Определение диацетила и ацетоина в алкогольных напитках

диацетил о-фенилендиамин 2,3-диметилхиноксалин

Рисунок 2.2 - Реакция диацетила с орто-фенилендиамином

Диацетил очищали перегонкой над поташем. Соединение идентифицировали по температуре кипения (88 С ?) и показателю преломления (1,3951). Оптическая плотность раствора 2,3-диметилхиноксалина изменяется во времени, что вызывает необходимость фиксировать время реакции.

Из очищенного диацетила были приготовлены стандартные растворы. К растворам диацетила прибавляли свежеприготовленный солянокислый раствор орто-фенилендиамина и оставляли на 20 минут в темном месте. Затем добавляли 4М соляную кислоту и сразу измеряли оптическую плотность полученных растворов (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Зависимость аналитического сигнала от концентрации диацетила, не прошедшего процедуру дистилляции

Наблюдается линейная зависимость в интервале концентраций от 0,2 до 1,6 мг/.

2.6.1 Выделение диацетила методом отгонки

Диацетил - очень летучее вещество, поэтому для выделения диацетила из анализируемых проб применили метод отгонки. В плоскодонную колбу на 250,0 вносили 50,0 стандартных растворов диацетила. Отгонную колбу помещали на электроплитку. Приёмник погружали в стакан со льдом. Время дистилляции 7 - 8 минут. Для учета потерь при выделении диацетила градуировочный график для определения концентрации диацетила строили по модельным растворам, прошедшим процедуру отгонки (таблица 2.2, рисунок 2.4).

Таблица 2.2 - Зависимость аналитического сигнала от концентрации диацетила

Графически зависимость аналитического сигнала от концентрации диацетила представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Зависимость аналитического сигнала от концентрации диацетила

Зависимость аналитического сигнала от концентрации диацетила подчиняется закону Бугера - Ламберта - Бера в интервале от 0,19 до 1,55 мг/мл. Коэффициент линейной корреляции = 0,9948.

Диацетил отгоняли из объема 50,00, объем дистиллята 10,00. В результате дистилляции происходит увеличение концентрации диацетила. Коэффициент концентрирования зависит от концентрации модельного раствора и изменяется от 3,8 до 2,2 (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Зависимость коэффициента концентрирования диацетила от концентрации его в отгонной колбе

2.7 Установление условий окисления ацетоина

Ацетоин (3-гидрокси-2-бутанон) определяли путем окисления его хлоридом железа (III) (подкисленного серной кислотой для предотвращения гидролиза) в диацетил (2,3-бутандион) (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 - Окисление ацетоина хлоридом железа (III)

Условия проведения реакции окисления ацетоина хлоридом железа (III) не описаны в литературных источниках, поэтому их необходимо определить.

2.7.1 Определение объема хлорида железа (III)

Нужно определить объем 2,87 М хлорида железа (III), необходимый для окисления ацетоина. К растворам ацетоина (С = 629,6 мг/) прибавляли 0,50; 1,00; 2,00; 5,00 хлорида железа (III). После этого проводили процедуру дистилляции (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 - Зависимость аналитического сигнала от объема хлорида железа (III)

Установили: объем 2,87М хлорида железа (III), необходимый для окисления ацетоина, составляет 2,00.

2.7.2 Определение времени, необходимого для окисления ацетоина.

Определяли оптимальное время, необходимое для окисления ацетоина хлоридом железа (III). Для этого при комнатной температуре измеряли время от момента добавления хлорида железа (III) к стандартному раствору ацетоина до начала процедуры отгона (таблица 2.3).

Таблица 2.3 - Зависимость аналитического сигнала от времени

Время выдерживания при комнатной температуре смеси определяемого вещества и реагента не влияет на количество образовавшегося диацетила. Вероятно, реакция окисления не протекает при комнатной температуре. Поэтому проводить дистилляцию нужно сразу же после добавления 2,00 мл 2,87 М хлорида железа (III).

