Determination of Biogenic Amines in Alcoholic Beverages by Ion Chromatography with Suppressed Conductivity and Integrated Pulsed Amperometric Detections

Význam tématu

Biogenní aminy se v potravinách a nápojích vyskytují jako produkty mikrobiální dekarboxylace aminokyselin a zároveň jako klíčové metabolity rostlin a živočichů. V analýze alkoholických nápojů jsou důležité z několika důvodů:

• toxikologické účinky (bolesti hlavy, hypertenze, alergické reakce),
• indikátory mikrobiálního růstu a kvality fermentace,
• vliv na senzorické vlastnosti vína a piva.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a validovat metodu pro přímé stanovení osmiletých biogenních aminů v pivu a víně bez nutnosti derivatizace. Studie porovnala tři detekční konfigurace spojené s kapalinovou iontovou chromatografií: potlačenou vodivost, integrovanou pulzní amperometrii (IPAD) a UV absorbanci.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci a detekci bylo využito následujících komponent:

• Dionex ICS-3000 systém: duální pumpa, eluentní generátor EGC II MSA, vodivostní a elektrochemické buňky.
• Cation-exchange kolony IonPac CG18 (2×50 mm) a CS18 (2×250 mm).
• Eluent: gradient methansulfonové kyseliny (3–45 mM) v čase.
• Postkolonové přidávání 0,1 M NaOH pro IPAD (pumpa 0,24 mL/min, Au elektroda, pH/Ag/AgCl reference).
• Suppresor CSRS ULTRA II v režimu vnější vody pro potlačenou vodivost (proud 40 mA).
• UV/Vis detektor (276 nm) pro potvrzení tyraminu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Senzitivita: potlačená vodivost dosahuje detekčních limitů často o řád nižších než s IPAD či UV.
• Linearity: koeficienty r² 0,997–0,999 pro většinu aminů.
• Precision: RSD do 0,3 % (retention time) a do 1,3 % (plocha) pro potlačenou vodivost.
• Reálné vzorky: v pivech (wheat, lager) se našly putrescin (2–6 mg/L), histamin (0,2–0,7 mg/L), agmatin (7–15 mg/L) a nově po skladování spermidin/spermine.
• Ve vínech: nejvyšší koncentrace putrescinu a histaminu (do 16 mg/L, 5 mg/L) v červených vzorcích; v bílém a růžovém víne nízké hodnoty.
• Skladováním při 4 °C docházelo k nárůstu aminních koncentrací až o 184 % (histamin) a objevu případných nových aminů.
• Pro potvrzení přítomnosti tyraminu bylo nezbytné využít UV detekci kvůli interferencím (arginin).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nevyžaduje složitou chemickou derivatizaci, je robustní, citlivá a aplikovatelná v rutinních laboratořích potravinářské a nápojové kontroly. Umožňuje komplexní monitoring kvality fermentace a bezpečnosti spotřebitelských výrobků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• rozšíření na další potravinové matrice (sýry, masné výrobky),
• automatizace přípravy vzorku a online kalibrace generátorem eluentu,
• integrace s hmotnostní spektrometrií pro identifikaci neznámých interferentů,
• vývoj nových výměnných polymerových kolon se zvýšenou retencí polárních aminů.

Závěr

Kapalinová iontová chromatografie s CS18 kolonou v kombinaci s potlačenou vodivostí, IPAD a UV detekcí umožňuje rychlé, citlivé a spolehlivé stanovení biogenních aminů v alkoholických nápojích. Metoda je vhodná pro rutinní kontrolu kvality a toxikologické studie.

