イオンクロマトグラフィーによる食品・飲料分析用超純水

Merina Corpinot, PhD¹, Estelle Riche, PhD², Beatrice Frocrain¹, Stephane Mabic, PhD²

¹R&D, Lab Water Solutions, Merck, Guyancourt, France, ²Marketing, Lab Water Solutions, Merck, Guyancourt, France

セクションの概要

• 食品安全および食品真正性モニタリングにおける糖類分析
• 食品・飲料検査におけるイオンクロマトグラフィーの利点
• イオンクロマトグラフィー（IC）における水の役割
• 食品・飲料のIC分析における超純水の適性
• 食品・飲料のIC分析におけるMilli-Q^®超純水の利点
• 関連製品

食品安全および食品の真正性監視における糖分分析

食品供給のグローバル化に伴い、食品の安全性と品質は、消費者と規制当局の双方にとって大きな関心事となっています。例えば、糖類や有機酸は、多くの製品の官能特性に影響を及ぼします。これらは、原材料段階から製造工程全体を通じて、さらには最終的な品質管理や栄養表示に至るまで、特定・分析されなければなりません。さらに、食品の糖類組成を解析し、添加物を特定することは、食品の真正性を評価し、不正混入を検知するための有効な手段となります。

食品・飲料検査におけるイオンクロマトグラフィーの利点

食品・飲料の分析における主な課題の一つは、複雑なマトリックス中に含まれる微量の分析対象物質を検出することです。イオンクロマトグラフィー（IC）は、幅広い化合物を同時に分析できる汎用性が高く高感度の分析手法であるため、食品・飲料の品質保証／品質管理（QA/QC）ラボでの利用が拡大しています。ICは、1回の測定で複数の成分を定量できるため、分析を簡素化します。 また、この技術は、自動化されたインライン試料前処理を通じて、実験室の効率を向上させることも可能です。透析、ろ過、希釈といったプロセスにおける手作業を最小限に抑えることで、IC分析はワークフローを合理化し、エラーの可能性を低減します。その結果、イオンクロマトグラフィーは食品・飲料の品質管理において堅牢かつ信頼性の高い手法として際立っており、業界の専門家にとって不可欠なツールとなっています。 

イオンクロマトグラフィー（IC）における水の役割

水は、試料、標準液、ブランク、溶離液の調製を含む多くの工程で必要とされるため、ICワークフローにおいて極めて重要な試薬です。正確かつ信頼性の高いIC分析を確保するためには、使用する水は最高品質であり、対象となる分析対象物質が含まれていない必要があります。水中に存在するあらゆる汚染物質は結果に影響を与える可能性があるため、排除する必要があります。 

食品・飲料のIC分析における超純水の適性

本研究では、食品・飲料試験所において一般的に分析される糖類および低分子有機酸のIC分析に対し、Milli-Q^® IQ 7000超純水精製システムから得られる超純水が適しているかどうかを検証する。

超純水中の糖類の定量

糖類は人間の栄養にとって重要であり、栄養表示や製品品質の監視のために分析する必要があります。乳糖は多くの製品、特に「乳糖フリー」を謳う製品において厳重に監視されています。また、糖類はビールやコーヒーなどの飲料の風味を示す良い指標でもあります。

パルスアンペロメトリック検出（PAD）を伴う高性能陰イオン交換クロマトグラフィー（HPAE-PAD）は、誘導体化を必要とせずに、幅広い炭水化物を低ナノモルレベルで直接かつ高感度で定量できるIC法として、ますます広く利用されています。^1,2

信頼性が高く、一貫性があり、正確な結果を得るには、対象となる分析物質を含まない水が必要です。HPAE-PAD法を用いて、Milli-Q^® IQ 7000システムから得られた生成直後の超純水について、一般的な単糖類（フルクトース、グルコース）および二糖類（スクロース、マルトース、ラクトース）の含有量を分析しました。 表1に示すように、この超純水に含まれる各糖類の濃度は、本法の定量限界（1 mg/L）を下回っていました。したがって、この水は、糖類分析における試料および溶離液の調製、ならびに標準液の調製に使用するのに適しています。