Для увеличения степени окисления ацетоина перед дистилляцией проводили нагревание раствора ацетоина и хлорида железа (III) с обратным холодильником на водяной бане в течение 20 и 30 минут. В отгонную колбу помещали 50,00 раствора ацетоина, туда же прибавляли 2,00 2,87 М хлорида железа (III). Затем отгонную колбу с обратным холодильником помещали на водяную баню. После закипания воды в водяной бане ждали 20 и 30 минут. Охлаждали раствор до комнатной температуры, не проводя разгерметизацию установки. Проводили дистилляцию полученного раствора и определяли диацетил с орто-фенилендиамином. Нагревание на водяной бане в течение 20 и 30 минут не привело к увеличению аналитического сигнала (таблица 2.4).

Для уменьшения влияния хлорида железа (III) на дистилляцию продукта окисления ацетоина диацетила (после кипячения на водяной бане в течение 30 минут) в отгонную колбу добавляли фосфорную кислоту. Затем проводили дистилляцию. Все это не привело к увеличению аналитического сигнала.

Таблица 2.4 - Влияние условий эксперимента на аналитический сигнал

Из таблицы 2.4 видно, что аналитический сигнал не увеличился. Поэтому определение ацетоина следует проводить без предварительного нагревания на водяной бане и без прибавления фосфорной кислоты.

Для окисления ацетоина в диацетил необходим большой избыток хлорида железа (III). Поэтому нужно было проверить влияние избытка хлорида железа (III) на выделение из раствора в процессе дистилляции продукта реакции окисления ацетоина - диацетила. С этой целью к модельному раствору диацетила добавляли 2,00; 2,30; 2,50; 3,00 раствора хлорида железа (III) и проводили дистилляцию. Аналитический сигнал уменьшился. Енольная форма диацетила, возможно, реагирует с катионом железа (III) и вследствие этого частично удерживается в отгонной колбе (таблица 2.5).

Таблица 2.5 - Влияние состава раствора в отгонной колбе на аналитический сигнал

В результате проведенных исследований установлены следующие условия проведения эксперимента (таблица 2.6).

Таблица 2.6 - Условия проведения эксперимента

2.8 Зависимость аналитического сигнала ацетоина от концентрации

При установленных условиях получена зависимость аналитического сигнала ацетоина от концентрации (таблица 2.7; рисунок 2.8).

Графически зависимость аналитического сигнала от концентрации диацетила представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Зависимость аналитического сигнала от концентрации ацетоина

Стандартные растворы ацетоина объемом 50,0 помещали в колбу для отгона, прибавляли 2,00 2,87 М хлорида железа (III) и 1 1 М серной кислоты и отгоняли 10,0 дистиллята в приемник, погруженный в емкость со льдом. Отогнанный диацетил определяли аналогично реакцией с орто-фенилендиамином. Предварительно определяли возможность частичного перехода ацетоина в дистиллят во время отгонки диацетила. Стандартные растворы ацетоина помещали в отгонную колбу и проводили нагревание по длительности аналогичное нагреванию растворов диацетила. Потери ацетоина составили 15%.

Для оценки предела обнаружения было рассчитано стандартное отклонение аналитического сигнала фона. Предел обнаружения - это минимальное содержание определяемого вещества в пробе, сигнал от которого можно надежно отличить от фона. Растворы холостых проб состояли из 5,00 см³ 0,1 М соляной кислоты, к которым прибавили 0,80 см³ 1,0 М гидроксида натрия, 0,25 см³ раствора реагента и 0,60 см³ фосфорной кислоты. Результаты определения значений аналитического сигнала фона представлены в таблице 2,8.

Таблица 2,8 - Значения аналитического сигнала фона

Стандартное отклонение аналитического сигнала фона рассчитывалось при n=20 по формуле 1.

, (1)

где So - это стандартное отклонение сигнала фона,

Хi - значение i-го сигнала фона,

- среднее значение n сигналов фона,

n - количество измерений.

Предел обнаружения рассчитывали по формуле 2.

Таблица 2.9 - Оценка предела обнаружения

2.9 Проверка правильности методики методом «введено - найдено»

Правильность предложенной методики была проверена методом «введено - найдено».

