MAISTO PAPILDŲ TURINČIŲ KONSERVANTO E211 (NATRIO BENZOATO) TYRIMAS TAIKANT CHROMATOGRAFINĖS ANALIZĖS METODUS

LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS FARMACIJOS FAKULTETAS ANALIZINĖS IR TOKSIKOLOGINĖS CHEMIJOS KATEDRA JUSTĖ GEDŽIŪTĖ MAISTO PAPILDŲ TURINČIŲ KONSERVANTO E211 (NATRIO BENZOATO) TYRIMAS TAIKANT CHROMATOGRAFINĖS ANALIZĖS METODUS Magistro baigiamasis darbas Darbo vadovas: Doc. Dr. Andrejus Ževžikovas KAUNAS, 2017

2 LIETUVOS SVEIKATOS MOKSLŲ UNIVERSITETAS FARMACIJOS FAKULTETAS ANALIZINĖS IR TOKSIKOLOGINĖS CHEMIJOS KATEDRA TVIRTINU: Farmacijos fakulteto dekanas Vitalis Briedis Data MAISTO PAPILDŲ TURINČIŲ KONSERVANTO E211 (NATRIO BENZOATO) TYRIMAS TAIKANT CHROMATOGRAFINĖS ANALIZĖS METODUS Magistro baigiamasis darbas Darbo vadovas: Doc. Dr. Andrejus Ževžikovas Recenzentas Darbą atliko Magistrantė Data Justė Gedžiūtė Data KAUNAS, 2017

3 TURINYS SANTRAUKA... 5 SUMMARY... 6 SANTRUMPOS... 7 ĮVADAS... 8 DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI... 9 1. LITERATŪROS APŽVALGA... 10 1. 1. Maisto priedai ir jų poveikis organizmui... 10 1. 2. Benzoinė rūgštis... 11 1. 2. 1. Veikimo mechanizmas ir gavimas... 11 1. 2. 2. Reikšmė, poveikis in vitro... 12 1. 2. 3. Poveikis in vivo... 13 1. 2. 4. Taikymas maisto pramonėje... 14 1. 3. Natrio benzoatas... 15 1. 3. 1. Savybės ir reikšmė... 15 1. 3. 2. Poveikis in vitro... 15 1. 3. 3. Poveikis in vivo... 16 1. 4. Benzoinės rūgšties ir natrio benzoato kokybinis ir kiekybinis vertinimas... 18 2. TYRIMO METODIKA... 21 2. 1. Tyrimo objektas... 21 2. 2. Kokybinis ir kiekybinis vertinimas plonasluoksnės chromatografijos (PC) metodu... 22 2. 2. 1. Naudota įranga, tirpikliai ir ryškikliai... 22 2. 2. 2. Standartinių ir tiriamųjų tirpalų paruošimas... 22 2. 2. 3. Analizė... 23 2. 2. 4. Statistinis duomenų apdorojimas... 24 2. 3. Kokybinis ir kiekybinis vertinimas efektyviosios skysčių chromatografijos (ESC) metodu... 25 2. 3. 1. Naudota įranga ir tirpikliai... 25 2. 3. 2. Standartinių ir tiriamųjų tirpalų paruošimas... 25 2. 3. 3. Analizė... 25 2. 3. 4. Statistinis duomenų apdorojimas... 26 2. 3. 5. Validacija... 26 3. REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS... 28

4 3. 1. Plonalsuoksnės chromatografijos (PC) metodas... 28 3. 1. 1. Metodikos parinkimas... 28 3. 1. 2. Tiriamųjų tirpalų kokybinis vertinimas PC metodu... 29 3. 1. 3. Statistinė duomenų analizė... 30 3. 1. 4. Tiriamųjų tirpalų kiekybinis vertinimas PC metodu... 31 3. 2. Efektyviosios skysčių chromatografijos (ESC) metodas... 32 3. 2. 1. Metodikos parinkimas... 32 3. 2. 2. Tiriamųjų tirpalų kokybinis vertinimas ESC metodu... 33 3. 2. 3. Statistinė duomenų analizė... 34 3. 2. 4. Tiriamųjų tirpalų kiekybinis vertinimas ESC metodu... 35 3. 2. 5. Metodikos validacija... 36 3. 3. Kiekybinių rezultatų, gautų analizuojant PC ir ESC metodais, palyginimas... 38 4. IŠVADOS... 39 5. PRAKTINĖS REKOMENDACIJOS... 40 LITERATŪROS SĄRAŠAS... 41

5 SANTRAUKA MAISTO PAPILDŲ TURINČIŲ KONSERVANTO E211 (NATRIO BENZOATO) TYRIMAS TAIKANT CHROMATOGRAFINĖS ANALIZĖS METODUS J. Gedžiūtės magistro baigiamasis darbas, mokslinis vadovas doc. dr. A. Ževžikovas; Lietuvos sveikatos mokslų universiteto, Farmacijos fakulteto, Analizinės ir toksikologinės chemijos katedra, Kaunas. Raktiniai žodžiai: natrio benzoatas, benzoinė rūgštis, plonasluoksnė chromatografija, efektyvioji skysčių chromatografija, maisto papildai. Darbo tikslas: Atlikti maisto papildų, savo sudėtyje turinčių konservanto E211 (natrio benzoato) kokybinius ir kiekybinius tyrimus plonasluoksnės chromatografijos, efektyviosios skysčių chromatografijos metodais bei palyginti rezultatų įvairovę tarp skirtingų tyrimo objektų. Tyrimo objektas ir metodai: Tyrimo objektu pasirinkti skystieji maisto papildai, kuriuos galima įsigyti Lietuvos vaistinėse. Pritaikant PC metodiką, analizuoti 1 mg/ml koncentracijos standartiniai benzoinės rūgšties ir natrio benzoato metanoliniai tirpalai. Tirpiklių sistemai naudotas chloroformas ir etanolis, dėmių ryškinimui UV šviesos lempa (254 nm; 366 nm). Pritaikant ESC metodiką analizuoti standartiniai benzoinės rūgšties ir natrio benzoato metanoliniai tirpalai, kurių koncentracija 0,1 mg/ml. Natrio benzoato identifikavimui naudotas chromatografas Waters 2695 su fotodiodų matricos detektoriumi Waters 996 (210-400 nm bangų ilgio diapazonas), chromatografavimui kaip eliuentai naudoti 0,5 ml 2,5 mol/l sulfato rūgštis ir acetonitrilas. PC ir ESC metodikos pritaikytos kokybiniam bei kiekybiniam natrio benzoato nustatymui skystųjų maisto papildų mėginiuose. Rezultatai ir išvados: Tinkama tirpiklių sistema natrio benzoato vertinimui PC metodu yra chloroformas etanolis (90:10), dėmės ryškinamos UV šviesa (254 nm). Natrio benzoatą vertinant ESC metodu naudota ACE C18 (250x4,6 mm, 5 µm) chromatografinė kolonėlė, taikytas gradientinis eliuavimo režimas sulfato rūgštimi ir acetonitrilu. Tėkmės greitis 1 ml/min, injekcijos tūris 10 µl. Metodikos tinkamos natrio benzoato nustatymui PC ir ESC metodais skystuosiuose maisto papilduose. Nustatytas natrio benzoato kiekis tirtuose maisto papilduose neviršijo reglamentuotų leistinų ribų. Praktinės rekomendacijos: Darbe aprašytos PC ir ESC metodikos gali būti pritaikytos laboratorijoje kasdieninei skystųjų maisto papildų analizei, kiekybiškai ir kokybiškai nustatant konservantą natrio benzoatą.

6 SUMMARY RESEARCH OF FOOD SUPPLEMENTS WITH PRESERVATIVE E211 (SODIUM BENZOATE) USING CHROMATOGRAPHIC ANALYSIS METHODS Key words: sodium benzoate, benzoic acid, thin-layer chromatography, high-performance liquid chromatography, food supplements. Aim: To fulfill qualitative and quantitative analysis of food supplements with preservative E211 (sodium benzoate) by thin-layer chromatography and high-performance liquid chromatography methods and compare results among different objects. Object and methods: Selected objects were liquid food supplements which can be purchased at any drugstore in Lithuania. For TLC method modification benzoic acid and sodium benzoate stock solutions (1 mg/ml) in methanol were analysed. For mobile phase chloroform and ethanol were used, for spots visualization UV light lamp (254 nm; 366 nm) was used. For HPLC method modification benzoic acid and sodium benzoate stock solutions were used with 0,1 mg/ml concentration. Chromatograph Waters 2695 with photo diode array detector Waters 996 (210-400 nm wave lenght) was used also 0,5 ml 2,5 mol/l sulfuric acid and acetonitrile were used as mobile phase for sodium benzoate identification. Modified TLC and HPLC methods were used for qualitative ant quantitative analysis of sodium benzoate in liquid food supplement samples. Results: The best mobile phase for sodium benzoate analysis using TLC was chloroform ethanol (90:10), spots were visualized using UV light lamp (254 nm). For analysis of sodium benzoate by HPLC method ACE C18 (250x4,6 mm, 5 µm) chromatographic column was used, gradient elution mode with sulfuric acid and acetonitrile was applied. Flow rate was 1 ml/min, injection volume 10 µl. TLC and HPLC methods are suitable for sodium benzoate analysis in liquid food supplements. Detected quantity of sodium benzoate in test samples of food supplements did not exceed regulated safe limit. Practical recommendations: TLC and HPLC methods described in thesis can be used daily in laboratories for qualitative and quantitative determination of sodium benzoate in liquid food supplements.

