Развитие метода интерпретации хроматограмм

Химия растительного сырья. 2001. №4. С. 77–82.
УДК 543.544.85:665.35
РАЗВИТИЕ МЕТОДА ИНТЕРПРЕТАЦИИ ХРОМАТОГРАММ
ПРИ ИДЕНТИФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ

О.Б. Рудаков
Воронежская государственная технологическая академия,
пр-т Революции 19, Воронеж, 394017 (Россия) e-mail: sertif@vgta.vrn.ru
Методом капиллярной газовой хроматографии определено содержание 6 высших жирных кислот в 20 видах
растительных масел. Рассмотрена возможность идентификации жировых продуктов по линиям трендов состава
жирных кислот.
В настоящее время в России производится более 2 млн т растительных масел и примерно столько же
импортируется. Для маслодельной отрасли пищевой промышленности являются актуальными вопросы
повышения качества продукции и совершенствования методов его контроля. Острота проблемы
обусловлена децентрализацией управления производством, возникновением мелких частных
производителей растительных масел, не уделяющих вопросам качества продукции должного внимания,
фальсифицирующих более дорогие виды растительного масла добавками дешевых жиров. С другой,
стороны при большом разнообразии отечественных и импортных продуктов отсутствует достоверная
информация о них.
С точки зрения аналитической химии актуальность рассматриваемой проблемы обусловлена
сложным и изменчивым составом растительных масел [1–4]. Целью данной работы являются
установление обобщенных идентификационных критериев для различных растительных масел с
использованием метода капиллярной газовой хроматографии и разработка на его основе качественной
экспрессной методики идентификации.
Под идентификацией, согласно международным стандартам ИСО серии 9000, понимается процедура,
позволяющая отличить данный объект от всех остальных.
Уже в классических работах по хроматографии приведены хроматограммы сливочного масла и
отмечено, что «для целей практического контроля не требуется такая хроматограмма, которая давала бы
возможность получить исчерпывающий химический анализ данного вещества. Достаточно получить
лишь такое разделение на компоненты, которое обеспечило бы точное опознавание данного вещества и
позволило обнаружить возможные фальсификации» [5]. Применимость индивидуальных свойств и
показателей состава жира как идентификационных критериев при установлении фальсификации
возможна только тогда, когда показатель свойств или состава жира существенно отличается от
аналогичного показателя в других жирах. При этом следует учитывать наличие определенных
диапазонов варьирования показателя, заданного с определенной вероятностью. Чем больше различие в
величине критерия и меньше вариативный диапазон, тем более предпочтителен данный показатель для
идентификации жирового продукта.
Различие в жирно-кислотном составе одного и того же вида масла может быть обусловлено
климатическими факторами, особенностями возделывания сельскохозяйственной культуры, ее сортом и
78
О.Б. РУДАКОВ
т.д. Например, горчичное и рапсовое масло имели ограничения для пищевого употребления, так как
включали в состав глицеридов вредную для сердца эруковую кислоту (С22:1). Благодаря селекции и
гибридизации в настоящее время широко внедрены сорта горчицы и рапса, масло которых не содержит
или содержит небольшое количество этой кислоты.
Дифференциация растительных жиров различного происхождения связана прежде всего с
определенным набором жирных кислот, входящих в их состав. Капиллярная газовая хроматография на
стандартных капиллярных колонках достоверно регистрирует в жирах до 35 кислот [6] в диапазоне
концентраций 0,1–100%. Для рутинных методик качественной идентификации нецелесообразно
производить исчерпывающий анализ жирно-кислотного состава масла. В унифицированном массовом
анализе также нежелательно искать специфические компоненты, присущие только отдельным видам
масла. На первичном экспрессном этапе контроля оптимальным решением является определение
содержания нескольких основных жирных кислот, информация о которых статистически достоверна. На
втором этапе, при выявлении отклонений от проверяемого стандарта, появляется необходимость
детализировать контроль. Рассмотрим в качестве идентификационных критериев натуральных
некомбинированных растительных масел содержание в них 6 высших жирных кислот, в массовых
процентах относительно суммарного содержания кислот:
1) масс. % миристиновой кислоты С14:0, К1;
2) масс. % пальмитиновой кислоты С16:0, К2;
3) масс. % стеариновой кислоты С18:0, К3;
4) масс. % олеиновой кислоты С18:1, К4;
5) масс. % линолевой кислоты С18:2, К5.
