İletkenlik dedektörlü iyon kromatografisi ile alkollü içeceklerde florür, asetat, format, klorür, nitrat, sülfat anyonlarının birlikte tayini
Simultaneous determination of fluoride, acetate, formate, chloride, nitrate, sulphate in alcoholic beverages with ion chromatography/ conductivity detector
Yazar: MELİKE GÜLER ŞİMŞEK
Danışman: DOÇ. DR. GÜLÇİN YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Alkollü içkiler = Alcoholic beverages ; Analitik analiz = Analytical analysis ; İyon kromatografisi = Ion chromatography

Özet:
Alkollü içkiler yapım tekniği ve bileşimleri yönünden değerlendirildiğinde; fermente alkollü içkiler ve distile alkollü içkiler olmak üzere iki grupta incelenir. 
Türkiye' de üretimi yapılan damıtık alkollü içkilerin başında rakı gelmektedir. 2017 yılı TAPDK istatistik verilerine göre rakı 16.750.000 litre üretimi ile biradan (47.800.000 litre) sonra Türkiye' nin en çok üretilen ve tüketilen alkollü içkisidir. Distile alkollü içkiler grubunda ise rakı birinci sıradadır.
Rakı; karakteristik özelliğini Türkiye Cumhuriyeti sınırları içinde yer alan doğal unsurlardan, özellikle Türkiye' de yetişen üzüm, anason ve Türkiye' de uygulanan geleneksel üretim yöntemlerinden alan, üretimi, işlenmesi ve diğer işlemleri tamamıyla Türkiye sınırları içinde yapılan kendine has, renksiz distile alkollü içkidir.
Geleneksel Alkollü İçki Üreticileri Derneği' nin (GİSDER) Türk Patent Enstitüsü' ne (TPE) yaptığı başvuru sonucunda "rakı" ibaresinin menşe adı kapsamında coğrafi işaret olarak tesciline 1999 yılında karar verilmiş ve karar Avrupa Birliği tarafından tanınmıştır.
Türk Gıda Kodeksi Distile Alkollü İçkiler Tebliği' ne göre Türk rakısı, yalnızca suma veya tarımsal kökenli etil alkolle karıştırılmış sumanın 5.000 litre veya daha küçük hacimli geleneksel bakır imbiklerde anason tohumu (Pimpinella anisum) ile ikinci kez damıtılmasıyla Türkiye' de üretilen ve alkol oranı en az %40 olan, distile alkollü bir içkidir. Üründeki toplam alkolün en az %65' i sumadır. Hazırlanmasında rafine beyaz şeker kullanılır ve şeker miktarı en fazla 10 g/ L' dir. Metil alkol içeriği hacmen, %100 alkolün litresinde 150 gramdan fazla olamaz. Anason tohumu kaynaklı eterik yağın anetol miktarı, üründe en az 800 mg / L olmalıdır.
Rakı damıtık bir alkollü içki olduğu için rakı kalitesini belirleyen temel unsurlar uçucu bileşiklerdir. Bunlar etanol, metanol, etanol ve metanol dışındaki uçucu bileşikler ve anasondan gelen eteri yağlar olmak üzere 4 grup altında toplanabilir. Uçucu bileşiklerin miktarları ve birbirlerine oranları alkollü içkilere karakteristik tat ve kokularını kazandırmakta ve aralarındaki ilişki kaliteyi etkilemektedir. Bu 4 gruptan anason eteri yağı dışındaki uçucu bileşikler çoğunlukla alkol fermantasyonu sırasında oluşmakta, kısmen de hammaddeden gelmektedir. Alkollü mayşenin damıtılması ile etil alkolle birlikte uçucu bileşikler damıtığa geçmekte ve bu bileşiklerin konsantrasyonları son üründe artmaktadır. Alkol fermantasyonu ile meydana gelen alkollü sıvının damıtığında bulunan su ve etil alkol dışındaki başlıca bileşikler; metanol, aldehitler (asetaldehit, asetal), esterler (etil asetat, metil asetat) ve yüksek alkollerdir (2-bütanol, n-propanol, izobütanol, n-bütanol, 2-metil-1-bütanol, 3-metil-1-bütanol). Bu bileşiklerin büyük bir kısmı belirli bir dozun üzerinde toksik ve sağlığa zararlı maddelerdir. Bunlardan en tehlikelisi metanol olup, metaboliti formik asitin yükselen seviyesi; optik sinirlerde ciddi hasara, solunum yetmezliğine, karaciğer ve böbrek yetmezliği gibi ciddi ölümcül sonuçlara ve komaya neden olabilir. 10 mmol/ L' nin (0,5 mg/ mL) üzerindeki kan konsantrasyonları; metabolik asidozu indükleyebilir ve ölüme yol açabilir.
Metanol; alımından 2-24 saat sonra hızlıca ADH enzimi ile formaldehite ve ardından FDH enzimiyle, toksisitesi metanole göre oldukça yüksek olan formik asite hızlıca metabolize olur. Kanda bulunan format miktarı, metanol toksikasyonunun bir belirtecidir. Format iyonunun insan vücudundaki miktarının takip edilebilmesi, klinik olarak teşhis açısından çok önemlidir.