7 SANTRUMPOS ADHD aktyvumo ir dėmesio sutrikimas (angl. Attention Deficit / Hyperactivity Disorder) DAD fotodiodų matricos detektorius (angl. Diode Array Detector) EAE eksperimentinis alerginis encefalomielitas (angl. Experimental Allergic Encephalomyelitis) ESC efektyvioji skysčių chromatografija FDA JAV Maisto ir vaistų agentūra (angl. Food & Drug Administration) GRAS visuotinai pripažintas saugiu (angl. Generally Recognized as Safe) MP maisto papildas PC plonasluoksnė chromatografija Rf sulaikymo rodiklis Rt sulaikymo laikas SSN santykinis standartinis nuokrypis UV ultravioletinė šviesa

8 ĮVADAS Konservantai maisto priedų grupė, naudojami kaip antimikrobiniai reagentai ir priemonės, padedančios ilgiau išlaikyti šviežią produktą [19]. Vienas jų atstovų, natrio benzoatas, dažnai pasirenkamas skystųjų maisto papildų gamyboje dėl antimikrobinio poveikio prieš daugybę mikroorganizmų rūšių bei geresnio tirpumo vandenyje už jo pirmtaką benzoinę rūgštį [18; 47]. Leistinas natrio benzoato ar benzoinės rūgšties kiekis skystuosiuose maisto papilduose iki 2000 mg/l [1; 47]. Literatūroje paskelbta duomenų apie natrio benzoato pritaikymą medicininiais tikslais. Pavyzdžiui, ši medžiaga gali mažinti uždegimines reakcijas ir demielinizacijos procesus išsėtinės sklerozės modelyje ar apsaugoti neuronų ląsteles nuo oksidacinės pažaidos esant pirminiams Parkinsono ligos simptomams [6; 33]. Tačiau nustatyta ir rimtų organizmo pažeidimų, tokių kaip padidėjęs aktyvumas, DNR pažeidimai ir chromosomų nuokrypiai ar dermatologinės būklės, pasireiškiančios niežuliu, eritema, dilgėline natrio benzoatui patekus ant odos paviršiaus [27; 46; 58]. Vaistinių asortimente yra daug ir įvairių vaistinių preparatų bei maisto papildų. Vaistuose naudojamų konservantų kiekis apibrėžiamas tiksliai specifikacijose bei nurodomi būdai, kaip juos identifikuoti ir įvertinti kiekybiškai. Maisto papildams patenkant į rinką tokie griežti reikalavimai netaikomi, tačiau nustatytos gairės, taikomos produktuose vartojamiems priedams [1]. Dėl to svarbu kurti naujus, greitus, paprastus bei tikslius metodus, kurių pagalba būtų galima tirti maisto papildus ir tai pritaikyti kasdieninėje praktikoje. Šio darbo tikslas buvo pritaikyti plonasluoksnės chromatografijos (PC) ir efektyviosios skysčių chromatografijos (ESC) metodikas siekiant kokybiškai ir kiekybiškai įvertinti natrio benzoatą skystuosiuose maisto papilduose.

9 DARBO TIKSLAS IR UŽDAVINIAI Tyrimo objektas: skystieji maisto papildai, kurių sudėtyje yra konservanto E211 (natrio benzoato). Darbo tikslas: atlikti maisto papildų, savo sudėtyje turinčių konservanto E211 (natrio benzoato) kokybinius ir kiekybinius tyrimus plonasluoksnės chromatografijos, efektyviosios skysčių chromatografijos metodais bei palyginti rezultatų įvairovę tarp skirtingų tyrimo objektų. Darbo uždaviniai: 1. Pritaikyti plonasluoksnės chromatografijos metodiką, kuri būtų tinkama konservanto E211, esančio maisto papilduose, įvertinimui; 2. Pritaikyti efektyviosios skysčių chromatografijos metodiką, kuri būtų tinkama konservanto E211, esančio maisto papilduose, įvertinimui; 3. Pritaikius plonasluoksnės ir efektyviosios skysčių chromatografijos metodikas kokybiškai ir kiekybiškai įvertinti konservantą E211, išskirtą iš skystųjų maisto papildų bei palyginti gautus rezultatus.

10 1. LITERATŪROS APŽVALGA 1. 1. Maisto priedai ir jų poveikis organizmui Maisto priedai apibūdinami kaip medžiagos ar jų mišiniai, kitokie nei įprasti maisto produktai, kurie randami maiste siekiant pagerinti gamybą, apdorojimą, laikymo sąlygas ar pakavimą [7]. Jie apsaugo produktus nuo mikroorganizmų poveikio, oksidacijos bei kitų cheminių pokyčių, taip pat gerina skonį, kvapą [19]. Maisto priedai gali būti natūralios kilmės grindžiant tuo, kad gali susidaryti maiste, tačiau esama ir sintetinių, atkartojančių natūraliuosius priedus, randamus gamtoje. Taip pat gali būti visiškai dirbtinai sukurtų priedų, kurie neturi natūralių analogų [43]. Priedai skirstomi į šešias pagrindines grupes: konservantus, maisto priedus, spalvą suteikiančias medžiagas, skonį suteikiančias medžiagas, suteikiantys reikiamą struktūrą bei įvairūs kiti. Europos Sąjungoje yra patvirtinta E sistema, galiojanti Europoje ir už jos ribų, kurios sąrašuose pateikti dažniausiai vartojami priedai [7]. E sistemos atitikmuo JAV yra GRAS. GRAS <...> bet kokia medžiaga, kuri specialiai yra dedama į maistą yra maisto priedas, kuriai taikoma patikra ir turi būti patvirtinta FDA prieš patenkant į rinką, nebent medžiaga kvalifikuotų ekspertų pripažįstama saugi pagal savo paskirtį esant atitinkamoms sąlygoms, nebent cheminės medžiagos naudojimas yra kitaip išskirtas iš maisto priedo sąvokos [48]. Nors maisto priedai vartojami siekiant geresnių produktų savybių, neretai jie sukelia įvairių problemų. Dažnai vartojami antibiotikai, pavyzdžiui, norint paskatinti vištų, kiaulių augimą gali sutapti su žmonių ligoms vartojamais arntimikrobiniais preparatais. Dėl tokio neracionalaus antibiotikų vartojimo susidaro atsparios mikroorganizmų padermės [57]. Į maisto produktus dedama ir kancerogeninių medžiagų, tokių kaip nitratų bei nitritų konservantai, azodažai, visi jie įvedami itin mažais kiekiais. Tačiau ilgai ar dideliais kiekiais vartojant tokių medžiagų turinčius produktus gali susidaryti palankios sąlygos vystytis vėžinėms ląstelėms [24; 57]. Dar didesnę problemą kelia toksiškos medžiagos, pavyzdžiui dažikliai, kurie patenka į maisto produktus, nes jų poveikis mažiau tyrinėjamas. Pasireiškus toksiškumui gali būti trikdomi žmogaus mokymosi, bendravimo su kitais ar elgesio aplinkoje gebėjimai [57]. Dar viena problema pesticidai, kurie neišvengiamai naudojami auginant žemės ūkio produktus ir gali būti randami galutiniame produkte. Nustatyta, kad norint išvengti jų šalutinio poveikio, produktus reikia apdoroti blanširuojant, kepant, plaunant ar nulupant. Taip ženkliai mažinamos pesticidų koncentracijos ant produktų paviršiaus [31; 57]. Konservantai tai priedai, naudojami kaip antimikrobiniai reagentai siekiant apsaugoti produktus užkertant kelią daugintis mikroorganizmams, dėl ko jie gali gesti. Jie taip pat naikina grybelius bei pelėsius [19]. Kaip konservantai gali būti naudojamos tiek natūralios, tiek sintetinės

