EN The study of the stability of Iipophilic vitamins in premixes used in animal food

polish

PL Przedmiotem badań były wyroby premiksowe stosowane w żywieniu zwierząt. Śledzono przemiany dróg rozkładu witamin lipofilnych. Przeprowadzono badania z wykorzystaniem układów modelowych (próby premiksów przygotowane w skali laboratoryjnej) oraz układów rzeczywistych (premiksy handlowe). Badane materiały charakteryzowano wykorzystując technikę FTIR oraz techniki chromatograficzne (HPLC-DAD i HPLC-MSIMS). Po ilościowej analizie z wykorzystaniem techniki HPLC-DAD zaobserwowano spadek zawartości witaminy A w czasie 12 miesięcy w czasie przechowywania w warunkach magazynowych. Ocena stabilności octanu witaminy E okazała się trudna, gdyż uzyskane zawartości raz malały, raz rosły, co nie miało uzasadnienia analitycznego. Analiza FTIR wykazała, że w próbach zachodzi proces hydrolizy estrów badanych witamin. Powstające wówczas związki (kwas retinowy oraz wolny a-łokoferol) są w dalszej kolejności coraz bardziej podatne na utlenianie. Przeprowadzona analiza ilościowa i jakościowa przy zastosowaniu HPLC-MS/MS pozwoliła wskazać prawdopodobne przemiany, jakim ulegają badane witaminy. Próbki przygotowywano do analiz chromatograficznych wg procedury standardowej (hydroliza i ekstrakcja) i procedury zmodyfikowanej (tylko ekstrakcja). Analizę ilościową przeprowadzono stosując tryb pracy spektrometru mas MRM. Pomimo że stężenia analizowanych witamin były takie same, uzyskane pola powierzchni pików witamin handlowych i analitycznych znacznie się różniły. Technika HPLC-MS/MS okazała się być bardziej przydatna do oceny stabilności tych witamin. Wykazano, że dotychczas stosowana procedura przygotowania próbki do oznaczeń była niewłaściwa. Prowadziła ona bowiem do zmian form chemicznych badanych witamin. Pomimo że zarówno witaminy analityczne, jak i handlowe, wykazały stabilność w czasie przechowywania w skali roku, wyniki uzyskane metodą HPLC-MS/MS wskazują, że handlowe, octanowe postaci witamin nie są analitycznie czyste. Zaobserwowano obecność innej formy witaminy A (retinolu). W czasie przechowywania tych materiałów, pojawiły się dodatkowe piki chromatograficzne odpowiadające składnikom, których identyfikacja wymagała dalszych badań. W części teoretycznej pracy dokonano podziału pasz i premiksów ze względu na ich właściwości, pochodzenie oraz zastosowanie. Przedstawiono trwałość preparatów mineralno witaminowych. Scharakteryzowano witaminy rozpuszczalne w tłuszczach i w wodzie oraz opisano stabilność wybranych witamin w zależności od czynników zewnętrznych takich jak światło, wilgotność, czynnik utleniający i redukujący. pH. Dokonano szczegółowego przeglądu literatury w obszarze stabilności wyrobów premiksowych. Ponadto przedstawiono metody oznaczeń właściwości chemicznych i fizycznych oraz jakości premiksów. Szczegółowo opisano techniki chromatograficzne, jako że odegrały kluczową rolę w ocenie stabilności premiksów. W części eksperymentalnej dokonano charakterystyki surowców wyjściowych wykorzystanych do przygotowania prób premiksów w skali produkcyjnej i laboratoryjnej. Podano skład ilościowy i jakościowy badanych premiksów. Przedstawiono sposoby otrzymywania badanych premiksów w skali przemysłowej i laboratoryjnej. Podjęto próby wyznaczenia czynników wpływających na zanik witamin przy wykorzystaniu analizy statystycznej PCA oraz GML. Zarówno w eksperymencie krótkoterminowym jak i długoterminowym nie wskazano jednoznacznie czynników wpływających na obniżenie zawartości witamin w premiksach w czasie przechowywania w warunkach magazynowych. W toku obserwacji wykluczono wpływ mikroorganizmów oraz zachodzenie reakcji redoks z udziałem metali na stabilność witamin w premiksach. Przedstawiono dwa mechanizmy reakcji wybranych aminokwasów i chlorku choliny z witaminami. Potwierdzono zachodzenie hydrolizy we wszystkich badanych próbach, Istotnym elementem było wykluczenie hydrolizy z etapu przygotowania prób do analizy ilościowej witamin, Sprawdzono przydatność techniki HPLC-MS/MS do oceny stabilności witamin lipofilnych. Wykluczono obecność innych izomerów witaminy E niż o-tokoferol. Pokazano, że utlenianie witaminy E jest uzależnione od rozpuszczalnika oraz czynnika utleniającego (rodnik peroksylowy, alkilowy, tlen) i przebiega w sposób niekontrolowany do kwasów, estrów, epoksydów, chinonów, hydroksychinonów, a witaminy A do retinolu, retinalu,13- karotenu, 13-krypłoksantyny, wiolaksantyny. Zastosowanie techniki HPLC—MS/MS pozwoliło opracować metodę umożliwiającą ocenę stabilności witamin oraz wyznaczenie substancji pojawiających się w wyniku utlenienia badanych witamin.

