ȘTIAȚI CĂ ZAHĂRUL SE GĂSESTE  ÎN APROAPE ORICE?

Exemple de aplicații de cromatografie ionică pentru testarea zahărului în alimente și analize de mediu.

De Christian Emmenegger, * Matthias Nold și Daniel Weibel. **

New Food | Supliment, note de aplicare 2020 | Volumul 23, numărul 06. newfoodmagazine.com.

CARBOHIDRAȚII constituie cea mai mare parte a biomasei de pe Pământ. Aceștia sunt produși prin fotosinteză și sunt prezenti în toate plantele și materiile pe bază de plante.

Cantitatea și compoziția de carbohidrați dintr-o probă pot dezvălui o serie de informații, în funcție de context. Ca urmare, acestea sunt supuse analizei în diferite industrii. În acest articol, demonstrăm modul în care cromatografia ionică este adecvată ca tehnică analitică pentru analiza zahărului.

Toate soluțiile standard utilizate pentru aceste aplicații sunt disponibile de la SigmaAldrich.com/ic; https://www.sigmaaldrich.com/european-export.html.

Carbohidrații sunt peste tot

În industria alimentară, conținutul de carbohidrați și zahăr se remarcă prin faptul că sunt factori cheie în determinarea valorii nutriționale a alimentelor și băuturilor.

În analiza de mediu - pentru a menționa doar un exemplu – anhidrozaharul levoglucosan, care este produs prin piroliza celulozei și acționează ca un trasor pentru arderea biomasei, este determinat în aerosoli. Acestea sunt doar două dintre numeroasele aplicații ale analizei carbohidraților.

Carbohidrații sunt compuși din una sau mai multe unități monozaharidice, fiecare dintre acestea având o grupare carbonil (aldehidă sau cetonă) și mai multe grupări hidroxil.

Deoarece mono-, di- și oligozaharidele sunt solubile în apă, cromatografia ionică, care se realizează în faza apoasă, este deosebit de potrivită pentru analiza lor. Nu necesită extragerea în faza organică; astfel, determinarea poate fi efectuată direct. Cu toate acestea, este necesară o coloană de mare capacitate, deoarece zaharurile sunt molecule relativ mari, care sunt, în multe cazuri, similare ca structură (de exemplu, glucoză și galactoză (Figura 1)).

 Figura 1 Formule structurale , glucoză și galactoză. Moleculele diferă doar în poziția grupului OH la atomul C4 (evidențiat cu un asterisc).

Zaharurile din alimente

Începand cu luna decembrie a anului 2016, Uniunea Europeană (UE) impune indicarea valorilor nutriționale pentru toate produsele alimentare, cu excepția produselor neprelucrate și a produselor vândute în vrac (Regulamentul nr. 1924/2006). Practica deja stabilită (adică indicarea puterii calorice și a anumitor nutrienți, inclusiv zahărul și carbohidrații) devine obligatorie. Împreună cu amidonul, care este un polimer al glucozei, glucidele utilizabile găsite în produsele alimentare sunt în mare parte sub formă de zaharuri. Conform definiției UE, aceasta include toate mono- și di-zaharidele, cu excepția alcoolilor polivalenți. Majoritatea zaharurilor din produsele alimentare sunt alcătuite din următoarele monozaharide: glucoză, fructoză, galactoză, precum și dizaharidele  zaharoză, lactoză și maltoză.

Analiza sucului de mere

Cromatograma din Figura 2 a fost luată după injectarea sucului de mere, care a fost diluat (1: 1000) cu apă ultra-pură. În afară de aceasta, nu a fost necesară pregătirea probei. Eluantul alcalin (100mM hidroxid de sodiu / 10mM acetat de sodiu, nr. De Cat. 78348) asigură faptul că zaharurile sunt prezente sub formă disociată (ca anioni) și, prin urmare, pot fi separate în coloană folosind schimbătorul de ioni.

 Figura 2 .  Determinarea glucozei, fructozei și zaharozei în sucul de mere. Cu excepția simplei diluări, nu este necesară pregătirea probei.

 Deoarece glucidele sunt active electrochimic, ele pot fi detectate amperometric. În timpul detectării amperometrice, analiții sunt oxidați la un electrod de lucru prin aplicarea unui potențial acestuia din urmă. Acest lucru duce la un curent electric care dezvăluie concentrația. Cu timpul, totuși, carbohidrații formează depozite pe electrodul de lucru atunci când se aplică un potențial continuu.

Prin urmare, detectorul amperometric este acționat în modul PAD (detectare amperometrică pulsată / pulsed amperometric detection).Aici, un potențial ciclic în trei trepte asigură că, după măsurarea curentului (adică, după etapa de determinare), electrodul este curățat de moleculele absorbite și în cele din urmă condiționat.