6) масс. % линоленовой кислоты С18:3, К6.
Данные по содержанию этих кислот в различных растительных маслах имеются в монографиях и
справочной литературе [1–4]. Надо отметить, что в этих данных имеются определенные разночтения.
Для нахождения наиболее широких естественных диапазонов колебаний массовых долей жирных кислот
эти данные обобщены в таблице таким образом, что в нее включены минимальные и максимальные
значения, приведенные в первоисточниках. Жирно-кислотный состав определяется, как правило,
газохроматографическим методом с использованием или насадочных, или капиллярных колонок.
Несмотря на общность метода, пробоподготовка и условия хроматографирования могут отличаться, по
известным причинам разнятся так или иначе анализируемые образцы масел. Все это и приводит к
разбросу данных. Для проверки используемой методики и межлабораторной повторяемости нами
проанализированы выборки из 10 различных партий рассматриваемых видов растительных масел.
Получены среднеарифметические величины X ± ( St / N ) , где S – стандартное отклонение средне–
арифметического, t = 2,262 при N = 10 и P = 0,95. Наши результаты находились или внутри ранее
найденных диапазонов, или ненамного отклонялись от них. Обнаруженные отклонения также учтены в
таблице при корректировке диапазонов концентраций кислот в сторону их уширения. Это сделано для
повышения достоверности заключения о том, что выход даже одного показателя за установленные в
качестве идентификационного критерия доверительные границы должен свидетельствовать о
фальсификации данного жира другим. В [7] обсуждается возможность использования в качестве
критериев натуральности молочных жиров не содержание конкретных кислот, а их соотношения. Такой
прием имеет ряд преимуществ, но и определенное неудобство. В случае, если содержание одной из
анализируемых кислот ничтожно мало, относительный критерий на ее основе находится с очень
большой погрешностью. По крайней мере, критерии натуральности молочного жира, разработанные в
[7], чувствительны к добавкам немолочных жиров, но неудобны при сопоставлении жирно-кислотных
составов и идентификации самих растительных масел.
РАЗВИТИЕ МЕТОДА ИНТЕРПРЕТАЦИИ ХРОМАТОГРАММ …
79
Капиллярную хроматографию образцов растительных масел проводили на хроматографе «Цвет-800»,
снабженном пламенно-ионизационным детектором. Кварцевая капиллярная колонка 50 м; неподвижная
фаза FFAP; газ-носитель гелий, расход 90 мл/мин; расход воздуха 210 мл/мин; расход водорода 32
мл/мин; программирование температуры: Т1 колонки 180ºС (600 с), скорость нагрева 2 град/мин; Т2
220ºС (3600 с), Т испарителя 250ºС; Т печи детектора 250ºС.
Подготовку образцов, в частности, превращение триглицеридов жирных кислот в этиловые эфиры
проводили по [8]. Пробу (2–3 капли) испытуемого жира растворяли в 1,9 мл гексана, вводили в раствор
0,1 мл свежеприготовленного раствора этилата натрия в абсолютном этаноле (2 моль/л). После
интенсивного перемешивания в течение 2 мин реакционную смесь отстаивали 5 мин и фильтровали
через бумажный фильтр, для анализа отбирали 1 мкл полученной смеси.
Расчеты концентраций выполняли методом внутренней нормализации, принимая поправочные
коэффициенты для всех компонентов смеси за единицу [9]. Хроматограммы получали и обрабатывали с
использованием прикладной программы ЦветХром v.1.1.20 [10].
Величины К1–К6, взятые в отдельности зачастую не характеристичны для жира. Например, следовые
количества или отсутствие миристиновой кислоты (К1=0) типичны для 75% растительных масел.