EN The study focused on premix products used in animal nutrition. Disintegration routes of lipophilic vitamins were analyzed. The analyses were based on model laboratory scale premix samples and commercial premixes, The materials were described using the FTIR technique and chromałographic techniques (HPLC-DAD and HPLC-MS/MS). Following a quantitative analysis using the HPLC-DAD technique, a decreased content of vitamin A was observed during a 12 morth storage period in warehouse condnions, The evaluation of the stability of viłamin E acetate proved difficult — the content either decreased ar increased, which could not be justified analytically. The FTIR analysis revealed that the esters of the vitamins under analysis underwent hydrolysis. The resultant cornpounds (retinoic acid and free a-tocopherol) are susceptible to oxidałion. The quantitative and qualitative analysis using HPLC-MS/MS helped to identify probable transformations which the vitamins under analysis undergo« The samples were prepared for chromałographic analysis according to the standard procedure (hydrolysis and extraction) and mociified procedure (extraction only). The quantitative analysis was conducted using the Multiple Reaction Monitoring (rv1RM). Although concentrations of the vitamins under analysis were the same, the peak areas of commercial and analytical vitamins differed considerably, The HPLCIvISAMS technique proved to be more useful in the evaluation of the stability of the vitamins in question. It was demonstrated that the existing procedure of sample preparation was wrong because it led to the changes in the chemical forms of the vitamins, Although both the analytical and commercial vitamins were stable during a 12-mcnth słorage, the resuns obtained by the HPLC-MS/iV1S method revealed that the commercial, acetate forma of the vitamins were not analytically pure. Presence of another form of viłamin A (refinol) was observed. During the storage of the materials additional chromatographic peaks appeared, corresponding to components which required additiona! analyses. In the theoretical part feedstuffs and premixes were divided according ta their properties, angin and application, The stability of minerał and vitaminpreparations was presented. Vitamins soluble in fats and h water were characterized and the stability of selected vitamins depending on such external factors as lighł, humidity, oxidizing and reducing agents, and pH were described. A review of the literature on the stability of premix products was rnade. Furthermore, methods used to determine chemical and physical properties and premix quality were presented. Chromatographic techniques were described in detail since they played the key role in the evaluation of premix stability. The experimental part focused on the description of starting materials used to prepare premix samples in the laboratory and for production. The quantity and quality of the premixes under study were described. Methods used to obtain the premixes in industrial and laboratory scale were presented. Attempts were made to determine factors which impact on the disappearance of vitamins using the PCA and GML statistical analysis. Both in the short term experiment and long term experiment no unambiguous factors which contribute to the decrease of vitamin content in premixes stored in warehouse conditions were identified. During observations the impact of microorganisms and redox reaction with metals on vitamin stability in premixes were excluded. Two reaction mechanisms °f selected amino acids and choline chloride with vitamins were presented. Hydrolysis in ali the samples analyzed has Been confirmed. Exclusion of hydrolysis from sample preparałion of the qualitative analysis of vitamins was a significant element. The usefulness of the HPLC-MS/MS technique for the evaluation of the stability of lipophilic vitamins was verified. Presence of isomers of vitamin E other than a-tocopherol was excluded, li was demonstrated that oxidation of vitamin E depends on the solvenł and oxidizing agent (peroxide radical, alkyl radical, oxygen); vitamin E oxides to acids, esters, epoxides, quinones, and hydroxyquinones and vitamin A oxides to retinol, retina1,13-carotene, [3- cryptcxanthin, and violaxanthin. The application of the HPLC—MS(MS technique helped to develop a method which permitted evaluation of vitamin stability and determine substances which appear when the vitamins under analysis are oxidized.

199

chemical sciences

chemical technology

DrOIN 1771

to201780559

Download file

public

Iwona Rykowska

Poznań, Polska

12.08.2016

polish

Download file

public

Mieczysław Sajewicz

Katowice, Polska

17.08.2016

polish

Download file

public

dissertation

Poznań, Polska

25.10.2016

Rada Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej

doktor nauk chemicznych w dyscyplinie: chemia