High Throughput LC Method for Soft Drink Additives

Význam tématu

Soft‑drinky představují široce rozšířený produkt s vysokým objemem výroby, kde je konzistence chuti, sladkosti a mikrobiální stability klíčová pro spotřebitelskou důvěru a soulad s legislativou. Kvantitativní monitoring běžných přísad (acesulfam K, aspartam, sacharin, benzoát, sorbat a kofein) je proto zásadní pro kontrolu kvality, ověřování etiketace, reformulace receptur i zamezení výrobních ztrát při odchylkách ve složení.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo navrhnout rychlou, robustní a snadno přenosnou izokratickou LC metodu vhodnou pro vysokoprůtokové (high‑throughput) rutinní testování měkkých nápojů. Metoda měla umožnit kvantifikaci šesti běžných přísad s krátkým časem analýzy, minimální přípravou vzorku a použitím UV‑DAD pro spektrální potvrzení identit látek. Testovaná konfigurace zahrnovala Agilent 1260 Infinity III LC a kolonku InfinityLab Poroshell 120 Phenyl‑Hexyl.

Použitá metodika

Popis metody a klíčové parametry:

• Mobilní fáze: 20 mM acetát sodný pH 4.8 (upraveno octovou kyselinou) s organickým modifikátorem; optimálně methanol 10 % (v/v); pro některé energetické nápoje použito 0 % methanolu (100 % vodné).
• Kolonka: Agilent InfinityLab Poroshell 120 Phenyl‑Hexyl, 3.0 × 50 mm, 2.7 µm.
• Průtok: 0.6 mL·min−1.
• Teplota kolony: optimálně 40 °C (35 °C jako výchozí); zvýšení na 40 °C zlepšilo tvar píku aspartamu a zkrátilo retence.
• Objem injekce: standardně 3 µL (u energetických nápojů testováno i 1.5 µL).
• Detekce: Diodový array detektor (DAD); měření při 218 nm, referenční 360 nm (BW uvedena v originále).
• Rozsah kalibrace: 50–500 µg·mL−1; lineární závislosti s R² ≥ 0.999 pro všechny analyty.
• Příprava vzorku: odstranění oxidu uhličitého (odplynění), filtrace; většina vzorků bez dalšího ředění; energetické nápoje ředěny podle potřeby kvůli vysokému obsahu kofeinu nebo dalším polárním složkám.

Použitá instrumentace

Seznam použitých přístrojů a softwaru:

• Agilent 1260 Infinity III LC se sadou Assist Upgrade (Assist Interface a Assist Hub).
• 1260 Infinity III kvaternární pumpa (G7111B), multisampler (G7167A) a multicolumn thermostat s výměníkem tepla.
• 1260 Infinity III DAD (G7115A) s 10 mm standardní průtokovou cuvetou.
• Agilent OpenLab CDS (verze 2.7 nebo novější) pro sběr dat a zpracování.

Hlavní výsledky a diskuse

- Volba organického modifikátoru: při porovnání ethanolu a methanolu způsoboval ethanol při vyšších obsazích částečnou koeluci kofeinu a sorbátu; methanol v rozmezí 5–15 % poskytl lepší separaci a stabilnější chování, proto byl vybrán jako preferovaný modifikátor.

- Teplota: zvýšení teploty z 35 °C na 40 °C vedlo ke zlepšení tvaru píku aspartamu, snížení retence a celkovému zvýšení průchodnosti metody bez ztráty rozlišení.

- Lineární kvantifikace: metoda prokázala v rozsahu 50–500 µg·mL−1 výbornou linearitu (R² ≥ 0.999) a stabilní retenční časy, což potvrzuje vhodnost pro rutinní kvantitativní analýzu.

- UV‑spektrální potvrzení: DAD poskytl specifické spektrální profily pro všechny šest analyty, což zvyšuje jistotu identifikace, zejména při objevu neočekávaných nebo souběžně elujících složek.

- Aplikace na komerční vzorky: kolové nápoje obsahovaly převážně kofein; dietní koly měly benzoát, kofein a aspartam; citronovo‑limetkové nápoje dominoval benzoát; u pomerančových nápojů byl často detekován pozdně elující barvicí komponent (~8.7 min), což doporučilo prodloužení doby běhu v závislosti na vzorku; jiné vzorky vykazovaly variabilní kombinace benzoátu, kofeinu a aspartamu v souladu s deklarací na etiketě.

- Energetické nápoje: vyžadují odlišný přístup kvůli velmi polární matrici a vysokému obsahu kofeinu. Snížení nebo úplné vynechání methanolu (až na 0 % organiky) zlepšilo separaci acesulfamu K od matricových rušivých složek; nicméně 100 % vodné podmínky prodlužují eluce pozdně vycházejících látek (např. kofein ~18 min).

