Siedlce University of Natural Sciences and Humanities Polish Separation Science Society. Camera Separatoria. Volume 6, Number 1 / June 2014

Transkrypt

1 Siedlce University of Natural Sciences and Humanities Polish Separation Science Society Volume 6, Number 1 / June 2014 Siedlce 2014

2 Honorary Editor: Edward Soczewiński (Lublin) Editors-in-Chief: Bronisław K. Głód (Siedlce) Marian A. Kamiński (Gdańsk) Editors: Tadeusz Dzido (Lublin) Bronisław K. Głód (Siedlce) Marian Kamiński (Gdańsk) Piotr M. Słomkiewicz (Kielce) Piotr Stepnowski (Gdańsk) Andrzej Stołyhwo (Warszawa) Monika E. Waksmundzka-Hajnos (Lublin) Mieczysław Sajewicz (Katowice) Language Editor: John Podgórski (Manchester) Technical Editors: Paweł Piszcz Reviewers: Monika Asztemborska Bronisław K. Głód Marian Kamiński Iwona Kiersztyn Paweł Piszcz Piotr M. Słomkiewicz Monika E. Waksmundzka-Hajnos Editorial office s address: Department of Analytical Chemistry, Institute of Chemistry Uniwersytet Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach Siedlce University of Natural Sciences and Humanities ul. 3 Maja 54, Siedlce tel. : (25) camera.separatoria@gmail.com URL:

3 SPIS TREŚCI (CONTENTS) Prace oryginalne / Original papers Izabela KOSS-MIKOŁAJCZYK, Barbara KUSZNIEREWICZ, Agnieszka BARTOSZEK Porównanie zawartości związków fenolowych oraz aktywności przeciwutleniającej ekstraktów wodnych z białych, czerwonych oraz czarnych porzeczek (Ribes sp.). 5 Joanna GŁAZOWSKA, Marian KAMIŃSKI Chromatografia oddziaływań hydrofilowych - HILIC/NH 2 - w rozdzielaniu monoi disacharydów oraz badaniu cukrowych frakcji eluatu z rozdzielania składników serwatki mleka.. 11 Prace przeglądowe / Review papers Grzegorz BOCZKAJ, Patrycja MAKOŚ Zastosowanie technik rozdzielania do identyfikacji i oznaczania lotnych związków tlenoorganicznych stosowanych w analityce procesowej wody i ścieków.. 23 Patrycja MAKOŚ, Grzegorz BOCZKAJ Zastosowanie cieczy jonowych w technikach chromatograficznych 37 Instrukcje dla autorów.. 50 Instructions for Authors and Editorial Policy. 54

4 PRACE ORYGINALNE (ORIGINAL PAPERS)

5 CAMERA SEPARATORIA Volume 6, Number 1 / June 2014, pp Izabela KOSS-MIKOŁAJCZYK*, Barbara KUSZNIEREWICZ, Agnieszka BARTOSZEK Department of Food Chemistry, Technology and Biotechnology, Gdańsk University of Technology, 11/12 Narutowicza St., Gdańsk, Poland, *Autor korespondencyjny, iza.koss88@gmail.com Porównanie zawartości związków fenolowych oraz aktywności przeciwutleniającej ekstraktów wodnych z białych, czerwonych oraz czarnych porzeczek (Ribes sp.) Streszczenie: Celem przeprowadzonych badań było porównanie zawartości związków o charakterze przeciwutleniaczy oraz aktywności biologicznej wodnych ekstraktów z białej, czerwonej i czarnej odmiany porzeczki (Ribes sp.). Charakterystyka chemiczna ekstraktów została ustalona poprzez oznaczenie związków z grupy fenoli z użyciem techniki HPLC-DAD-MS, całkowitej aktywności przeciwutleniającej za pomocą standardowych testów spektrofotometrycznych (ABTS, DPPH, FC), a także sporządzenie profili przeciwutleniaczy z użyciem technik TLC z wizualizacją odczynnikami (ABTS, DPPH i FC) oraz deprywatyzacji postkolumnowej z użyciem odczynnika ABTS. Otrzymane wyniki wykazały, że badane odmiany porzeczek różnią sie głównie zawartością związków z grupy antocyjanów, co wiąże się z różnicami w aktywności przeciwutleniającej tych odmian. Najwyższą zawartością związków fenolowych, jak również najwyższą aktywnością przeciwutleniającą charakteryzował się ekstrakt z odmiany czarnej, następnie odmiany czerwonej i białej. Słowa kluczowe: porzeczki, antocyjany, całkowity potencjał przeciwutleniający Comparison of the content of phenolic compounds and antioxidant activity of white, red and black currants (Ribes sp.) extracts Abstract: The aim of this study was to compare the content of antioxidant compounds and the antioxidant activity of extracts from white, red and black currants (Ribes sp.). The chemical properties verified included determinations of anthocyanins and other phenols by HPLC-DAD-MS, total antioxidant activity by standard spectrophotometric tests (ABTS, DPPH and FCR), and profiles of antioxidants by TLC with visualization reagents (ABTS, DPPH, FC) and postcolumn derivatization with ABTS reagent. The results obtained showed that the studied varieties of Ribes sp. differed mostly in the content of anthocyanins and hence in antioxidant activity. The highest content of phenolic compounds, as well as the highest antioxidant activity exhibited black currant extract, followed by red currant extract and white variety. Keywords: currants, anthocyanins, total antioxidant potential 1. Introduction The research carried out over past two decades suggested that biological activity of phytochemicals may differ depending whether they are studied as purified compounds or in combination with food matrix as they occur in nature. To recognize how food matrix influences the biological properties of phytochemicals of interest, the approach involving comparison of plant material derived from the same species, but from varieties differing in colour, thus in the content of specific components such as e.g. anthocyanins, was developed. Also other researchers employed this strategy to study matrix impact on bioactive potential of phytochemicals. The most frequent are comparisons of the contents of nutrients (sugars, fatty acids, amino acids), non-nutrients (organic acids, phenolic acids) and antioxidant potentials of different fruit or vegetable varieties [1, 2, 3]. In some studies, additionally cytotoxic or antimicrobial activities are evaluated. In our investigations, the comparison of total antioxidant potential (ABTS, DPPH, FCR), composition of phenolic compounds (HPLC-DAD-MS), antioxidant profiles by TLC and post-column derivatization were carried out for extracts from fruits differing mainly in the content of phenols, i.e. white, red and black currants (Ribes sp.). Although in recent years a growing number of publications about anthocyanins content in black and red currants can be observed, to our best knowledge the comparison of these two varieties with the white variety have not been done before.