В 50,00 пива помещали 0,10 стандартного раствора диацетила определенной концентрации и отгоняли 10,00 в пробирку, помещенную в емкость со льдом. После дистилляции прибавляли 0,50 солянокислого орто-фенилендиамина и оставляли на 20 минут в темном месте для завершения реакции. К полученному в результате реакции 2,3-диметилхиноксалину прибавляли 2,00 4 М соляной кислоты. Сразу же определяли оптическую плотность на фотоэлектроколориметре КФК-3 (таблица 2.10).

В 50,00 пива помещали 0,10 стандартного раствора ацетоина определенной концентрации, прибавляли 2,00 хлорида железа (III) с концентрацией 2,87 моль/ и проводили дистилляцию. После дистилляции прибавляли 0,50 солянокислого орто-фенилендиамина и оставляли на 20 минут в темном месте для завершения реакции. К полученному в результате реакции 2,3-диметилхиноксалину прибавляли 2,00 4 М соляной кислоты. Сразу же определяли оптическую плотность на фотоэлектроколориметре КФК-3 (таблица 2.11). Предварительно содержание диацетила и ацетоина определяли в образцах пива (таблица 2.12).

Таблица 2.10 - Проверка правильности методики определения диацетила методом «введено - найдено»

Таблица 2.11 Проверка правильности методики определения ацетоина методом «введено - найдено»

Результаты анализа образцов пива представлены в таблице 2.12.

Таблица 2.12 - Результаты анализа образцов пива

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Подобраны условия выделения и определения диацетила и ацетоина спектрофотометрическим методом.

2 Показано, что в процессе дистилляции происходит концентрирование диацетила. Коэффициент концентрирования изменяется от 3,8 до 2,2 и зависит от концентрации стандартных растворов диацетила.

3 Определены условия окисления ацетоина хлоридом железа (III).

4 Оценены потери ацетоина при выделении диацетила. Потери составили 15%.

5 Получены линейные зависимости аналитического сигнала от концентрации диацетила и ацетоина.

6 По разработанной методике определено содержание диацетила и ацетоина в образцах пива.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Диацетил. Химические свойства. [Электрон. ресурс]; режим доступа: http://ru/u/diacetyl-himicheskie_svoystva.html

2 Диацетил и ацетоин. Свойства. Получение. Нахождение в природе. [Электрон. pесурс]; режим доступа: http://ru.wikipedia.html

3 Lautenbach, A. L. Studies on diacetyl in beer / A. L. Lautenbach, B. Dwight, K. Becker // Amer. Soc. Brew. Chem. Proc. - 1939. - № 22. - Р. 81-88.

4 Campo, G. Spectrophotometric determination of biacetyl in distillates of wine by flow injection / Gloria del Campo, M. Carmen Lajo // Analyst. - 1992. - Vol. 117. - P. 1343-1346.

5 Patricio, R. Effect of cold storage and packaging material on the major aroma components of sweet cream butter / Patricio R. Lozano, Evan R. Miracle // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2007. - Vol. 55. - P. 7840-7846.

6 Mickey, E. Gas chromatographic detection of diacetyl in orange juice / Mickey E. Parish, Robert J. Braddock // Journal of food Quality. - 1990. - Vol. 13. - P. 249 - 258.

7 Stephanie, M. Method development for the determination of diacetyl and acetoin a microwave popcorn plant / Stephanie M. Pendergrass // Envinromental Science. - 2004. - Vol. 38. - P. 858-861.

8 Пиво. Вкусовые качества. [Электрон. pесурс]; режим доступа: http://bibliofond.ru/view.html

9 Нужный В. П. Пиво. Химический состав, пищевая ценность, биологическое действие и потребление / В.П. Нужный // Токсикологический вестник. - М., 1998.

10 Ермолаева Г. А. Справочник работника лаборатории пивоваренного предприятия./ Г. А. Ермолаева. - СПб.: Профессия, 2004. - 536 с.

11 Кунце В. Технология солода и пива: пер. с нем./ В. Кунце, Г. Мит. - СПб.: Профессия, 2001. - 912 с.

