GAS CHROMATOGRAPHY-MASS SPECTROMETRIC IDENTIFICATION OF TRANS-FATTY ACIDS IN HYDROGENATED OILS AND FATS PRODUCTS

Full Text

Актуальность. В производстве многих традиционных продуктов, таких как бутербродное масло, сдобное и песочное тесто, а также ряда новых, но ставших неотъемлемой частью питания современного человека продуктов быстрого приготовления, замороженных десертов и т.п., широко используются твердые жиры. Промышленное внедрение в начале ХХ века технологии гидрирования, т.е. насыщения жидких растительных масел водородом с образованием твердых жиров, явилось основой для получения твердых гидрированных масел. Такие масла оказываются сравнительно дешевыми, не содержат холестерина, устойчивы к окислению кислородом воздуха и имеют ряд технологических преимуществ по пластичности, взбиваемости и скорости плавления. Тем не менее, недостаток гидрирования масел связан с образованием из нативных, полезных для здоровья, цис-изомеров ненасыщенных жирных кислот транс-жирных кислот, геометрически отличающихся пространственным расположением групп относительно двойной связи. Ежедневное употребление транс-жирных кислот, прежде всего, увеличивает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний [1, 2]. Замена 2% углеводов от общей калорийности дневного рациона на транс-жирные кислоты повышает риск возникновения ишемической болезни сердца почти в 2 раза, а внезапной смертности от сердечно-сосудистых заболеваний в 1,5 раза. При этом стиль жизни (курение, потребление алкоголя, ведение неспортивного образа жизни и т.д.) оказывают меньшее влияние на развитие ишемической болезни сердца, чем потребление транс-жирных кислот. Кроме того, промышленные транс-жирные кислоты, являясь аллогенными веществами, плохо метаболизируются организмом человека [3]. Употребление кормящими матерями продуктов с транс-жирными кислотами приводит к повышению их концентрации в женском молоке, что, в свою очередь, негативно воздействует на развивающийся организм ребенка. Потребление транс-жирных кислот снижает иммунитет, повышает риск возникновения инфекционных заболеваний, способствует прогрессированию старческой слепоты, ишемической болезни сердца, болезни Альцгеймера и препятствует нормальному синтезу простагландинов [4, 5]. Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что содержание транс-жирных кислот во многих промышленно выпускаемых жирах может достигать 40 % [6]. В связи с этим, актуальным является внедрение в практику лабораторий санитарно-химического профиля современных достоверных методик идентификации и определения содержания транс-жирных кислот в масложировой продукции. Перспективными для этой цели являются методики газохроматографического и хромато-масс-спектрометрического анализа, позволяющие обнаруживать и определять содержание каждого из геометрических изомеров полиненасыщенных жирных кислот. В то же время многообразие структур таких изомеров требует сравнения и корректного выбора оптимального из газохроматографических режимов. Материал и методы исследования. Для решения поставленной задачи применяли: - газовый хроматограф Agilent 6890N; - хромато-масс-спектрометр GCMS QP2010 Shimadzu с автоматическим дозатором ввода жидких проб AOS-5000; - стандартные смеси жирных кислот: Supelco 37, транс-изомеров линолевой кислоты, транс-изомеров линоленовой кислоты. Полученные результаты и их обсуждение. Внедрение в практику лабораторных исследований ИЛЦ ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Липецкой области» ГОСТ Р 52677-2006 «Масла растительные, жиры животные и продукты их переработки. Методы определения массовой доли трансизомеров жирных кислот» и ГОСТ 31754-2012 «Масла растительные. Жиры животные и продукты их переработки. Методы определения массовой доли трансизомеров жирных кислот» позволило сравнить между собой и оптимизировать режимы газохроматографического и хромато-масс-спектрометрического определения транс-жирных кислот в масложировой продукции [7, 8]. Для калибровки газового хроматографа Agilent 6890N c пламенно-ионизационным детектором использовали стандартные смеси жирных кислот: Supelco 37, транс-изомеров линолевой кислоты, транс-изомеров линоленовой кислоты. Выбор оптимального режима хроматографирования структурных (изомерия положения кратных связей) и цис/транс-изомеров линолевой и линоленовой кислот (Рис.1) при температуре инжектора и детектора 250 оС проводили в соответствии с таблицами 3,4 Приложения Б по ГОСТ 31754-2012. В данном случае газохроматографическую идентификацию транс-жирных кислот проводили исключительно по совпадению времен удерживания кислот реального образца с временами удерживания таковых стандарта. Для выявления всей картины распределения структурных и цис/транс-изомеров жирных кислот масложирового продукта, включая цис/транс-изомеры конъюгированной линоленовой кислоты, калибровали квадрупольный газовый хромато-масс-спектрометр GCMS QP2010 Shimadzu. Комбинирование газохроматографических методов с пламенно-ионизационным и масс-спектрометрическим детекторами позволяет de facto извлечь всю информацию о жирно-кислотном составе масложирового продукта, как на основе совпадения времен удерживания, так и по вероятностной оценке совпадения масс-спектров анализируемого образца с библиотечным. Хромато-масс-спектрометрическое исследование с целью идентификации цис/транс-изомеров жирных кислот реального образца проводили в условиях полного ионного тока (SCAN) в диапазоне сканирования масс: 50-450 а.