6 Comparison of the content of phenolic compounds 6 2. Experimental 2.1. Chemicals and reagents The following chemicals were used: 1,1-diphenylo-2-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2-azinobis-(ethyl-2,3- dihydrobenzothiazoline-6-sulphonic acid) diammonium salt (ABTS), Folin-Ciocalteu s phenol reagent (FC), acetonitrile and formic acid, all of which were purchased from Merck (Germany). Standard compound 6- hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid (Trolox) was purchased from Sigma Aldrich (USA). HPLC grade methanol and pure p.a. methanol were from Chempur (Poland), ethyl acetate pure p.a. was from POCH (Poland). Water was purified with a QPLUS185 system from Millipore (USA) Plant material Water extracts prepared from white, red and black currants (Ribes sp.) were used throughout this study. All currant fruits were obtained from the local market and were cultivated in the North of Poland. Before extraction, the fruits were kept at -20 C, then freeze-dried using Christ Alpha 2-4 LSC. To obtain extracts, 0.2 g of each lyophilizate was mixed with 5 ml of deionized water and transferred to an ultrasound bath Unitra U4 (Unitra-Unima, Poland) for 10 min. Subsequently, the extracts were centrifuged (Heraeus Megafuge 16R Centrifuge) at 5000 rpm for 20 min at 4 C, to remove particulates. The collected supernatants were used in all experiments Profiles of antioxidants using TLC with antioxidant-directed visualization Water extracts of lyophilizates of currants were applied onto TLC plates (silica gel HPTLC 60 F254, cm; 0.25 mm; Merck, Germany) using glass capillary. The mobile phase consisted of ethyl acetate, formic acid, and water (6:1:1 v/v/v). Detection of the separated antioxidants was achieved by spraying plates with methanolic solution of either DPPH or ABTS radicals, or FC reagent diluted with water as described previously by Kusznierewicz [4] Determination of phenolic compounds in fruit extracts by HPLC-DAD-MS The analysis of phenolic compounds was performed according to Kusznierewicz [5] using the Agilent 1200 Series HPLC-DAD-MS system (Agilent Technologies, USA). Phenomenex Kinetex XB-C18 column, size 150 x 4.6 mm, particle size 5 μm was used for separation of phytochemicals. If the standard compounds were not available, the comparison of retention time, mass signal ([M+H]+, [M+H]- and fragment (m/z) with available literature data were the basis for the identification of individual components On-line profiling of antioxidants by HPLC-coupled post-column derivatization The chromatographic profiles of antioxidants in plant extracts studied were obtained by online postcolumn derivatization with ABTS radical using Pinnacle PCX Derivatization Instrument (Pickering Laboratories, Inc., USA) according to the procedure previously described by Kusznierewicz [4]. Separation conditions were the same as described in section Determination of antioxidant activity by spectrophotometric methods The popular spectrophotometric methods employing ABTS and DPPH radicals, as well as FC reagent were used for the colorimetric determination of antioxidant activity as described earlier [4]. All determinations were carried out in disposable cuvettes at room temperature with Thermo Scientific NanoDrop 2000c spectrophotometer.

7 7 I. Koss-Mikołajczyk, B. Kusznierewicz, A. Bartoszek 3. Results and discussion 3.1. Profiles of antioxidants using TLC TLC analysis of antioxidants present in white, red and black currant fruit extracts are shown in Fig. 1. Antioxidant profiles detected in the tested samples differed significantly. For the white variety, they were much poorer than the ones obtained for red and black cultivars. Visualization reagents showed that additionally to coloured antioxidants visible on the chromatogram without visualization reagents, in all three varieties of currants, there are also present compounds with antioxidant activity other than anthocyanins W R B W R B W R B W R B Rys. 1. Profile przeciwutleniaczy dla wodnych ekstraktów z białych (W), czerwonych (R) i czarnych (B) porzeczek uzyskane za pomocą techniki TLC bez (1) oraz z wizualizacja odczynnikami FC (2), DPPH (3) oraz ABTS (4). Fig. 1. Antioxidant profiles of extracts from white (W), red (R) and black (B) currants obtained using TLC without (1) and with FC (2), DPPH (3) and ABTS (4) reagent visualization Qualitative and quantitative determination of phenolic compounds and on-line profiling of antioxidants in currant extracts by HPLC-DAD-MS coupled with post-column derivatization Fig. 2 shows chromatograms obtained using HPLC-DAD-MS analysis of phenolic compounds for white (left panel), red (middle panel) and black (right panel) currant extracts. The main phenols detected belonged to anthocyanins. As expected, the richest source of anthocyanins from Ribes sp. turned out to be black currant, followed by red variety. White currants did not contain any compounds from this group of antioxidants. At the 325 nm, also some minor peaks were seen (data not shown) which could represent phenolic acids, however in post-column derivatization they displayed only minor antioxidant activity (Fig. 2, bottom panel). The HPLC-MS data for major anthocyanins present in currant varieties studied are assembled in table 1. The identification of major peaks was confirmed by comparison with previously published data [6-10]. Quantitative analysis of data on anthocyanins content in red and black currants is also shown in table 1. Total anthocyanin content in black variety is four times higher than in red variety.

8 Comparison of the content of phenolic compounds 8 Rys. 2. Profile chromatograficzne uzyskane przed - (górne chromatogramy śledzone przy 525 nm) oraz po procesie derywatyzacji z użyciem odczynnika ABTS - (dolne chromatogramy śledzone przy 734 nm) dla wodnych ekstraktów z białych (panel A), czerwonych (panel B) i czarnych (panel C) porzeczek. Ponumerowane piki reprezentuja: 3-O-sambubiozyd cyjanidyny (1), 3-O-(2-ksylozylorutynozyd) cyjanidyny (2), 3-O-rutynozyd cyjanidyny (3), 3-O-glukozyd delfinidyny (4), 3-O-rutynozyd delfinidyny (5), 3-O-glukozyd cyjanidyny (6), 3-O- (6 -kumaryloglukozyd) delfinidyny (7) oraz 3-O-(6 -kumaryloglukozyd) cyjanidyny (8). Fig. 2. Combined plots of profiles before - (top chromatograms traced at 525 nm) and after derivatization with ABTS reagent - (bottom chromatograms traced at 734 nm) obtained for white (panel A), red (panel B) and black currant water extracts (panel C). Numbered peaks represent: cyanidin 3-O-sambubioside (1), cyanidin 3-O-(2- xylosyl)-rutinoside) (2), cyanidin 3-O-rutinoside (3), delphinidin 3-O-glucoside (4), delphinidin 3-O-rutinoside (5), cyanidin 3-O-glucoside (6), delphinidin-3-o-(6 -coumaroylglucoside) (7) and cyanidin3-o-(6 - coumaroylglucoside) (8). Tabela 1. Identyfikacja antocyjanów w ekstraktach z porzeczek techniką HPLC-MS Table 1. HPLC-MS identification of anthocyanins present in currant extracts Peak Anthocyanin content [mg/g d.w.]* Tentative identification MS (m/z) number Red currants Black currants 1 Cyanidin 3-O-(2-xylosylrutinoside) 727 0,109-2 Cyanidin 3-O-sambubioside 581 0,711-3 Cyanidin 3-O-rutinoside 595 0,195 0,746 4 Delphinidin 3-O-glucoside 465-1,338 5 Delphinidin 3-O-rutinoside 611-0,381 6 Cyanidin 3-O-glucoside 449-1,351 7 Delphinidin 3-O-(6 -coumaroylglucoside) 611-0,158 8 Cyanidin 3-O-(6 -coumaroylglucoside) 595-0,062 *Data are the mean values of three independent measurements. Standard deviations were within ± 5 % of the means.

