Ocena smaku i zapachu w ramach monitoringu jakości wody Dr Frank Sacher DVGW-Technologiezentrum Wasser (TZW), Karlsruhe

Plan prezentacji Wstęp Prawodawstwo Percepcja zmysłowa Analiza związków odpowiedzialnych za smak i zapach Analiza chemiczna pojedynczych związków Przyrządy elektroniczne Odorymetria Procedury oznaczania smaku i zapachu Niemiecka norma DIN 38403, część B1/2 EN 1622 Oznaczanie smaku i zapachu w TZW Wnioski

Dyrektywa Rady 98/83/WE w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi ZAŁĄCZNIK I, Część C: Parametry wskaźnikowe (…) Zapach: Akceptowalny przez konsumentów i bez nieprawidłowych zmian Smak: Akceptowalny przez konsumentów i bez nieprawidłowych zmian ZAŁĄCZNIK III: Specyfikacje dla analizy parametrów 3. Parametry, dla których nie są określone metody analizy Zapach Smak

Niemiecka ustawa o wodzie do spożycia (TrinkwV 2001) ZAŁĄCZNIK 3: Parametry wskaźnikowe (…) Zapach: Liczba progowa 2 przy 12 °C i 3 przy 25 °C Uwaga: Przy badaniu zapachu rozcieńczać stopniowo wodą wolną od zapachu i smaku. Smak: Akceptowalny przez konsumentów i bez nieprawidłowych zmian ZAŁĄCZNIK 5: Specyfikacje dla analizy parametrów 3. Parametry, dla których nie są określone metody analizy Zapach Smak

Podsumowanie: Akty prawne w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi Dla parametrów „smak” i „zapach” Dyrektywa Rady 98/83/WE nie podaje żadnych wartości parametrycznych, nie określa też metody analizy ani charakterystyki jej wykonania. Niemiecka Ustawa w sprawie wody przeznaczonej do spożycia podaje liczby progowe dla zapachu, ale nie dla smaku. Również tutaj brak jest określenia metody analizy oraz charakterystyki jej wykonania ALE: Skargi konsumentów na problemy ze smakiem i zapachem należą do najczęstszych i najpoważniejszych.

Skargi konsumentów na smak i zapach Chlorowy Przypominający wodę w basenie Ozonowy Przypominający olej mineralny Zatęchły Korkowaty Słony … W większości wypadków trudno jest dociec źródła skargi

Związki wpływające na smak i zapach wody Związki przenoszone przez algi (np. geosmina, MIB) Fenole Chlorofenole Anizole Chloroanizole Węglowodory Związki piżma (nitro piżma, piżma wielopierścieniowe) Związki siarki Chlor Dwutlenek chloru Ozon …

Percepcja sensoryczna Węch Smak

Percepcja zmysłowa Wrażenia pojedyncze optyczne węchowe smakowe dotykowe aromat smak temperatura tekstura wygląd smak Wrażenie ogólne

Ocena smaku Słodki Kwaśny Słony Gorzki Umami Glukoza (0.08 mol/L) Sacharoza (0.01 mol/L) Sacharyna (0.000023 mol/L) Inne cukry… Kwaśny Kwas mlekowy (lemoniady, owoce, produkty mleczne,…) Kwas jabłkowy (owoce,…) Kwas węglowy (woda mineralna) Kwas cytrynowy (owoce cytrusowe, lemoniady, słodycze,…) Słony Sól stołowa (chlorek sodu; czysto słony) Chlorek potasu (słony, kwaśny i gorzki) Chlorek magnezu (słony, gorzki) Dwuwęglan sodu (słodki, gorzki) Siarczan potasu (kwaśny, gorzki) Gorzki Siarczan magnezu Sole wapniowe Alkaloidy Umami Kwas glutaminowy i jego sole

Analiza związków smakowych i zapachowych Analiza chemiczna pojedynczych związków Elektroniczne języki i nosy Odorymetria

Analiza chemiczna pojedynczych związków Klasa związków Przedstawiciel Metoda analityczna Fenole 2,4,6-trichlorofenol SPE, derywatyzacja, GC/MS Ketony 2-heksanon LLE, GC/MS Aldehydy trans-2-decenal Syntetyczne piżma piżmo ksylenowe SPE, GC/MS Związki przenoszone przez algi geosmina CLSA, GC/MS Purge&trap, GC/MS Siarczki siarczek dwumetylu Anizole 2,4,6-trichloroanizol Pirazyny 2-Izobutyl-3-metoksypirazyna Kwasy organiczne kwas trichlorooctowy LLE, derywatyzacja, GC/MS Benzeny 1,4-dichlorobenzen Purge&trap, GC/MS …