е.м., тогда как количественное определение каждого из структурных, либо цис/транс-изомеров, образца проводили сканированием в режиме селективного ионного мониторинга (SIM) хромато-масс-спектрометра GCMS QP2010. Поскольку описанная в ГОСТ 31754-2012 газохроматографическая методика определения массовой доли транс-жирных кислот в масложировых продуктах разработана для диапазона измерения менее 10%, наиболее точными являются результаты определения транс-жирных кислот в спредах и растительно-сливочных маслах, не касаясь маргариновой продукции, для которой характерно высокое содержание транс-изомеров и составляющее около 20%. Рис.1 Фрагмент совмещенной хроматограммы структурных и цис/транс-изомеров линолевой, линоленовой, арахиновой и цис-11-эйкозеновой кислот Анализ хроматограмм качественного и изготовленного с нарушением технологии производства растительно-сливочных масел выявил тенденцию увеличения количества транс-изомеров линолевой, линоленовой и олеиновой кислот при переходе от качественного, с высокой долей молочного жира, к низкосортному, с гидрогенизированными растительными жирами, продукту. Косвенно это подтверждается увеличением значения соотношения линолевой к альфа-линоленовой (Омега-6)/(Омега-3) жирных кислот, например, от 20 до 40. Таким образом, недобросовестный производитель, необоснованно уменьшая количество молочного жира в спреде или растительно-сливочном масле, фактически уравнивает эти продукты с вредными для здоровья человека маргаринами, характеризующимися крайне высоким содержанием транс-жирной кислоты - элаидиновой. На Рис.2 приведена хроматограмма маргарина для выпечки с содержанием транс-изомеров жирных кислот равным 24%, при допустимом уровне до 20%, указанном в этикетке продукта. Отметим некоторые методологические особенности применения ГОСТ 31754-2012 в практике лабораторных исследований. Во-первых, согласно п. Рис.2 Хроматограмма маргарина 6.5.2.1 ГОСТ 31754-2012 на хроматограммах масел, жиров и жировых продуктов, не содержащих молочный жир и/или частично гидрогенизированные масла и жиры, массовую долю транс-изомеров жирных кислот вычисляют как сумму относительных масс транс-изомеров олеиновой С18:1, линолевой С18:2 и альфа-линоленовой С18:3 метиловых эфиров жирных кислот. В случае анализа жировых продуктов с добавлением молочного жира и/или частично гидрогенизированных масел и жиров, массовую долю транс-изомеров жирных кислот вычисляют как сумму всех метиловых эфиров жирных кислот, содержащих двойные связи в транс-конфигурации. При этом идентификация транс-изомеров линоленовой кислоты согласно ГОСТ 31754-2012 ограничена частью возможных изомеров этой кислоты в силу отсутствия продажных стандартов изолированных изомеров конъюгированной линоленовой кислоты в положениях, как цис-, так и транс-. Тем не менее, крайне важен учет доли таких изомеров при определении качества масложировой продукции с высоким содержанием транс-жирных кислот. Во-вторых, особенностью ГОСТ 31754-2012 является способ разметки хроматограммы для идентификации цис/транс-изомеров цис-9-октадеценовой кислоты. Согласно ГОСТ 31754-2012, применительно к наиболее эффективным высокополярным капиллярным колонкам класса SP (SP-2340, SP-2560), все цис-изомеры цис-9-октадеценовой кислоты располагаются в правой и все транс-изомеры располагаются в левой области относительно пика цис-9-октадеценовой кислоты. Несмотря на это, описанные в [9] результаты газохроматографического определения состава молочного жира и жира, выделенного из шоколадного печенья, т.е. с добавлением гидрогенизированных жиров, свидетельствуют о возможности чередования в ходе элюирования цис/транс-изомеров цис-9-октадеценовой кислоты, как в левой, так и в правой областях относительно пика цис-9-октадеценовой кислоты. Результаты проведенных нами исследований спредов, растительно-сливочных и сливочно-растительных масел на капиллярной колонке SP-2560 100м х 0,25мм х 0,20мкм газохроматографическим и хромато-масс-спектрометрическим методами подтверждают выводы авторов работы [9]. Выводы. При проведении газохроматографического контроля качества масложировой продукции на содержание транс-жирных кислот, наиболее ответственным этапом анализа является идентификация элюируемых структурных и цис/транс-изомеров. Области, вызывающие основные трудности идентификации транс-жирных кислот находятся вблизи времен выхода цис-9-октадеценовой кислоты и изолированных изомеров конъюгированной линоленовой кислоты. Для корректной идентификации транс-жирных кислот гидрогенизированной масложировой продукции, наряду с пламенно-ионизационным, полезным является использование масс-спектрометрического детектора.

About the authors

I S Denisov

The Center of hygiene and epidemiology in Lipetsk region

Email: dis84@list.ru

E V Grigoreva

The Center of hygiene and epidemiology in Lipetsk region

N V Zubchonoc

The Center of hygiene and epidemiology in Lipetsk region

Email: zubchonok_nv@cge48.ru

References