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核磁気共鳴による同位体分析により、分子の各部位の同位体含有量の差を非常に正確に定量化できるため、この分子の各部位の特定の天然同位体分別を測定できます。 SNIF-NMR分析法は、ワインの（過剰な）糖化とブドウ果汁の濃縮を検出するために開発され、主に食品（ワイン、スピリッツ、フルーツジュース、蜂蜜、砂糖、酢など）の真正性を確認したり、一部の芳香分子（バニリン、ベンズアルデヒド、ラズベリーケトン、アネトールなど）の天然性を制御したりするために使用されます。 SNIF-NMR法は、国際ブドウ・ワイン機構（OIV）と欧州連合によってワイン分析の公式方法として採用されています。これは、フルーツジュース、メープルシロップ、バニリンの分析のために分析化学者協会 (AOAC) によって採用され、酢の分析のために欧州標準化委員会(CEN) によって採用された公式の方法でもあります。
背景
- 1981年: ナント大学/CNRSのジェラルド・マーティン教授、マリヴォンヌ・マーティン教授とそのチームによるSNIF-NMR法の発明[1]
- 1987年：ワイン分析に特化したユーロフィン・ナント研究所を設立し、CNRSの特許権を取得して運営を開始[1] （この特許は現在公開されており、「SNIF-NMR」という名称は登録商標となっている[2]）
OIVはこれを公式の方法として採用している
- 1987-1990: ユーロフィン研究所は、SNIF-NMR法をフルーツジュースや特定の天然香料の分析に適用しました。
- 1990年：SNIF-NMR法がワインの分析法として欧州連合で公認される[3]
→ 欧州の公的研究機関向けSNIF-NMR法の導入
- 1990-1992: この方法は芳香族分子でテストされました
- 1996年：SNIF-NMR法が米国AOACにより果汁分析に認められる[4]
→ 米国の公的研究機関向けSNIF-NMR法の導入
- 2001年: SNIF-NMR法がAOACによりバニリンの分析に認められる
- 2013年：SNIF-NMR法がCENにより酢酸の分析に認められる
→ アジアの公的研究機関へのSNIF-NMR法の導入
原理
同位体分布
水素、酸素、炭素の原子は、それぞれ安定同位体である 2H (または D)、18O、13Cと特定の割合で自然に共存しており、下の図 2 に示すように、異なる割合で共存しています。
分子中の異なる同位体の量と分布は、以下の要因によって影響を受けます。[5]
- 環境（気候と地理）条件 - 天然製品の場合
- 植物における光合成代謝などの化学的または生化学的プロセス
この現象は天然同位体分別として知られています(図 3 を参照)。結果として得られる同位体指紋から、分子または製品の起源 (植物、合成、地理的) に関する情報が得られます。
一般原則
SNIF-NMR の原理は、「天然同位体分別」に基づいています。食品の真正性を確認するために、通常、2 つの核が使用されます。
- 水素原子核：2 H-SNIF-NMR法はSNIF-NMRの最初の応用であり、サンプル分子の各部位における重水素/水素の比率を測定する。
- 炭素核：13 C-SNIF-NMR法は、SNIF-NMRによる分析の新しい可能性（新しい分子と新しい用途）を開きました。この方法では、分子の各部位における13 Cと12 Cの比率を使用します。
方法の手順
SNIF-NMR は純粋な（または精製された）分子に適用されます。したがって、分析の前にラボでいくつかの準備手順が必要になる場合があります。たとえば、エタノールの SNIF-NMR の場合、公式の方法によると次のようになります。
SNIF-NMR 分析の各ステップでは、寄生虫同位体分画を避けるよう努める必要があります。分析の中間生成物 (発酵ジュースまたは蒸留物) のアルコール度数を決定するなどの制御措置が各サンプルに対して実行されます。
この方法の利点
分子の同位体比は同位体比質量分析法(IRMS)でも測定できます。IRMS のサンプル量は NMR よりもはるかに少なく、質量分析計をクロマトグラフィー システムに接続して、複雑な混合物の複数の成分のオンライン精製や分析を行うこともできます。ただし、サンプルは燃焼や熱分解などの物理的変化の後に燃焼します。そのため、分子のすべての部位間で調査した同位体の濃度の平均値が得られます。IRMS は、糖やエタノールの平均比13 C/ 12 C (または δ 13 C)を測定するために使用される公式の AOAC 技術であり、水中の 18O/16O を測定する公式の CEN および OIV 方法です。
SNIF-NMR法（核磁気共鳴法による部位特異的天然同位体分別法）は、分子の各部位の同位体比を高精度で判定できるため、より正確な識別が可能になります。たとえば、エタノール（CH 3 CH 2 OH）の場合、3つの比率（（D/H）CH 3、（D/H）CH 2、および（D/H）OH）が得られます。