11 medžiagos. Pastarosios dažnai pasirenkamos dėl efektyvesnio bei ilgiau išliekančio poveikio, dėl ko galutiniai produktai gali būti sandėliuojami ilgiau [55]. Taip pat itin svarbi savybė, kad stabdomas maistingumo mažėjimas dėl minėtų mikrobiologinių, fermentinių ar cheminių pokyčių [58]. 1. 2. Benzoinė rūgštis 1. 2. 1. Veikimo mechanizmas ir gavimas Benzoinė rūgštis natūrali medžiaga, randama daugelyje maisto produktų bei augalinių ekstraktų [49]. Tai aromatinė rūgštis, kuri dar gali būti vadinama benzeneformine rūgštimi, benzenmetano rūgštimi, benzoatu, karboksibenzenu, draciline rūgštimi, fenilformine rūgštimi, benzenkarboksirūgštimi, fenilkarboksirūgštimi [44]. Ji gali natūraliai susidaryti tokiuose pieno produktuose kaip sūris ar jogurtas dėka bakterijų, kurios fermentacijos metu veikia pieno rūgštis. Numatomas ir kitas mechanizmas: benzoinė rūgštis gali susiformuoti iš fenolių, kurių gausu sūryje, vykstant anaerobiniams procesams [26]. Jos taip pat gali susidaryti obuoliuose, kurie užkrėsti Nectria galigena ar Pezicula malicorticis tam, kad užkirstų kelią grybelių augimui. Didesniais kiekiais rūgšties randama prinokusiuose Vaccinium rūšies vaisiuose (iki 1300 mg/kg) ar Styrax stirakų medžių dervoje (iki 2000 mg/kg). Natūraliai piene benzoinės rūgšties randama 2-5 mg/l [47]. Benzoinės rūgšties darinių gausu riešutuose (pavyzdžiui: hidroksi- ar polihidroksi- rūgštys) [29; 32], kituose augaluose kaip kasija (Cassia fistula) [14] ar cinamonas (Cinnamomum zeylanicum), kurios buvimas taip pat apsprendžia antimikrobines ir priešgrybelines savybes [20]. Benzoinė rūgštis dar randama abrikosuose, pupelėse, kakavoje, spanguolėse, grybuose bei meduje. Rūgštis greitai dega deguonies aplinkoje, pasižymi geru degimu esant karščiui ar liepsnos aplinkoje. Pasižymi reakcijomis su oksiduojančiomis medžiagomis. Kaitinant iki suirimo išskiria aitrius dūmus [44]. Benzoinė rūgštis randama ne tik gamtoje. Ją galima išgauti sintezės būdu, tam yra sukurta daug skirtingų metodų. Pavyzdžiui, galimas greitas ir patogus metodas susintetinti benzoinę rūgštį, kai proceso išeiga apie 80 proc. Jo metu atliekamos bromobenzeno karboksilinimo reakcijos CO2 dujų poveikyje naudojant sidabrą kaip elektrokatalizatorių [25]. Kitas įdomus būdas benzoinės rūgšties sintezė iš tolueno naudojant saulės energiją kartu pritaikant saulės terminius elektrocheminius procesus STEP. Taikant šį metodą sumažinamas naudojamos energijos kiekis bei didinamas elektrolizės reakcijų kiekis [59]. Benzoinės rūgšties sintezės metodai kuriami jau ilgą laiką, tačiau yra reikšmingi bei aktualūs ir šiandien.

12 1. 2. 2. Reikšmė, poveikis in vitro Benzoinė rūgštis taip pat naudojama kaip branduolinis reagentas, tarpinis produktas, stabilizatorius ar katalizatorius aušinimo skysčio, tirpiklių, fotografijos, plastiko, tekstilės, pesticidų, popieriaus bei dažų pramonėje. Daugiau kaip 90 proc. benzoinės rūgšties pramonėje sunaudojama fenolio gamybai taikant oksidacinio dekarboksilinimo metodiką, taip pat kaprolaktamo ir nailono gamybai. Rūgštis ir jos druskos naudojamos kaip biocidiniai produktai veterinarinės higienos praktikoje, kaip hidroksilo radikalą turintis junginys, kuris gali pasižymėti antioksidaciniu aktyvumu, kaip diuretinis ir terapinis agentas gydant kai kuriuos šlapimo sutrikimus [47]. Taip pat ši rūgštis gali būti atsakinga už kai kurių augalų, pavyzdžiui, darželinės petunijos (Petunia hybrida) gebėjimą pritraukti vabzdžius, nes dalyvauja kvapiųjų benzenoidų biosintezėje [40]. Pagrindinė benzoinės rūgšties bei jos darinių reikšmė augaluose tarsi sudaromas karkasas šių medžiagų biosintezei į sudėtingesnes medžiagas, kurios gali dalyvauti augalo gyvybinėse funkcijose [22]. Benzoinė rūgštis plačiai naudojama kaip reagentas kitoms cheminėms medžiagoms gauti. Dėl jos galima susintetinti seriją chalkono darinių kartu sintezei naudojant 2,4-tiazolidindioną. Šios medžiagos pasižymi antibakteriniu poveikiu prieš gram-neigiamus mikroorganizmus, kai kurie veikia gram-teigiamas bakterijas. Chalkonų dariniai dar gali pasižymėti priešuždegiminiu poveikiu [36]. Taip pat benzoinė rūgštis dalyvauja stilbeno darinių sintezės reakcijose, kai benzoinės rūgšties dariniai dekarboksilinami bei veikiami rodžiu kaip katalizatoriumi kartu su stilbenais [39]. Sintetinti dariniai savo ruožtu svarbūs dėl savo biologinių bei cheminių savybių, pavyzdžiui antioksidacinių, priešuždegiminių, priešvėžinių [12]. Atliekami tyrimai in vitro siekiant nustatyti benzoinės rūgšties gebėjimą paveikti įvairius mikroorganizmus. Pavyzdžiui, išskirti devyni nauji ir keturi žinomi benzoinės rūgšties komponentai iš dviejų augalų rūšių (Piper glabratum, Piper acutifolium). Buvo tiriamas jų baktericidinis poveikis in vitro prieš leišmaneles (Leishmania amazonensis, L. braziliensis ir L. donovani), plazmodiumus (Plasmodium falciparum) bei Trypanosoma cruzi. Nors tarp darinių pasireiškė skirtingas poveikis, buvo nustatytos jų bakterijas ir maliarijos sukėlėjus naikinančios savybės [18]. Siekiant nustatyti fenolinių metabolitų žarnyne poveikį kai kurioms mikroorganizmų padermėms, atliktas tyrimas in vitro inkubavus Escherichia, Pseudomonas, Lactobacillus, Staphylococcus bei Candida padermes (iš viso tirta 12 skirtingų mikroorganizmų) ir jas paveikus benzoinės, fenilacetinės bei fenilpropioninės rūgšties dariniais. Nustatyta, kad fenoliniai metabolitai gali selektyviai slopinti kai kurių žarnyno mikrofloros komponentų bei jų patogenų augimą, kai parenkamos fiziologiškai tinkamos koncentracijos. Pastebėtas linijiškas fenolinių rūgščių antimikrobinis poveikis prieš E. coli [11]. Šie ir

13 panašūs tyrimai svarbūs siekiant įvertinti benzoinės rūgšties ir jos darinių galimą poveikį, taip pat jų pagalba galima svarstyti ar ištirtus darinius saugu ir naudinga pritaikyti maisto bei vaistų pramonėje. 1. 2. 3. Poveikis in vivo Organizme benzoinė rūgštis greitai absorbuojama iš virškinamojo trakto ir jungiasi su glicinu kepenyse suformuojant hipurinę rūgštį, kuri per 6 valandas nuo absorbcijos beveik visa išskiriama su šlapimu [42]. Tiriant benzoinės rūgšties kaip maisto priedo poveikį skiriant paršeliams atitinkamą dietą, buvo stebimas galimas medžiagos poveikis mikrobams paršelių virškinamajame trakte. Rezultatai parodė, kad ėdalas su 0,5 proc. benzoinės rūgšties teigiamai paveikė tiriamuosius paršelius: didėjo vidutinis svorio priaugimas per dieną, antrojoje eksperimento dalyje didėjo vidutinis ėdalo pasisavinimo kiekis per dieną. Taip pat pastebėta padidėjusi hipurinės rūgšties koncentracija šlapime bei tuo pačiu šlapimo ph sumažėjimas [53]. Kita vertus, benzoinė rūgštis gali sukelti ir nepageidaujamų šalutinių poveikių. Benzoinės rūgšties preparatai gali būti naudojami gyvūnų trichofilijos, grybelio sukeltos ligos, gydymui išoriškai. Taikant gydymą pranešta apie kačių apsinuodijimo atvejus kai preparatas gali būti nulaižomas. Pastebėta, kad pasireiškus apsinuodijimo simptomams atsiranda agresyvumas, seilėtekis, kartais konvulsijos [50]. Taip pat atlikus tyrimą su pelėmis joms skiriant dietą su 1,1 proc. benzoine rūgštimi 35 dienų laikotarpiui, pastebėta augimo sutrikimų bei nepakankamas maistingųjų medžiagų pasisavinimas. Skiriant benzoinės rūgšties 3 proc. maiste vos 5 dienų laikotarpiu pastebėti rimtesni simptomai: neurologiniai sutrikimai, ataksija, konvulsijos, kurios išliko iki 30 dienų po dietos nutraukimo [47]. Pranešta atvejų apie benzoatų sukeltas alergijas vaikų populiacijoje. Pavyzdžiui, vartojant gazuotų gėrimų dėl tiesioginio lūpų kontakto su plastikiniais buteliais gali pasireikšti cheilitas kartu su niežuliu. Taip pat valgant konservuotas keptas pupeles pomidorų padaže gali pasireikšti dermatitas dėl padaže bei maisto produktuose natūraliai susidariusių benzoatų. Svarbu paminėti, kad benzoatų kaip konservantų yra higienos priemonių sudėtyje. Jomis naudojantis taip pat yra rizika atsirasti alerginėms reakcijoms dėl benzoatų poveikio organizmui [27]. Naudojant kiekybinius struktūros aktyvumo ryšių procesus numatytoms benzoinės rūgšties, kofeino ir glifosato struktūroms galima tikrinti jų pralaidumą pro placentą ex vivo būdu. Metodas yra teorinis ir pasirenkamas numatyti galimą medžiagų toksiškumą siekiant jį sumažinti in vivo atliekant toksikologinius tyrimus. Benzoinė rūgštis per placentą praeina lėčiau nei kofeino molekulės pirmoje eksperimento pusėje, tačiau vėliau abiejų medžiagų koncentracijos susitapatina. Esant fiziologinei ph reikšmei, benzoinė rūgštis yra 99,99 proc. jonizuota, dėl ko lengviau tirpsta vandenyje. Nustatyta, kad medžiaga nesiriša su perfuzine sistema, tačiau gali kauptis audiniuose [42]. Tiriant vietinį benzoinės

