Химия и химическая технология/ 6.Органическая химия

К.т.н. Ю.Ф. Якуба, к. с-х. н. М.В. Захарова, М.В. Филимонов,

В.В. Шестакова

Государственное научное учреждение Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства Россельхозакадемии, Россия

Определение глюкозы, сахарозы, фруктозы методом капиллярного электрофореза

На долю углеводов приходится около 80 % сухого вещества растений и плодов. Углеводы синтезируются всеми зелеными растениями, изучение компонентного состава углеводов способствует раскрытию физиолого-биохимических механизмов адаптации растений к стрессам окружающей среды. Синтез углеводов и их содержание напрямую связано с урожайностью, потребительским качеством ягод, плодов и винограда.

Аналитическая информация о компонентном составе сахаров в плодах, винограде и продуктах их переработки, как правило, ограничивается суммарными показателя, нередко носящими расчетный характер.

Практикуемые методы определения сахаров условно можно разделить на две группы – физические и химические. Среди химических методов анализа широко известны фотоколориметрические методики количественного определения сахаров: реакция с пикриновой кислотой (по Крезелиус - Зейферт); с 3,5-динитросалициловой кислотой; антроновый метод определения сахаров (по Моррису-Роэ), тонкослойной хроматографии, газовой хроматографии или хроматомасс-спектрометрии, ферментативного анализа, жидкостной хроматографии и высокоэффективного капиллярного электрофореза. Весьма перспективными для количественного определения сахаров представляется разработка и модификация методик с использованием капиллярного электрофореза, уже востребованного в аналитической практике [1].

Косвенное УФ-детектирование в методике капиллярного электрофореза использовано для определения концентрации сахаров, а также примесей в сахаре и образцах вина [2]. Данный прием позволил отказаться от дериватизации и обеспечить предел обнаружения – 1-10 мг/дм³ испытуемого объекта [3]. Для решения проблемы эффективного разделения сахаров предложено использовать ведущий электролит с высоким значением рН, получать производные углеводов с помощью реагентов [4], молекулы которых содержат хромофорные ионогенные группы. Изучена возможность лигандообменного капиллярного электрофореза для определения глюкозы, фруктозы, сахарозы в форме соответствующих комплексов [5] с катионами двухвалентной меди. Предложены оптимизированные условия разделения глюкозы, фруктозы, сахарозы в следующих условиях анализа: ведущий электролит – 175 мМ/дм³ аммиака, 1 мМ/дм³ двухвалентной меди; дозирование пробы – 10 с, 30 мБар, напряжение +25 кВ, длина волны детектирования – 245 нм, эффективная длина кварцевого капилляра 0,5 м, внутренний диаметр 75•10^-6 м. Предел обнаружения изучаемых веществ составил 5-21 мг/дм³.

В проведенных исследованиях для оптимизации разделения и количественного определения массовой концентрации глюкозы, сахарозы и фруктозы, основывающихся на имеющейся информации, применяли косвенное детектирование и несколько вариантов ведущего электролита.

В результате оптимизированы следующие условия выполнения анализа:

система капиллярного электрофореза серии «Капель», оборудованная ультрафиолетовым детектором, с длиной волны лампы 254 нм, источником питания отрицательного напряжения и следующими характеристиками:

кварцевый капилляр, эффективной длиной 0,5 м до детектора, внутренним диаметром 75•10^-6 м.

Для эффективного количественного анализа используют раствор ведущего электролита следующего состава: 4 г/дм³ сорбата калия, 8 г/дм³ 10% водного раствора цетил-триметил-аммоний-основания (ЦТА-ОН), 36 г/дм³ глицерина, 0,16 г/дм³ гидроокиси калия. Срок хранения ведущего электролита не более суток. Ведущий электролит готовят в количестве, обеспечивающем потребности рабочего дня. Рекомендуемое напряжение –16 кВ, время анализа 20 минут.

Пробоподготовку жидкой пробы осуществляли следующим образом: сок или вино разбавляли в 2-50 раз (в зависимости от ожидаемого суммарного содержания сахаров), при необходимости фильтровали, центрифугировали 3-5 минут при 6000 об^-1, переносили в прибор и производили дозирование пробы пневматическим методом под давлением 30 мБар в течение 5 секунд.

Для определения сахаров, например, в виноградных листьях, отбрали пробу в количестве 1,00 г, растирали в ступке при добавлении 9 см³ дистиллированной воды до гомогенного состояния. Затем массу настаивали в течение 1 часа, фильтровали, центрифугировали и подвергали анализу.

Ориентировочное время миграции в предлагаемых условиях анализа: глюкозы – 15,2 мин, сахарозы – 16,2 мин, фруктозы – 14,5 мин. Диапазон измеряемых значений массовых концентраций сахаров составил 0,1-5,0 г/дм³.

Калибровочные растворы концентраций 0,1, 0,5, 1, 2, 5 г/дм³ готовили на дистиллированной воде из химически чистых препаратов глюкозы, фруктозы, сахарозы. Растворы устойчивы в течение двух суток при комнатной температуре.

Пример определения модельной смеси сахаров в оптимальных условиях анализа, показан на рис.

Рисунок – Электрофореграмма модельной смеси сахаров; 2 – фруктоза, 3 – глюкоза, 4 – сахароза

В разработанных условиях методики проведен анализ градуировочных смесей, фруктовых соков, полусухих и полусладких красных и белых виноградных вин, экстрактов вегетативных органов растений, табл.

Таблица – Определение глюкозы, сахарозы, фруктозы в исследуемых объектах, г/кг

Исследуемый объект	Компонент
	Глюкоза	Сахароза	Фруктоза
Яблочный сок	12,6	17,5	81
Арбузный сок	23,8	13,0	38,4
Пчелиный мед	370	0	350
Полусухое виноградное вино	15,5	0	15,9
Виноградный лист	4,6	5,1	4,4

Предлагаемая методика с использованием капиллярного электрофореза обеспечивает экспрессность и объективность определения сахаров в сложных по составу биологических пробах. Установлено, что количественному определению не мешают фенольные соединения, аминокислоты, анионы, органические кислоты, глицерин и изомеры бутиленгликоля.

Литература

1.Kvasnicka F. // J. Sep. Sci. – 2005. – V.28. - P. 813-825.

2.O’Flanerty B., Yang W.P., Sengupta S., Cholli A.L. // Ass. AVH – 7 Symposium. - Reims, 2000. - P. 22.

3.Lu B., Westerlund D. // Electropforesis. – 1996. - № 17. – P. 325.

4.Lee Y. Lin T.-I. // J. Chromatogr. B. – 1996. – № 681. – P. 87.

5.Алексеева А.В., Карцова Л.А., Казачищева Н.В. // Ж. Аналитической химии. - 2010. - Т.65. - №2. - С. 205-211.

Сведения об авторах

Ф.И.О.	Якуба Юрий Федорович Захарова Марина Витальевна Филимонов Михаил Васильевич Шестакова Вера Владимировна
Название статьи	Определение глюкозы, сахарозы, фруктозы методом капиллярного электрофореза
Рубрика	С/х науки
Телефон	+7-861-2525877 (факс)
e.mail	Globa2001@mail.ru
Адрес	Государственное научное учреждение Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства Россельхозакадемии, РФ, г. Краснодар, ул. 40-лет Победы 39
Индекс	350901

Переписку вести с Якубой Ю.Ф.