1961 165

Institut fiir LebensmR~el-Chemie und -Untersuchung an der Chemisch-technologisehen I-Ioehsehule in Prag (Tsehechoslowakei)

Polarographische Bestimmung yon Vanillin

Von JIKi DAViDEK

Nit 3 Textabbildungen

(Eingegangen am 3. Oktober 1960)

I n der Lebensmi t t e lb ranche wird der nati ir l iche Vanille-Rieehstoff, das Vanil l in(I) (3-Methoxy-4-hydroxybenzaldehyd) weniger gebraueht als das synthet isehe Athy lvan i l l in ( I I ) (3-Athoxy-4-hydroxybenzaldehyd) , weft dieses einfaeher darzustel len u n d wirksamer ist als das erste. Die Aromaintensi t&t des ~ thy lde r iva tes ist ungef~hr v iermal so s tark wie die des Methylderivates.

CH = 0 CH = 0

~ - -0CH a ~ 0 C H 2 C H 3

OH OH

I II

Zur Bestimmung yon Vanillin sind mannigfaehe chemisehe und physikalisch- chemisehe Methoden vorgesehlagen worden. Die gravimetrisehen Bestimmungs- methoden als 2,4-Dinitrophenylhydrazon oder m-NitrophenylhydrazoV a sind unspezifiseh und werden yon in der Probe enthaltenen aldehydisehen und ketoni- sehen Substanzen gestSrt. MaBanalytisehe Verfahren beruhen auf der Oxydatioa mit Wasserstoffperoxyd und Titration der entstandenen S/iure it, auf der Umsetzung mit Hydroxylaminehlorhydrat zum Oxim und Titration der frei gewordenen Chlor- wasserstoffs~iure oder des Hydroxylaminiibersehussesi,4,% n, auf der direkten Titra- tion mit Chloramin T in Anwesenheit yon Bromid 2 oder auf der Oxydation mit einem UbersehuB an Chloramin T und jodometriseher Bestimmung des unverbraueh- ten I~estes an OxydationsmitteV. Alle diese Methoden sind zur Untersuehung yon Vanillin in reinem Zustand gut geeignet, in Lebensmittelmaterial geben sie in der l~egel keine verl~131iehen Resultate. Zu diesem Zweck werden meist eolorimetrisehe Verfahren gebraueht, die auf der Reduktion yon Phosphorwokfram- oder Phosphor- molybdins/iure zu den entspreehenden BlaulSsungen beruhenS,lo,n,l% Ein UV- spektrophotometrisehes Verfahren grtindet sieh auf die Tatsaehe, dub Vanillin in _~thanollSsung 2 eharakteristisehe Maxima bei 308 nm und 278 nm besitz~t Naeh ehromatographischer l~einigung der Probe i~ kann Vanillin aueh neben anderea in natiirliehen und kiinstliehen Vanille-Essenzen enthaltenen Stoffen bestimmg werdem

166 Jif~i DAVIDEK Bd. 179

Ein polarographisches Bes~immungsverfahren yon Vanillin beruht auf der Reduktion der Aldehydgruppe an der Quecksilbertropfelektrode 5,17. Als Grundelektrolyt dient 0,1 m AmmoniumchloridlSsung. Das Verfahren ist spezifischer und genauer als es die colorimetrischen Verfahren sind. Bei der Untersuchung yon Varrillinzucker ergeben sich aber unbefriedi- gende Resultate, da h6here Zuckerkonzentrationen eine Verschiebung des tIalbstufenpotentials zu negativeren Werten bewirken und die entstehen- den Stufen schlecht ablesbar werden. In der letzten Zeit ist aueh eine oscillopolarographische Methode zur Best immung yon Vanillin in Vanillinzucker und Puddingpulvem ausgearbeitet worden, bei der alas Vanillin in Semicarbazon iibergefiihrg wird is. Ein Nachteil dieses Ver- fahrens liegt darin, dag die Eichkurve keinen linearen Charakter hat.