9 9 I. Koss-Mikołajczyk, B. Kusznierewicz, A. Bartoszek 3.3. Total antioxidant activity In all three spectrophotometric tests, the highest antioxidant exhibited black currant extract, followed by red currant extract and the least active was the white variety (Fig. 3), which points to anthocyanins as the main reducing components. However, antioxidant activity of black currant extract turned out to be only twice higher than that of white currant extract. This may suggest that some unidentified antioxidants are also present in the white variety. This suggestion is supported by the results of on-line antioxidant profiling with ABTS (Fig. 2, bottom panels) where the increased background along the whole chromatograms reveals the presence of non-identified components with a weak yet measurable antiradical activity. Rys. 3. Całkowity potencjał przeciwutleniający oznaczony za pomocą testów ABTS, DPPH i FC dla wodnych ekstraktów z białych, czerwonych i czarnych porzeczek. Wyniki przedstawiają wartość średnią ± odchylenie standardowe dla trzech niezależnych doświadczeń. Fig 3. Total antioxidant potential determined by ABTS, DPPH or FC test for water extract from white, red and black currants. The results are means ± SD for three independent determinations. Post-column derivatization with ABTS radical, confirmed results obtained by standard spectrophotometric tests. The highest antioxidant activity exhibited the extracts from black currants, followed by red and white varieties. Ascorbic acid was the major identifiable contributor to the total antioxidant activity of tested extracts, especially in the case of white currants. 4. Literature 1. M. Belkhir, O. Rebai, K. Dhaouadi, F. Congiu, C.I.G. Tuberoso, M. Amri, S. Fattouch, Comparative analysis of Tunisian wild Crataegus azarolus (yellow azarole) and Crataegus monogyna (red azarole) leaf, fruit, and traditionally derived syrup: phenolic profiles and antioxidant and antimicrobial activity of aqueous-acetone extracts. J Agric Food Chem., 40 (2013) S. Ercisli, E. Orhan, Chemical composition of white (Morus alba), red (Morus rubra) and black (Morus nigra) mulberry fruits. Food Chem., 103 (2007) D.H. Suh, S. Lee, D.Y. Heo, Y. Kim, S.K. Cho, S. Lee, C.H. Lee, Metabolite profiling of red and white pitayas (Hylocereus polyrhizus and Hylocereus undatus) for comparing betalain biosynthesis and antioxidant activity. J Agric Food Chem., 62 (2014) B. Kusznierewicz, A. Piekarska, B. Mrugalska, P. Konieczka, J. Namieśnik, A. Bartoszek, Phenolic composition and antioxidant properties of Polish blue-berried honeysuckle genotypes by HPLC-DAD- MS, HPLC postcolumn derivatization with ABTS or FC, and TLC with DPPH visualization. J Agric Food Chem., 60 (2012) B. Kusznierewicz, A. Piasek, A. Bartoszek, J. Namieśnik, The optimisation of analytical parameters for routine profiling of antioxidants in complex mixtures by HPLC coupled post-column derivatisation. Phytochem Anal., 22 (2011) M. Mikulic-Petkovsek, A. Slatnar, F. Stampar, R. Veberic, HPLC-MS n identification and quantification of flavonol glycosides in 28 wild and cultivated berry species. Food Chem., 135 (2012)

10 Comparison of the content of phenolic compounds R. Slimestad, H. Solheim, Anthocyanins from black currants (Ribes nigrum L.) J Agric Food Chem., 50 (2002) K.R. Määttä, A. Kamal-Eldin, A.R. Törrönen, High performance liquid chromatography (HPLC) analysis of phenolic compounds in berries with diode array and electrospray ionization mass spectrometric (MS) detection: Ribes species. J Agric Food Chem., 51 (2003) G. Borges, A. Degeneve, W. Mullen, A. Crozier, Identification of flavonoid and phenolic antioxidants in black currants, blueberries, raspberries, red currants, and cranberries. J Agric Food Chem., 58 (2010) V. Gavrilova, M. Kajdzanoska, V. Gjamovski, M. Stefova, Separation, characterization and quantification of phenolic compounds in blueberries and red and black currants by HPLC-DAD-ESI-MSn. J Agric Food Chem., 59 (2011)

11 CAMERA SEPARATORIA Volume 6, Number 1 / June 2014, pp Joanna GŁAZOWSKA, Marian KAMIŃSKI* Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny Politechnika Gdańska, ul. Gabriela Narutowicza 11/ Gdańsk, *Autor do korespondencji, markamin@pg.gda.pl Chromatografia oddziaływań hydrofilowych - HILIC/NH 2 - w rozdzielaniu monoi disacharydów oraz badaniu cukrowych frakcji eluatu z rozdzielania składników serwatki mleka Streszczenie: Wysokosprawna chromatografia oddziaływań hydrofilowych - HILIC-HPLC, to alternatywne - w stosunku do warunków faz odwróconych RP-HPLC - warunki rozdzielania polarnych, rozpuszczalnych w wodzie składników mieszanin. Wykorzystywanie w warunkach HILIC jednocześnie kilku mechanizmów rozdzielenia, umożliwia rozdzielenie mieszanin polarnych składników, trudnych, albo niemożliwych do rozdzielania w warunkach RP, w tym, mono i disacharydów. Praca dotyczy badań nad określeniem optymalnych warunków rozdzielania wybranych mono i disacharydów w warunkach HILIC, z zastosowaniem kolumn HPLC z fazą stacjonarną typu NH 2, na bazie żelu krzemionkowego i eluentów będących mieszaninami acetonitrylu oraz wody. Przedstawiono możliwość i wyniki rozdzielania mieszanin cukrów redukujących i nieredukujących. Stwierdzono rozdzielanie poszczególnych anomerów cukrów redukujących - zależnie od warunków separacji. Wykonane badania pozwoliły też na zaproponowanie metodyki oznaczania laktozy i glukozy we frakcjach eluatu z preparatywnego rozdzielania składników serwatki mleka. Słowa kluczowe: HILIC; mono- i disacharydy - rozdzielanie; serwatka mleka - rozdzielanie składników; kontrola składu i czystości frakcji eluatu. Hydrophilic interaction chromatography HILIC/NH 2 in separation of mono, disaccharides and sugar fractions from whey. Abstract: High performance hydrophilic interaction chromatography - HILIC-HPLC is an alternative technique - to the conditions of reverse phase chromatography (RP-HPLC) - for the separation of polar, water-soluble components of complex mixtures. This technique uses several mechanisms of separation what allows the separation of mixtures of polar components which are difficult or impossible to separate under RP, including mono- and disaccharides. This work relates to studies on determining the optimum conditions for the separation of mono- and disaccharides the selected conditions HILIC, using an HPLC column the amino-type stationary phase, based on silica gel and mobile phases which are mixtures of acetonitrile and water. The possibility of separating sugar mixtures and non-reducing sugars is shown as well as the separation of the individual anomers of reducing sugars - depending on the conditions of separation. The presented studies propose a methodology of determination of lactose and glucose in the fractions eluted from the preparative separation of milk whey components. Key words: HILIC, mono-, disaccharides separation, separation of whey components, control of composition and the quality of sugar fractions 1. Wstęp (Introduction) Cukry (sacharydy) to organiczne związki węgla i wody ("węglowodany") - podstawowe źródło energii w żywności i surowcach żywnościowych. Cukry proste i dwucukry odgrywają zasadniczą rolę w procesach metabolicznych roślin i zwierząt, a także stanowią jednostkę budulcową długich łańcuchów policukrowych. Obecne są w przeważającej większości produktów spożywczych. W związku z tym, mają duże znaczenie dla przemysłu żywnościowego oraz przetwórczego. Cukry podzielić można m. in. pod względem liczby grup cukrowych w cząsteczce, na: monosacharydy (cukry proste) złożone z jednej jednostki cukrowej, np. glukoza, fruktoza, oligosacharydy, do których zalicza się disacharydy składające się z dwóch cząsteczek cukrów np. laktoza, maltoza oraz polisacharydy, czyli polimery, zbudowane z wielu reszt cukrowych, np. celuloza, skrobia. Cukry są grupą związków chemicznych, pochodnych najprostszych aldoz i ketoz (aldehyd glicerynowy i dihydroksyaceton) różniących się liczbą atomów węgla w cząsteczce (pentozy, heksozy), a także pod względem rodzaju wiązania chemicznego pomiędzy poszczególnymi "merami" w łańcuchu policukrowym (wiązania α- i β-o-glikozydowe). Cukry występują zarówno w formie cyklicznej (najczęściej w roztworach wodnych) jak i łańcuchowej.

