Fast determination of lactose in dairy products

Význam tématu

Analýza sledových množství laktózy v mléčných výrobcích je klíčová pro zachování bezpečí a kvality potravin určených pro laktozově intolerantní spotřebitele. Regulace vyžadují limitní hodnoty v produktu označeném jako „bez laktózy“ často mezi 0,01 % a 0,1 %. Metody infračervené spektroskopie, enzymatické testy či HPLC s refraktometrickou detekcí nedosahují vždy požadované citlivosti ani specificity bez dalších úprav, což otevírá prostor pro výkonné chromatografické techniky.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace je zavést rychlou a vysoce výkonnou aniontově-výměnnou chromatografii s pulzně-amperometrickou detekcí (HPAEC-PAD) pro kvantifikaci nízkých koncentrací laktózy ve „lactose-free“ a „reduced-lactose“ výrobcích. Nová keramicko-polymerní kolona Dionex CarboPac PA20-Fast-4 µm byla vyhodnocena z hlediska separační účinnosti, rychlosti analýzy a spolehlivosti výsledků.

Použitá metodika a instrumentace

Analytický postup zahrnuje:

• Příprava vzorku: 1,5 g homogenizovaného vzorku ve 100 mL DI vody, deproteinace Carrezovým roztokem I a II, filtrace přes papírový a 0,45 µm nylonový filtr.
• Chromatografie: Kolona CarboPac PA20-Fast-4 µm (2 × 100 mm) s guard-kolonou 2 × 30 mm, eluce ve 4-komponentním gradientu NaOH/NaOAc, průtok 0,2 mL/min, teplota 30 °C, objem injekce 10 µL.
• Detekce: Pulzně-amperometrická křivka se čtyřmi potenciály na Au pracovní elektrodě, referenční elektroda Ag/AgCl.

Použitá instrumentace

• Termo Scientific Dionex ICS-3000 IC systém (quaternární čerpadlo s degaserem, AS-AP autosampler, DC modul)
• Elektrochemický detektor Dionex ICS-3000 ED (cell, reference Ag/AgCl, Au pracovní elektroda, 1 mm, 25 µm gasket)
• Eluentní nádoby s dusíkovou ochranou, Chromeleon Chromatography Data System 7.2

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala lineární rozsah 0,1–20 mg/L pro laktózu i laktulosu (r2 > 0,999). Retenční časy byly vysoce reprodukovatelné (RSD < 0,4 %) a obnova laktózy z kontrolního standardu 0,04 % dosáhla 98 % (RSD 1,4 %). LOD a LOQ byly odhadnuty na 0,0003 % a 0,0008 % laktózy v produktu. Doba cyklu analýzy včetně rinsingu činí přibližně 21 min.

Přínosy a praktické využití metody

• Vyšší separační účinnost a citlivost oproti klasickým HPLC-RI metodám.
• Možnost spolehlivé kontroly produktů označených jako „bez laktózy“ či „nízký obsah laktózy“ v potravinářských i diagnostických laboratořích.
• Vysoká propustnost analýz díky kratší době běhu a jednoduché přípravě vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další zkracování doby analýzy použitím menších částic a vyšších průtoků, automatizace přípravy vzorků včetně on-line filtrací, nasazení kapilárních sloupců a přímé coupling s hmotnostní spektrometrií pro širší spektrum analyzovaných sacharidů a jejich kyselých derivátů.

Závěr

Navržená HPAEC-PAD metoda s CarboPac PA20-Fast-4 µm kolonnou nabízí rychlou, citlivou a vysoce reprodukovatelnou analýzu stopové laktózy v čerstvých mléčných výrobcích a měkkých sýrech. Díky nízkým LOD/LOQ pod 0,001 % splňuje požadavky norem i legislativy a zkracuje čas analýzy oproti předchozím postupům.

Reference

1. American Journal of Clinical Nutrition. Chapter 3. Lactose content of milk and milk products, 1988.
2. Society for Public Health. Food Intolerance Network. Tables of lactose content in foods, 2017.
3. van Scheppingen W.B. et al. Selective and sensitive determination of lactose in low-lactose dairy products with HPAEC-PAD. J. Chromatogr. B, 2017.
4. Kouaouci R. Analytical Methods for Lactose Quantification in Milk and Milk Products, 2007.
5. ISO 22662:2007. Milk and milk products – Determination of lactose content by HPLC (Reference method).
6. Verordnung über Milcherzeugnisse (MilchErzV), Německo, 2017.
7. European Food Safety Authority. Lactose thresholds in lactose intolerance and galactosaemia. EFSA Journal, 2010.
8. Thermo Fisher Scientific. Dionex CarboPac PA20-Fast-4µm Manual, 2017.
9. Perati P., De Borba B., Rohrer J. Application Note 248: Determination of lactose in lactose-free milk products by HPAEC-PAD. Thermo Scientific, 2016.
10. Rohrer J. Technical Note 71: Eluent Preparation for HPAEC-PAD. Thermo Scientific, 2013.