14 rūgšties poveikį pastebėta, kad gali pasireikšti dilgėlinė, eritema bei dilgčiojimas. Tai nutinka dėl padidėjusių prostaglandino D2 kiekių odoje bei odos vazodilatacijos [47]. Benzoinės rūgšties poveikio organizmui tyrimai aktualūs dėl gana plataus šios medžiagos naudojimo kaip konservanto, taip pat norint užtikrinti saugų jos naudojimą. 1. 2. 4. Taikymas maisto pramonėje Benzoinė rūgštis pasižymi gana plačiu taikymu maisto pramonėje. Išgaunant aliejų iš cinamono (Cinnamomum zeilanicum), kuriame gausu cinamaldehido, benzaldehido, cinamono rūgšties bei benzoinės rūgšties, šios gali būti naudojamos kaip alternatyvus medžiagų šaltinis, kurios veikia antimikrobiškai maisto produktuose. Šios medžiagos stabdo mikroorganizmų aktyvumą veikiant citoplazmos granuliaciją, citoplazminės membranos vientisumą ją nutraukiant bei inaktyvuojant ar stabdant ląstelės fermentų veiklą [20]. Benzoinė rūgštis gali turėti įtakos skoniui, kai vartojama kaip konservantas ar skonį reguliuojanti medžiaga. Gali būti stimuliuojami skonio receptorių trišakiai nervai, dėl ko juntamas burnos perštėjimas, didėja saldumo pojūtis, silpsta rūgštumo bei sūrumo pojūčiai ir labai mažėja kartumo pojūtis [47]. Benzoinė rūgštis ir jos druskos gali būti dekarboksilinamos kai kuriuose gėrimuose ar produktuose, jei jų sudėtyje yra ir askorbo rūgšties. Reakcijai vykstant gaunamas produktas, kurio sudėtyje aptinkami maži kiekiai benzeno, kuris pripažįstamas kaip kancerogeninė medžiaga [34]. Benzoinė rūgštis ir parabenai ar šių medžiagų druskos plačiai naudojami kaip konservantai daugelyje kosmetikos, maisto, vaistų pramonės produktuose kaip antimikrobinės medžiagos [28; 49]. Leidžiamas benzoinės rūgšties kiekis yra: peroraliai vartojamuose vaistuose iki 0,15 proc., parenteraliai vartojamuose iki 0,17 proc., bei vietiškai vartojamuose vaistuose iki 0,2 proc. pagal bendrąjį kiekį [49]. Benzoinė rūgštis priskiriama silpnų rūgščių kategorijai. Šios veikia ląstelių gebėjimą išlaikyti ph homeostazę, trikdo substratų transportavimą bei slopina metabolinius kelius. Tokie konservantai pirmiau veikia kaip priešgrybeliniai [2]. Dažniausiai naudojami metil-, etil-, propil, butil- ar benzil- parabenai, jų antimikrobinis aktyvumas didėja ilginant esterinės grupės grandinę. Norint padidinti antimikrobinį poveikį, siekiama produkte mažinti ph vertę. Kai produkte naudojami silpnų rūgščių konservantai mažomis koncentracijomis, mikroorganizmai gali prisitaikyti prie sukeltų stresinių sąlygų, o dėl to ilgainiui atsiranda tolerancija ar rezistentiškumas naudojant didesnius konservantų kiekius [2; 28]. Silpnų rūgščių konservantai pasižymi optimaliu slopinančiu aktyvumu esant žemam ph, nes tai skatina neįkrautos, nedisocijuotos molekulės būklę, kuri lengvai gali praeiti plazminę membraną ir taip patenka į ląstelę. Konservantų molekulės skaidosi ląstelėje iki tam tikros ph pusiausvyros, dėl to ląstelės viduje akumuliuojasi anijonai ir protonai [8].

15 Gram-teigiamos bakterijos neturi išorinės membranos, dėl to konservantai gali lengvai patekti į tokias ląsteles, rezistentiškumas jiems gana mažas. Gram-neigiamos bakterijos turi ir vidinę, ir išorinę sieneles, tad rezistentiškumas yra stipresnis. Kai kuriais atvejais mikroorganizmai gali skaidyti konservantus išskirdami specifinius fermentus [8]. 1. 3. Natrio benzoatas 1. 3. 1. Savybės ir reikšmė Vienas pagrindinių benzoinės rūgšties darinių - natrio druska, arba kitaip natrio benzoatas. Sinonimai gali būti: benzenkarboksirūgšties natrio druska, fenilkarboksirūgšties natrio druska [44]. Tai balti ar bespalviai higroskopiški kristaliniai milteliai, neturintys kvapo, pasižymintys saldoku sutraukiančiu skoniu. Molekulinė masė 144,1, lengvai tirpūs vandenyje (66 g/100 ml vandens esant 20 C temperatūrai) ir sunkiau etanolyje [47]. Kaitinant iki suirimo išskiriami toksiški garai Na2O. 8-10 g dozės gali sukelti pykinimą bei vėmimą [44]. Natrio benzoato leistini kiekiai per burną ar parenteraliai vartojamuose vaistuose turėtų būti iki 0,5 proc. pagal bendrąjį kiekį [49]. Leistini benzoinės rūgšties bei jos druskų (įskaitant natrio benzoatą) kiekiai skystuosiuose maisto papilduose iki 2000 mg/l [1; 47]. Nors nedisocijuotos benzoinės rūgšties antimikrobinis poveikis stipresnis, dėl iki 200 kartų geresnio tirpumo vandenyje kaip konservantas dažniau pasirenkamas natrio benzoatas [47]. Tirpimo greičio skirtumai atsiranda dėl difuzinio sluoksnio savybių, kuris apsupamas tirpiklio, taip pat dėl tirpimo procesų. Kai silpnų rūgščių druskos tirpsta tirpiklyje, anijonai laisvai pasiskirsto visame tūryje, o laisvosios rūgštys netirpsta ir yra nusodinamos dėl per mažos talpos jų tirpimui [45]. Natrio benzoatas mėsos produktuose gali slopinti L. monocytogenes veiklą. Kita vertus, mėsos produktuose šios medžiagos vartojimas yra ribojamas [13]. Didžiausias antimikrobinis aktyvumas pasiekiamas kai aplinkos ph yra 2,5-4,5 [47]. 1. 3. 2. Poveikis in vitro Bakterijų augimo ir aktyvumo slopinimas priklauso nuo ph mažinimo gebos ar pridėtų konservantų kiekio. Lyginant natrio nitrito, natrio benzoato bei kalio sorbato antimikrobinį poveikį mikroorganizmams in vitro, natrio benzoatas stipriausiai augimą slopina C. albicans (esant 2,5 mg/ml), silpniau E. coli bei P. aeruginosa (esant 5 mg/ml) padermėms. Atspariausia poveikiui A. flavus.