12 Chromatografia oddziaływań hydrofilowych 12 Cukry można podzielić również pod względem ich właściwości chemicznych na cukry redukujące, posiadające grupę aldehydową oraz posiadające zdolność redukowania określonych tlenków i wodorotlenków metali (próba Tollensa, próba Trommera, próba z odczynnikiem Fehlinga) oraz nieredukujące zawierające w swojej strukturze liniowej grupę ketonową (nie posiadające zdolności redukcji tlenków i wodorotlenków metali). Ponadto monocukry, posiadające na węglu C1 u aldoz i C2 u ketoz grupę aldehydową oraz grupę hydroksylową w pozycji γ oraz δ, dzięki którym z łatwością dochodzi do wewnątrzcząsteczkowej reakcji cyklizacji, z utworzeniem formy hemiacetalowej. Reakcja ta prowadzi do powstania nowego centrum chiralności anomerycznego atomu węgla C1 lub C2 oraz występowania cyklicznych form w dwóch formach anomerycznych α i β (Rys.1). W roztworze wodnym formy te występują w stanie równowagi, a cały proces nosi nazwę mutarotacji [1]. Rys. 1. Struktury α-d-glukopiranozy (A) i β-d-glukopiranozy (B) w formie hemiacetalowej. Fig. 1. The structure of α-d-glucopiranose (A) i β-d-glucopiranose (B) in hemiacetal form. Rozdzielanie i oznaczanie cukrów prostych i dwucukrów jest istotnym zagadnieniem podczas kontroli procesów fermentacyjnych lub przetwórstwa żywności, a także w kontroli jakości żywności, gdy niezbędna jest ocena jakości surowców i produktów, jak również podczas śledzenia procesów metabolicznych roślin, zwierząt oraz organizmów niższych. W każdym z wymienionych obszarów matryca analityczna, w której są oznaczane cukry, zawiera liczne substancje dodatkowe. Należą do nich m. in. alkohole i kwasy karboksylowe, peptydy oraz rozdrobnione i rozpuszczone w wodzie substancje budulcowe i zapasowe materii organicznej. Przykładem tego typu matrycy jest serwatka, płynna pozostałość po produkcji serów metodą podpuszczkową, bogata przede wszystkim w białka serwatkowe, takie jak α-laktoalbumina, β-laktoglobulina oraz laktoferyna. Obecnie produkcja serwatki w Polsce wynosi ponad milion ton rocznie i stanowi duże zagrożenie dla środowiska ze względu na znaczną zawartość składników odżywczych. Z tego względu ważne jest jej odpowiednie zagospodarowanie i wykorzystanie w przemyśle żywnościowym oraz farmaceutycznym [2]. Do oznaczania i identyfikacji cukrów w złożonej matrycy popularnie wykorzystuje się technikę chromatografii cieczowej (HPLC, ang. High Performance Liquid Chromatography). Ze względu na całkowity brak lotności cukrów, chromatografia gazowa (GC, ang. Gas Chromatography) nie może być bezpośrednio stosowana [3, 4]. Rozdzielanie, a następnie oznaczanie cukrów z zastosowaniem GC charakteryzuje się bardzo dobrą selektywnością, możliwością oznaczania analitów w szerokim zakresie stężeń z wykorzystaniem detektora płomieniowo jonizacyjnego (FID), jednak wymaga przeprowadzenia oznaczanych cukrów w lotne pochodne, a niektóre procedury wymagają też dodatkowo zastosowania wstępnej ekstrakcji [4, 5]. Obecnie opracowano wiele procedur rozdzielania cukrów przy pomocy technik wysokosprawnej chromatografii cieczowej [4, 6-8]. Wśród nich chromatografia oddziaływań hydrofilowych (HILIC, ang. Hydrophylic Interaction Liquid Chromatography). HILIC to metodyka, która pozwala oznaczać polarne, rozpuszczalne w wodzie związki chemiczne, wykorzystując podział substancji między unieruchomioną na fazie stacjonarnej hydrofilową fazę stacjonarną, bogatą w warstwę wody, a względnie bardziej hydrofobową fazę ruchomą, którą jest najczęściej roztwór wody i acetonitrylu, o wysokiej zawartości składnika organicznego (70-95%). Technika HILIC uważana jest za rodzaj chromatografii prowadzonej w normalnych układach faz [8]. Pierwszy raz technikę tę zastosowano w latach 70-tych. Wówczas rozdzielenie cukrów na kolumnie wypełnionej krzemionką modyfikowaną grupami aminowymi z fazą ruchomą acetonitryl-woda (75:25) zaproponował Linden i in. [9]. W kolejnej dekadzie wykorzystywano wypełnienia diol- i amidokrzemionkowe [8]. W 1990 roku Alpert [10] użył akronimu HILIC, którym określana jest obecnie chromatografia oddziaływań hydrofilowych. Technika ta jest ciągle rozwijana, pojawiają się nowe prace dotyczące modyfikacji fazy stacjonarnej [7, 11] znajdujące zastosowanie m. in. przy oznaczaniu cukrów. Przykładowe układy stosowane do rozdzielania cukrów przedstawiono w tabeli 1. Chromatografia

