Роль ионной хроматографии в контроле качества спиртных напитков

УДК 663.5

Роль ионной хроматографии

в контроле качества спиртных напитков

И. М. Абрамова, д-р техн. наук, М.Э. Медриш, канд. техн. наук, Д.А. Гаврилова, С.В. Павленко, В.А. Поляков, академик РАН, д-р техн. наук Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии

В современном обществе спиртные напитки, такие как водка, ликерово-дочные изделия, слабоградусные напитки и др., являются достаточно популярными и востребованными продуктами. Поэтому обеспечение населения доброкачественными спиртными напитками относится к числу актуальных и важнейших аспектов охраны здоровья.

В настоящее время наблюдается увеличение ассортимента спиртных напитков одновременно с сокращением участников алкогольного рынка и выводом неликвидных брендов, не нашедших спроса у потребителей [1].

В условиях жесткой конкуренции производители спиртных напитков стремятся к повышению качества выпускаемой продукции, используя различные варианты совершенствования технологии ликероводочного производства, так как высокое качество и безопасность производимой

продукции являются основными критериями эффективной работы предприятий. На основе современных достижений совершенствования технологии ликероводочного производства предприятия создают новые алкогольные бренды с оригинальной рецептурой и отличными дегустационными характеристиками [2].

Несмотря на то что в настоящее время разработаны и внедрены в производство новые высококачественные сорта водок, возможности - как организационные, так и технологические - для повышения качества продукции пока не исчерпаны [3].

Добросовестные производители водочной продукции большое внимание уделяют качеству воды -одного из основных сырьевых компонентов спиртных напитков. Они соблюдают все требования к технологической воде, которая оказывает влияние на условия приготовления

сортировки, растворение, гомогенизацию и стабильность ингредиентов рецептур, органолептические показатели, а также на стабильность изделий при хранении [4].

Большое влияние на качество и органолептические показатели водок оказывают растворенные в воде минеральные вещества: ионы кальция определяют полноту вкуса, гидрокарбонаты кальция смягчают вкус водки и уменьшают ее жгучесть. Но содержание кальция в технологической воде строго регламентируется, так как повышенное содержание карбоната кальция является одной из причин осадкообразования в водках. Ионы магния в небольших количествах также подчеркивают полноту вкуса, а их избыток придает водкам горьковато-вяжущий вкус. Кремний положительно влияет на вкусовые показатели водок, но при его концентрации выше регламентируемых величин и рН более 7 он образует осадки силикатов и т. д. [5]. Поэтому для получения высокосортных водок, сохраняющих стабильность в процессе хранения, следует контролировать качество технологической воды не только по жесткости и щелочности, но и по массовой концентрации катионов и анионов [6].

В настоящее время высокоэффективная жидкостная хроматография является прогрессивным и мощным физико-химическим методом, применяемым для анализа сложных смесей веществ [7]. Наиболее высокочувствительный метод анализа анионов и катионов в воде и водке -высокоэффективная жидкостная

Рис. 1. Хроматограмма анализа анионов в технологической воде Условия разделения: хроматографическая колонка - «МЕТКОБЕР АБиРР 5», элюент - раствор смеси карбоната натрия молярной концентрации 3,2 ммоль / дм3 и гидрокарбоната натрия молярной концентрации 1,0 ммоль/дм3, скорость потока - 0,7см3/мин, объем петлевого дозатора - 20 мкл, кондуктометрический детектор. Массовая концентрация анионов, мг/дм3: фторидов - 0,8, хлоридов - 10,8, нитратов - 3,8, сульфатов - 235,2.

Рис. 2. Хроматограмма анализа катионов в технологической воде Условия разделения: хроматографическая колонка - «МЕТКОБЕР С2», элюент - раствор смеси - 4 мМ/дм3 винной кислоты и 0,75 мМ/дм3 пиридин-2,6-дикарбоновой кислоты, скорость потока - 1,0см3/мин, объем петлевого дозатора - 100 мкл. Массовая концентрация катионов, мг/дм3: натрия - 12,5, кальция - 1,7[9].

