Determination of lactose in lactose-free dairy products using HPAE coupled with PAD and MS dual detection

Význam tématu

Metoda přesné kvantifikace zbytkového laktózy a jejích termických či enzymatických derivátů v mléčných výrobcích označovaných jako „bez laktózy“ je zásadní pro splnění legislativních požadavků a zajištění kvality pro laktózově intolerantní spotřebitele. Tradičně se laktóza rozkládá enzymem β-galaktosidázou, přičemž vznikají glukóza a galaktóza, ale proces není stoprocentně účinný a v produktu zůstává malé množství laktózy. Navíc tepelná úprava a bakterie mohou vytvářet isomery jako allolaktózu, laktulosu či epilaktózu, jejichž rozlišení a stanovení je důležité pro komplexní charakterizaci výrobku.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout rychlou a citlivou analytickou metodu pro stanovení laktózy a jejích derivátů v produktech označených jako „bez laktózy“ pomocí vysokovýkonné aniontové výměnné chromatografie (HPAE) s duální detekcí pulzní amperometrií (PAD) a hmotnostní spektrometrií (MS). Metoda byla validována na pěti komerčních vzorcích mléka, krémů a jogurtů, s rozsahem detekce od jednotek mikrogramů na litr až po desítky miligramů na litr.

Použitá metodika a instrumentace

Analytický systém sestával z HPAE přístroje Dionex ICS-5000+ s eluentním generátorem EGC 500 KOH a kolonkou CarboPac PA210-4µm (4 × 150 mm). Po separaci na kolonce byl tok rozdělen „tee“ spojkou na PAD detektor (zlatá elektroda) a elektrochemicky regenerovatelný desalter ERD 500, za kterým následovala ionizace v HESI II a měření selektivním iontovým monitoringem (SIM) na MS ISQ EC v negativním módu. Vzorky byly před chromatografií upraveny Carrezovým vysrážením tuků a proteinů, filtrací a on-line čištění na OnGuard IIA kartě.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace gradientu se 19 mM KOH zajistila kvalitní separaci allolaktózy, laktózy, laktulosy a epilaktózy za 15 minut. Linearita kalibrace (0,05–5 mg/L) byla pro PAD i MS výborná (r2 > 0,999), detekční limity (LOD) v MS byly 2–3× nižší než v PAD (0,003–0,004 mg/L). V pěti testovaných komerčních produktech se obsah laktózy pohyboval od 0,004 do 0,161 g/100 g a odpovídal deklarovaným kategoriím „100 % bez laktózy“ či „99 % bez laktózy“. Deriváty laktózy (laktulosa, epilaktóza) nebyly v žádném vzorku detekovány. Recuperace laktózy byla v rozmezí 85–110 % u obou detekcí.

Přínosy a praktické využití metody

• Duální detekce PAD a MS zvyšuje selektivitu a citlivost i při složitých matricích.
• On-line desalter umožňuje přímé napojení iontově silného elučního roztoku na MS.
• Metoda nabízí nízké LOQ (<0,01 % v produktu) vhodné pro kontrolu legislativních limitů.
• Rychlé analýzy (<30 minut) podporují vysokou vzorkovou propustnost.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace mikrofluidních kolonek pro další zkrácení doby analýzy.
• Využití vysokorozlišovacích MS pro identifikaci dalších neočekávaných disacharidů.
• Automatizace předúprav vzorků (robotické Carrez postupy, on-line čištění).
• Rozšíření aplikace na jiné mléčné produkty, fermentované nápoje a potravinové doplňky.

Závěr

Vyvinutá metoda HPAE-PAD/MS pro stanovení laktózy v mléčných výrobcích bez laktózy prokázala vynikající selektivitu, citlivost a robustnost. Duální detekce umožňuje spolehlivé kvantifikace i potvrzení analytů a splnění legislativních požadavků na nízké koncentrace laktózy. Metoda je vhodná pro rutinní i výzkumné laboratoře zaměřené na kontrolu kvality mléčných výrobků.

Reference

1. Commission Directive 2006/141/EC, Official Journal of the European Union, 2006.
2. EFSA NDA Panel, Scientific Opinion on lactose thresholds, EFSA Journal 2010;8(9):1777.
3. Van Scheppingen W.B. et al., J. Chromatogr. B 2017;1060:395–399.
4. Thermo Fischer Scientific Application Note 72632: Fast and Sensitive Determination of Lactose in Lactose-Free Products using HPAE-PAD.
5. Thermo Fischer Scientific Technical Note 71: Eluent Preparation for HPAE-PAD.
6. Thermo Fischer Scientific Application Note 248: Determination of Lactose in Lactose-Free Milk Products by HPAE-PAD.
7. Seki N. & Saito H., Int. Dairy J. 2012;22:110–115.
8. Fransen C.T.M. et al., Carbohydr. Res. 1998;314:101–114.