13 13 J. Głazowska, M. Kamiński oddziaływań hydrofilowych to technika umożliwiająca selektywne rozdzielanie polarnych składników skomplikowanych mieszanin takich jak np. serwatka, dzięki zastosowaniu połączonych mechanizmów normalnych układów faz (faza stacjonarna), odwróconych układów faz (faza ruchoma wodno-organiczna) oraz chromatografii jonowymiennej (oddziaływania analitów z faza stacjonarna i ruchomą). Stosowane fazy stacjonarne, w połączeniu z wodno-organicznymi fazami ruchomymi, charakteryzują się duża selektywnością w stosunku do takich analitów jakimi są cukry, zarówno proste jak i złożone [17]. Celem niniejszej pracy jest dobór warunków rozdzielania cukrów prostych i dwucukrów w warunkach HILIC z wykorzystaniem kolumny modyfikowanej grupami NH 2 oraz Diol. W badaniach wykorzystano roztwory wzorcowe oraz serwatkę z niepasteryzowanego mleka krowiego. Tabela 1. Przykłady wykorzystania HILIC do oznaczania cukrów. Table 1. Examples of the use of HILIC for the determination of sugars. Kolumna (The column) Warunki rozdzielania (Separation conditions) Rozdzielane cukry (Separated segars) Lit. (Ref.) 1 ft.x1/4"; Bondapak carbohydrate Acetonitryl:woda (75:25); objętościowe natężenie przepływu eluentu 2 ml/min; detektor typu RID glukoza, fruktoza, dekstroza, sacharoza, melibioza, 1-kestoza, neokestoza, 6- kestoza, rafinoza, matloza, matlotrioza, maltotetroza i in. [9] 250 4,6-mm, 5-μm Spherisorb NH 2 Acetonitryl:woda (78:22 przez 12 min; 60:40); objętościowe natężenie przepływu eluentu 0,8 ml/min; detektor typu RID fruktoza, glukoza, sacharoza, maltoza, rafinoza, stachioza, ekstrakty roślinne [6] 100 x 4,6 mm, Silica, Diol, TSK Amide-80, XAmide, Click Maltose, Click β-cd, Click TE-Cys Acetonitryl:woda (80:20 przez 20 min; 60:40); objętościowe natężenie przepływu eluentu 1 ml/min; temperatura rozdzielania 40 C; detektor typu ELSD glukoza, sacharoza, turanoza, celobioza, maltoza, trehaloza, laktoza, melibioza, próbka zawiera ksylooligosacharydy [12] 100 x 4,6 mm, Click Maltose Acetonitryl:woda (różne programy); objętościowe natężenie przepływu eluentu 1 ml/min; temperatura rozdzielania 30 C; Detektor typu ELSD, UV galaktooligosacharydy, chitooligosacharydy, fruktooligosacharydy [13] 267 mm x 200 μm; krzemionka modyfikowana poliakryloamidem Acetonitryl-13M octan amonu (ph=4,7; 80:20); objętościowe natężenie przepływu eluentu 0,2 ml/min; temperatura rozdzielania 30 C;Detektor typu UV-Vis sedoheptuloza, sacharoza, trehaloza, rabinoza [14] 100 x 4,6 mm, krzemionka modyfikowana dekstranem Acetonitryl:woda - bufor (różne programy); temperatura rozdzielania 30 C; objętościowe natężenie przepływu eluentu 1 ml/min; Detektor tupu: ELSD, MS ryboza, mannitol, sacharoza, maltitol, melezytoza, rafinoza, fruktooligosacharydy, glukooligosacharydy, galaktooligosacharydy, [7] 2. Materiały i metody (Materials and methods) 2.1. Substancje wzorcowe i odczynniki (Standards and reagents) Substancje wzorcowe glukoza, galaktoza, sacharoza (cz.d.a., POCH Gliwice); fruktoza, maltoza, laktoza (cz.d.a., Sigma-Aldrich). Pozostałe odczynniki: azydek sodu (cz.d.a., POCH Gliwice); woda demineralizowana (Lotos S.A); acetonitryl (czystość do elucji gradientowej, Merck, Niemcy). Serwatka z mleka krowiego, niepasteryzowanego i nieodtłuszczonego, otrzymana poprzez naturalnie zakwaszenie mleka, oddzielenie kazeiny poprzez wirowanie i filtrację pod zmniejszonym ciśnieniem, przez filtry będące mieszanką estrów celulozy (85 % nitroceluloza i 15% octanu celulozy) o średnicy porów 0,45 μm (Millipore,

14 Chromatografia oddziaływań hydrofilowych 14 MA), z dodatkiem 0,1 % NaN 3 jako konserwantem, przechowywana w temperaturze 4 C do czasu rozdzielania Aparatura chromatograficzna (Chromatographic apparatus) Chromatograf cieczowy 1: HP 1050, wyposażony w zasobnik eluentu HP1050 model 79856A, czterokanałowy degazer HP 1050, czterokanałową dwutłokową pompę HP 1050, detektor UV-VIS HP A, połączony szeregowo różnicowy detektor refraktometryczny, oraz 2 kanałowy integrator Merck- Hitachi D2500 wyposażony w rejestrator taśmowy oraz opcjonalnie zestaw komputerowy wyposażony w program TurboChrom. Chromatograf cieczowy 2: Pompa L-2000 Merck-Hitachi, detektor refraktometryczny (Kanuer), Komputerowy system rejestracji danych, termostat ACS. Do odważenia potrzebnych składników wykorzystano wagę analityczną WPA 180/C o dokładności 0,1 mg (RADWAG, Polska). Dozowanie próbek odbywało się za pomocą strzykawki analitycznej o objętości 250 µl (Hamilton, USA). W badaniach zastosowano kolumny: Hypersil APS NH 2 5 μm 250x4 mm (Bischoff), Nucleosil OH 250x4 mm (Macherey-Nagel), LichroCart Lichrosphere 100 NH 2, 250x4 mm, 5 µm (Merck), Fazę ruchoma stanowiła mieszanina acetonitrylu i wody w stosunku objętościowym od 70 do 85 %. We wszystkich doświadczeniach zastosowano elucję izokratyczna, rozdzielanie przeprowadzane było w temperaturach 25, 45 i 60 C, objętościowe natężenie przepływu wynosiło 1,5 i 2,0 ml/min Przygotowanie roztworów wzorcowych (Preparation of standard mixtures) W badaniach wykorzystano mieszaniny wzorcowe cukrów. Mieszaniny sacharydów składały się z cukrów prostych takich jak: fruktoza, glukoza i galaktoza, a także cukrów złożonych takich jak: laktoza, maltoza i sacharoza. Wykonano cztery mieszaniny wymienionych cukrów, w różnych stężeniach, odpowiednio: C1 (laktoza 4,92; glukoza 4,74; fruktoza 4,88; sacharoza 4,84; galaktoza 4,78; maltoza 4,01 mg/ml), C2 (glukoza 5,20; maltoza 5,18 mg/ml), C3 (fruktoza 5,06; sacharoza 5,04 mg/ml) i C4 (laktoza 10,01 mg/ml). Cukry rozpuszczono w wodzie demineralizowanej oraz dodano 0,1 % NaN 3 aby uniemożliwić wzrost drobnoustrojów Kontrola jakości frakcji serwatkowych (Quality control of whey fractions) Rozdzielaniu w warunkach HILIC poddano frakcje bogate w cukry, otrzymane w wyniku semipreparatywnego rozdzielania serwatki w warunkach chromatografii odwróconych układów faz, w elucji gradientowej (kolumna: Symmetry C18 5 μm, 4,6x150 mm, 100 Å, program elucji: A: 95 % H 2 O + 5 % MeOH + 0,075 % TFA; B:5 % H 2 O + 95 % MeOH + 0,075 % TFA; 0 25 min 0 95 % B, 2,0 ml/min). Frakcje zbierano w początkowej fazie programu elucji, w czasie, gdy eluowane są najbardziej polarne związki niewykazujące powinowactwa do niepolarnej fazy stacjonarnej jaką jest żel krzemionkowy modyfikowany grupami oktadecylowymi. Następnie poddano je rozdzielaniu w układzie HILIC. Analizę ilościową wykonano w oparciu o metodę wzorca zewnętrznego - 3-punktowej krzywej kalibracyjnej roztworu laktozy. 3. Wyniki i dyskusja (Results and discussion) W pierwszym etapie poszukiwano optymalnych warunków rozdzielenia mieszaniny cukrów przy użyciu kolumny LichroCart Lichrosphere 100 NH 2, 250x4 mm, 5 µm (Merck) stosując różne wzajemne stosunki acetonitrylu i wody w fazie ruchomej. Na podstawie krzywych zależności log k od stężenia acetonitrylu w fazie ruchomej (Rys. 2), można stwierdzić, iż w warunkach gdy stężenie acetonitrylu jest bliskie 70 % mieszanina rozdzielanych cukrów dzieli się na dwie grupy cukry proste i złożone. Gdy stężenie acetonitrylu sięga % możemy zaobserwować rozdzielenie wszystkich składników obecnych w badanym roztworze. Jako najkorzystniejsze warunki do rozdzielania mieszaniny 6 badanych cukrów wybrano fazę ruchomą o składzie: acetonitryl:woda 83:17 (v/v). Otrzymane wartości parametru k dla badanych cukrów przedstawiono w tabeli 2.

