MODA NA NATURĘ KLASY AROMATÓW ANALIZA OLEJKÓW ETERYCZNYCH 10/1/2012. Niektórych składników nie udaje się syntetyzować

Transkrypt

1 SUROWIEC NATURALNY SUROWIEC CHEMICZNY I Z O L A C J A S Y N T E Z A ANALIZA OLEJKÓW ETERYCZNYCH Renata Zawirska-Wojtasiak Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu MIESZANINY POJEDYNCZE ZWIĄZKI ZWIĄZKÓW SKŁADNIKI SYNTETYCZNE KOMPOZYCJA AROMATYCZNA MIESZANINY MIESZANINY AROMATYCZNE AROMATYCZNE REAKCJE ENZYMATYCZNE TERMICZNE REAKCJE PROCESY FERMENTACYJNE CHEMICZNE PROCESY PROCESY BIOTECHNOLOGICZNE TERMICZNE KLASY AROMATÓW MODA NA NATURĘ 1. Aromaty naturalne 2. Aromaty identyczne z naturalnymi 3. Aromaty sztuczne 4. Ekstrakty aromatyzujące 5. Aromaty generowane w reakcjach enzymatycznych i termicznych Niektórych składników nie udaje się syntetyzować Stosowanie naturalnych aromatów jest czasem przymusowe 6. Aromaty dymu wędzarniczego Przekonanie o nieszkodliwości substancji naturalnych 1

2 OLEJKI ETERYCZNE Produkty roślinne powstające w gruczołach wydzielniczych rośliny. Ciecze o konsystencji oleju, białe lub żółte, Zawierające związki zapachowe, głównie terpeny i fenole 3 OLEJKÓW Sosnowate (Pinaceae), np.: sosna, jodła Baldaszkowate (Umbeliferae), np.: arcydzięgiel litwor, kminek zwyczajny, Wargowe (Labiatae), np.: melisa lekarska, szałwia lekarska, mięta pieprzowa Rutowate (Rutaceae), np.: pomarańcza, grejpfrut, cytryna Złożone (Compositae), np.: bylica piołun, wrotycz pospolity Bodziszkowate (Geraniaceae), np.: bodziszek łąkowy CHO Benzaldehyd HO H 3 CO Wanilina CHO IZOMERIA Zjawisko istnienia dwóch związków chemicznych o identycznym wzorze sumarycznym, lecz o różnej strukturze cząsteczek IZOMERIA PRZESTRZENNA - OPTYCZNA Związki chiralne Konstytucyjna Przestrzenna Łańcuchowa Optyczna Położenia Diastereoizomeria Funkcyjna COOH COOH HO C-H H-C-OH CH 3 CH 3 Kwas mlekowy Louis Pasteur 1984r 2

3 IZOMERIA OPTYCZNA Kwas L-(+)-mlekowy IZOMERIA OPTYCZNA Identyczne właściwości enancjomerów HO COOH COOH C H H C OH CH 3 CH 3 L D Kwas D-(-)-mlekowy 1.Skręcają płaszczyznę polaryzacji światła w przeciwnych kierunkach, ale o taki sam kąt 2. Reagują z różnymi prędkościami z innymi związkami optycznie czynnymi 3. W przypadku związków zapachowych mogą różnić się zapachem SMAK A IZOMERY ZWIĄZKI CHIRALNE - AMINOKWASY UMAMI COOH COOH NH2 C-H H-C NH2 CH2 CH2 CH2 CH2 COOH COOH L D Kwas glutaminowy 3

4 SMAK AMINOKWASÓW IZOMERIA OPTYCZNA A ZAPACH ZWIĄZEK S-(+) KARWON R-(-) KARWON R-(+) LIMONEN S-(-) LIMONEN (+) LINALOL (-) LINALOL (-) BORNEOL (+) BORNEOL R-3-METYLOBUTANOL S-3-METYLOBUTANOL ZAPACH Kminkowy 85 ppb Miętowy 2 ppb Pomarańczowy Cytrynowy Kwiatowy konwaliowy Kwiatowy różany Kamforowy ziemisty Kamforowy ziemisty Gotowanych ziemniaków Bez zapachu ALDEHYDY CHIRALNE INNE ZWIĄZKI CHIRALNE 2-METYLOBUTANAL 2-METYLOPENTANAL kardamon, cebula, por, ryż, herbata ALKOHOLE 1-OCTEN -3-L FENYLOPROPANAL 3-METYLOALKANALE kosmetyki pieczone ziemniaki ZWIĄZKI SIARKI LAKTONY OWOCOWE PASSION FRUITS TRUSKAWKI, MORELE, BRZOSKWINIE 4