Величина К1>10 характерна только для кокосового и пальмоядрового масел. К2>20 наблюдается у 3
видов масла из 20, а у половины рассматриваемых масел К2 может быть ниже 5. Значения К3 обычно
невелики. Только масло какао содержит более 30% стеариновой кислоты. Критерий К4 наиболее
вариативный, содержание олеиновой кислоты в маслах обычно большое, только масла крестоцветных
культур (рапса, горчицы и сурепицы), содержащих много эруковой кислоты, и кокосового масла,
богатого лауриновой кислотой (до 52%), имеют пониженное содержание олеиновой кислоты. Критерий
К5 практически также лабилен, как и К6, линолевой кислотой богаты многие масла, в небольших
количествах она встречается только в отдельных случаях. Критерий К6 хорошо дополняет предыдущие
показатели. У одной трети масел линоленовой кислоты нет, у другой трети ее от 1 до нескольких
процентов, остальные масла могут содержать линоленовую кислоту более 10%, величина К6>40
характерна только для льняного масла.
Жирно-кислотный состав растительных масел, масс.%
К1
К2
С14:0
С16:0
Арахисовое
0–0,5
5–12
Горчичное (техн.)**
0–0,5
1–2
Какао
0
23–25
Каноловое
0–0,5
3–6
Кокосовое
10–20
5–17
Кукурузное
0
6–10
Конопляное
0
4–7
Кунжутное
0
6–9
Льняное
0
9–18
Маковое
0
2–6
Оливковое
0–1,5
6–16
Пальмоядровое
13–18
5–10
Пальмовое
0,5–3
30–50
Подсолнечное
0
3–7
Рапсовое (пищ.)*
0
2,5–6
Рапсовое (техн.)**
0
2–5
Соевое
0–0,5
2–12
Сурепное (техн.)**
0
1,5–3
Хлопковое
1,5–2,5
15–30
Шафрановое
0
3–5
*
Содержание эруковой кислоты в масле 0–5 масс.%
**
Содержание эруковой кислоты 45–55 масс.%
Масло
К3
С18:0
3–8
1–2
30–35
3–6
1–4
2–6
3–6
3–6
2–6
1–3
1–3,5
1–3
3–10
1–4
1–3
1–3
2–7,5
0–0,5
2–6
1–2
К4
С18:1
40–64
20–30
39–43
45–61
4–9
41–50
6–16
42–50
13–29
25–35
62–85
10–20
34–55
14–50
50–65
5–44
20–36
15–25
20–35
12–25
К5
С18:2
12–35
14–30
1,5–3
15–25
1–3
38–48
36–50
32–45
15–30
58–73
3–15
0,5–1,5
5–13
42–70
17–35
11–42
44–60
20–30
45–55
60–80
К6
С18:3
0
0–1
0
6–12
0
0–1
15–28
0
44–61
0
0
0
0–0,2
0
6–12
1–12
2–14
1–3
0–1
1–5
80
О.Б. РУДАКОВ
70
20
1)
%
2)
%
35
10
0
0
1
2
3 К 4
i
5
6
1
2
3 К 4
i
5
6
4)
%
60
75
3)
%
50
40
25
20
*
0
0
1
2
3 К 4
i
5
1
6
2
3
Кi
4
5
60
6
6)
%
20
5)
%
45
15
30
10
15
5
0
0
1
2
3 К 4
i
5
6
1
2
3 К 4
i
5
6
Линии минимального и максимального трендов для критериев К1–К6 растительных масел: 1)
арахисовое; 2) кокосовое; 3) льняное; 4) оливковое (* – оливковое с добавкой 24% подсолнечного масла);
5) пальмоядровое; 6) пальмовое
РАЗВИТИЕ МЕТОДА ИНТЕРПРЕТАЦИИ ХРОМАТОГРАММ …
81
Таким образом, рассмотренные критерии показывают большую или меньшую чувствительность к
сорту растительного масла, но только при совокупном использовании пригодны для идентификации.