Bu nedenle rakı son ürününde uçucu bileşiklerin miktarları, sağlık açısından güvenli kabul edilen limitlerde tutulmalıdır. Üretim sırasında damıtma işlemiyle, bu bileşiklerin kaynama noktalarının farklı olmasından yararlanılarak, bileşiklerin birbirlerinden ayırılması hedeflenir. Bu amaçla damıtık baş, orta ve son ürün olarak adlandırılan 3 fraksiyona ayrılır. Etil alkole göre daha düşük sıcaklıklarda buharlaşan asetaldehit, asetal, metil asetat, etil asetat ve metanolün bulunduğu baş ürün ile daha yüksek sıcaklıklarda buharlaşan yüksek alkollerin (2-bütanol, n-propanol, izobütanol, n-bütanol, 2-metil-1-bütanol, 3-metil1-bütanol) bulunduğu son ürün ayrılarak, etil alkolce zengin orta ürün alınıp rakıya işlenir. Ancak etil alkol dışındaki uçucu bileşikler, orta ürünün alınma zamanına bağlı olarak az veya çok miktarlarda rakıya geçer. Dolayısıyla hammadde özellikleri ve alkol fermantasyonu dışında suma damıtma, rakı damıtma sistemi ve yöntemi rakı kalitesi üzerinde etkili olmaktadır.
2003 yılında içki üretiminde devlet tekelinin kalkması ve yeni üretici firmaların pazara girmesi ile üretilen ve piyasaya sunulan Türk rakılarının kaliteleri ve Türk Gıda Kodeksi' ne uygunlukları konusu son derece büyük önem arz etmektedir. 
Ayrıca son yıllarda sıklıkla karşımıza çıkan sahte rakı üretimi ve piyasaya sunulması sonucu metanol zehirlenmelerinin yaşanması rakı analizlerinin önemini göstermektedir. 2005 yılında öldürücü dozda metanol içeren sahte rakıdan 23 kişinin hayatını kaybetmesi ve onlarca insanın zehirlenip hastaneye kaldırılması alkollü içki üretiminde kontrollerin önemini gözler önüne sermiştir.
Bu olayların ardından, 2005 yılında Türk Gıda Kodeksi Damıtık Alkollü İçki Yönetmeliği, 1576/89 yönetmeliği ile Avrupa Birliği uyum çerçevesinde düzenlendi. Düzenleme; tüm distile alkollü içkilerin, tekniğine uygun ve hijyenik şekilde hazırlanması, işlenmesi, üretilmesi, analitik limitlere uygunluğu ve güvenilirliği, depolanması, taşınması, muhafaza edilmesi, piyasaya arzı ve coğrafi işaretlerinin korunmasına ilişkin usul ve esaslar içermektedir.
Bu çalışmada rakı numunelerinde, rakı üretim prosesi sırasında yan ürün olarak ortaya çıkan metanol metaboliti olan format tayini ve gıdalarda sıklıkla analizleri yapılan florür, asetat, klorür, nitrat ve sülfat anyonlarının tayini için seçici, güvenilir ve hassas bir yöntem geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu amaçla suppressorlü iletkenlik dedektörü, Dionex Ion Pac® AS20 analitik kolon (2x250 mm) ve Dionex Ion Pac® AG20 guard kolonu (2x50 mm) bulunan Dionex marka iyon kromatografi cihazında gradient ve isokratik NaOH eluenti kullanılarak methot geliştirilmiştir.
Florür, asetat, format, klorür, nitrat ve sülfat anyonlarını içeren standart çözeltiler hazırlandı, kalibrasyon eğrisi 0,05- 60 mg/L kosantrasyon aralığında iyi bir lineerlik gösterdi, r2 değerleri her bir anyon için 0,999 olarak bulundu. Spikelı ve spikesız rakı numunelerinin analizi ile anyonların % geri kazanım değerleri % 92,38 – 99,06 aralığında bulundu. Piyasada satılan farklı Türk rakı markaları ve Yunan rakısı olarak bilinen uzo numunesi incelendi. Çoklu ölçümlerle tekrarlanabilirlik çalışması yapıldı.
Sonuç olarak yürütülen bu çalışma ile numune hazırlaması basit, ucuz; rutin analizler için hızlı, güvenilir ve hassas bir analiz metodu geliştirildi.

Abstract:
Alcoholic drinks when evaluated of manufacturing technique and composition are examined in two groups; fermented alcoholic beverages and distilled alcoholic beverages.
Raki is the most widely produced and consumed distilled alcoholic beverages in Turkey. According to statistical datas of TAPDK; raki (16,750,000 liters) is the second most produced alcoholic beverage after the beer (47,800,000 liters) in 2017. 
Raki is characterized by natural factors within the borders of the Republic of Turkey. Grapes and anise which are grown in Turkey and conventional manufacturing method applied in Turkey are used. Production, processing and the other operations are also performed in Turkey.
As a result of the application made by the Turkish Alcoholic Beverage Makers Association (GİSDER) to the Turkish Patent Institute (TPE), the registration of the "raki" as a geographical indication under the name of origin was decided in 1999 and the decision was recognized by the European Union.