15 15 J. Głazowska, M. Kamiński Tabela 2 Wartości współczynników k dla cukrów obecnych w mieszaninie wzorcowej C1. Table 2. Values of the k factor for the mono- and di-saccharides from the mixture C1. Zawartość acetonitrylu [% v/v] (Acetonityl content) k k k k k Fruktoza 0,66 0,89 0,96 1,18 1,59 Glukoza 0,66 0,89 1,18 1,54 2,44 Galaktoza 0,74 1,04 1,41 1,87 2,49 Sacharoza 0,98 1,34 2,07 3,09 4,68 Maltoza 0,98 1,55 2,27 3,4 5,93 Laktoza 0,98 1,55 2,48 3,81 6,37 Rys. 2. Zależność wartości logk od zawartości acetonitrylu w eluencie dla cukrów w mieszaninie wzorcowej C1. Fig. 2. The correlation of the logk and the concentration of acetonitrile in mobile phase for separation of mixture C1. Rysunek 3 przedstawia rozdzielenie mieszaniny C2 na kolumnie LichroCart Lichrosphere 100 NH 2, 250x4 mm, 5 µm (Merck) w trzech różnych temperaturach. Na przedstawionych chromatogramach można zauważyć różnicę w czasach retencji poszczególnych pików wraz z wzrostem temperatury zmniejsza się czas retencji. Zauważyć można również zmiany w kształcie pików chromatograficznych stają się szersze i niższe, co związane jest z zwiększeniem dyfuzji dwóch form anomerycznych rozdzielanych cukrów. Wraz z wzrostem temperatury piki odpowiadające anomerom poszczególnych cukrów (α i β) zbliżają się do siebie. W temperaturze 45 C zaobserwować można dominującą formę pośrednią, łączącą sąsiadujące piki anomerów α i β szczególnie wyraźnie widoczne jest to w przypadku dwucukrów, charakteryzujących się bardziej rozbudowaną strukturą (np. maltoza lub laktoza), a co za tym idzie, bardziej złożonymi oddziaływaniami z fazą stacjonarną. W temperaturze 60 C badane cukry eluowane są w postaci pojedynczego, szerokiego piku. Taki kształt piku związany jest z wzrastającą szybkością przejścia cukru z struktury α w β. Zjawisko to obserwowane jest również w przypadku faz stacjonarnych innego typu, np. Click TE-Cys, Click Maltose i XAmide [12].

16 Chromatografia oddziaływań hydrofilowych 16 W wyniku rozdzielania tej samej mieszaniny cukrów (C2) na kolumnie typu Diol, w temperaturze pokojowej (25 C), nie uzyskano rozdzielenia na poszczególne anomery. Rozdzielane cukry eluowane zostały w postaci jednego, lecz dość szerokiego piku o niekorzystnej symetrii (Rys. 4). Na zjawisko to wpływu nie ma temperatura prowadzenia rozdzielania, a oddziaływania sorpcyjne na powierzchni fazy stacjonarnej. Rys. 3. Chromatogramy przedstawiające rozdzielanie składników mieszaniny wzorcowej cukrów C2 w trzech temperaturach termostatowania kolumny: 25 C (A), 45 C (B), 65 C (C). Zastosowana kolumna: Hypersil APS NH 2 5μm 250x4 mm (Bischoff), objętościowe natężenie przepływu: 1,5 ml/min, objętość dozowanej próbki 20 μl, detektor refraktometryczny. Fig. 3. Chromatograms showing the separation of the components of the reference mixture of sugars C2 in three different temperatures: 25 C (A), 45 C (B), 65 C (C). The column: Hypersil APS NH 2 5 µm, 250x4 mm (Bischoff), the volumetric flow rate: 1.5 ml/min, the injection volume: 20 µl, refractive index detector.

17 17 J. Głazowska, M. Kamiński Rys.4. Chromatogram przedstawiający rozdzielenie mieszaniny cukrów redukujących (C2). Kolumna Nucleosil OH 250x4 mm, temperatura 25 C, elucja izokratyczna, eluent: acetonitryl:woda (85:15, v/v), objętościowe natężenie przepływu 1,5 ml/min, detektor refraktometryczny. Zidentyfikowane piki: glukoza (1), maltoza (2). Fig. 4. Chromatogram showing the separation of a mixture of reducing sugars (C2). Column Nucleosil OH 250x4 mm, temperature 25 C, isocratic elution programme, mobile phase: acetonitrile: water (85:15, v/v), volumetric flow rate of 1.5 ml/min, refractive index detector. The identified peaks: glucose (1), maltose (2). W badanych warunkach, na kolumnie typu NH 2 cukry redukujące, takie jak glukoza, maltoza i laktoza, eluowane są w postaci dwóch pików odpowiadających poszczególnym anomerom konformacyjnym, rozdzielonym praktycznie do poziomu linii bazowej, co sugeruje, że jeden z anomerów (eluowany szybciej) wykazuje mniejsze powinowactwo niż anomer eluowany później. Ma to również związek z rodzajem fazy stacjonarnej kolumny, a przede wszystkim z stopniem dyfuzji pomiędzy przepływającą fazą ruchomą a dynamicznie tworzoną warstewką wody zaadsorbowaną na powierzchni złoża. Retencja danej cząsteczki cukru zależy również od dostępności grup OH w stosunku do złoża ich położenia w cząsteczce (położenie aksjalne lub ekwatorialne). Obecność dwóch pików świadczy o zróżnicowanych oddziaływaniach tych anomerów z fazą stacjonarną [15]. W przypadku cukrów nieredukujących nie mamy do czynienia z tego typu zróżnicowanymi oddziaływaniami ze względu na brak możliwości zmiany konformacji w wyniku mutarotacji przy węglu C1 łańcucha cukrowego. W toku przeprowadzonych badań porównano kolumny: Hypersil APS NH 2 5 μm 250x4 mm (Bischoff), Nucleosil OH 250x4 mm (Macherey-Nagel) pod względem ich właściwości wobec cukrów redukujących na przykładzie laktozy w warunkach elucji izokratycznej. Rezultaty przedstawiono na rysunku 5.

18 Chromatografia oddziaływań hydrofilowych 18 Rys. 5. Zestawienie chromatogramów przedstawiających rozdzielanie laktozy (1; roztwór C4) w warunkach chromatografii oddziaływań hydrofilowych. Zastosowana kolumna: Hypersil APS NH 2 5 μm 250x4 mm (Bischoff), (A), Nucleosil OH 250x4 mm (Macherey-Nagel) (B), objętościowe natężenie przepływu: 2,0 ml/min, objętość dozowanej próbki 15 μl, detektor refraktometryczny, temperatura termostatowania kolumny: 25 C. Fig. 5. Chromatograms showing the separation of lactose (1: solution C4) under hydrophilic interaction chromatography. The column: Bischoff Hypersil APS NH 2 5 µm 250x4 mm (A) Nucleosil OH 250x4 mm (B), the volumetric flow rate: 2.0 ml/min, the injection volume 15 ul, refractive index detector, column temperature: 25 C.