16 Sinergistinis poveikis pastebėtas prieš E. coli, S. aureus, C. albicans ir B. mycoides tiriant antimikrobinį aktyvumą ir vartojant natrio nitritą su natrio benzoatu [51]. Kito tyrimo metu kultivuojant žmogaus periferinius kraujo limfocitus ir nustatinėjant kalio bei natrio benzoatų poveikį ląstelėms pastebėtas genotoksinis (klastogeninis, mutageninis bei citotoksinis) poveikis, priklausantis nuo dozės atitinkamai 62,5 mg/l kalio benzoato bei 6,25 mg/l natrio benzoato. Taip pat stebėti tokie pašaliniai poveikiai, kaip chromosomų nuokrypiai, seserinių chromatidžių pokyčiai, mikrobranduolių ir DNR pažeidimai [58]. Tiriant kultivuotas periferines kraujo monobranduolines ląsteles, nuo dozės priklausančiu būdu natrio benzoatas (nuo 10 mm) mažina Th-1 tipo atsaką ir γ-interferonų aktyvumą. Šie pokyčiai gali būti susiję su imunosupresija, sumažėjusiu veiksmingumu plisti atsakui tarp patogenų ir auglių bei galimybe vystytis alerginėms ligoms [38]. Dar vieno tyrimo metu pastebėta, kad natrio benzoatas kartu su natrio sulfitu bei kurkuminu, kurie taip pat sutinkami kaip konservantai produktuose, slopina leptino išsiskyrimą. Tai pastebėta minėtas medžiagas kultivuojant kartu su adipocitais, gautais iš graužikų, tuo pačiu pridedant lipopolisacharidų. Šis poveikis leptino išsiskyrimui gali turėti įtakos mitybai, nes gali mažėti tukimo tikimybė [10]. 1. 3. 3. Poveikis in vivo Aktyvumo ir dėmesio sutrikimas (angl. ADHD) apibūdinamas kaip liga kai žmogus skundžiasi amžiui nebūdingu nedėmesingumu, impulsyvumu, hiperaktyvumu. Atliktas dvigubai aklas tyrimas kartu su placebo grupe vaikams skiriant keturių savaičių dietą kai maiste nebuvo priedų, o dvi savaites buvo vartojama gėrimų, kuriuose galima rasti dažiklių, kitų gėrimams būdingų priedų, pavyzdžiui, natrio benzoato. Po 6 savaičių nustatyti tokie elgsenos pokyčiai kaip hiperaktyvumas kai gėrimo porcijoje natrio benzoato kiekis atitiko 45 mg, lyginant su grupe, kur natrio benzoatas nebuvo vartojamas. Vidutinis natrio benzoato pasisavinamas kiekis buvo 19,3±1,1 porcijos per mėnesį. Apie 30 proc. tiriamųjų nepasireiškė aktyvumo ir dėmesio sutrikimo simptomų, o apie 15 proc. tiriamųjų pranešė apie galimus simptomus. Tiriamieji, kurie pagal ADHD skalės vertinimą surinko daugiau nei 4 balus, vartojo maždaug 34,9±4,4 porcijas per mėnesį. Natrio benzoatas inhibuoja D-amino rūgščių oksidazes, fermentus, kurie skaido D-seriną, labai paplitusią amino rūgštį smegenyse, o dėl to atsiranda nepageidaujamas poveikis smegenų ląstelėms, pasireiškiantis pakitusiu dėmesiu ir elgsena [3]. Nustatyta, kad natrio benzoatas yra lengvai akis dirginanti ar sukelianti lėtinį bendrinį niežulį medžiaga [47]. Atlikus tyrimą su laboratorinėmis pelėmis joms skiriant po 200 mg/kg kūno svoriui per dieną natrio benzoato 4 savaičių laikotarpiu, pastebėtas atsiradęs nerimas, išsiblaškymas atliekant užduotis, drebulys. Tikėtina, kad tai kilo dėl glicino kiekio organizme sumažėjimo, glutamino išeikvojimo bei sumažėjusio cinko kiekio smegenyse [46]. 10 dienų maitinant peles natrio benzoato

17 turinčiu maistu (2 proc.), pastebėti histologiniai pokyčiai ir padidėjęs kepenų svoris, albuminų kiekis kraujo serume, bendras baltymų kiekis, cholesterolio, trigliceridų ir cholinesterazės padidėjęs aktyvumas. Kai kuriais atvejais nustatytas padidėjęs jautrumas, traukuliai ar ištikusi mirtis [47]. Natrio benzoato biotoksiškumą galima įvertinti atominės jėgos mikroskopavimu (angl. ATM). Tokiu būdu buvo įvertinti pelių limfocitų morfologiniai pokyčiai, ląsteles veikiant skirtingomis koncentracijomis bei skirtingą laiko tarpą natrio benzoatu. Pastebėta, kad veikiant minėtąja medžiaga mažėjo ląstelių ilgis, jų paviršiaus struktūra iš vientisos tapo nelygi, atsirado linijiškų įdubimų. Veikiant didesnėmis natrio benzoato dozėmis ląstelių struktūros pokyčiai tapo ryškesni. Procesas aiškinamas tuo, kad natrio benzoatas pasižymi lipofilinėmis savybėmis, o dėl to lengvai praeina pro ląstelės membraną ir slopina amino rūgščių absorbciją. Taip pat medžiaga gali pakenkti ląstelės membranos struktūrai [21]. Norint įvertinti natrio benzoato teratogeniškumą atliktas tyrimas, kurio metu šia medžiaga paveikti zebrinių žuvelių embrionai. 50 proc. mirtina dozė (LD50) nustatyta veikiant 1400-1500 ppm natrio benzoatu, o veikiant 2000 ppm nė vienas embrionas neišliko gyvybingas. Taip pat skiriant natrio benzoato pastebėtas nepageidaujamas poveikis virškinamajam traktui, susidariusios edemos perikardo maišelyje, raumenų skaidulų poslinkiai, neurotoksinis poveikis, pasireiškiantis motorinio neurono inervacijomis [54]. Nors nustatyta nemažai natrio benzoato šalutinių poveikių organizmui, taip pat stengiamasi įrodyti šios medžiagos savybes, kurias būtų galima pritaikyti ligų gydymui. Eksperimentinis alerginis encefalomielitas (EAE) daugybinės išsėtinės sklerozės modelis gyvūnuose. Išsėtinė sklerozė dažniausiai sutinkama CNS demielinizacijos liga žmogaus organizme. Spėjama, kad tai kyla dėl T ląstelių tarpininkavimo autoimuniniame atsake. Natrio benzoatas FDA patvirtintas kaip kepenų metabolizmo defektus, susijusius su hiperamonemiją (pavyzdžiui karbamido ciklo sutrikimai vaikų tarpe), šalinanti medžiaga. Nustatyta, kad natrio benzoatas mažina uždegimines reakcijas ir demielinizacios procesus pelėms, kurioms sukeltas EAE. Šios medžiagos tirpalai buvo skirti pelėms 2,5 mg/ml, 5 mg/ml bei 10 mg/ml dozėmis, kurių veiksmingumas pasireiškė nuo 5 mg/ml dozių [6]. Glijų ląstelių (mikroglijų bei astroglijų) aktyvavimas gali būti susijęs su įvairių neurodegeneracinių ligų, pavyzdžiui, Alzheimerio liga, Parkinsono liga, išsėtine skleroze, patogeneze. Vykstant aktyvavimui, mikroglijos ir astroglijos išskiria įvairius genus, giminingus uždegiminiams, o šie pažeidžia neuronus ir oligodendritus. Nustatyta, kad natrio benzoatas, kuris gali būti metabolizuotas iš cinamono kaupiamų medžiagų, šalina neurotoksinį poveikį. Taip pat buvo pastebėta natrio benzoato geba mažinti mikroglijų išskirtų įvairių neurotoksinų kiekį. Tokie rezultatai rodo, kad natrio benzoatas turi galimybę mažinti nervinių ligų žalą bei stabdyti jų procesus [5]. Burnos ir veido granulomatozė apibūdinama kaip lūpų patinimą, eritemas ir visos burnos gleivinės pažeidimus sukelianti lėtinė būklė. Numanoma, kad kai kurie benzoatai vartojami kaip maisto priedai sukelia ketvirto lygio hiperjautrumo reakcijas tarpininkaujant limfocitams ir aktyvuojantis T ląstelėms, kurios sąveikauja su antigenais.

18 Atliktas bandymas su 200 pacientų, kuriems skirtas maitinimas be cinamono ar benzoatų turinčių produktų (12 savaičių), kurie galėtų sukelti minėtos ligos simptomus. Pastebėta, kad dieta buvo naudinga 54-78 proc. pacientų, iš kurių 23 proc. nebereikėjo papildomo gydymo granulomatozei [9]. Dar vieno tyrimo metu įrodyta, kad natrio benzoatas gali didinti DJ-1 kiekį. DJ-1 tai baltymas, galintis apsaugoti neuronų ląsteles nuo oksidacinio streso bei kurio kiekis senka atsiradus pirminiams Parkinsono ligos simptomams. Tai rodo, kad natrio benzoatas gali būti naudojamas Parkinsono ligos terapijoje kaip adjuvantas [33]. Benzoinė rūgštis ir jos druskos kaip konservantai naudojamos ne vien maisto bei kosmetikos, bet ir farmacijos pramonėje. Viena pagrindinių saugos problemų jų gebėjimas pakeisti bilirubiną vietoje albuminų, dėl ko gali kilti hiperbilirubinemija, encefalopatijos ar bilirubino sukeltas smegenų funkcijos sutrikimas. Šios būklės ypatingai pavojingos naujagimiams [15]. Natrio benzoatas naudojamas šalinimo sistemos sutrikimams gydyti skiriant 180-650 mg/kg kūno svorio per dieną dozes kelerių metų laikotarpyje, dėl ko gali kilti tokios nepageidaujamos būsenos kaip padidėjęs aktyvumas, staigumas ir išsiblaškymas [46]. Naudojant natrio benzoato ir natrio fenilacetato derinį intraveniškai galima sumažinti amoniako kiekį kraujo plazmoje pacientams, kuriems nustatytas karbamido ciklo fermentų sutrikimas. Atliktas tyrimas 299 pacientams, kuriems 1181 kartų pasireiškė ūmios hiperamonemijos simptomų. Tyrimai atlikti 25 metų laikotarpiu. Skiriant minėtųjų medžiagų derinį pasiektas 84 proc. pacientų išgyvenamumas. Mažiausias procentinis išgyvenamumas pastebėtas naujagimių tarpe (iki 30 dienų amžiaus) 38 proc. [16]. 1. 4. Benzoinės rūgšties ir natrio benzoato kokybinis ir kiekybinis vertinimas Kokybinis vertinimas Benzoinės rūgšties ir natrio benzoato kokybę galima nustatyti pagal Europos farmakopėjoje pateiktus metodus [17]: Spalvinės bendrosios reakcijos: a) 1 ml tirpalo veikiant 0,5 ml geležies chlorido tirpalu susidaro gelsvos nuosėdos, tirpios eteryje; b) 0,2 g sausos medžiagos dedama į mėgintuvėlį, drėkinama 0,2 ml sulfato rūgštimi ir lengvai pašildoma, išsiskiria baltos spalvos sublimavimo produktai ant vidinių sienelių;