12 Mudura, E. Risk management of beer fermentation - diacetyl control / E. Mudura, M. Sevastita // Univ. of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine. - 2006. - Vol. 62. - P. 303-307.

13 Шевченко, В. В. Товароведение и экспертиза потребительских товаров./ В. В. Шевченко. - М.: ИНФА, 2001. - 544 с.

14 Нужный, В. П. Вопросы наркологии./ В. П. Нужный. - 1995. - №3. - С. 38 - 39.

15 Авакянц, С. П. Виноделие и виноградарство СССР./ С. П. Авакянц, Т. В. Катаева. - 1980. - № 4. - С. 12-16.

16 Кашковский, З.Н. Химия вина / З. Н. Кашковский, И. И. Скурихин. - М.: «Пищ. пром.», 1976. - 311 с.

17 Рева, А. Г. Виноделие и виноградарство СССР / А. Г. Рева. - 1978. - № 7. - С. 17 -18.

18 Простосердов, Н. Н. Виноградные вина и их свойства / Н. Н. Простосердов. - М.: Изд. «ВДНХ СССР». - 1960. - 7 с.

19 Нужный, В. П. Вино: химический состав, пищевые свойства, особенности биологического действия и потребления / В. П. Нужный // Токсикологический вестник. - М., 1998.

20 Ramos, R.M. Determination of free and total diacetyl in wine by HPLC-UV using gas - diffusion microextraction and pre-column derivatization./ R.M. Ramos, J.C. Pacheco, L.M. Goncalves// Food Control. - 2012. - № 24. - C. 220-224.

21 Lallemand, F. Diacetyl in wine / F. Lallemand // Winemaking Update. - 2012. - № 1. - P. 25-27.

22 De Man, J.C. The formation of diacetyl and acetoin from б-acetolactic acid / J.C. De Man // Recueil. - 1959. - № 78. - C.481-486.

23 Молочные продукты. Масло. Аромат масла. [Электрон. ресурс]; режим доступа: http://milco.ru/masla/aromat-masla.html

24 Bakirci, I. The effect of commercial starter culture and storage temperature on the oxidative stability and diacetyl production in butter / I. Bakirci, S. Celik, C. Ozdemir // Dairy Technology. - 2002. - Vol. 55. - № 4. - Р. 177-181.

25 Stephanie, M. Determination of diacetyl and acetoin a microwave popcorn plant / Stephanie M. Pendergrass // Envinromental Science. - 2004. - Vol. 38. - P. 862-865.

26 Mattersich, J. The spectrophotometric determination of diacetyl /

J. Mattersich, J. R. Cooper // Analytical Biochemistry. - 1989. - № 180. - C. 349-350.

27 Speck, J. C. Spectrophotometric determination of diacetyl / J. C. Speck // Analytical Chemistry. - 1948. - № 20. - 647 p.

28 Rafael, J. Fluorimetric determination of diacetyl and 2,3-pentandione with isoniazide and a zirconium salt / J. Rafael, M. Rosa // Talanta. - 1993. - № 9. -

P. 1419-1423.

29 Masatoshi Yamaguchi. Determination of glyoxal, metilglyoxal, diacetyl, and 2,3-pentandione in fermented foods by high-performance liquid chromatography with fluorescence detection / Masatoshi Yamaguchi, Junichi Ishida // Journal of liquid chromatography. - 1994. - № 17. - P. 203-211.

30 Speckman, R. A. Separation of diacetyl, acetoin, and 2,3-butilene Glycol by salting-out chromatography / R.A. Speckman, E. B. Collins // Analytical Biochemistry. - 1968. - № 22. - P. 154-160.

31 Carmen, M. Spectrophotometric determination of biacetyl in distillates of wine / M. Carmen, Gloria del Campo // Analyst. - 1992. - Vol. 177. - P. 1342-1346.

32 Michele, M. New quantitative determination of 2,3 - dioxobutane (diacetyl) in alcoholic beverages by an indirect spectrofluorimetric procedure with use of 2,3 - diaminonaphtalene as reagent of derivatization / M. Michele, P. Levillain // Talanta. - 1994. - Vol. 1. - P. 75-79.