PRODUCTION QUALITY CONTROI

Рис. 3. Хроматограмма анализа катионов в водке Условия разделения: хроматографическая колонка - «МЕТКОБЕР С2», элюент - раствор смеси 4 мМ/дм3 винной кислоты и 0,75 мМ/дм3 пиридин-2,6-дикарбоновой кислоты, скорость потока - 1,0см3/мин, объем петлевого дозатора - 100 мкл, кондуктометрический детектор. Массовая концентрация катионов, мг/дм3: натрия - 16,0, калия - 0,6, кальция - 0,3, магния - 0,9.

uVcm

11 5

20 •О се s

1918 17- Фторид 0,032 О « Натрат 0,171 Сульфат 0,34С

Coud ff

0 1 2 ¡3 4 5 6 7 Я î 10 И 13 » и IS 1Б IT 1$ min

Рис. 4. Хроматограмма анализа анионов в водке Условия разделения: хроматографическая колонка - «МЕТКОБЕР АБиРР 5», элюент - раствор смеси карбоната натрия молярной концентрации 3,2 ммоль / дм3 и гидрокарбоната натрия молярной концентрации 1,0 ммоль / дм3, скорость потока - 0,7см3/мин, объем петлевого дозатора - 20 мкл, кондуктометрический детектор. Массовая концентрация анионов, мг/дм3: фторидов - менее 0,1, хлоридов - 6,1, нитратов - 0,2, сульфатов - 0,3.

L

\ СоЦ, О . 2

Рис. 5. Хроматограмма анализа катионов в горькой настойке с осадком Условия разделения: хроматографическая колонка - «МЕТКОБЕР С2», элюент - раствор смеси 4 мМ/дм3 винной кислоты и 0,75 мМ/дм3 пиридин-2,6-дикарбоновой кислоты, скорость потока - 1,0 см3/мин, объем петлевого дозатора - 100 мкл, кондуктометрический детектор. Массовая концентрация, мг/дм3: натрия -109,4, калия - 73,7, кальция -9,0, магния - 13,0.

uSlem

¿a

Рис. 6. Хроматограмма анализа катионов в горькой настойке без осадка Условия разделения: хроматографическая колонка - «МЕТКОБЕР С2», элюент - раствор смеси 4 мМ/дм3 винной кислоты и 0,75 мМ/дм3 пиридин-2,6-дикарбоновой кислоты, скорость потока - 1,0 см3/мин, объем петлевого дозатора - 100 мкл, кондуктометрический детектор. Массовая концентрация, мг/дм3: натрия - 82,3, калия - 59,4, кальция -6,9, магния - 9,2.

ионная хроматография с кондук-тометрическим детектированием [8].

По составу и концентрации анионов (фторидов, хлоридов, нитритов, нитратов, фосфатов, сульфатов) и катионов (натрия, аммония, калия, кальция, магния, стронция, бария) можно судить о качестве во-доподготовки и осуществлять мониторинг систем умягчения и очистки воды.

Результаты анализа технологической воды методом ионной хроматографии представлены рис. 1 и 2.

По данным хр о м ато гра м м ы на рис. 1 можно отметить, что массовая концентрация сульфатов превышает нормативный показатель по ПТР 10 - 12292 - 99, который составляет 30,0 мг / дм3 [10].

Результаты анализа водки методом ионной хроматографии представлены на рис. 3 и 4.

Выявление причин появления помутнений и осадков является одной из наиболее важных и актуальных задач в контроле спиртных напитков при длительном хранении.

Результаты ионохроматографи-ческого анализа образцов горькой настойки с осадком и без осадка представлены на рис. 5 и 6.

Из данных хроматограмм видно, что содержание катионов натрия, калия, кальция и магния в образце горькой настойки с осадком значительно превышает содержание катионов в образце одноименной горькой настойки без осадка.