19 Pagal susidariusių nuosėdų lydymosi temperatūrą: 10 ml tirpalo su 0,5 g medžiagos paveikus 0,5 ml druskos rūgštimi, jį kristalizuojant iš šilto vandens ir išsausinant vakuumu, susidaro nuosėdos, kurioms būdinga 120-124 C lydymosi temperatūra; Reakcijos, būdingos natrio jonui: a) į 2 ml tirpalą su 0,1 g medžiagos dedama 150 g/l kalio karbonato, kaitinama iki virimo. Neturi susidaryti nuosėdų. Pridedant 4 ml kalio piroantimonato tirpalo ir kaitinant iki virimo, po to ataušinant lediniame vandenyje, susidaro tankios baltos nuosėdos; b) į 0,5 ml tirpalą su 2 mg medžiagos dedama 1,5 ml metoksifenilacetinio reagento, šaldoma lediniame vandenyje apie 30 minučių. Susidaro gausios baltos kristalinės nuosėdos. Po to jas patalpinus į 20 C vandenį ir maišant 5 minutes, jos neišnyksta. Pridėjus 1 ml amoniako tirpalo nuosėdos visiškai ištirpsta, o pridėjus 1 ml amonio karbonato tirpalo vėl susidaro. Kiekybinis vertinimas Kiekybiniam įvertinimui taikomi skirtingi metodai pagal Europos farmakopėją [17]: Benzoinės rūgšties nustatymas alkalimetrijos metodu, kai 0,200 g medžiagos tirpinama 20 ml etanolio ir titruojama 0,1 M natrio hidroksidu, indikatoriaus fenolio raudonojo spalva keičiasi iš geltonos į raudonai violetinę; Natrio benzoato nustatymui taikomas acidimetrijos metodas ar titravimas bevandenėje terpėje. Benzoinės rūgšties bei natrio benzoato nustatymui produktuose gali būti pritaikyta daug įvairių technologijų. Viena plačiai paplitusių ir naudojamų efektyvioji skysčių chromatografija, kuri dažnai naudojama kartu su kitais nustatymo ar išskyrimo metodais: Efektyvioji skysčių chromatografija, medžiagų išskyrimui pritaikant kietafazę ekstrakciją. Šis metodas pasirinktas tirti benzoinės rūgšties kiekius įvairiuose ryžių vyno gėrimuose Tailando regione ir per 15 minučių buvo gauti tikslūs nustatomos medžiagos kiekiai [52]; Efektyvioji skysčių chromatografija kartu su UV spektrofotometriniu nustatymu. Šiuo būdu galima tiksliai ir lengvai nustatyti benzoinės rūgšties kiekius įvairiuose gėrimuose [35]; Efektyvioji skysčių chromatografija, medžiagų išskyrimui taikant skysčio skysčio mikroekstrakciją nustatant benzoinės rūgšties druskas produktuose. Tiriant jogurto gėrimus, mėginiai išekstrahuoti naudojant 0,1 mol/l NaOH, o baltymų nusodinimui panaudotas Carrez tirpalas iš kalio heksaferocianido bei cinko acetato. Metodu greitai,

20 veiksmingai ir patikimai nustatyti natrio benzoato bei kalio sorbato kiekiai. Dispersinės skysčio-skysčio mikroekstrakcijos metu buvo gauti mėginiai, o efektyviosios skysčių chromatografijos metu analizuotos atskiros medžiagos bei jų kiekiai [30]. Skirtingų nustatymo metodų yra daug, kiekvienas pritaikomas ieškomų medžiagų, esančių tiriamuosiuose objektuose, įvertinimui. Produktuose svarbu įvertinti konservantų kiekį. Taip užtikrinama, kad juos saugu naudoti ir tai nekenkia sveikatai. Atliekama įvairiausių tyrimų norint nustatyti natrio benzoato kiekį maisto produktuose [37; 56], dar svarbiau užtikrinti šio konservanto kiekį gydymo tikslais vartojamuose preparatuose [4]. Vaistų konservanto kiekiai turi būti tiksliai apibrėžti specifikacijose, taip įrodant vaisto saugumą prieš jam patenkant į rinką. Kiek kitokia situacija registruojant maisto papildus jų sudėtyje naudojami maisto priedai turi atitikti 2011 m. lapkričio 11 d. Europos Parlamento ir Tarybos reglamento (EB) Nr 1129/2011 nurodytus kriterijus [1]. Maisto papildai šiuo metu sudaro didelę dalį vaistinės asortimento, kuriama įvairiausių formų ir paskirties produktų. Jų stabilumui užtikrinti naudojami įvairūs konservantai, kurių kiekis nėra taip griežtai apibrėžiamas kaip vaistuose. Tokie produktai patenka į rinką ir tik vėliau gali būti notifikuojami. Dėl to svarbu ieškoti naujų būdų kaip greitai ir tiksliai nustatyti konservantų kokybę ir kiekybę.

21 2. TYRIMO METODIKA 2. 1. Tyrimo objektas Tyrimo objektas LR rinkoje esantys notifikuoti maisto papildai, kuriuos galima įsigyti vaistinėse. Atsitiktiniu būdu pasirinkti šeši skystieji maisto papildai, kurių sudėtyje ant pakuočių nurodyta medžiaga natrio benzoatas, naudojama kaip konservantas. Tiriamųjų objektų sudėtis pateikta lentelėje. 1 lentelė. Tiriamųjų maisto papildų kokybinė sudėtis, nurodyta gamintojų Tiriamasis objektas MP_1 MP_2 MP_3 MP_4 MP_5 Sudėtis Gliukozės sirupas, išgrynintas vanduo, drėgmę išlaikanti medžiaga sorbitolis, aronijos sultys, aviečių aromato kvapioji medžiaga, L-askorbo rūgštis (vitaminas C), D-alfa-tokoferilacetatas (vitaminas E), cinko gliukonatas (cinkas), tikrojo alavijo ekstraktas, retinilo palmitatas (vitaminas A), natrio selenitas (selenas), rūgštingumą reguliuojanti medžiaga citrinų rūgštis, konservantas natrio benzoatas. Juodųjų serbentų aromato sultys, geležies citratas, dirvinio asiūklio ekstraktas, didžiosios dilgėlės ekstraktas, karpotojo beržo lapų ekstraktas, vaistinės juozažolės ekstraktas, siauralapio gysločio ekstraktas, vaistinės melisos ekstraktas, medus, emulsiklis karboksimetilceliuliozė, drėgmę išlaikanti medžiaga glicerolis, konservantai kalio sorbatas ir natrio benzoatas. Laktuliozė, greipfrutų skonio kvapioji medžiaga, rūgštingumą reguliuojanti medžiaga citrinos rūgštis, sausųjų plaštakinių rabarbarų šaknų ekstraktas, konservantas natrio benzoatas, emulsikliai mikrokristalinė celiuliozė ir natrio karboksimetilceliuliozė. Išgrynintas vanduo, miškinių gudobelių vaisių, vaistinių valerijonų šaknų, paprastųjų sukatžolių žolių, vaistinių melisų lapų sausieji ekstraktai, konservantai kalio sorbatas ir natrio benzoatas, piridoksino hidrochloridas, pteroilmonoglutamo rūgštis. Serenzo TM, gama-amino sviesto rūgštis, L-triptofanas, vaistinių ramunių žiedlapių sausasis ekstraktas, piridoksino hidrochloridas (vitaminas B6), emulsikliai mikrokristalinė celiuliozė ir natrio karboksimetilceliuliozė,