Однако сопоставлять диапазоны табличных значений со значениями проанализированного образца –
процедура, утомительная для оператора. Рассмотрим графический способ идентификации по линиям
максимального и минимального трендов для данных о количественном содержании 6 важнейших
жирных кислот, входящих в состав растительных масел. Линии тренда – это графическое представление
тренда (тенденции или направления) изменения данных в анализируемом ряде данных. Линии тренда
используются при прогнозировании и регрессионном анализе. Поместив данные в табличный процессор
MS Excel 2000, построим стандартные диаграммы, в которых на оси категорий Х откладываются
критерии К1–К6 в порядке возрастания индекса (1, 2, 3…), а на оси Y отложим минимальное и
максимальное значения для этих критериев. Соединим эти значения последовательно линиями
минимального и максимального тренда. В результате получим характерный только для данного масла
профиль коридора допустимых линий тренда, соединяющих значения К1-К6. Наложение линии тренда
анализируемой пробы на стандартную диаграмму наглядно покажет, соответствует или нет проба
стандарту. Если линия тренда не попадает в коридор допустимых значений, следует вывод о
фальсификации продукта и необходимости оценки других показателей (содержания других кислот,
определение иодного числа, числа омыления и т.д.). На рисунке приведены стандартные диаграммы для
некоторых растительных масел, построенные по нашим данным (см. таблицу). Стандартная диаграмма
оливкового масла наложена на диаграмму оливкового масла с добавкой 24% подсолнечного масла.
Сопоставление диаграммы пробы со стандартными диаграммами позволяет судить не только о факте
фальсификации, но и делать предположение о том, какой вид масла использован в качестве эрзаца.
Количественная обработка хроматограмм программой ЦветХром v.1.1.20 и передача данных в
табличный процессор MS Excel 2000 для их последующего преобразования в диаграммы – процедура,
легко поддающаяся автоматизации. В случае необходимости после дополнительной калибровки можно
оценить и количество фальсифицирующей добавки. Учитывая многокомпонентность и вариативность
жирно-кислотного состава основного компонента и фальсифицирующей примеси, оценку ее количества
также целесообразно проводить по линиям тренда К1–К6, построенных для нескольких концентраций
добавки. Если добавка существенно отличается от основного компонента по содержанию миристиновой
или линоленовой кислот, тогда предел ее обнаружения может составить, по нашим оценкам, 0,5–2%, в
других случаях обнаруживается 5–15% примеси.
Таким образом, определение содержания 6 высших жирных кислот позволяет оценить качество
растительного масла, обнаружить факт фальсификации, а предложенный графический способ
интерпретации данных облегчает процедуру качественной идентификации. Анализ данных по линиям
трендов нескольких компонентов сложной смеси вносит определенный вклад в развитие методов
интерпретации хроматограмм сложных смесей.
Автор выражает благодарность доценту кафедры органической химии ВГТА М.П. Алексюку за
практическую помощь в подготовке проб для хроматографического анализа.
Список литературы
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Baltes W. Lebensmittelchemie. 4 Aufl. Berlin, Heidelberg, New York, 1995. 474 p.
Химическая энциклопедия. Т. 2. М., 1990. 671 с.
Краткая химическая энциклопедия. Т. 2. М., 1963. 1086 с.
Технология переработки жиров / Под ред. Н.С.Арутюняна. М., 1998. 452 с.
Цвет М.С. Хроматографический адсорбционный анализ. Избранные работы. Л., 1946. 274 c.
Яковлев В.С., Куликовская Т.С., Крапивкин Б.А. Газохроматографический анализ жирно-кислотного состава
сливочного масла // Молочная промышленность. 2000. №1. С. 39–43.
82
О.Б. РУДАКОВ
7.
Панов В.П., Смурыгина Н.В., Краюшкина И.В., Гордеева Е.Ю. и др. Критерии натуральности молочного жира /
Труды Всеросс. НИИ маслоделия и сыроделия РАСХН. Углич, 1997. Вып. 60. С. 60–66.
8. ГОСТ 30418-96. Масла растительные. Метод определения жирно-кислотного состава.
9. ГОСТ Р 51483-99. Масла растительные и жиры животные. Определение методом газовой хроматографии
массовой доли метиловых эфиров индивидуальных жирных кислот к их сумме.
10. Столяров Б.В., Савинов И.М., Витенберг А.Г. и др. Практическая газовая и жидкостная хроматография. СПб.,
1998. 612 с.
Поступило в редакцию 20 августа 2001 г.