Determination of vanillin in vanilla products and associated marker substances

La vainilla es uno de los aromatizantes más populares, que se utiliza en varios productos alimenticios y bebidas, así como en la industria farmacéutica y de perfumería. Con una demanda creciente de vainas de vainilla y el continuo aumento de su precio, los aromatizantes artificiales de vainilla de origen sintético son hoy en día muy usados. Por otra parte, el extracto de vainilla contiene aproximadamente 200 sustancias. Los principales compuestos son la vainillina, el ácido 4-hidroxibenzaldehído, el ácido vainílico y el ácido 4-hidroxibenzoico.

Con esta aplicación, es posible determinar la autenticidad del extracto de vainilla, y distinguirlo de la vainilla sintética.

La alta demanda de vainillina supera con creces la oferta de todas las fuentes de orquídeas vainilla, que son la única fuente del "verdadero" sabor a vainilla llamado "Vainilla Bourbon". El alto precio de la vainillina natural, comparado con el de la vainillina sintética, y su baja disponibilidad son las razones para producir  vainillina a través de síntesis química desde la década de 1870. Estos procesos utilizan la coniferina, el guayacol o el eugenol como precursores.

Los procesos biotecnológicos como la fermentación que utilizan ácido ferúlico y salvado de arroz como precursores de la vainillina son relativamente nuevos. La vainillina producida biotecnológicamente es mucho más costosa que la vainillina sintetizada químicamente. Sin embargo, se permite que estos productos utilicen la designación "sabor natural a vainilla". Los aromas sintetizados químicamente deben utilizar el nombre "sabor a vainilla". Algunas sustancias de los procesos de fabricación químicos o biotecnológicos son indeseables en los productos alimenticios debido a sus efectos negativos sobre la salud. Esto hace que un control analítico sea indispensable. Estas moléculas, así como los precursores utilizados en la síntesis química, son marcadores apropiados para la diferenciación entre los productos sintéticos y los productos naturales del extracto de vainilla Bourbon.

Mientras que una determinación exacta sobre el origen del sabor de la vainilla es sólo es posible con métodos analíticos más complejos como el análisis isotópico, una primera afirmación sobre el origen del sabor a vainilla ya es posible mediante la detección de sustancias marcadoras usando métodos de HPLC. Por lo tanto, en este trabajo se analizan extractos etanólicos de muestras que contienen vainillina para encontrar sustancias marcadoras para determinar el origen del sabor.

Aquí, el ácido 4-hidroxibenzoico, el ácido vainílico, y 4-hidroxibenzaldehído fueron analizados además de vainillina como sustancias típicas del extracto de vainilla Bourbon. Además, el guayacol, la cumarina y el eugenol se analizaron como marcadores del sabor de vainilla sintética y de precursores no deseados.

RESULTADOS

Se utilizó un estándar mixto de los siete compuestos para la calibración. La separación del estándar fue lograda en menos de 4 minutos. Todas las curvas de calibración muestran una buena linealidad con R2 > 0.9999. El detalle de las concentraciones para cada nivel se resumen en la tabla 1. La Fig. 1 muestra, como ejemplo, la separación de los estándar mixto en el nivel 3. Cuatro muestras diferentes fueron extraídas y analizadas: vaina de vainilla, azúcar de vainilla bourbon, azúcar de vainillina y aroma de vainilla para hornear. Todas las muestras fueron extraídas con etanol. El detalle de la preparación de la muestra se describe en la sección adicional de resultados (Tab. A2).

La Fig. 2 muestra el cromatograma del extracto de vaina de vainilla. El perfil de la muestra una alta concentración de vainillina y, como era de esperar, las sustancias marcadoras del origen de la vainilla Bourbon.

También se determinaron el ácido 4-hidroxibenzoico, el ácido vanílico y el 4-hidroxibenzaldehído. Las cantidades totales de los compuestos de vainilla se resumen y se calculan en la tabla A1 (sección de resultados adicionales). La tabla 1 muestra los valores determinados para el Límite de Detección LD (S/N=3) y el límite de Cuantificación LOQ (S/N=10) para este método. Los cromatogramas de otras muestras analizadas también se presentan en la sección adicional.