Gegenstand tier vorliegenden Arbeit ist eine neue polarographische Bestimmungsmethode, die yon der Kondensation der aldehydischen Gruppe mit t Iydroxylamin unter Bildung yon Oxim Gebrauch macht : HO �9 CHaO �9 C6II a �9 C H = 0 d- NI-I~OH -> H 0 �9 CHaO" CsH s �9 C H = N O H d- H20. Das gebildete Oxim ist polarographisch wirksam% Der Vorteil dieser Art yon ]~estimmung liegt in der quanti tat iven und schnellen Kondensation der aldehydischen Gruppe und in der Reduktion des enb stehenden 0xims bei positiveren Potentialen. Die Empfindlichkeit der Methode ist doppelt so gro$ wie die der direkten polarographischen Bestimmung.

Experimenteller Teil Appara~ur. Zur Aufaahme der polarographischen Kurven wurden beniitzg: Ein

Polarograph naeh H~YgOVSKg:, hergestellt yon der l~irma Zbrojovka, n.p., Type V 301, und alas Xalousek-Gef~B mit getrenn~er gesgttigter Quecksilber(I)- sulfatelektrode. Bei einer l~eservoirhShe h = 65 cm waren die Durchfluggesehwindig- keit der benugzten Capillare 2,4 mg/sec und die Tropfzeit 3,1 see.

L@ungen. 1.0,001 m VanillinlSsung in dest. Wasser, 2.1 m Hydroxylamin- ehlorhyda'at15sung in dest. Wasser, 3. Acetat- und PhosphatpufferlSsungen. Alle LSsungen sind aus Chemikalien vom l~einheitsgrad p. a. bereitet.

Auf der Suche nach den giinst igsbn Bedingungen fiir die polarographi- sche Best immung wurde festgestellt, dab die Kondensation mit t Iydro- Xylamin und die Reduktion des Oxims am besten im Phosphatpuffer yon pH 5,9 verlaufen. Die Stufe ist dann genau doppelt so hoch wie die Stufe yon Vanillin vor der Kondensation (Abb. 1). Das entstehende Oxim ist in dem Puffermilieu bestindig, die StufenhShe/indert sich auch nach 3 stiindigem Stehen nicht. Die Geschwindigkeit tier Xondensation ist yon der Xonzentrat ion an t Iydroxylamin abh~ngig; bei kleineren Konzen- trat ionen mug alas Reaktionsgemisch e rwi rmt werden, wenn die Kon- densation quant i ta t iv verlaufen soll. ~', Das Vanillinoxim wird im Phosphatpuffer yon prI 5,9 beim Italbstufen- potential - - 0,93 V in einer einzigen, gut entwickelten u stufe reduziert. Die StufenhShe des Oxims ist innerhalb einer breiten

1 9 6 1 Polarographische Bestimmung VOlt Vanillilt 167

Grenzspanne eine lineare Funktion der Vanillinkonzentration; das Ver- fahren eignet sieh gut zur analytisehen Auswertung (Abb. 2). Wir haben

t

t J

' 1

: ; j j = J

|

! I

| I

/

Abb. 1. Kondensation yon Vanillin mit Hydroxylamin in Abhiingigkeit yore pB-Wert. Konzentrat ionen in der polarographier ten L6sung: 2,5 �9 10 -3 m Vanillin, 0,1 In Hydroxylaminchlorhydra t . ]s 6 rain bei Zimmertempera tur ; h 65 cm, 190 mV/absc.; von der ffinften Windung ab. Empfindl iehkei t 1:30. Kurve 1 : (0 ,1 m NH4C1, ohne Hydroxylamin) . Kurve 2: Aeetatpuffer pH 3,6. Kin ' re 3: Acetat- puffer PH 4,5 ; Kurve 4 : Phosphatpuffer p~ 5,9; Kurve 5: Phosphatpuffer p~ 6,78; Kurve 6 : Phosphat-

puffer p~ 8.06; Kurve 7: Bri t ton-l~obinson-Puffer p~ l l , 2 9

J

P

j m

Jl II

i

Abb. 2. Eichkurve yon Vanillin. Konzent ra t ion vort t t yd roxy lamin in tier polarographierten LSsung 0,1 m Phosphatpuffer p~ 5,9 ; h 65 cm, 190 mu yon der ff inften Windung ab. Empfindl ichkei t 1:40. Konzentra t ionen yon V m d l l i n i n der polarographier ten L6sung: Kurve 1 : 0; Kurve 2 : 2 - 10 4m;

Kurve 3: 4- 10 -4m; Kurve d: 6-J_0 4 m; Kurve 5: 8 ' 10-~m

das Verfahren zu Best immungen yon Vanillin sowohl in reinem Zustand als aueh im Vanillinzueker mit Erfolg angewendet. Die erhaltenen Ergeb- nisse sind in der Tabelle verzeiehnet.

