109.

Изобретение относится к виноделию, применительно к исследованию летучих органических соединений коньячной продукции. Способ предусматривает отгонку летучих веществ, преимущественно находящихся в газовой фазе и обуславливающих аромат продукции, с последующим их определением методом газовой хроматографии с масс-детектором, причем отгонку летучих веществ осуществляют при помощи инертного газа азота ОСЧ как газа-носителя с расходом 50 см³/мин с последующей криоконденсацией летучих компонентов в ловушке, без использования и внесения дополнительных химических веществ и воздействия температур. Достигается повышение достоверности и надежности анализа. 2 пр., 2 табл., 4 ил.

Способ анализа винодельческой продукции, предусматривающий отгонку летучих веществ, преимущественно находящихся в газовой фазе и обуславливающих аромат продукции, с последующим их определением методом газовой хроматографии с масс-детектором, отличающийся тем, что отгонку летучих веществ осуществляют при помощи инертного газа азота ОСЧ как газа-носителя с расходом 50 см³/мин с последующей криоконденсацией летучих компонентов в ловушке без использования и внесения дополнительных химических веществ и воздействия температур.