22 MP_6 konservantai kalio sorbatas ir natrio benzoatas, saldiklis sukralozė, juodųjų serbentų ekstraktas. Išgrynintas vanduo, drėgmę išlaikanti medžiaga glicerolis, vaistinio valerijono sausasis ekstraktas, vaistinės melisos sausasis ekstraktas, paprastojo apynio sausasis ekstraktas, natūrali kvapioji medžiaga mentolis, konservantas natrio benzoatas. 2. 2. Kokybinis ir kiekybinis vertinimas plonasluoksnės chromatografijos (PC) metodu 2. 2. 1. Naudota įranga, tirpikliai ir ryškikliai Analizuojant standartinius bei mėginių tirpalus buvo naudotos chromatografinės aliuminio plokštelės, padengtos silikagelio sluoksniu (TLC Silica Gel 60 F254 20x20 cm), taip pat chromatografinės stiklo plokštelės padengtos silikagelio sluoksniu (HPTLC Glass Plates Silica Gel 60, Polymeric Fluorescent Indicator) iš Sigma-Aldrich. Mėginiai ant plokštelių užnešti CAMAG Linomat 5 įranga. Chromatografavimui naudotos stiklo kameros su šlifuoto stiklo dangčiais. Gauti rezultatai stebėti CAMAG TLC visualizer prietaisu. Eliuentų sistemoms buvo naudoti etilacetatas, metanolis, koncentruotas amoniakas, chloroformas, etanolis. Standartinių tirpalų gamybai bei tiriamųjų tirpalų paruošimui naudotas metanolis. Natrio benzoato identifikavimui ryškinti pasirinkta: UV šviesa (254 nm; 366 nm); Mandelino reagentas, gaminamas 1,0 g amonio vanadato tirpinant 1,5 ml vandens ir skiedžiant sulfato rūgštimi iki 100 ml [41]. 2. 2. 2. Standartinių ir tiriamųjų tirpalų paruošimas Benzoinės rūgšties bei natrio benzoato standartiniai tirpalai gaminti iš benzoinės rūgšties standarto (grynumas 99,5 proc., Sigma-Aldrich) bei natrio benzoato standarto (grynumas 99,5 proc., Sigma-Aldrich). Abiejų medžiagų standartiniai tirpalai buvo reikalingi dėl to, kad jų Rf reikšmės ir sulaikymo laiko rodikliai yra vienodi. Benzoinės rūgšties standartiniam tirpalui gaminti pasverta 10 mg medžiagos ir tirpinta 10 ml metanolio. Gautas standartinis tirpalas (1 mg/ml) supiltas į tamsaus stiklo buteliuką, laikytas šaldytuve.

23 Pasverta 10 mg natrio benzoato standartinės medžiagos ir tirpinta 10 ml metanolyje. Kadangi medžiaga sunkiau tirpi alkoholiuose [17], kolbutė su medžiagomis patalpinta į ultragarso bangų vonelę ir laikyta 5 minutes. Gautas standartinis tirpalas supiltas į tamsaus stiklo buteliuką, laikytas šaldytuve. Tiriamieji tirpalai buvo ruošti naudojant Lietuvos vaistinėse parduodamus skystuosius maisto papildus. Ruošiant mėginius, į skirtingas 5 ml talpos matavimo kolbas buvo talpinama po 1 ml atskirų maisto papildų bei iki matavimo brūkšnio pripilta metanolio. Kolbos su turiniu pavartomos, kad skirtingos medžiagos susimaišytų bei natrio benzoatas ištirptų metanolyje. Kadangi tirpale buvo matoma balastinių medžiagų, netirpių tirpiklyje, tiriamieji tirpalai buvo filtruojami. Tam naudoti švirkštai su politetrafluoretileno (PTFE) švirkštiniais filtrais, kurių diametras 25 mm, porų dydis 22 μm. Po filtravimo gauti tirpalai be akimi matomų balastinių medžiagų, kurie toliau buvo naudoti natrio benzoato kokybiniam ir kiekybiniam nustatymui. 2. 2. 3. Analizė Metodikos parinkimas Pradinių tyrimų metu pasirinkta išmėginti dvi tirpiklių sistemas, kurios turėtų būti tinkamos ieškomai medžiagai identifikuoti [41]: 1. etilacetatas metanolis koncentruotas amoniakas (85:10:5); 2. chloroformas etanolis (90:10). Optimalios chromatografavimo sąlygos nustatytos naudojant standartinius benzoinės rūgšties ir natrio benzoato tirpalus. Naudota aliuminio plokštelė, padengta silikagelio sluoksniu (10x10 cm), ant kurios nuo apačios palikus 2,5 cm tarpą užnešta benzoinės rūgšties ir natrio benzoato standartinių tirpalų bei jų mišinio (santykis 1:1) po 20 μl. Medžiagos užneštos CAMAG Linomat 5 įranga. Dvi taip paruoštos plokštelės talpintos į skirtingų tirpiklių sistemų garais pripildytas kameras. Ištraukus plokšteles ir joms išdžiūvus, dėmes pasirinkta ryškinti Mandelino reagentu, nes benzoinei rūgščiai ir jos dariniams suteikia baltą spalvą [41]. Analogiškai paruoštos plokštelės dar kartą buvo talpinamos į tirpiklių sistemas, o šiems užkilus ir ištrauktoms plokštelėms išdžiūvus dėmės stebėtos prie 254 bei 366 nm ilgio bangos. Norint nustatyti standartinio natrio benzoato tirpalo Rf reikšmę ant aliuminio plokštelės užneštos trys natrio benzoato standartinio tirpalo dėmės po 20 μl paliekant 2,5 cm tarpą nuo plokštelės apačios. Paruošta plokštelė patalpinta į tirpiklių sistemos garų prisotintą kamerą bei laukta, kol tirpikliai plokštelės paviršiumi pakils 10 cm nuo starto linijos. Po to plokštelė išimta iš kameros, išdžiovinta bei stebėta prie 254 nm ilgio bangos.

24 Tyrimai pakartoti su tiriamaisiais tirpalais, pagamintais iš skystųjų maisto papildų, norint įvertinti metodikos tinkamumą tiriamųjų objektų analizei. Ant chromatografinės plokštelės buvo užnešami standartiniai bei tiriamieji tirpalai, chromatografuota analogiškomis sąlygomis. Kokybinis vertinimas Norint atlikti kokybinį tiriamųjų tirpalų vertinimą, šie užnešti ant aliuminio plokštelės (20x20 cm). Pirmiausia užnešta 30 μl standartinio natrio benzoato tirpalo, sekantys pagaminti tiriamieji tirpalai taip pat po 30 μl atitinkama tvarka: MP_1, MP_2, MP_3, MP_4, MP_5 ir MP_6. Užnešus medžiagas plokštelė patalpinta į tirpiklių sistemos garais pripildytą kamerą ir laukta, kol tirpikliai pakils plokštelės paviršiumi 10 cm nuo starto linijos. Vėliau plokštelė išimta iš kameros, išdžiovinta traukos spintoje bei stebėti gauti rezultatai prie 254 nm ilgio bangos. Bandymas pakartotas dar du kartus. Taip pat analogiškai kokybė nustatinėta naudojant stiklo plokšteles (20x20 cm), padengtas silikagelio sluoksniu, bandymas kartotas dar du kartus. Kiekybinis vertinimas Norint įvertinti natrio benzoato kiekį maisto papilduose buvo siekiama gauti kalibracinę kreivę. Tam buvo imamas natrio benzoato standartinis tirpalas (1 mg/ml), pamatuotas tikslus jo 2 ml tūris, kuris supiltas į mėgintuvėlį. Į mėgintuvėlį su standartiniu tirpalu pridėtas tikslus 2 ml metanolio tūris. Gauto tirpalo imta vėl 2 ml, talpinta į kitą mėgintuvėlį, užpilta 2 ml metanolio. Analogiškai daryti dar trys standartinio tirpalo mažesnių koncentracijų skiedimai. Kalibracinei kreivei gauti naudoti šeši standartiniai tirpalai, kurių koncentracijos atitinkamai: 1,0 mg/ml (pradinis), 0,5 mg/ml, 0,25 mg/ml, 0,125 mg/ml, 0,0625 mg/ml bei 0,03125 mg/ml. Kalibracinė kreivė nubrėžta iš šešių skirtingos koncentracijos natrio beznoato standarto taškų, o kiekis apskaičiuotas pagal sudarytą formulę: Y = 8,53 * 10 3 + 7,66 * 10 4 x, kur Y smailės plotas; x ieškomos medžiagos kiekis. 2. 2. 4. Statistinis duomenų apdorojimas Siekiant įvertinti metodikos patikimumą atlikta statistinė mėginių Rf reikšmių analizė. Gauti trijų skirtingų matavimų duomenys įvertinti naudojant SPSS programinę įrangą apskaičiuojant aritmetinį Rf reikšmių vidurkį, standartinį nuokrypį SD, santykinę paklaidą SE esant pasikliautinajam lygmeniui 95 proc. ir pasikliautinąjį intervalą.