Arbeltsgang. Die abgewogene Mertge Vanillin oder Vanillinzucker wird in dest. Wasser gelSst. 1--5 ml dieser LSsung, je nach der erwarteten Konzentration, werdelt

168 Jff~ DAVlm~K Bd. 179

im KMousek-Gef/iB mit 4 ml Phosphatpufferl6sung pH 5,9 und 1 ml 1 m Hydroxyl- aminchlorhydratl5sung versetzt, die LSsung wird mit dest. Wasser zu 10 m]

Probe

Tabelle

e inge t ragen

ing

130 100 100 200 100 100 100

Vanillin Vanillin Vani]lin Vanillin Zucker mit Vanillin Zucker mit Vanillin Zucker mit Vanillin Vanillinzucker, Handelsprodukt V~nillinzucker, Hande]sprodukt Vanillinzucker, Handelsprodukt Vanfllinzucker, H~ndelsprodukt

gefunden

m g

125 103 101 194 98

104 101,2 218 184 93

113

m g

- - 5,0 + 3,0 + 1,0 - - 6 , 0

- - 2 , 0

@ 4,0 + 1,2

Differenz

%

--6 ,5 + 3,0

1,0 - -3 ,0 - - 2,0 + 4,0 ~- 1,2

aufgefiillt. Nach Entfernung yon Sauerstoff wird die polarographische Kurve auf- genommen. Bei reinem Vanillin wertet man mit der Eichkurve aus, bei Vanillin- zucker verwendet man die Methode der Standardzugabe, um den EinfluB yon Zucker auf die StufenhShe des Oxims zu eliminieren.

D i s k u s s i o n u n d S c h l u l ~ f o l g e r u n g

Die neu ausgearbei te te Methode zur :Best immung yon Vanil l in in der

F o r m yon Vani l l inoxim weist gegeniiber den bisher gebrauchten Methoden

i �84184184184 i

J

Abb. 3. Bestimmung yon Vanillin im Vanillinzucker. h 65 cm; 190 mV/absc . ; yon tier f t inf ten Windung ab. Empf indl ichke i t 1:10. Di rek te ]~es t immung: K u r v e 1 : 5 m1 0,1 m NtI4C1-LSsung + 5 ml 1% ige Vanil l inzuckerlSsung. K u r v e ~: wie (1) + 0,1 mI 0,01 m VanininlSsung. B e s t i m m u n g nach Uber- f t ih rung in O x i m : K u r v e 3 : 4 ml Phospha tpuf fe r p~ 5,90 + 5 ml 10/~ige Vanil l inzuckerlSsung + 1 ml

1% ige ]~ydroxylaminchlorhydra t l6sung. K u r v e 4: wie (3) + 0,1 ml 0,01 m Vanil l inlSsung

manchen Vorteil auf. Durch ihre Spezifitat iibertrifft sie die gravi- metrischen, titrimetrischen und spektrophotometrischen Methoden, und durch ihre Empfindlichkeit auch die direkte polarographische Bestim-

196I Po]arographische Bestimmung yon Vanillin 169

m u n g . V a n i l l i n o x i m w i r d an der Q u e c k s i l b e r t r o p f e l e k t r o d e v i e r - e l ek t ro -

n i seh r eduz i e r t , w s bei de r d i r e k t e n p o l a r o g r a p h i s c h e n B e s t i m m u n g

die f re ie a l d e h y d i s e h e G r u p p e b log zwe i - e l ek t ron i s ch r e d u z i e r t wi rd . D e r

Vor t e i l de r n e u e n M e t h o d e l i eg t a u e h in de r T a t s a e h e , d a g die R e d u k t i o n

des O x i m s bei verh/~ltnism~tgig s t a r k loosi t iven P o t e n t i a l e n v o r s ieh geht ,

was v o r a l l e m y o n B e d e u t u n g i s t bei P r o b e n m i t e iner g r 6 g e r e n K o n z e n -

t r a t i o n an ober f l /~ehenak t iven Stoffen. Diese bewi rken , dal3 bei de r d i rek-

t e n p o l a r o g r a p h i s e h e n B e s t i m m u n g die Van i l l i n s tu f e seh leeh t a b l e s b a r

i s t (Abb. 3).