Несмотря на то что в основном выпускаемая заводами стеклянная тара

соответствует требованиям действующих нормативных документов, встречаются случаи грубых нарушений правил хранения и использования стеклянной тары (длительное хранение бутылок на открытых площадках, упакованных в пакеты с применением полиэтиленовой пленки).

В процессе длительного хранения порожней стеклотары под воздействием атмосферной влаги происходит химическая коррозия внутренней поверхности стекла. При розливе и хранении водочной продукции в бутылках может образовываться осадок труднорастворимых солей кремниевой кислоты.

Для определения содержания силикатов в водках используется ио-нохроматографический метод, который введен в ГОСТ 31641 [11].

Рис. 7. Хроматограмма анализа силикатов (в пересчете на кремний) в горькой настойке.

Условия разделения: хроматографическая колонка - «METROSEP С2», элюент - раствор смеси 3,2 мМ NaOH и 0,5 мМ Na2CO3, скорость потока -1,0 см3/мин, объем петлевого дозатора 100 мкл, кондуктометрический детектор. Массовая концентрация кремния - 7,4 мг/дм3

Id И 12 13 IJ 1$ 16 1? IB

Рис. 8. Хроматограмма анализа углеводов в горькой настойке Условия: ионный хроматограф - 817 В10зсап, детектор - импульсно-амперометрический, подвижная фаза: ЫаОН - 100,0 ммоль/дм3. Массовая концентрация, г/100 см3: глюкоза - 0,057, фруктоза - 0,025, сахароза - 0,343.

Рис. 9. Хроматограмма анализа сорбита в водке Условия: ионный хроматограф - 817 В10зсап, детектор - импульсно-амперометрический, подвижная фаза: ЫаОН - 100,0 ммоль/дм3. Массовая концентрация углеводов, г/100 см3: сорбит - 0,017, глюкоза -0,027, фруктоза - 0,024, сахароза - 0,115.

Пример определения силикатов в водке (с осадком) представлен на рис. 7.

По данным анализа установлено, что содержание кремния значительно превышает предельно допустимые значения содержания кремния в водках [10].

Современное развитие технологии водочного производства характеризуется применением большого количества новых видов сырья, различных ингредиентов и технологических добавок, позволяющих не только улучшить органолептиче-ские показатели, но и снизить токсичность водок, тем самым добиться более высокого качества и безопасности алкогольных напитков [12].

Наиболее часто применяемыми рецептурными ингредиентами при производстве спиртных напитков являются углеводы.

Использование метода ионной хроматографии с импульсно-ампе-рометрическим детектированием позволяет провести высокочувствительный анализ углеводов, что дает возможность идентифицировать и количественно определять сахарозу, глюкозу, фруктозу, галактозу и мальтозу, которые включены в рецептуры различных алкогольных напитков.

Пример ионохрома-тографического анализа углеводов в горькой настойке представлен

на рис. 8.

В настоящее время в рецептурах водочной продукции достаточно часто применяются различные заменители сахара, что расширяет ассортимент водок с уменьшенной калорийностью и повышает органо-лептические качества водки.

Использование ионной хроматографии с применением импульсного амперометрического детектирования позволяет провести высокочувствительный анализ подсластителей. Применение этого метода в контроле водочной продукции дает возможность идентифицировать и количественно определять сорбит, сукралозу и стевиозид, которые включены в рецептуры водок [13].

Пример анализа сорбита в водке представлен на рис. 9.

Результаты анализа водочной продукции по вышеназванному спектру компонентов представляют собой

качественную и количественную картину ингредиентов и могут использоваться при ее идентификации.

Таким образом, применение метода ионной хроматографии позволяет проводить мониторинг ионного состава воды, водок и других спиртных напитков, своевременно выявлять и устранять причины, приводящие к снижению качества готовой продукции, а также осуществлять идентификацию водочной продукции на соответствие рецептурам приготовления.

