Determination of Total and Free Sulfite in Foods and Beverages

Význam tématu

Sulfity, včetně oxidu siřičitého a sulfitu sodného, jsou běžně využívané konzervační látky v potravinářství a nápojovém průmyslu. Jejich přítomnost ovlivňuje bezpečnost potravin (alergické a astmatické reakce) i kvalitu výrobků (mikrobiální znehodnocení, enzymatická hnědnutí). Přesné stanovení volných a vázaných forem sulfitu (souhrnně jako celkový sulfitu) je klíčové pro regulaci, označování a zajištění shody s legislativními limity (FDA, Proposition 65).

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a optimalizovat rychlou, citlivou a selektivní metodu pro simultánní stanovení volného a celkového sulfitu v komplexních potravinářských matricích pomocí iontově vylučovací chromatografie (IEC) a pulzně amperometrické detekce (PAD). Studie navazuje na AOAC Metodu 990.31 a předchozí Application Note AN 54, avšak s významnými vylepšeními v oblasti detekce, spotřeby eluentu a stability elektrody.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda využívá iontově vylučovací chromatografii na 4 mm Dionex IonPac ICE-AS1 kolonce s eluční fází 20 mM kyseliny methansulfonové (MSA) a průtokem 0,2 mL/min. Separace založená na Donnanově vyloučení, dělení a velikostní exkluzi umožňuje selektivní záchyt sulfitu. Detekce probíhá pulzně amperometricky (PAD) s jednorázovou platininovou elektrodou, která odstraňuje nutnost náročného leštění. Extrakce sulfitu probíhá dvojím způsobem:

• Alkalická extrakce (pH 9) pro uvolnění vázaného sulfitu (celkový sulfiti)
• Kyselá extrakce (pH 2) pro stanovení volného sulfitu

Instrumentace:

• Dionex ICS-5000 systém (DP Dual Pump, DC Detektor/Chromatografická komora, AS-AP autosampler)
• Dionex IonPac ICE-AS1 Guard (4×50 mm) a Analytical (4×250 mm) kolony
• Pulsně amperometrická detekce s jednorázovou Pt elektrodou a Ag/AgCl referencí
• PEEK kapilární spojky, Nalgene a Fisher Scientific laboratorní spotřební materiál

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizovaný systém dosahuje retenčního času sulfitu ~13,6 min a nízkého šumu (0,04 nC). Kalibrační křivky v rozsahu 0,2–10 mg/L (celkový sulfiti) a 0,1–5 mg/L (volný sulfiti) vykázaly koeficient determinace ≥0,996. Detekční limity (LOD) byly 0,039 mg/L (celkový) a 0,028 mg/L (volný) při S/N = 3. Metoda prokázala dobrou opakovatelnost (RSD do 2,4 %) a mezidenní stabilitu elektrody (RSD 8,6 % pro celkový a 15,7 % pro volný sulfiti). Testovány byly vzorky červeného a růžového vína, kokosové vody, sušené meruňky a nutričního baru. Získané koncentrace se pohybovaly v rozmezí 3,8–304 mg/L celkového sulfitu a 2,67–43,6 mg/L volného sulfitu. Recoveries dosáhly 82–115 % (nutriční bar vykázal nižší), s optimálním ředěním vzorků pro minimalizaci maticových interferencí.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Rychlou analýzu (25 min run time)
• Menší spotřebu eluční fáze díky 4 mm kolonce
• Vyšší spolehlivost detekce bez leštění elektrody
• Dostatečnou citlivost pro nízké koncentrace sulfitu
• Široké uplatnění v potravinářské, nápojové a regulační praxi

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování může zahrnovat:

• Automatizaci přípravy extrakčních roztoků pro snížení variability
• Integraci mikroprůtokových systémů a miniaturizace detekce
• Rozšíření na další konzervační látky a metabolity fermentace
• Využití umělé inteligence pro prediktivní modelování maticových efektů

Závěr

Vyvinutá metoda iontově vylučovací chromatografie s PAD a jednorázovou platininovou elektrodou poskytuje rychlé, citlivé a přesné stanovení volného a celkového sulfitu v různých potravinářských matricích. Díky nízké spotřebě eluční fáze, minimalizaci údržby elektrody a dobré opakovatelnosti je metoda vhodná pro rutinní i regulační analýzy.

Reference

1. Wedzicha B.L. Chemistry of Sulphur Dioxide in Foods; Elsevier, New York 1984.
2. Vally H. et al. Alcoholic Drinks: Important Triggers for Asthma. J. Allergy Clin. Immunol. 2000, 105, 462–467.
3. FDA. Food Labeling: Declaration of Sulfiting Agents. Fed. Regist. 1986, 51(131), 25012–25020.
4. California EPA. Proposition 65 List. 2011.
5. Adachi T. et al. On the Combination of Sulfite with Food Ingredients. Z. Lebensm. Unters. Forsch. 1979, 168, 200–205.
6. Sullivan J.J. et al. Determination of Free Sulfite in Wines. J. AOAC 1990, 73, 223–226.
7. AOAC Official Method 990.28, Monier-Williams Method.
8. Kim H.J. Comparison of Ion-Exclusion with Monier-Williams. J. AOAC 1989, 72, 266–272.
9. AOAC Official Method 990.31, Ion-Exclusion Chromatography.
10. Kim H.J.; Kim Y.K. Analysis of Free and Total Sulfites by IC/EC. J. Food Sci. 1986, 51, 1360–1361.
11. Kim H.J. Determination of Sulfite in Foods: Collaborative Study. J. AOAC 1990, 73, 216–222.
12. Cheng J. et al. PAD Waveform with Disposable Pt Electrodes. J. Electroanal. Chem. 2007, 608, 117–124.
13. Novic M.; Haddad P.R. Interaction Mechanisms in Ion-Exclusion. J. Chromatogr. A 2006, 1118, 19–28.
14. Wygant M.B. et al. Improvements in Amperometric Detection of Sulfite. J. AOAC Int. 1997, 80, 1374–1380.
15. Kim H.J.; Park G.Y.; Kim Y.K. Analysis of Sulfites by IC/EC. Food Tech. 1987, 41, 85–91.