5 NAZEWNICTWO Reguła pierwszeństwa podstawników jeżeli wszystkie 4 podstawniki są różne, to pierwszeństwo mają te o większej masie atomowej Konfiguracja R i S Ustalić kolejność pierwszeństwa Zorientować cząsteczkę, aby grupa o najniższym pierwszeństwie była najbardziej oddalona Ustalić kolejność grup od najwyższego do najniższego pierwszeństwa Kolejność zgodna z ruchem wskazówek zegara konfiguracja R (rectus prawy), przeciwna S (sinister lewy) 1-okten-3-ol R (-) grzybowy S (+) ziemisty CH 2 2 II CH H - CH OH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 1 CH 3 CH 2 2 II CH 3 HO - CH - H CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 1 CH 3 ANALIZA AROMATU OTRZYMYWANIE OLEJKÓW IZOLACJA OZNACZANIE SKŁADU DESTYLACJA Destylacja Ekstrakcja Head space Mikroekstrakcja (SPME) GC Chiralna GC MS Olfaktometria WYCISKANIE EKSTRAKCJA lotnym rozpuszczalnikiem EKSTRAKCJA NADKRYTYCZNA ciekłym CO 2 5

6 OTRZYMYWANIE OLEJKÓW ANALIZA AROMATU DESTYLACJA Z PARĄ WODNĄ Aparat IZOLACJA OZNACZANIE SKŁADU ma MA x pa ---- = mb MB x pb ma,b masa olejku (A) i masa wody (B) pa,b ciśnienie olejku (A) i ciśnienie wody (B) Derynga Destylacja Ekstrakcja Head space Mikroekstrakcja (SPME) GC Chiralna GC MS Olfaktometria CHIRALNA CHROMATOGRAFIA GAZOWA Chiralne fazy stacjonarne 1. Pochodne aminokwasów chemicznie związane do polisiloksanów 2. Optycznie aktywne połączenia metali 3. MODYFIKOWANE CYKLODEKSTRYNY alkylowane/acylowane rozpuszczone w polisiloksanach 6-o-tert-butyldimetylsilyl and 2,3-diacylated or 2,3 dialcylated cyclodextrin derivatives CYKLODEKSTRYNY oligosacharydy jednostki glukopiranozowe α-1,4 homologi α, β, γ, δ, ε, ξ, η Masa cz

7 ROZDZIELCZOŚĆ W CHIRALNEJ GC Rozdzielczość chromatograficzna tr Rs=1,777 x wh1 +wh2 tr całkowita różnica czasów retencji Wh(1,2) szerokość w połowie wysokości Rozdzielczość chiralna crs = 2,5 dla 1% rozdziału praktycznie 99,73% przy crs 1,5 Chiralna chromatografia dwuwymiarowa kolumna achiralna kolumna chiralna detektory piece 7

8 Znane rozdziały chiralne Chiralne aldehydy 9 Chiralne alkohole 8 2- i 3-alkanole 7 1-okten-3-ol 6 RtβDex sa 5 4 Chiralne związki 3 siarki 2 Chiralne laktony 1 owocowe p A (+)-1-okten-3-ol IR 1225 (-)-1-okten-3-ol IR 123 I R Znane rozdziały chiralne OLEJKI ETERYCZNE lawenda - linalol i octan linalolu mięta - mentol bergamota - linalol olejek różany - citronelol neroli β-pinen petitgrain β-pinen koper - karwon, limonen kminek - karwon, limonen rozmaryn - borneol Stosunek enancjomerów olejek z lawendy Stosunek enancjomerów olejek z lawendy 8

9 Stosunek enancjomerów - rozmaryn Stosunek enancjomerów koper.5% 99.5% (S)-(+)-Karwon H 3 C CH 3 85% 15% H 3 C CH 3 CH 3 H 3 C (R)-(-)-Karwon H OH H HO (-) 1S,2R,4S BORNEOL (+) 1R,2S,4R BORNEOL ROZDZIAŁY CHIRALNE ROZDZIAŁY CHIRALNE LIMONEN KARWON LIMONEN KARWON 2,3-di-ethyl-6-O-tert-butyldimethylsilylβ-cyclodextrin doped into 14% cyanopropyl/phenyl-86% dimethyl polisiloxan Rtβ-Dex se 2,3-di-acetoxy-6-O-tertbutyldimethylsilylβ-cyclodextrin doped into 14% cyanopropyl/phenyl-86% dimethyl polisiloxan Rtβ-Dex sa 9

10 SPME PAc krzywe kalibracyjne SPME PDMS krzywe kalibracyjne LIMONEN i KARWONE w olejku kopru ogrodowego REW-CARVONE SPME/DESTYLACJA LINIOWA REGRESJA dla KARWONU Distillation= x PDMS 2 mg/g 1 7,6 13,9 14,3 REW-LIMONENE r=.6358 PA PAc PDMS Destylacja DISTILLATION 2 mg/g 1 PA,4 1,7 1,9 DISTILLATION DIST IL LATION,mg /g SPME-EXPER. DISTILL.- COUNTED SPME-PDMS,mg/g 1