ЛИТЕРАТУРА

1. Морозова, С. С. Пищевые добавки в производстве водок/ С. С. Морозова,

B. Ю. Бурачевская, Е. В. Устинова // Пиво и напитки. - 2015. - № 1. -

C. 12 - 15.

2. Поляков, В.А. Выпуск токсически безопасной водки - главная задача современного производителя алкогольной продукции/ В.А. Поляков, И. М. Абрамова, М.Э. Медриш // Пищевая промышленность. - 2012. - № 9. -С. 46 - 47.

3. Бурачевский, И. И. Повышение качества водочной продукции/ И. И. Бурачевский // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2001. -№ 1. - С. 15 - 17.

4. Поляков, В.А. Физико-химический и микроэлементный состав технологической воды и водок и его влияние на стабильность водок в процессе хранения/ В. А. Поляков [и др.] // Производство спирта и ликерово-дочных изделий. - 2006. - № 2. -С. 21 - 23.

5. Поляков, В.А. Исправленная вода для приготовления высокосортных водок/ В. А. Поляков [и др.] //

Производство спирта и ликерово-дочных изделий. - 2015. - № 1. -С. 20 - 22.

6. Сычев, С.Н. Методы совершенствования хроматографичес к их систем и механизмы удерживания в ВЭЖХ/ С. Н. Сычев. - Орел.: ГТУ, 2000. - 212 с.

7. Рыбакова, С. В. Ионная хроматография - современный метод анализа всех типов вод /С. В. Рыбакова // Экология производства. - 2005. - № 11. -С. 32 - 34.

8. Tanaka, K. Retention behavior of alkali, alkaline earth and transition metal cations in ion chromatography with an unmodified silica gel column/K. Tanaka, P.R. Haddad, B. Paull,

K. Ohta // Journ. Chrom. A. 1997. -V. 770. - P. 219 - 227.

9. Абрамова, И.М. Научное обоснование методологии комплексного контроля спиртового и ликероводочного производства с целью повышения качества и безопасности алкогольной продукции: автореф. дис. ... д-ра., техн. наук. (05.18.07)/ И. М. Абрамова. -М., 2014. - 51 с.

10. Производственный технологический регламент на производство водок и ликероводочных изделий ПТР 10 - 12292 - 99, утвержденный Департаментом пищевой, перерабатывающей промышленности и детского питания Минсельхозпрода России в 1999 г.

11. ГОСТ 31641 - 2012 Водки и водки

особые. Метод определения силикатов с применением ионной хроматографии [Текст]. - Введ. 2013-07-01. - М.: Стандартинформ: ФГУП «Стандартин-форм», 2011. - III, 8 с.

12. Бурачевский, И. И. Применение рецептурного ингредиента «Медовый спас» в технологии приготовления водок/ И. И. Бурачевский, С. С. Морозова, Е. В. Устинова, Е. Ю. Попов // Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2013. - № 3. - С. 4 - 6.

13. Поляков, В.А. Новая методика определения содержания сорбита в водках с применением ВЭЖХ/В.А. Поляков, И. М. Абрамова, М. Э. Медриш, С.В. Павленко // Пищевая промышленность. - 2013. - № 10. - С. 38 - 39.

Роль ионной хроматографии в контроле качества спиртных напитков

Ключевые слова

анионы; ионная хроматография; катионы; подсластители; силикаты; спиртные напитки; технологическая вода; углеводы