Reference

1. Santos M.H.S. Biogenic Amines: Their Importance in Foods. Int. J. Food Microbiol. 1996, 29, 213–231.
2. Soleas G.J., Carey M., Goldberg D.M. Method Development and Cultivar-Related Differences of Nine Biogenic Amines in Ontario Wines. Food Chem. 1999, 64, 49–58.
3. Smith T.A. Amines in Food. Food Chem. 1980/81, 6, 169–200.
4. Halász A. et al. Biogenic Amines and their Production by Microorganisms in Food. Trends Food Sci. Technol. 1994, 5, 42–49.
5. Shalaby A.R. Significance of Biogenic Amines to Food Safety and Human Health. Food Res. Int. 1996, 29, 675–690.
6. Bardócz S. Polyamines in Food and their Consequences for Food Quality and Human Health. Trends Food Sci. Technol. 1995, 6, 341–346.
7. ten Brink B. et al. Occurrence and Formation of Biologically Active Amines in Foods. Int. J. Food Microbiol. 1990, 11, 73–84.
8. Gardini F. et al. Factors Influencing Biogenic Amine Production by Oenococcus oeni in Model System. Food Control 2005, 16, 609–616.
9. Vidal-Carou M.C. et al. Ion-Pair HPLC Determination of Biogenic Amines in Wine. J. Chromatogr. A 2003, 998, 235–241.
10. Kalac P., Krízek M. A Review of Biogenic Amines and Polyamines in Beer. J. Inst. Brew. 2003, 109, 123–128.
11. Marcobal A. et al. Biogenic Amine Content of Red Spanish Wines: Comparison of ELISA and HPLC for Histamine. Food Control 2005, 38, 387–394.
12. Leitão M. et al. A Survey of Biogenic Amines in Commercial Portuguese Wines. Food Control 2005, 16, 199–204.
13. Bover-Cid S. et al. Biogenic Amine Contents in Spanish Wines and Influence of Limited Irrigation. Food Chem. 2006, 96, 43–47.
14. Glória M.B.A., Izquierdo-Pulido M. Levels of Biogenic Amines in Brazilian Beers. J. Food Compos. Anal. 1999, 12, 129–136.
15. Loret S. et al. Levels of Biogenic Amines as Measure of Beer Quality: Belgian Samples. Food Chem. 2005, 89, 519–525.
16. Campíns-Falcó P. et al. o-Phthalaldehyde-N-Acetylcysteine Polyamine Derivatives for HPLC. J. Chromatogr. B 2001, 759, 285–297.
17. Hoekstra J.C., Johnson D.C. Detection Waveforms for Biogenic Amines by LC. Anal. Chem. 1998, 70, 83–88.
18. Draisci R. et al. IC-MS for Biogenic Amines in Food. J. Chromatogr. A 1998, 798, 109–116.
19. Pineda R. et al. LC-Integrated Pulsed Amperometric Detection for Biogenic Amines. Anal. Chim. Acta 2001, 449, 111–117.
20. Campbell D.L. et al. LC-Electrochemical Detection of Alkanolamines. J. Chromatogr. 1991, 546, 381–385.
21. Rey M., Pohl C. Novel Cation-Exchange Column for Small Polar Amines. J. Chromatogr. A 2003, 997, 199–206.
22. Cinquina A.L. et al. Biogenic Amines in Fish by IC-Conductivity. J. Chromatogr. A 2004, 1032, 73–77.
23. Saccani G. et al. Biogenic Amines in Meat by IC-MS. J. Chromatogr. A 2005, 1082, 43–50.
24. Vidal-Carou M.C. et al. Histamine and Tyramine in Spanish Wines: Relation to SO2 and Malo-lactic Fermentation. Food Chem. 1990, 35, 217–227.
25. Anli R.E. et al. Determination of Biogenic Amines in Turkish Red Wines. J. Food Compos. Anal. 2004, 17, 53–62.
26. Kalac P. et al. Biogenic Amines in Czech Beers. Food Chem. 1997, 58, 209–214.
27. Marco A.G., Azpilicueta C.A. Amine Concentrations in Wine Stored at Different Temperatures. Food Chem. 2006, 99, 680–685.
28. Kalac P. et al. Biogenic Amine Formation in Bottled Beer. Food Chem. 2002, 79, 431–434.