表1.Milli-Q^® IQ 7000 超純水製造システムから得られた超純水中の各種糖類の濃度。サンプルは、独立した認定試験機関によって分析されました。LOQ：定量下限。

	超純水	検出限界（mg/L）
グルコース	< LOQ	1.0
フルクトース	< LOQ	1.0
スクロース	< LOQ	1.0
< LOQ1.0	< LOQ	1.0
乳糖	< LOQ	1.0

超純水中の低分子有機酸の定量

低分子有機酸は、食品や飲料の味や香りに影響を与えます。これらの酸は天然に存在するほか、製品の酸味や酸度を高めたり、pHを安定させたり、保存料として機能させるために添加されることもあります。ワイン、ビール、フルーツジュースでは、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸が厳重に監視されています。これらは官能特性を持っており、品質の良い指標となります。 一方、酢酸や乳酸は、例えばフルーツジュースにおいて、微生物による変質の指標としてよく用いられます。清涼飲料水では、クエン酸やリンゴ酸が酸味料や風味増強剤として作用するため、これらも監視対象となります。

我々は、Milli-Q^® IQ 7000水処理システムから供給された新鮮な超純水について、導電度検出を抑制したIC法を用いて、上記の有機酸の存在を分析した。表2に示すように、独立した試験機関による測定結果では、この超純水にはクエン酸、リンゴ酸、酒石酸、乳酸の測定可能なイオン濃度は含まれていなかった。酢酸およびギ酸の濃度は、前濃縮後に社内で測定した。 その結果、これらのイオン濃度も本分析法の定量下限（LOQ）を下回っていることが判明しました。したがって、Milli-Q^® IQ 7000システムから得られる超純水は、IC法による食品および飲料の試料調製および有機酸分析に使用するのに適しています。

表2.Milli-Q^® IQ 7000 超純水精製システムから供給される超純水中の微量有機酸の濃度。サンプルは、酢酸およびギ酸（*）を除き、独立した認定試験機関によって分析されました。酢酸およびギ酸については、前処理による濃縮後に社内で分析を行いました。LOQ：定量下限。

低分子有機酸	超純水	検出下限（mg/L）
クエン酸	< LOQ	1.0
リンゴ酸	< LOQ	1.0
酒石酸	< LOQ	1.0
酒石酸	< LOQ	0.2
酢酸*	< LOQ	0.003
ギ酸*	< LOQ	0.002

実験の章：装置と方法

試験対象試料

Milli-Q^® IQ 7000水処理システムから供給された超純水 （比抵抗：25 °C で 18.2 MΩ.cm、TOC < 5 ppb）から供給された超純水。0.22 µm の最終フィルター（Millipak^®）が取り付けられており、Milli-Q^® IX 純水システムと同様の Elix^® 電気脱イオン（EDI）ベースの前処理システムから供給されています。

糖類の分析

• グルコース、フルクトース、スクロース、マルトース、およびラクトースは、独立した認定（COFRAC）試験所によって分析されました。
• 装置：Thermo Scientific Dionex™ ICS-5000+
• 分析カラム：CarboPac™ PA1、4 x 250 mm
• 溶離液：NaOH グラジエント（A：50 mM NaOH、B：100 mM NaOH、いずれも Milli-Q^® 超純水システムからの水で調製）
• 検出法：パルスアンペロメトリー

低分子有機酸の分析

1. クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、および乳酸は、独立した認定（COFRAC）試験所によって分析されました。

• 装置：Thermo Scientific Dionex™ ICS-5000+
• 分析カラム：IonPac™ AS 11-HC
• 溶離液：NaOH 1～60 mM グラジエント（NaOH 溶液は、Milli-Q^® 超純水システムの水を用いて調製）
• 検出法：導電度抑制法