25 2. 3. Kokybinis ir kiekybinis vertinimas efektyviosios skysčių chromatografijos (ESC) metodu 2. 3. 1. Naudota įranga ir tirpikliai Tinkamoms tyrimo sąlygoms nustatyti buvo naudotas ESC chromatografas Waters 2695, ESC chromatografinė kolonėlė ACE C18 (250 x 4,6 mm, sorbento dalelių dydis 5 μm), fotodiodų matricos detektorius Waters 996 (210 400 nm bangų ilgio diapazonas), programinė įranga Empower Chromatography Data Software. Chromatografavimui naudotas acetonitrilas (grynumas 99,9 proc., Sigma-Aldrich), sulfato rūgštis (grynumas 99,9 proc., Sigma-Aldrich), dejonizuotas vanduo, gaminamas laboratorijoje Millipore vandens gryninimo sistema. 2. 3. 2. Standartinių ir tiriamųjų tirpalų paruošimas Smailių identifikavimui buvo naudojami natrio benzoato ir benzoinės rūgšties standartiniai tirpalai, pagaminti anksčiau (1 mg/ml). Jie papildomai buvo dar skiedžiami metanoliu, identifikavimui naudoti standartiniai tirpalai, kurių koncentracija 0,1 mg/ml. Tiriamieji tirpalai buvo ruošiami į skirtingas 5 ml bei 10 ml talpos matavimo kolbas pripilant po 1 ml skystųjų maisto papildų ir iki matavimo brūkšnio pripilant metanolio. Kolbos su turiniu pavartomos, kad geriau susimaišytų skirtingos fazės bei geriau ištirptų mus dominanti medžiaga, natrio benzoatas, tirpiklyje. Gautos balastinės medžiagos buvo filtruojamos, tam naudotasi politetrafluoretileno (PTFE) švirkštiniais filtrais, kurių diametras 25 mm, porų dydis 22 μm. Po filtravimo gauta 12 tirpalų (šeši, praskiesti santykiu 1:5 ir šeši, praskiesti santykiu 1:10) be akimi matomų balastinių medžiagų, kurie toliau naudoti kokybiniam bei kiekybiniam nustatymui. 2. 3. 3. Analizė Tiriamųjų tirpalų analizė atlikta Waters 2695 chromatografu, fotodiodų matricos detektoriumi Waters 996. Siekiant rasti tinkamą metodiką, medžiagų atskyrimui pritaikyta ACE C18 kolonėlė, kurios ilgis 250 mm, skersmuo 4,6 mm, sorbento dalelių dydis 5 μm. Termostate palaikyta pastovi 25 C temperatūra. Analizėje naudotas injekcijos tūris 10 μl. Taikyta dviejų eliuentų gradientinė sistema: sulfato rūgštis (0,5 ml, 2,5 mol/l) (A) ir acetonitrilas (B). Atliktas gradientinis eliuavimas, trukmė 24 minutės (2 lentelė).

26 2 lentelė. Eliuento kiekybinės sudėties gradientinis kitimas laiko atžvilgiu Chromatografavimo Eliuento tekėjimo 0,5 ml 2,5 mol/l sulfato laikas (min) greitis (ml / min) rūgštis (A) % Acetonitrilas (B) % 00:00 1,00 98 2 01:00 1,00 98 2 20:00 1,00 2 98 23:00 1,00 2 98 24:00 1,00 98 2 Nustačius optimalias sąlygas naudojant standartinius tirpalus, metodika buvo taikoma tiriamųjų tirpalų, pagamintų iš skystųjų maisto papildų, analizei siekiant užtikrinti metodikos tinkmamumą natrio benzoato kokybinam bei kiekybiniam įvertinimui tiriamuosiuose objektuose. 2. 3. 4. Statistinis duomenų apdorojimas Siekiant įvertinti metodikos patikimumą atlikta statistinė mėginių sulaikymo laiko analizė. Iš viso bandymai daryti 3 kartus, o gauti duomenys įvertinti naudojant SPSS programinę įrangą apskaičiuojant aritmetinį mėginių sulaikymo laiko vidurkį, standartinį nuokrypį SD, santykinę paklaidą SE esant pasikliautinajam lygmeniui 95 proc. ir pasikliautinąjį intervalą 2. 3. 5. Validacija Norint užtikrinti ESC metodikos tinkamumą, ją reikia validuoti. Validacija tai procesų visuma, kurių metu užtikrinamas metodikos patikimumas [23]. Validacija atliekama pagal pasirinktus parametrus. Šiuo atveju vertinti tokie parametrai [23]: Specifiškumas. Lyginamos analičių ir standartinių tirpalų chromatogramos, gautos smailės bei jų sulaikymo laikai. Jei analičių ir standartų specifiškumo parametrai sutampa, metodas vertinamas kaip specifiškas. Glaudumas apibūdinamas įvertinus pakartojamumo ir tarpinio preciziškumo rezultatus. o Pakartojamumas pagal numatytas sąlygas kartojami to pačio mėginio bandymai kelis kartus nekeičiant sąlygų. Vertinami identifikuotų smailių sulaikymo laikai, smailių plotų vidurkiai ir standartinis nuokrypis, pagal šiuos

27 duomenis apskaičiuojamas santykinis standartinis nuokrypis (SSN) (angl. RSD proc.). o Tarpinis preciziškumas kelių dienų duomenų atsikartojamumas, taikant numatytąją metodiką, nekeičiant sąlygų. Tiesiškumas. Tai gebėjimas gauti rezultatus, kurie yra tiesiogiai proporcingi tiriamojo junginio koncentracijai analitės mėginyje. Smailės ploto priklausomybė nuo koncentracijos turi būti tiesiška visiems tiriamiesiems junginiams analizuojamame koncentracijų intervale. Jei gautas koreliacijos koeficientas (R2) artimas vienetui, tiesiškumas atitinka keliamus reikalavimus. Aptikimo riba tai mažiausias analitės kiekis mėginyje, kuris gali būti nustatytas, tačiau nebūtinai įvertintas jos tikslus kiekis. Nustatymo riba tai mažiausias analitės kiekis mėginyje, kuris gali būti kiekybiškai nustatoma tinkamu tikslumu.

28 3. REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS 3. 1. Plonalsuoksnės chromatografijos (PC) metodas 3. 1. 1. Metodikos parinkimas Pirmiausia mėginta ryškinti dėmes skirtingais ryškinimo būdais. Apipurškus dėmes Mandelino reagentu jos neišryškėjo, dėl to toks ryškinimo būdas atmestas, o tolimesnių tyrimų metu ryškinta UV šviesa. Taip pat bandyta pritaikyti skirtingas tirpiklių sistemas. Plokštelės, kuri buvo talpinta į pirmąją tirpiklių sistemą (etilacetatas metanolis konc. amoniako tirpalas 85:10:5), dėmių nebuvo matyti ryškinant UV šviesa. Kitos plokštelės, talpintos į antrąją tirpiklių sistemą (chloroformas etanolis 90:10), dėmės išryškėjo prie 254 nm ilgio bangos. Atlikus pradinius tyrimus, nustatytos tinkamiausios chromatografavimo sąlygos (3 lentelė): 3 lentelė. Pateiktos literatūroje ir pritaikytos plonasluoksnės chromatografijos metodikos palyginimas Parametrai Pateiktos Clarke s Analysis of Drugs and Poisons [41] Sąlygos Pritaikytos Mobili fazė Chloroformas etanolis (90:10) Chloroformas etanolis (90:10) Plokštelė Aliuminio plokštelė, padengta silikagelio sluoksniu (250 µm storio) Aliuminio plokštelė, padengta silikagelio sluoksniu (250 µm storio) arba stiklo plokštelė, padengta silikagelio sluoksniu su fluorescenciniu indikatoriumi Ryškiklis Mandelino reagentas UV šviesa (254 nm) Pasirinkus tirpiklių sistemą, kuri geba atskirti tiriamąsias medžiagas, buvo nustatinėjama natrio benzoato pasiskirstymo koeficiento (Rf) reikšmė, kuri lygi Rf = 0,76 (1 pav).

29 1 pav. Natrio benzoato Rf reikšmės nustatymas 3. 1. 2. Tiriamųjų tirpalų kokybinis vertinimas PC metodu tirpalų (2 pav). Natrio benzoato kokybinis vertinimas atliktas ant plokštelės užnešus standartinio bei tiriamųjų 2 pav. Kokybinis nustatymas: 1 natrio benzoato standartinis tirpalas, 2 MP_1, 3 MP_2, 4 MP_3, 5 MP_4, 6 MP_5, 7 MP_6

30 Matomos skirtingo ryškumo dėmės, taip pat jų aukštis nėra vienodas. Akivaizdu, kad MP_1, MP_3 bei MP_6 maisto papildų tirpalų dėmės mažiau ryškios bei ant plokštelės paviršiaus išsidėsčiusios žemiau, nei kitų maisto papildų tirpalų dėmės. Šios dėmės labiau panašios į natrio benzoato standartinio tirpalo išryškintą dėmę, tuo tarpu MP_2, MP_4 ir MP_6 mėginių dėmės yra kur kas ryškesnės ir pasislinkę šiek tiek aukščiau už kitas. Daroma prielaida, kad šiuose mėginiuose natrio benzoatas gali būti negrynas. Chromatogramoje be natrio benzoato išskirtų dėmių matomos neidentifikuotų medžiagų dėmės. Gali būti, kad čia fiksuojamos balastinės medžiagos, kurios taip pat ištirpo metanolyje. Plokštelę stebint ją apšvietus 366 nm ilgio banga, įvairių dėmių matyti daugiau (3 pav). 3 pav. Apšvietimas prie 366 nm ilgio bangos: 1 natrio benzoato standartinis tirpalas, 2 MP_1, 3 MP_2, 4 MP_3, 5 MP_4, 6 MP_5, 7 MP_6 Toks apšvietimas neskiria mus dominančių medžiagų dėmių. Šios dėmės taip pat gali rodyti neidentifikuotas medžiagas mėginiuose 3. 1. 3. Statistinė duomenų analizė Siekiant įvertinti pritaikyto metodo patikimumą, buvo kartojami bandymai tiriant maisto papildų mėginius plonasluoksnės chromatografijos metodu (4 lentelė).