- Stabilita kolonky a údržba: Poroshell 120 Phenyl‑Hexyl umožnila provoz v 100 % vodné fázi bez zhroucení fáze. Doporučené postupy skladování: vytlačit pufr vodou, opláchnout 50:50 voda:acetonitril a skladovat v 100 % aprotickém rozpouštědle (např. acetonitril), aby se zabránilo mikrobiálnímu růstu a usazování pufru.

Přínosy a praktické využití metody

- Rychlost a průchodnost: krátké doby analýzy a jednoduchá izokratická báze umožňují vysoký počet vzorků za den a snadné nasazení v závodních QC laboratořích.

- Nízké nároky na přípravu vzorku: pouze odplynění a filtrace u většiny finálních produktů; jednoduchá diluce pro sirupy a koncentráty.

- Široká použitelnost: metoda pokrývá běžné sladidla, konzervační látky a kofein v různých typech nealkoholických nápojů (včetně energetických nápojů při úpravě mobilní fáze).

- Snížené požadavky na detekci: použití DAD místo složitějších detektorů (ELSD, MS) zjednodušuje provoz a snižuje náklady při zachování dostatečné specificity díky spektrálnímu potvrzení.

Budoucí trendy a možnosti využití

- Automatizace a škálovatelnost: metodu lze integrovat do plně automatizovaných QC linek s dávkováním vzorků a reportováním v OpenLab CDS pro rychlé rozhodování o shodě šarží.

- Rozšíření panelu analyzovaných sloučenin: přidání dalších konzervantů, sladidel nebo aditiv s optimalizací vlnové délky či použitím HPLC‑MS pro zvýšenou selektivitu v komplexních matricích.

- Zelená chromatografie: další vývoj směrem k bezpečnějším organickým modifikátorům (např. etanol) bude vycházet z kompromisu mezi analytickým výkonem a environmentálními/bezpečnostními důvody; současné výsledky preferují methanol kvůli lepší separaci.

- Metody pro koncentráty a suroviny: jednoduché ředění mobilní fází umožňuje adaptaci metody pro analýzu sirupů a surovin v raných fázích výroby, což umožní včasné odhalení odchylek.

Závěr

Popisovaná izokratická LC‑DAD metoda na Agilent 1260 Infinity III s kolonou Poroshell 120 Phenyl‑Hexyl je rychlé, robustní a prakticky použitelná řešení pro rutinní kvantifikaci šesti klíčových přísad v širokém spektru nealkoholických nápojů. Metoda kombinuje krátké doby běhu, jednoduchou přípravu vzorků, vynikající linearitu a spektrální potvrzení identit, což ji činí vhodnou pro provozní QC, formulace i analýzu koncentrátů. Pro energetické nápoje lze metodu upravit použitím plně vodné mobilní fáze k dosažení potřebného rozlišení raně elujících polárních složek.

Reference

1. Brooks A., Long W. Selective Analysis of Non‑Nutritive Food Additives Using Agilent ZORBAX Eclpise Plus C18, Eclipse Plus Phenyl‑Hexyl, Eclipse XDB‑Phenyl, and StableBond SB‑Phenyl Columns. Agilent Technologies application note, publication 5989‑9951EN, 2008.
2. Woodman M. Rapid Screening and Analysis of Components in Nonalcoholic Drinks. Agilent Technologies application note, publication 5989‑5178EN, 2006.
3. Fu R., Xu Z. Analysis of Sweeteners in Food and Beverages with the Agilent 1120 Compact LC System. Agilent Technologies application note, publication 5989‑8961EN, 2010.
4. Flores I., Sepulveda C., Sanchez R. Analysis of Low‑Calorie Sweeteners by Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry. Agilent Technologies application note, publication 5991‑2860EN, 2013.
5. Vanhoenacker G., Steenbeke M., Sandra K., David F., Sandra P., Huber U. Determination of Sweeteners, Preservatives, and Caffeine in Various Food and Consumer Products Using the Agilent 1290 II LC. Agilent Technologies application note, publication 5991‑6580EN, 2024.
6. Krieger S. Different Food Applications on a Single LC System Using Automated Column and Solvent Selection—Agilent 1260 Infinity II Multimethod Solution. Agilent application note, publication 5991‑7622EN, 2016.
7. Zhao L. Analysis of Food Additives in Beverages Using Syringe‑Filter Filtration and HPLC. Agilent application note, publication 5991‑3737EN, 2013.
8. Long W., Brooks A., Biazzo W. Analysis of Polar Compounds Using 100% Aqueous Mobile Phases with Agilent ZORBAX Eclipse Plus Phenyl‑Hexyl and Other ZORBAX Phenyl Columns. Agilent application note, publication 5990‑3616EN, 2009.