19 19 J. Głazowska, M. Kamiński 3.1. Zastosowanie HILIC do kontroli jakości cukrowych frakcji serwatki (The use of HILIC for quality control of sugar in whey fractions) Serwatka jako materiał odpadowy w przetwórstwie mleczarskim, jest cennym źródłem białek, cukrów i mikroelementów. Ze względu na dużą produkcję serwatki oraz groźne dla środowiska naturalnego oddziaływanie, wynikające z dużego ładunku energetycznego (wysokiego ChZT), dąży się obecnie do zagospodarowania i wykorzystania jej w przemyśle żywnościowym, farmaceutycznym oraz w hodowli bydła. W związku z wzrastającym zainteresowaniem nad utylizacją zbędnej serwatki, konieczne jest opracowanie technik kontroli jakości i określania składu oraz właściwości serwatki otrzymywanej w procesach przetwórczych przemysłu mleczarskiego. W niniejszej pracy podjęto próbę opracowania metody kontroli zawartości laktozy w badanych frakcjach serwatki, wykorzystując chromatografię oddziaływań hydrofilowych. Frakcje otrzymywane zostały w wyniku semipreparatywnego rozdzielania serwatki w warunkach odwróconych układów faz (metodyka do oznaczania białek serwatkowych (dane nieopublikowane)), gdzie rozdzielaniu poddawano 0,5 ml serwatki. Testowana metodyka kontroli zawartości laktozy charakteryzuje się krótkim czasem rozdzielania i pozwala na określenie stężenia laktozy w badanej frakcji serwatki. Stężenie laktozy w badanych frakcjach wyznaczono na podstawie krzywej kalibracyjnej (Tabela 3), a następnie porównano otrzymane wartości pól powierzchni pod pikiem laktozy. Tabela 3. Wartości kalibracyjne dla laktozy. Table 3. Calibration factors for lactose. Stężenie (Concentration) Powierzchnia pod pikiem (Peak area) [mg/ml] [uv/min] [min] ,248 Czas retencji (Retention time) ,750 2, ,815 0, ,894 Otrzymano równanie prostej kalibracyjnej y=80080x-8296, przy współczynniku r 2 =0,999. W pracy rozdzielano frakcje serwatek otrzymanych w naturalny sposób z surowego mleka. Badane frakcje wykazuję zróżnicowanie zawartości laktozy w zależności od czasu w jakim dana frakcja została zebrana. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić iż najwyższą zawartość laktozy stwierdzono w frakcji 2 (Rys. 6). Tabela 4. Table 4. Wyniki rozdzielania i oznaczania stężenia laktozy w badanych frakcjach serwatki. The results of separation and determination of lactose In investigated whey fractions. Rodzaj próbki (Sample) Czas retencji laktozy (Retention time for lactose) Powierzchnia (Peak area) Zadozowana objetość (Injection volume) Stężenie laktozy (Lactose concentration) [min] [μv/min] [μl] [mg/ml] Frakcja 1 8, ,30 Frakcja 2 8, ,66 Frakcja 3 9, ,55

20 Chromatografia oddziaływań hydrofilowych 20 Rys. 6. Chromatogram przedstawiający rozdzielenie frakcji cukrowej serwatki otrzymanej z surowego mleka krowiego (frakcja 2). Kolumna: Hypersil APS NH 2 5 μm 250x4 mm (Bischoff), faza ruchoma: acetonitryl:woda 85:15 (v/v), objętościowe natężenie przepływu: 1,5 ml/min, dozowana objętość 20 µl, detekcja refraktometryczna. Zidentyfikowane piki: laktoza (1). Fig. 6. Chromatogram representing separation of sugar fraction of whey, obtained from crude (fresh) cow milk (fraction 2). Column: Hypersil APS NH 2 5 μm 250x4 mm (Bischoff), mobile chase: acetonitrile:water 85:15 (v/v), the volumetric flow rate:1,5 ml/min, injection volume: 20 µl, refractive index detector. Identified peaks: lactose (1). 4. Wnioski (Conclusions) Chromatografia oddziaływań hydrofilowych to obecnie prężnie rozwijająca się technika rozdzielania skomplikowanych mieszanin polarnych składników. Ze względu na możliwość wykorzystania modyfikowanych faz stacjonarnych posiadających grupy funkcyjne o zróżnicowanych właściwościach, często również tworzonych pod konkretne aplikacje [16] możliwe staje się rozwiązanie nawet trudnych problemów separacyjnych. Wykorzystanie faz ruchomych zawierających grupy aminowe umożliwia rozdzielenie grupowe cukrów prostych od złożonych, rozdzielenie poszczególnych pojedynczych cukrów w obrębie danej grupy, a także otrzymanie rozdzielnia całkowitego poszczególnych anomerów cukrów redukujących. Na tego typu złożu obserwuje się zależność czasu retencji, kształtu pików oraz występowania oddzielnych pików dla poszczególnych anomerów w zależności od temperatury prowadzenia procesu rozdzielania w temperaturze 25 C zaobserwować można oddzielne piki dla poszczególnych anomerów α i β. Natomiast prowadząc rozdzielenie w temperaturze powyżej 60 C zaobserwować można jeden pik chromatograficzny, charakterystyczny dla danego cukru. Obserwacja ta jest zgodna z doniesieniami literaturowymi [12] i jest to związane z specyficznym obszarem oddziaływania poszczególnych cukrów, ich konformacją, ilością dostępnych i oddziaływujących ze złożem grup hydroksylowych, a także orientacją względem fazy stacjonarnej oraz dynamicznie tworzonej warstewki wody na powierzchni sorbentu [15]. Dzięki zastosowaniu detektora refraktometrycznego, który charakteryzuje się dużą czułością oraz liniowością odpowiedzi detektora w zależności od stężenia analitu (pod warunkiem, że dane stężenie mieści się w zakresie liniowości detektora) możliwe jest oznaczenie stężenia danego cukru obecnego w próbce. Zastosowanie tego typu detektora w połączeniu z kolumną typu NH 2 jest również zdecydowanie korzystniejsze ze względów ekonomicznych, aniżeli stosowanie kolumn jonowymiennych, a także drogich detektorów takich jak: amperometryczne lub ELSD (ang. evaporative light scattering detection, pol. ewaporacyjny detektor fotodyspersyjny). Zastosowany układ do kontroli jakości frakcji cukrowych serwatki umożliwia rozdzielenie oraz oznaczenie laktozy w badanym materiale jakim jest serwatka i jej frakcje.