応用例2H-SNIF-NMR
フルーツジュースやメープルシロップへの応用
AOAC公認法は、果汁[4]やメープルシロップへの砂糖の添加を検出するためのものです。C3糖（例：ビート糖）の添加を検出できる唯一の信頼できる方法です。
NMRスペクトル（例）2H-SNIF-NMR)
糖が完全に発酵した後に得られるエタノール分子は、3つの天然モノ重水素化同位体（CH 2 D-CH 2 -OH、CH 3 -CHDOH、-CH 3 -CH 2 OD）と共存します。それらの存在は比較的正確に定量化できます。[6]
次の2 H-NMR スペクトル (図 8) では、ピークはエタノールの 3 つの同位体のうちの 1 つに対応しています。AOAC の公式方法では、(D/H)CH 3と (D/H)CH 2の比率は、内部標準であるテトラメチル尿素(TMU) と認定された (D/H) 値との比較によって計算されます。
SNIF-NMR同位体値の解釈
次の図9は、以下の解釈の原則をまとめたものです。
- IRMS（ δ13Cの同位体偏差）で測定された結果。これにより、植物のCO2光合成代謝（缶詰やトウモロコシなどのC4と、ビート、オレンジ、ブドウなどのC3）に応じて植物を区別できます。
- SNIF-NMR（(D / H)I）で測定された結果により、同じ代謝グループ（ビートとオレンジまたはブドウ）内の糖の植物起源を区別することができます。
テストサンプルで得られた値は、本物のサンプル (データベース) の値と比較されます。
ワインの真正性を証明するための申請
SNIF-NMR は、ワインの原産地の真贋を判断するための OIV の公式手法です。C3 糖の添加 (ビート糖など) を検出できる唯一の手法です。
水とエタノールの同位体パラメータは、植物の生育地域の湿度と温度に関連しています。したがって、地域とその年の気象データを考慮すると、診断に役立ちます。ワインや果物の場合、エタノールの同位体パラメータは、わずかな環境の変化にも反応することが示されており、生産地域を効果的に特徴付けます。[6] [7]
1991年以来、欧州委員会共同研究センター（EC-JRC）に、すべての欧州加盟国のワインに関する同位体データバンクが構築されています。データベースには、ヨーロッパのワインに関する数千のエントリが含まれており[8]、毎年維持および更新されています。このデータベースは、すべての公的研究所からアクセスできます。食品および飲料の管理に携わる民間企業も、本物のサンプルを収集し、特定のデータバンクを構築しています。[9]
このように、ワインのエタノール分子の各部位に対応する特定の天然同位体分画を、データベースで既知で参照されている分子のそれと比較することで、エタノール分子の地理的起源、植物学、生産方法、そしてワインの真正性をチェックすることができます。[10]
酢と酢酸への応用
様々な糖の発酵から生じるエタノールを細菌や化学酸化して得られる酢の起源は、2 H-SNIF-NMRによって特定できます。これにより、酢の品質を管理し、酢がサトウキビ、ワイン、モルト、サイダー、アルコールから作られたものか、化学合成から作られたものかを判断することができます。[11]
バニリンの応用
2 H-SNIF-NMR は、天然バニリンを測定するための公式の AOAC 方法です。
バニリンの 5 つのモノ重水素化同位体の存在量は、2 H-SNIF-NMR によって測定できます。バニリン分子は図 11 に示されており、部位固有の重水素濃度を測定できるすべての観測可能な部位は番号で参照されています。
ワインや果物の場合、起源に関する結果の解釈は、分析したサンプルの同位体パラメータを、起源がわかっている参照分子のグループのパラメータと比較することによって行われます。2 H-NMR データを使用すると、バニリンのすべての起源が明確に区別されているようです。特に、下の図 12 に示すように、豆から抽出したバニリンは他の起源と明確に区別できます。
さらに、この方法はバニリンの天然源と生合成源を区別できる唯一の方法である。[12]
その他のアロマへの応用
SNIF-NMRを使用して、さまざまな香りの自然さも確認できます。たとえば、アネトールの場合、2 H-SNIF-NMRでわずか6つの一重水素化同位体の豊富さを測定でき、これにより植物の起源がフェンネル、スターアニス、または松であるかどうかを区別できます。[13]
その他の用途: ベンズアルデヒドにSNIF-NMRを適用すると、偽造されたビターアーモンドオイルやシナモンオイルを検出できます。ベンズアルデヒドの部位特異的な重水素含有量から、分子の起源を判定できることが実証されています。合成(例:トルエン、例:塩化ベンザル)、天然(例:アプリコット、桃、さくらんぼの仁、例:ビターアーモンド)、半合成(例:シナモンから抽出したシナマルデヒド)。 [14] その他の用途も発表されています:ラズベリーケトン、[15]ヘリオトロピン、...