Lactoza reziduală în produsele „fără lactoză”

O parte esențială a controlului calității produselor care declară că sunt fără lactoză este determinarea lactozei reziduale.

Cromatograma ionică din Figura 3 ilustrează determinarea lactozei în laptele fără lactoză, la care s-au adăugat 100 mg / L lactoză. Din nou, separarea are loc în condiții puternic alcaline (eluant de 5 mM hidroxid de sodiu / 2 mM acetat de sodiu) și analitul este detectat prin amperometrie pulsată.

Figura 3 Determinarea urmelor de lactoză în laptele declarat fără lactoză, cu vârf de 100 mg / L lactoză

Concentrațiile mari de galactoză și glucoză ilustrate în cromatogramă sunt rezultatul descompunerii enzimatice a lactozei în acești constituenți foarte monozaharidici (Figura 4).

Figura 4 Lactoza este compusă din monozaharidele galactoză și glucoză. Hidroliza lactozei ilustrată aici este catalizată de enzima lactază.

Datorită matricei sale bogate în proteine, laptele trebuie să facă dializă înainte de a fi analizat cu Metrohm Inline Sample Preparation. Acesta este un proces complet automatizat și, prin urmare, nu implică niciun efort suplimentar.

Carbohidrații ca trasori în analiza mediului

Valorile limită fine ale prafului, care sunt utilizate ca măsuri de protecție a sănătății, sunt încălcate în mod regulat în multe locuri. În ceea ce privește principalul vinovat, suspecții obișnuiți sunt traficul și industria, dar și arderea rezidențială a lemnului utilizată pentru încălzire a fost, de asemenea, legată de valori ridicate ale prafului fin. Trasorul levoglucosan (Figura 5) este adesea determinat pentru a detecta arderea lemnului.

Figura 5 Levoglucozanul (1,6-anhidro-β-D-glucopiranoză) este produs în piroliza celulozei și, prin urmare, este utilizat în mod obișnuit ca indicator pentru arderea biomasei.

În Figura 6 este prezentată determinarea unei soluții standard, în care levoglucosan, mannosan și galactosan - toate produsele de ardere a lemnului - au fost analizate, la fel ca mai multe zaharuri biologice, alcooli etc., care se găsesc de obicei pe particulele de aerosoli. Coloana de mare capacitate realizează o separare bună a tuturor substanțelor, care apoi pot fi determinate printr-o singură analiză.

Figura 6. Determinarea indicatorilor pentru arderea lemnului (levoglucosan, mannosan și galactosan) și a zaharurilor biologice și a alcoolilor, care se găsesc în aerosoli precum polenul.

Noua „coloană cu carbohidrați”.

În plus față de analiza carbohidraților, Metrosep Carb 2 este potrivit și pentru determinări în probe cu conținut ridicat de sare în care coloanele cu capacitate mai mică nu reușesc, de exemplu, apa de mare.

Pentru cele mai bune performanțe, am dezvoltat eluentul IC alcalin (Nr. Cat. 78348) pentru coloana Metrosep Carb 2. De asemenea, oferim o gamă reprezentativă de soluții de materiale de referință certificate pentru carbohidrați (CRM) pentru IC.

  ……………..

Articol publicat inițial în Journalix Reporter Journal. Are You Made of Sugar? - New Food Magazine

Referințe

1. Ebermann, R., Elmadfa, I. (2008): Lehrbuch Lebensmittelchemie und Ernährung. Viena: Springer Verlag
2. Metrohm Homepage Căutare aplicații: «Analiza IC-amperometrică a zahărului în suc de mere în conformitate cu regulamentul UE 1169/2011». Adus pe 17 ianuarie 2019 de pe: www.metrohm.com
3. Metrohm Homepage Căutare aplicații: «Reziduuri de lactoză în lapte" fără lactoză ". Adus la 17 ianuarie 2019 de pe: www.metrohm.com
4. Institutul Federal German pentru Evaluarea Riscurilor (2015): «Analyze des quantitativen Einflusses der Holzverbrennung auf die Feinstaubkonzentration in Berlin und Brandenburg anhand des Tracers Levoglucosan (Levoglucosan)». Adus pe 18 mai 2015 de pe: www.bfr.bund.de
5. Metrohm Homepage Finder Application: «Anhidrosugari pe lângă alcooli de zahăr și zaharuri din eșantionarea filtrelor de aer». Adus pe 17 ianuarie 2019 de pe: www.metrohm.com * Metrohm ** Business Life Science of Merck.

………………

Articol original: Did you know, sugar is in almost everything? Examples of ion chromatography applications for sugar testing in food and environmental analysis. New Food | Application Notes, Supplement 2020 | Volume 23, Issue 06 .  newfoodmagazine.com.  By Christian Emmenegger,* Matthias Nold and Daniel Weibel.**  Traducere si adaptare de GB.

………………