21 21 J. Głazowska, M. Kamiński 5. Literatura (References) [1] A. Kołodziejczyk, Naturalne związki organiczne, ang. Natural organic compounds, PWN, Warszawa 2004 [2] J. Król, A. Brodziak, A. Litwińczyk, Podstawowy skład chemiczny i zwartość wybranych białek serwatkowych w mleku krów różnych ras i serwatce podpuszczkowej, ang. Basic chemical composition and content of selected whey proteins in milk from different cow breeds and in rennet whey, Żywność. Nauka, Technologia, Jakość, 77 (2011) 74. [3] Z. El-Rassi, Carbohydrate analysis by modern chromatography and electrophoresis, Elsevier [4] I. Molnár-Perl, Simultaneous quantitation of acids and sugars by chromatography: gas or highperformance liquid chromatography?, J. Chromatogr. A, 845 (1999) 181. [5] B. S. Mason, H. T. Slover, A gas chromatographic method for the determination of sugars in foods, J. Agric. Food Chem., 19 (1971) 551. [6] J. Lopez Hernandez, M.J. González-Castro, I. Naya Alba, C. de la Cruz Garcia, High-Performace Liquid Chromatographic determination of mono- and oligosaccharides in vegetables with evaporative lightscattering detection and refractive index detection, J. Chromatogr. Sci., 36 (1998) 293. [7] Q. Shenga, X. Suc, X. Lib, Y. Kea, X. Liang, A dextran-bonded stationary phase for saccharide separation, J. Chromatogr. Sci. A, 1345 (2014) 57. [8] T. Ikegami, K. Tomomatsu, H. Takubo, K. Horie, N. Tanaka, Separation efficiencies in hydrophilic interaction chromatography, J. Chromatogr. Sci. A, 1184 (2008) 474. [9] J.C. Linden, C.L. Lawhead, Liquid chromatography of saccharides, J. Chromatogr., 105 (1975) 125. [10] A. J. Alpert, Hydrophilic-interaction chromatography for the separation of peptides, nucleic acids and other polar compounds, J. Chromatogr. A, 499 (1990) 177. [11] P. Hemstrom, K. Irgum, Hydrophilic interaction chromatography, J. Sep. Sci., 29 (2006) [12] Q. Fu, T. Liang, Z. Li, Z. Xu, Y. Ke, Y. Jin, X. Liang, Separation of carbohydrates using hydrophilic interaction liquid chromatography, Carbohydrate Res., 379 (2013) 13. [13] Q. Fu, T. Liang, X. Zhang, Y. Du, Z. Guo, X. Liang, Carbohydrate separation by hydrophilic interaction liquid chromatography on a click maltose column, Carbohydrate Res., 345 (2010) [14] T. Ikegami, K. Horie, N. Saad, K. Hosoya, O. Fiehn, N. Tanaka, Highly efficient analysis of underivatized carbohydrates using monolithic-silica-based capillary hydrophilic interaction (HILIC) HPLC, Anal. Bioanal. Chem., 391 (2008) [15] A. Alpert, M. Shukla, A. Shukla, L. Zieske, S. Yuen, M. Ferguson, A. Mehler, M. Pauly, R. Orlando, Hydrophilic-interaction chromatography of complex carbohydrates, J. Chromatogr. A, 676 (1994) 191. [16] P. Jandera, Stationary and mobile phases in hydrophilic interaction chromatography: a review, Anal. Chim. Acta, 692 (2012) 1. [17] B. Buszewski, S. Noga, Hydrophylic Interaction liquid chromatography (HILIC) a powerful separation technique, Anal. Bioanal. Chem., 402 (2012) 231.

22 22 PRACE PRZEGLĄDOWE (REVIEW PAPERS)

23 CAMERA SEPARATORIA Volume 6, Number 1 / June 2014, pp Grzegorz BOCZKAJ*, Patrycja MAKOŚ Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska, *Autor do korespondencji, grzegorz.boczkaj@gmail.com Zastosowanie technik rozdzielania do identyfikacji i oznaczania lotnych związków tlenoorganicznych stosowanych w analityce procesowej wody i ścieków Streszczenie: W pracy przedstawiono przegląd i porównanie metodyk identyfikacji i oznaczania Lotnych Związków Tlenoorganicznych (LZT). Porównano metodyki klasyczne umożliwiające oznaczanie wybranej grupy związków chemicznych należących do LZT lub dokonywanie oznaczeń sumarycznej zawartości z metodykiami wykorzystującymi techniki rozdzielania. Lotne związki tlenoorganicze, do których zaliczane są aldehydy, alkohole, ketony, estry, etery oraz kwasy karboksylowe, należą do grupy priorytetowych zanieczyszczeń uwalnianych do atmosfery. Wytwarzane są głównie ze źródeł antropogenicznych, w tym na szeroką skalę w przemyśle rafineryjnym i włókienniczym. Charakteryzują się wysoką złowonnością oraz toksycznością, a w niektórych przypadkach właściwościami kancerogennymi. Dodatkowo, przyczyniają się do powstawania wtórnych zanieczyszczeń atmosfery oraz zubożania warstwy ozonowej. Negatywne oddziaływanie LZT na środowisko wymusza potrzebę opracowania nowych metod analitycznych umożliwiających ich identyfikację i oznaczenie z dużą dokładnością, na coraz niższych poziomach stężeń. Aktualnie dostępnych jest wiele urządzeń pomiarowych, które różnią się pod względem technicznym, metrologicznym i użytkowym. Zastosowanie technik rozdzielania w procedurze analitycznej umożliwia znaczne zwiększenie spektrum informacji uzyskiwanych z pojedynczej analizy. Najpopularniejsze metody stosowane do oznaczania LZT w próbkach zawierających wodną matrycę, wykorzystują chromatografię gazową z detektorami uniwersalnymi typu MS i FID oraz selektywnymi ECD, PID i O-FID. Stosowana jest również chromatografia cieczowa, w tym głównie wysokosprawna chromatografia cieczowa w układach faz odwróconych (RP-HPLC), chromatografia jonowa i jonowymienna jak również elektroforeza kapilarna. Zastosowanie technik spektroskopowych i woltamerometrycznych jest ograniczone do oznaczeń głównego składnika próbki, wobec czego te techniki wykazują wysoką skuteczność w przypadku analiz wody, natomiast nie znajdują zastosowania podczas oznaczeń próbek o złożonym składzie matrycy tj. próbki ścieków przemysłowych. Słowa kluczowe: Lotne związki tlenoorganiczne, LZT, Chromatografia gazowa, GC, Chromatografia cieczowa, LC, techniki spektroskopowe, techniki woltamperometryczne, woda, ścieki, Usefulness of separation techniques for identification and determination of Oxygenated Volatile Organic Compounds used in process analytics of water and wastewater Abstract: The paper presents a review and comparison of methods for identification and determination of Oxygenated Volatile Organic Compounds (O-VOCs). Were compared the classical methodology which allows the determination of a selected group of compounds belonging to the LZT or determinations of its total content with the methodologies utilizing separation techniques. Oxygenated Volatile Organic Compounds including aldehydes, alcohols, ketones, esters, ethers and carboxylic acids, are classified as priority pollutants released to the atmosphere. They are produced mainly from anthropogenic sources, mainly from a large-scale plants of the refinery and textile industries. They have odorous properties and are high toxicity and in some cases carcinogenic. In addition, they contribute to the formation of secondary atmospheric pollutants and depletion of the ozone layer. The negative effects of O-VOCs on the environment, forces the need of development of new analytical methods to enable their identification and determination with high accuracy at low concentration levels. Currently, there are many measuring devices, which differ in terms of technical, metrological and functional. The use of separation techniques in the analytical procedure allows a significant increase in range of information obtained from a single analysis.the most common methods used for determining O-VOC in aqueous samples, use of gas chromatography with universal MS and FID and selective ECD, PID and O-FID detectors. A liquid chromatography is also used, including Reversed Phase - High Performance Liquid Chromatography, ion chromatography and ion exchange chromatography as well as capillary electrophoresis. A spectroscopic and voltamperometric techniques are limited to the quantification of the main component of the sample, therefore have a high efficacy in the case of analyzes of water and are not applicable for determinations of complex sample matrices such as sewage samples. Key words: Oxygenated Volatile Organic Compounds, O-VOCs, Gas chromatography, GC, Liquid chromatography, LC, spectroscopic techniques, voltamperometric techniques, water, wastewater.