« Разработка системы хемометрического моделирования в анализе алкогольной продукции с использованием измерений, полученных различными инструментальными методами, и разработка соответствующих экспертно-аналитических систем»НИР

"Development of a system of chemometric modeling in the analysis of alcoholic beverages using measurements obtained by various instrumental methods, and development of appropriate expert-analytical systems»

Источник финансирования НИР

Хоздоговор, обеспечения План проведения НИОКР и внедрения результатов НИОКР Федеральной службы по регулированию алкогольного рынка

Этапы НИР

# Сроки Название
1 15 июня 2020 г.-23 ноября 2020 г. « Разработка системы хемометрического моделирования в анализе алкогольной продукции с использованием измерений, полученных различными инструментальными методами, и разработка соответствующих экспертно-аналитических систем»
Результаты этапа: На базе проведенного литературного поиска стало понятно, что для решения поставленной задачи в России можно использовать как предложенные в ранних исследованиях биомаркеры, так и найти новые, характерные для российских вин. В большинстве публикаций хемометрические расчеты делаются на базе одного типа данных (ЯМР, газовой хроматографии, масс-спектрометрии высокго разрешения и т.д.), причем результат по проверке подлинности, а также дифференцированию алкогольной продукции по типу, году и географичекому происхождению может быть получен уже на такой базе. В нашем собственном эксперименте, когда для целевого и нецелевого анализа будут использованы все основные инструментальные методы, будет получен совершенно уникальный массив данных. Объединение полученных характеристик в единый пул позволит найти наиболее надежные биомаркеры для российской базы данных. При этом на заключительной стадии есть возможность использования как уже существующих многочисленных хемометрических программ, так и разработки своей собственной.
2 23 ноября 2019 г.-19 ноября 2020 г. « Разработка системы хемометрического моделирования в анализе алкогольной продукции с использованием измерений, полученных различными инструментальными методами, и разработка соответствующих экспертно-аналитических систем»
Результаты этапа: Работа по проекту выполнена в полном объеме и условно может быть разделена на 4 этапа. На первом был проведен анализ литературных данных и представлен обзор возможностей современных физико-химических методов анализа для исследования образцов алкогольной продукции. На втором этапе были исследованы образцы вина, а на третьем – пива, виски и коньяков. Анализ полученных денных позволил установить несколько десятков биомаркеров, характеристичных для алкогольной продукции. На базе этой информации, на четвертом этапе были разработаны и аттестованы в системе Росстандарта методики измерения массовой концентрации п-кумаровой кислоты и триптофола в винах. Данные соединения могут присутствовать в винах в широчайшем диапазоне от единиц микрограммов до единиц миллиграммов на литр. Эта концентрация является неотъемлемой характеристикой напитка и может быть использована для его идентификации. В рамках проведения работ комплексом физико-химических методов, включая ГХ-МС, ВЭЖХ-МС, ИСП-МС, МАЛДИ, масс-спектрометрию высокого разрешения, ионную хроматографию, ИК-, УФ- и ЯМР-спектроскопию был проанализирован набор российских вин, пива, виски и коньяков. В результате в 350 образцах, подвергнутых анализу различными методами, было получено более 10000 характеристик для каждого образца. Полученный массив данных должен составить основу базы данных (библиотеки) российских алкогольных напитков. Среди использованных методов наиболее перспективные результаты получены масс-спектрометрией высокого разрешения с прямым вводом, ВЭЖХ-МС, ГХ-МС и ЯМР, причем два первых метода позволяют получать важнейшую информацию практически без пробоподготовки и ручной обработки спектральной информации. Тем не менее, определенные перспективы существуют и при использовании других методов анализа. Например, метод ИСП-МС явно должен давать информацию о терруаре. Для проверки их применимости и эффективности однозначно требуется проведение дополнительных исследований, например, с образцами напитков разных типов из разных регионов и разных лет урожая. По мере наполнения базы данных набор биомаркеров может изменяться как в сторону уменьшения, так и увеличения. Стали понятны и недостатки методов, в частности трудоемкая пробоподготовка (ГХ-МС), стоимость оборудования (масс-спектрометрия высокого разрешения, ЯМР-спектроскопия), сложная обработка результатов (ГХ-МС, ЯМР, ИК, УФ). Фактически, это первое исследование в мире, где образцы алкогольной продукции подверглись столь комплексному анализу совокупностью самых мощных современных физико-химических методов. Проведено сравнение эффективности и комплементарности этих методов для решения проблем виноделия и контроля качества продукции. В частности, наиболее интересные результаты получены методами хромато-масс-спектрометрии, которые позволяют идентифицировать и определять индивидуальные компоненты аромата, вкуса и цвета продуктов. Именно эти компоненты могут быть использованы для создания методик однозначного дифференцирования алкогольных напитков и определения их подлинности. Удалось выявить около сотни биомаркеров, различных для каждого из использованных методов. Совокупное использование этих биомаркеров позволяет различать напитки по типу, географическому происхождению и году урожая. Интересные результаты получены методами хемометрической обработки данных. В работе использовано 6 различных подходов в зависимости от типов получаемых данных и методов анализа. Их эффективность значительно различается. Наиболее эффективным оказался анализ методом главных компонент, который позволил выявить схожую кластеризацию образцов при использовании различных методов анализа вина. В частности, очень интересные результаты получены по кластеризации вин по типу по результатам ГХ-МС, по году урожая винограда методом МСВР, по географическому региону методом ЖХ-МС. Иерархический кластерный анализ, напротив, оказался менее эффективным подходом для выявления общих закономерностей в кластеризации исследуемых красных и белых вин. Поскольку методы хемометрики совершенствуются постоянно, имеются отличные перспективы для совершенствования выявленных закономерностей и создания в дальнейшем надежного метода дифференцирования и установления подлинности алкогольной продукции. Использованные хемометрические подходы работают и для пива, коньяков, виски. Однако требуется более репрезентативная выборка. В рамках разработанной экспертно-аналитической системы с расчетно-аппаратным комплексом для анализа алкогольной продукции в виде методик измерения были разработаны и аттестованы в соответствии с требованиями, установленными законодательством, методики определения п-кумаровой кислоты и триптофола в диапазоне концентраций 5-5000 мкг/л в винах с использованием тандемной масс-спектрометрии в режиме мониторинга заданных реакций. Методики не требуют проведения пробоподготовки, т.е. исключают потерю аналитов. Методики переданы на регистрацию в Федеральный информационныйо фонд по обеспечению единства измерений. Методики рекомендованы для анализа вин всех типов. Рекомендуется, используя экспертно-аналитическую систему анализа алкогольной продукции с применением разработанных методик провести скрининг максимального числа вин. В идеале, со временем все вина, производимые в России, должны быть проанализированы. Полученные результаты дадут основу базы данных для надежной идентификации вин. Данный алгоритм можно тиражировать, разрабатывая аналогичные методики для других маркерных соединений, представленных в отчете, включая, указанные в разделах 1.1 и 2.1 для вина. Фенилэтанол, его эфиры, а также ряд других эфиров жирных кислот, галактоновую кислоту, глюкуроновую и лимонную кислоту можно рассматривать в качестве потенциальных биомаркеров при разработке методик аналитического контроля качества виски и пива, а фенилэтанол, 4-гидрокси-3,5-диметоксибензойную кислоту, ванилиновую кислоту, 1-(4-гидрокси-3,5-диметоксифенил)этанон - при разработке методик для коньяка.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".