2. 酢酸およびギ酸は、当社の研究開発（R&D）ラボにて（前濃縮後）分析されました。

• 装置：Thermo Scientific Dionex™ ICS-3000
• カラム：陰イオン濃縮カラム：IonPac™ UTAC-ULP1 5 x 23 mm、ガードカラム：IonPac™ AG19 2 x 50 mm、分析カラム：IonPac™ AS19 2 x 250 mm
• 試料量：100 mL
• 標準物質：TraceCERT^® 標準物質
• 溶離液：KOH グラジエント：0～20 分間で 1～35 mM KOH、20～25 分間で 35 mM、25～25.1 分間で 35～1 mM、25.1～30 分間で 1 mM。 溶離液源：KOH カートリッジ付き EG40 および ICW-3000™ 水浄化システムからの直接供給による超純水；流速：0.25 mL/min
• 検出：導電度抑制法；溶離液サプレッサ：ASRS^® Ultra II 2 mm 

 

食品・飲料のIC分析におけるMilli-Q^®超純水の使用メリット

Milli-Q^® IQ 7000システムは、イオンクロマトグラフィーに適した超純水を生成します。

食品や飲料を分析する際は、不純物の存在が結果に影響を与える可能性があるため、標準液や試料の調製から分析に至るまでの全分析プロセスにおいて、高品質な試薬を使用する必要があります。本研究では、Milli-Q^® IQ 7000ラボ用水システムから供給される超純水が、一般的に分析対象となる糖類や有機酸を事実上含まないことが示され、この水は食品および飲料試料のIC分析に理想的であることが明らかになりました。

また、超純水には、分析機器自体の性能に影響を与える可能性のある無機イオン、細菌、粒子などの他の汚染物質も含まれていません。機器メーカーは、HPAE-PADクロマトグラフィー法が、他の分析手法と比較して特定の水質汚染物質に対してより敏感であることを確認しています。^³ 例えば、細菌に汚染された水を使用して溶離液を調製した場合、高いバックグラウンド信号により、対象分析物のピーク面積が減少する可能性があります。 さらに、この手法で試料を調製する際にそのような水を使用すると、余分なピークが観測される可能性があります。このため、Milli-Q^®超純水システムから超純水を分注する際は、これらの重大な汚染物質を除去するために、Millipak^® 0.22 μm最終フィルターの使用を強く推奨します。

本研究では、Milli-Q^® IQ 7000水処理システムで生成されたばかりの超純水が、糖類および低分子有機酸のIC分析に適していることを実証した。 Milli-Q^® IQ 7000超純水精製システムには、Milli-Q^® IX純水システムを給水源として使用できます。あるいは、水道水を給水源として使用し、IC分析に適した超純水を供給する^Milli-Q^® IQ 7003/05/10/15オールインワン純水・超純水システムを使用することも可能です。

関連商品

超純水製造システムおよび膜フィルター

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イオンクロマトグラフィー用標準物質

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参考文献

1. Corradini C, Cavazza A, Bignardi C. 2012. High-Performance Anion-Exchange Chromatography Coupled with Pulsed Electrochemical Detection as a Powerful Tool to Evaluate Carbohydrates of Food Interest: Principles and Applications. International Journal of Carbohydrate Chemistry. 20121-13. https://doi.org/10.1155/2012/487564

2. Jahnel JB, Ilieva P, Frimmel FH. 1998. HPAE-PAD - a sensitive method for the determination of carbohydrates. Fresenius' Journal of Analytical Chemistry. 360(7-8):827-829. https://doi.org/10.1007/s002160050819

3. Rohrer JS, Basumallick L, Hurum D. 2013. High-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection for carbohydrate analysis of glycoproteins. Biochemistry Moscow. 78(7):697-709. https://doi.org/10.1134/s000629791307002x