MATERIALES Y MÉTODO

Se utilizó el sistema AZURA® UHPLC que consiste en una bomba HPG AZURA P 6.1L, un automuestreador AZURA AS 6.1L, un termostato de columna CT 2.1, y un detector de longitud de onda variable AZURA MWD 2.1L. El caudal se fijó en 0,5 mL/min a una temperatura de 40 °C. EL volumen de inyección de las muestras y estándares fue de 1 µL. La detección se realizó a 280 nm. La fase móvil es una composición de gradiente de A: agua con 0,05 % de ácido trifluoracético y B: acetonitrilo con 0,1 % de ácido trifluoracético. La fase de la columna es Eurospher II 100-2 C18A sílice, con dimensiones de 100 x 2 mm ID.

CONCLUSIÓN

Según las directrices Alemanas para el azúcar de vainilla y azúcar de vainilla de 2007 [4], el azúcar de vainilla es una mezcla de sacarosa y vainas de vainilla trituradas. (Nota de la traducción: en el Art 1245 del Código Alimentario Argentino, se especifica algo similar: "Se entiende por Vainilla azucarada en polvo o Polvo de vainilla azucarada, la mezcla de 75% de azúcar blanco y 25% de vainilla."[5]). Por otra parte, el azúcar de vainillina es una composición de sacarosa y vainillina.

Debido a los valores calculados en la Tabla A1, el azúcar de vainilla Bourbon analizado contiene vainillina y 4-hidroxibenzaldehído, un marcador para un sabor natural de vainilla. El azúcar de vainilla, por otro lado, contiene más vainillina y también una alta cantidad de guayacol, lo que indica su origen artificial/sintético. 

El aroma de horneado de vainilla es el que contiene la mayor cantidad de vainillina pero también residuos de todos los demás compuestos.

Dado que para el aroma analizado no es necesario informar la composición, podría contener vainilla natural así como ingredientes de aroma sintéticos [6].

El método UHPLC permite un primer y rápido control de calidad de productos de vainilla con respecto a las sustancias marcadoras para extractos de base sintética o natural. Además del análisis isotópico hay también otros análisis más sofisticados se pueden realizar por HPLC para determinar el origen de la vainilla, pero no se consideraron en esta aplicación [7].

Resultados adicionales

Materiales y métodos adicionales

Referencias

[1] Krishna Veni et al, J Adv Sci Res, 2013, 4(1): 48-51: Analysis of Vanillin In Food Products By High Performance Thin Layer Chromatography

[2] Jagerdeo et al., Journal of AOAC International Vol. 83, No. 1, 2000 Liquid Chromatographic Determination of Vanillin and Related Aromatic Compounds

[3] Authenticity of vanilla and vanilla extracts, Elke Anklam, Joint Research Centre European Commission, Environment Institute Food & Drug Unit, 1993, EUR 15561 EN

[4] Richtlinie für Vanille-Zucker und Vanillin-Zucker (2007)

[5] http://www.alimentosargentinos.gob.ar/contenido/marco/CAA/Capitulo_16.htm

[6] Vanille und Vanillearomen, Vanille - die Königin der Gewürze

[7] Grundlagenpapier der Arbeitsgruppen „Aromastoffe“ und „Stabilisotopenanalytik“ in der Lebensmittelchemischen Gesellschaft zum Thema Herkunft und Authentizität von Vanillearomen

Nota original:

Juliane Böttcher, Kate Monks – applications@knauer.net

KNAUER Wissenschaftliche Geräte GmbH,

Hegauer Weg 38, 14163 Berlin – www.knauer.net

https://www.knauer.net/Application/application_notes/VFD0165_Determination%20of%20vanillin%20in%20vanilla%20products%20and%20associated%20marker%20%20substances_FINAL%20-web-.pdf