It is described in Turkish Food Codex (2005) as a spirit that must be produced in Turkey by double distillation of suma or suma mixed with agricultural-based ethanol and flavoured with aniseed (Pimpinella anisum). Suma is produced mainly from raisins, molasses and/or grape must and is a distillate with a maximum 94,5% ethanol content. Suma can be also mixed with ethanol from an agricultural origin and this final mixture must contain at least 65% suma. Suma or suma-ethanol mixture is distilled in copper alembics with a maximum capacity of 5000 L and three groups of distillates; light, intermediate and heavy are separated. Intermediate distillate is used for raki manufacture and diluted to 45% alcohol. After the addition of rafined white sugar product is stored for at least one month before filling. During preparation, refined white sugar should be used and the amount of sugar should have a maximum of 10 g/L in the product. The methyl alcohol content of raki must not exceed 150 grams per hectoliter of 100% alcohol. The amount of anethole of the etheric oil originating from the anise seed should comprise a minimum of 800 mg/L in the product.
Because raki is a distillated alcoholic drink, the essential compounds that determine quality of raki are volatile compounds. These essential compounds can be grouped into four: ethanol, methanol, other volatile compounds except ethanol and methanol and etheric oils from the anethole. The quantities and proportions of volatile compounds give a characteristic taste and odor to alcoholic beverages and between the relationships of them affects quality. Except the etheric oil compounds, volatile compounds are mostly formed during alcohol fermentation and partly coming from raw materials. During the distillation of the alcoholic beverage, the volatile compounds pass through the distillate with ethyl alcohol. So the concentrations of these compounds increase in the last product. Except water and ethanol, main compounds of the distillate of alcohol fermantation are; methanol, aldehydes, esters and high alcohols. These compounds are toxic and harmful over the limit doses. 
Most dangerous of these compounds is methanol. Although methanol itself is harmless, its metabolites are toxic and its consumption causes methanol poisoning in both humans and animals. Methanol spreads rapidly into the body via all routes. After dispersion in body compartments, methanol is firstly digested into formaldehyde by alcohol dehydrogenase enzyme. Formaldehyde is thirtythree times more toxic than methanol, and it is speedily converted into formic acid by aldehyde dehydrogenase enzyme. Formic acid is six times more toxic than methanol. The elevated level of the acid occurring in the human body can cause significant fatal effects such as serious damage to optical nerve, respiratory failure, hepatic and renal failure, and coma. Blood concentrations above 10 mmol/L (0.5 mg/mL) can induce deep metabolic acidosis and lead to death.
For this reason, the amounts of volatile compounds in the final product of raki should be kept at health-safe limits. During the distillation of the product, it is aimed to separate the compounds from each other by exploiting the fact that these compounds have different boiling points. The light fraction containing acetaldehyde, acetal, methyl acetate, ethyl acetate and methanol which evaporate at low temperatures and heavy fraction containing high level alcohols (2-butanol, n-propanol, isobutanol, n-butanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl1-butanol) which evaporate at high temperatures are not used. The intermediate fraction of distillate is termed the 'heart' of the distillate and this part is rich in ethanol. This intermediate fraction distilled in the presence of the anise is traditionally called the suma. 
Until 2004, Raki was produced under licence of the Turkish monopoly with no competition. After privatization of the monopoly in 2004, with the increase of the private sector, several new brands and types of Raki have emerged, each with its own distinct composition and production method, although the overall qualities of the drink are generally consistent.
Many death cases related to methanol intoxication due to consumption of illegal raki have been reported in Turkey. In 2005, 23 people died in Turkey and dozens were hospitalised after drinking illegal raki containing lethal levels of methanol. Therefore, it became very important to control the quality of alcoholic beverages produced in Turkey.
The Turkish Food Codex Distilled Alcoholic Beverage Regulation of 2005, which allowed harmonization of Turkey with the European Community (EC) under the 1576/89 regulation, established the definition and production procedures for all distilled alcoholic beverages and fixed common analytical composition limits to control their quality and safety.
Suitable chromatographic conditions and pre-treatment method was developed for simultaneous analysis of floride, acetate, formate, chloride, nitrate and sulphate anions in rakı on this study. Samples were analyzed by ion chromatography / conductivity detector equipped with a Dionex Ion Pac® AS20 analytical coluomn (2x250 mm) and a Dionex Ion Pac® AG20 guard column (2x50 mm) using gradient and isocratic NaOH elution.
The calibration curves showed a good linearity in the ranges of 0.05-60 µg/L with the r2 values of 0.999, for each anion. Significant results were obtained for various unspiked and spiked raki samples with % recovery in the range of   92.38 – 99.06 %. The method was applied to raki samples purchased from Turkey markets and the ouzo sample. Repeatability of the results were showed with the multiple measurements. 
The advantages of the method described herein are: (i) it allows determining trace amount of formate and the other anions (floride, acetate, chloride, nitrate and sulphate) usually occurring in food products and giving IC signals under the applied conditions. (ii) the sample preparation is overly simple, inexpensive. (iii) the method is not time demanding and could be employed in routine analysis.