Ваниль

Соединения с ароматическим кольцом – например, ванилин – обычно синтезируются в растениях посредством пути шикимовой кислоты из эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата. Образование продуктов этого пути сопровождается соответствующим истощением ¹³C по сравнению с основными растительными продуктами − углеводами.

Эти углеводы производятся в процессе фотосинтеза растений с использованием CO₂ и воды. Первичный этап катализируется ферментативно, при этом ¹³CO₂ реагирует несколько медленнее, чем ¹²CO₂. Это явление получило название «кинетический изотопный эффект».

Однако, дефицит ¹³C не одинаков для всех растений.

Для растений известны три основных фотосинтетических пути фиксации CO₂: C3, C4 и CAM. Так называемые растения C3 (например, пшеница, ячмень, сахарная свекла и большинство деревьев) используют реакцию рибулозабисфосфат-карбоксилазы, путь Кальвина, в то время как растения C4 (например, сахарный тростник, кукуруза, сорго и просо) используют фосфоенолпируват-карбоксилазную реакцию, путь Хетча-Слэка. CAM-растения, такие как суккуленты, орхидеи (например, V. planifolia) и некоторые тропические травы, обладают метаболизмом крассулацеиновой кислоты. Каждая группа показывает разные значения соотношений ¹³C/¹²C, ²H/¹H и ¹⁸O/¹⁶O для своих метаболитов, что может быть показано с помощью МССИ (например, углеводов, жирных кислот, изопреноидов, аминокислот, фенилпропанов и т. д.). Анализируя эти соотношения, можно различать соединения, продуцируемые растениями в ходе биохимических процессов, и соединения, продуцируемые путем синтеза.

Изменения в соотношении изотопов, вызванные этими эффектами, очень малы. Потому их не указывают в атомной шкале. Эти минимальные изменения сравниваются со значениями международных стандартов и выражаются в промилле (‰), как отклонение от стандартного, так называемого, дельта-значения (Schmidt, 2003):

δ¹³C (‰) = (([ ¹³C_sample ]/[ ¹²C_sample ])/([ ¹³C_standard ]/[ ¹²C_standard ]) − 1) × 1000

Стандартным соотношением ¹³C/¹²C является δ¹³C: V-PDB (Vienna-PeeDee Belemnite). Анализ значений δ¹³C для растений C3 (так называемые «легкие растения») дает значения от −30 ‰ до −24 ‰, для растений C4 (так называемые «тяжелые растения») от −16 ‰ до −10 ‰. CAM-растения имеют значения δ¹³C от −10 ‰ до −30 ‰, что очень затрудняет дифференциацию от двух других типов.

Подтверждение подлинности ароматизирующих веществ путем определения их среднего значения δ¹³C подразумевает сжигание очищенных органических образцов при температуре около 1000°C для преобразования их в CO₂. Онлайн-соединение газовой хроматографии и МССИ через интерфейс сжигания уменьшило количество проб и упростило измерения. Позже была разработана интерактивная связь газовой хроматографии и МССИ через интерфейс пиролиза (около 1300°C), в первую очередь для анализа ¹⁸O, что позволило одновременно измерять в режиме онлайн значения δ¹⁸O и δ¹³C. Этот интерфейс также позволяет определять δ²H пиролизом при температуре около 1450°C. Хенер (Hener et al. 1998) сравнил значения δ¹³C различных образцов ванилина, измеренные через CO₂ и CO, и показал, что значения в большинстве случаев хорошо согласуются. В настоящее время для определения используется в основном онлайн-соединение газовой хроматографии с сжиганием или восстановительным пиролизом с масс-спектрометрией соотношения изотопов (ГХ-С-МССИ или ГХ-П-МССИ) для определения значений δ углерода ¹³C, водорода ²H и кислорода ¹⁸O.

V. planifolia принадлежит к САМ-растениям, и ванилин из стручков показывает значения δ¹³C в диапазоне от −16,8‰ (V. tahitiensis) до −22,0‰ (V. planifolia) (см. таблицу 15.3).

Помимо экстракции из ванильных стручков, ванилин также можно получать химическим синтезом или биотехнологическими путями из различных источников (лигнин, гваякол, эвгенол, куркумин и феруловая кислота).

TABLE 15.3 δ¹³C-, δ²H-, and δ¹⁸O-значения ванилина различного происхождения