Реферат

Качество спиртных напитков зависит от состава не только этилового спирта, но и используемой для их приготовления технологической воды. Реализация мер по повышению качества испытаний алкогольной продукции и сырья для ее производства включает применение и внедрение современных инструментальных методов. Метод ионной хроматографии позволяет проводить мониторинг ионного состава воды, водок и других спиртных напитков, своевременно выявлять и устранять причины, приводящие к снижению качества готовой продукции, а также осуществлять идентификацию водочной продукции на соответствие рецептурам приготовления. Выявление причин появления помутнений и осадков является одной из наиболее важных и актуальных задач в контроле спиртных напитков при длительном хранении. Метод высокоэффективной жидкостной ионной хроматографии с кондуктометрическим детектированием дает возможность с высокой точностью определять анионы (фториды, хлориды, нитриты, нитраты, фосфаты, сульфаты) и катионы (натрий, аммоний, калий, кальций, магний, стронций, барий) в воде, водках и других спиртных напитках. В процессе длительного хранения порожней стеклотары под воздействием атмосферной влаги происходит химическая коррозия внутренней поверхности стекла. При розливе и хранении водочной продукции в бутылках может образовываться осадок труднорастворимых солей кремниевой кислоты. Для определения содержания силикатов в водках используется ионохроматографический метод с кондуктометрическим детектированием. Для контроля качества спиртных напитков необходим количественный анализ углеводов. Кроме того, в настоящее время в рецептурах водочной продукции достаточно часто применяются различные заменители сахара, что позволяет расширить ассортимент водок с уменьшенной калорийностью и повысить органолеп-тические качества водки. Использование ионной хроматографии с применением импульсного амперометрического детектирования позволяет провести высокочувствительный анализ углеводов (сахарозы, глюкозы, фруктозы, галактозы, мальтозы) и подсластителей, таких как сорбит, стевиозид, сукралоза. Результаты анализа водочной продукции по вышеназванному спектру компонентов представляют собой качественную и количественную картину ингредиентов и могут использоваться при ее идентификации.

Авторы

Абрамова Ирина Михайловна, д-р техн. наук,

Медриш Марина Эдуардовна, канд. техн. наук,

Гаврилова Дарья Алексеевна, Павленко Светлана Владимировна,

Поляков Виктор Антонович, академик РАН,

Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой

биотехнологии, 111033, г. Москва, ул. Самокатная, д. 4б,

i-abramova@mail.ru

Ion Chromatography Role in Controlling the Quality of Alcoholic Beverages

Key words

ion chromatography; spirits; technological water; anions; cations; silicates; carbohydrates; sweeteners

Abstracts

Quality of alcoholic beverages depends not only on the composition of ethanol, but also on the composition used for its preparation process water. Implementation of measures to improve the quality of testing of alcohol and raw materials for its production involves the application and introduction of modern instrumental methods. Application of ion chromatography method allows to carry out monitoring of the ion composition of the water, vodka and other alcoholic beverages, allows to identify and eliminate the causes of the decline in the quality of finished products, to identify beverages for compliance with recipes of beverages preparation. Identifying reasons for the appearance opacities and precipitation is one of the most important and actual problems of in the control of alcoholic beverages during prolonged storage. HPLC ion chromatography with conductivity detection with high accuracy allows to determine anions (fluorides, chlorides, nitrites, nitrates, phosphates, sulphates) and cations (sodium, ammonium, potassium, calcium, magnesium, strontium, barium) in water, vodka, and other alcoholic beverages. During long-term storage of empty glass containers under the influence of atmospheric moisture, a chemical corrosion of the inner surface of the glass occurs. During bottling and storage of bottled beverages may be formed precipitate of insoluble salts of silicic acid. To determine the content of silicates in the vodka used ion chromatography method with conductometric detection. For quality control of spirits requires quantitative analysis of carbohydrates. Also, currently in the recipes of beverages often apply various sweeteners, thus expanding the range of vodka with reduced calorie and enhance the organoleptic quality of vodka. Using ion chromatography with pulse amperometric detection allows for highly sensitive analysis of carbohydrates (sucrose, glucose, fructose, galactose, maltose), and sweeteners such as sorbitol, stevioside, sucralose. The analysis results of beverages on the above spectrum components are qualitative and quantitative picture of the ingredients and can be used to identify it.

Authors

Abramova Irina Mikhaylovna, Doctor of Technical Science, Medrish Marina Eduardovna, Candidate of Technical Science, Gavrilova Darya Alexeevna, Pavlenko Svetlana Vladimirovna, Polyakov Viktor Antonovich, Academician of RAS,

All-Russian Research Institute of Food Biotechnology, 4B, Samokatnaya St., Moscow, 11033, i-abramova@mail.ru