13C-SNIF-NMR
E.テナイローとS.アコカの研究で述べられているように、技術パラメータの最適化により13C NMR測定の精度が向上するようになった。 [ 16]
13 C-SNIF-NMR法は、C4代謝植物（サトウキビ、トウモロコシなど）由来の糖とパイナップルやアガベなどの一部のベンケイソウ科酸代謝植物（CAM代謝）由来の糖を区別できる初めての分析法であるため、「ニューフロンティア」法と呼ばれています。[17]
この方法はテキーラ製品にも適用でき、本物の100％アガベテキーラ、ミストテキーラ（少なくとも51％のアガベから作られた）、およびサトウキビやトウモロコシの砂糖の割合が高いためテキーラの法的定義に準拠していない製品を区別することができます。[17]
この方法は、食品や飲料の真正性分析の分野で将来さらに応用されるでしょう。
参考文献
- ^ ab Eurofins Scientific – 世界的なラボ試験サービス、「Eurofins Scientific - 1987 - 1997 - スタートアップフェーズ」(2014 年 1 月 2 日参照)。http://www.eurofins.com/en/about-us/our-history/start-up-phase.aspx 2015 年 2 月 10 日にWayback Machineにアーカイブされました。
- ^ INPI : Institut National de la Propriété Industrielle、「Bases de Données Marques」、(2014 年 1 月 6 日に協議)。 http://bases-marques.inpi.fr/
- ^ 欧州共同体委員会規則、1990年。(EEC) n° 000/90:「ワインの分析のための共同体方法の決定」ブリュッセル、欧州共同体公式ジャーナル、p.64-73
- ^ ab AOAC 公式メソッド 995.17、果汁中のビート糖、SNIF-NMR、AOAC インターナショナル 1996
- ^ Akoka, Serge; Remaud, Gérald (2020年10月～12月). 「NMRベースの同位体および同位体分析」.核磁気共鳴分光法の進歩. 120–121: 1–24. Bibcode :2020PNMRS.120....1A. doi :10.1016/j.pnmrs.2020.07.001. PMID 33198965. 2024年2月11日閲覧。
- ^ ab G. Martin、ML Martin。植物分析の最新手法：「ワインの研究に応用された部位特異的天然同位体分画-NMR法」、HF LinskensおよびJF Jackson編、Springer Verlag、ベルリン、1988年、p. 258-275
- ^ マーティン GJ、ギルー C、マーティン ML、カバニス MT、テップ Y、アーニー JJ アグリック。食品化学。 1988;36:316–22
- ^ 欧州共同体公式ジャーナル。Off. J. Eur. Commun. 1991;L214:39–43
- ^ Guillou C、Jamin E、Martin GJ、Reniero F、Wittkowski R、Wood R. Bulletin OIV。 2001;74:26–36
- ^ G. Martin、C. Guillou、YL Martin、「同位体分別の自然要因とワインの特性」、農業および食品化学ジャーナル、n°36、1988年、p. 316-322
- ^ エタノールの酢酸への酸化における水素の特定部位同位体分別。酢への応用。(C. Vallet、M. Arendt、G. Martin)、バイオテクノロジー技術、第2巻第2号、1988年
- ^ AOAC 公式方法 2006.05、バニリン中の部位別重水素/水素 (D/H) 比、AOAC インターナショナル 2007
- ^ La Résonnance Magnétique Nucléaire du Deutérium en Abondance Naturelle、アネトールとエストラゴレスの偵察による製品の起源の識別方法。 (G. Martin、M. Martin、F. Mabon、J. Bricout)、科学、1983
- ^ G. Remaud、A. Debon、Y. Martin、G. Martin。ビターアーモンドオイルとシナモンオイルの認証：ベンズアルデヒドへのSNIF-NMR法の応用、農業および食品化学ジャーナル、第45号、1997年
- ^ 高分解能クロマトグラフィージャーナル、第18巻、1995年5月、279-285
- ^ E. Tenailleau、S. Akoka . 13C NMR における非常に正確な強度測定のための断熱 1H デカップリング方式、Journal of Magnetic Resonance、n°185、2007、p50-58
- ^ ab F. Thomas、C. Randet、A. Gilbert、V. Silvestre、E. Jamin 他「エタノールに適用した炭素 13 SNIF-NMR による砂糖の植物起源の改良特性評価」、農業および食品化学ジャーナル、n° 58、2010、p11580-11585