33 Damiani, P. Determination of diacetyl / P. Damiani, G. Burini, J. Assoc // Anal. Chem. - 1988. - Vol. 71. - P. 462-464.

34 Пурецкий, Н. А. Определение диацетила при помощи спектрофото-метрии и термолинзовой спектрометрии / Н.А. Пурецкий, М.А. Проскурнин, А.В. Пирогов // Вестн. Моск. Ун-та. - 2009. - №2. - С. 116-121.

35 Валуйко, Г. Г. Технология солода и пива. - М.: Мир, 2000. - 900 с.

36 Третьяк, Л. Н. Контроль качества пива на основе экспрессного определения диацетила / Л.Н. Третьяк, В.И. Федорченко // Вестник ОГУ. - 2006. - № 10. - С. 451-455.

37 Третьяк, Л. Н. Контроль качества пива в условиях ограниченно оборудованных пивоваренных лабораторий / Л. Н. Третьяк, Ю. А. Лосев, Е. Г. Бондаренко // Вестник ОГУ. - 2005. - № 10. - С. 144-149.

38 Патент 2415418 РФ, G01N33/14, C12C11/00. Фотометрический способ определения диацетила в пиве / Л. Н. Третьяк, В. И. Федорченко (Россия). - заявл. 23.12.2009; опубл. 27.03.2011.

39 Pack, M. Y. Owades and Jakovac Method for diacetyl determination / M. Y. Pack, W. E. Sandine, P. R. Elliker // Food Science and Technology. - 1974. - Vol. 41. - P. 981 - 986.

40 Occan, U. Quingdao haiyang daxue xuebao / U. Occan, C. Shuzhu // Quingdao. Natur. Sci. Ed. - 2002. - Vol. 32. - P. 89 - 93.

41 Mariaud, M. Procedure determination of diacetyl with use of 2,3 - diamino-naphtalene / M. Mariaud, P. Levillain // Talanta. - 1994. - Vol. 41. - P. 75 - 79.

42 Rodrigues, O. A. Flow injection square wave cathodic stripping voltammetric determination at a hanging mercury drop electrode of rapidly reduced compounds. determination of diacetyl on wine as 2,3 - dimethylquinoxaline / O. A. Rodrigues, A. A. Barros, P. J. Almeida // Analytica Chimica Acta. - 2001. - P. 119 - 127.

43 ГОСТ Р 52363-2005. Спиртосодержащие отходы спиртового и ликероводочного производства. Газохроматографический метод определения содержания летучих органических примесей. - введ. 2006.07.01. - М.: Стандартинформ, 2009. - 5 с.

44 Barros, A. Determination of glyoxal, methylglyoxal and diacetyl in selected beer and wine, by HPLC with UV-spectrophotometric detection, after derivatization with o - phenylendiamine / A. Barros, J. A. Rodrigues, M. T. Oliva - Telts // J. liq. technol. - 1999. - Vol. 22. - P. 2061 - 2069.

45 Macciola, V. Rapid gas-chromatographic method for the determination of diacetyl in milk, fermented milk and butter / V. Macciola. G, Candela, A. De Leonardis // Food Control. - 2008. - Vol. 19. - P. 873 - 878.

46 Ramos, R. M. Determination of free and total diacetyl in wine by HPLC - UV using gas-diffusion microextraction and pre-column derivatization / R. M. Ramos, J. G. Pacheco, J. A. Rodrigues // Food Control. - 2012. - Vol. 24. - P. 220-224.

47 Otsuka, M. Simple and sensitive determination of diacetyl and acetoin in biological samples and alcoholic drinks by gas chromatography with electron-capture detection / M. Otsuka, Sh. Ohmori // Journal of Chromatography. - 1992. - № 577. - P. 215-220.

48 Speckman, R. A. Separation of diacetyl, acetoun, and 2,3-butylene glycol by salting - out chromatography / R.A. Speckman, E. B. Collins // Analytycal Biochemistry. - 1968. - № 22. - P. 154-160.

Размещено на Allbest.ru