Zusammenfassung

Es w i r d e ine n e u e p o l a r o g r a p h i s c h e M e t h o d e zu r B e s t i m m u n g y o n

Van i l l i n beschr ieben , die zu r U n t e r s u e h u n g y o n V a n i l l i n z u e k e r u n d van i l -

l i n h a l t i g e n G e n u B m i t t e l n sehr g u t g e e i g n e t ist . D ie M e t h o d e b e r u h t a u f

d e r lAeakt ion de r A l d e h y d g r u p p e m i t I l y d r o x y l a m i n u n t e r B i l d u n g y o n

O x i m , das p o l a r o g r a p h i s e h a k t i v ist . D ie neue M e t h o d e i s t e m p f i n d l i e h e r

u n d g e n a u e r als das b i she r b e k a n n t e d i r ek t e ioolarogralohische B e s t i m -

m u n g s v e r f a h r e n y o n Vani l l in .

Literatur 1 B~R~znR, B. F., u. H. 1~[. Pn~Ru Perfum. essent. Oil. Rec. 43, 358 (1952);

vgl. Chem. Abstr. 47, 3185 (1956). - - e BEHK~, A., u. J . Z~:~:A: Ceskoslov. f~rmac. 6, 335 (1956). - - a BEHK• A., u. J. Z'~KA: Chem. listy 50, 131 (1956). - - ~ B S ~ E , H., u. O. WI~:LEH: Z. Lebensmittel-URters. u. -Forseh. 99, 22 (1954) ; vgl. diese Z. 144, 279 (1955). - - 5 B~DISXA, 1%. : Casopis 5esk4ho l~ks vSdecks pNloha 58, 37 (1956). --G DAVh)EK, J. : Nature (London) im Druck. - - 7 DIDING, E., u. I-I. HELL- BERO : Farmac. Revy 47, 109 (1948) ; vg]. Chem. Abstr. 42, 3288 (1948). - - s E~GHs, D. T., u. M. MANCHESTER: AnMyt. Chemistry 21, 591 (1949); vgl. diese Z. 131, 301 (1950). - - ' HERZOG, 1%. 0., u. A. tIILLI~I]~I%: Ber. dtsch, chem. Ges. 64B, 1288 (1932). - - 10 Lu H. J. , u. N. DEA~L: J. Assoc. off. agric. Chemists 23, 429 (1940); vgl. Chem. Zbl. 112 I, 980 (1941). - - 11 MA~TI~, M. L., K. L. KELLY U. M. V. GREEN: J. Amer. ph~rmac. Assoc. sci. Edit. 85, 220 (1946) ; vgl. Chem. Abstr. 40, 7513 (1946). - - 12 Official Methods of Analysis A. 0. A. C., Washington, 1950. - - 113 loP~ITZKER, j . , u. 1%. JUNGKUI'TZ : Pharm~c. Acta tIelvetiae 4, 15 (1929). - - ~ S~HP, L. K. : Analyst 76, 215 (1951); vgl. diese Z. 134, 299 (1951/52). - - ~ WAY, 1%. M., u. W. 1%. G~rLEY: J . Assoc. off. agrie. Chemists 34, 726 (1951); vgl. Chem. Abstr. 45, 10498 (1951). - - ~ WILSON, J. B.: J . Assoc. off. agric. Cheinists 25, 155 (1942); vgl. Chem. Abstr. 86, 2341 (1942). - - ~ W~gKEL, A., u. G. PROSKE: Ber. dtsch. chem. Ges. 69, 1917 (1936); vgl. diese Z. 109, 269 (1937). - - ~s Woo~o~, g . , u. K. R~VSeHER: Nahrung 3, 161 (1959) ; vgl. diese Z. 175, 300 (1960).

Ing. J~f~i ])AV~DEK, Chemisch-technologische Hochsehule, Prag 6, Dejvice (~S1%), Technieks 1905