11 Autentyczność aromatu CZYSTOŚĆ ENANCJOMERYCZNA wyznaczony eksperymentalnie stosunek ilościowy enancjomerów (w %) Enantiomeric ratio Enantiomeric excess Enantiomeric purity Autentyczność aromatu AKTYWNOŚĆ ZAPACHU ODOUR ACTIVITY VALUE c (stężenie składnika µg/kg) OAV = a (stężenie progowe µg/kg) OLFAKTOMETRIA CHROMATOGRAFIA GAZOWA/ SENSORYCZNA OCENA ZAPACHU IR ZAPACH ZWIĄZEK 117 Żywiczny β-pinen 128 Cytrynowy LIMONEN 143 Eukalyptusowy EUKALYPTOL nastrzykowy port FID 112 Miodowy γ-terpinen 114 Herbaciany LINALOL IR 1186 Kamforowy KAMFORA O L F A K T O M E T R I A 123 Ziemisty BORNEOL 1211 Drewno stęchłe TERPINEN-4-OL FD- FACTOR kolumna olfaktometryczny port 1222 Roślinny α-terpineol 1267 Kwiatowy WERBENON 1339 Roślinny OCTAN BORNYLU 11

12 OLFAKTOMETRIA AEDA Aroma Extract Dilution Analysis FD Wskaźnik Rozcieńczeń Rozmaryn chromatogram CHARM ANALYSIS ci charm response aromagram Eucalyptol β pi ne ne camphor linalool borneol α terpineol c i =3 ni IR 12

13 INDEKSY RETENCJI Charakterystyczne parametry chromatograficzne: Właściwa objętość retencji Względna objętość retencji Retencja względna w stosunku do teoretycznego nonanu R x9 Indeksy retencji Kovats a INDEKSY RETENCJI INDEKS KOVATS A Odtwarzalność danych Wartość nie zależy od nie zależy od -stosowanego aparatu -szybkości przepływu gazu -rodzaju gazu nośnego nośnego -ilości fazy ciekłej zależy od -polarności fazy ciekłej temperatury INDEKSY RETENCJI INDEKSY RETENCJI lgv n(x) lgv n(cz) RI = z lgt R (x) lgt R (Cz) RI = z lgv n(cz+1) lg) Vn(Cz) V n(x) objętość retencji badanego związku V n(cz) objętość retencji węglowodoru o liczbie z atomów węgla V n(cz+1) objętość retencji węglowodoru o liczbie z +1 atomów węgla lgt R (Cz+1) lg)t R (Cz) t R (x) zredukowany czas retencji badanego związku t R (Cz) zredukowany czas retencji węglowodoru o liczbie z atomów węgla t R (Cz+1) - zredukowany czas retencji węglowodoru o liczbie z +1 atomów węgla 13

14 INDEKSY RETENCJI WĘGLOWODORY DO INDEKSÓW lgt R (x) lgt R (Cz) RI = z lgt R (Cz+2) lg)t R (Cz) t R (x) zredukowany czas retencji badanego związku t R (Cz) zredukowany czas retencji węglowodoru o liczbie z atomów węgla t R (Cz+2) - zredukowany czas retencji węglowodoru o liczbie z +2 atomów węgla C1 C12 C14 C16 OLEJEK Z KMINKU LIMONEN KARWON LIMONEN KARWON C16 C14 C1 C12 14

15 INDEKSY RETENCJI Zredukowany czas retencji t R = t R - t m t m czas martwy czas przebywania w kolumnie substancji, która nie oddziaływuje z wypełnieniem IR różnica indeksów retencji w tej samej temperaturze na dwóch różnych fazach δir różnica indeksów retencji na tej samej fazie w dwóch różnych temperaturach INDEKSY RETENCJI Linear temperature program retention index lgt R(x) lgt R(Cz) LTPRI = z lgt R(Cz+1) lg)t R(Cz) t R(x) czas retencji badanego związku t R(Cz) czas retencji węglowodoru o liczbie z atomów węgla t R(Cz+1) - czas retencji węglowodoru o liczbie z +1 atomów węgla MOŻLIWOŚCI ANALIZY CHIRALNEJ Ustalanie składu aromatów Analiza prekursorów i form pośrednich Podstawowy wskaźnik biologicznej aktywności i percepcji zapachu Kryterium autentyczności aromatu OGRANICZENIA ANALIZY CHIRALNEJ Naturalnie zmienny stosunek enancjomerów Racemizacja w czasie przechowywania Racematy naturalnego pochodzenia Mieszanie aromatów Brak chiralnego składnika 15

16 POŁĄCZONE TECHNIKI MDGC/IRMS KONTROLA POCHODZENIA OLEJKU BERGAMOTY octan linalylu linalol limonen KOMPLEKSOWA ANALIZA AROMATU IZOLACJA GC CHIRALNA GC GC/MS SKŁAD JAKOŚCIOWO- ILOŚCIOWY AKTYWNE ZAPACHOWO SKŁADNIKI DZIĘKUJĘ OLFAKTOMETRIA INDEKSY RETENCJI KONTROLA AUTENTYCZNOŚCI 16