Wady analizy chemicznej Wysoki koszt Pracochłonność Wymaga doświadczonego personelu Czasochłonność Prace muszą być prowadzone w laboratorium Można przeoczyć istotny związek

„Elektroniczny nos” 1 2 3 & 4 Proces odczuwania przez ludzi Partia B jest inna Proces odczuwania przez ludzi Receptory zapachu Analiza w mózgu Rozpoznanie 1 2 3 & 4 Pozyskanie Przetw. danych Porównanie & Analiza statystyczna Czujniki Analiza komputerowa Rozpoznanie Elektroniczny proces odczuwania

„Elektroniczny nos” Analiza fazy nadpowierzchniowej w połączeniu z technologią sensoryczną Statystyczna analiza danych Zestaw czujników oparty na czujnikach selektywnych krzyżowo Automatyczny pobieracz prób gazu Jednostka elektroniczna do: Pozyskiwania D (R) = f (t) Piec do pozyskiwania fazy nadpowierzchniowej z próby

Statystyczna analiza danych Dane z czujników WYKRES Porównanie profili produktów Analiza głównych składowych (PCA) organoleptyczny obszar grupy prób Metoda cząstkowych najmniejszych kwadratów Ilościowe parametry produktów Statystyczna kontrola jakości (badanie) zgodne ze standardem lub odrzucone

Wady technologii „elektronicznego nosa” Wysoki koszt Niewielka czułość Wymaga doświadczonego personelu Czasochłonność Prace muszą być prowadzone w laboratorium Korelacja z węchem ludzkim wciąż ograniczona (Na razie) niezbyt wiarygodna

Odorymetria Metoda wg. Niemieckiej Normy DIN 38403, część B1/2: Jakościowe oznaczenie smaku; jakościowe i ilościowe oznaczenie zapachu Metoda wg. Niemieckiej Normy DIN 38403, część B3 = EN 1622: Oznaczanie liczby progowej zapachu (Threshold Odour Number - TON) oraz liczby progowej smaku (Threshold Flavour Number - TFN) Metody laboratoryjne …

Metoda wg Niemieckiej Normy DIN 38403, część B1/2: Zalecenia ogólne Próbka wody musi zostać umieszczona w wolnej od zapachu szklanej butelce (w praktyce: do pobierania prób używa się wolnych od zapachu butelek szklanych) Podczas transportu próby, szklana butelka musi być wypełniona całkowicie i zamknięta korkiem wykonanym ze szkła lub teflonu Zaleca się schłodzenie prób podczas transportu Analizę należy przeprowadzić jak najszybciej po pobraniu próby Badanie przeprowadzić można wyłącznie po wykluczeniu możliwości zatrucia lub zarażenia!!! (w praktyce: badany jest jedynie smak wody do spożycia) Badanie smaku musi być przeprowadzane zawsze po badaniu zapachu, ponieważ percepcja smaku może wpłynąć na percepcję zapachu

Metoda wg Niemieckiej Normy DIN 38403, część B1/2: Raport z wyników jakościowego badania zapachu Report n/t intensywności: brak słaby silny Report n/t charakteru: a) ogólny: ziemisty zatęchły zgniły korkowaty… b) szczegółowy: chlorowy rybny merkaptanowy przypominający olej mineralny… Raport musi zawsze uwzględniać temperaturę, której przeprowadzono badanie!!!

Metoda wg Niemieckiej Normy DIN 38403, część B1/2: Raport z wyników jakościowego badania smaku Raport n/t intensywności: brak słaby silny Raport n/t charakteru: a) ogólny: słony kwaśny gorzki słodki… b) szczegółowy: chlorowy rybny mydlany…

DIN 38403, część B3 = EN 1622 Określenie TON i TFN TON = Threshold odour number – Liczba progowa zapachu A = Objętość próby wody B = Objętość próby wody użytej do porównania (wolnej od zapachu) TFN = Threshold flavour number – Liczba progowa smaku A = Objętość próby wody B = Objętość próby wody użytej do porównania (wolnej od smaku)

Praktyczne problemy z oznaczaniem smaku i zapachu Wyniki mogą zależeć od osoby wykonującej badanie oraz od warunków panujących podczas badania Temperatury Przeciągu Hałasu Obecności innych osób Badanie musi być przeprowadzane w warunkach standardowych!!! Wyszkolony personel Ciche i klimatyzowane pracownie

Procedura oznaczania zapachu metodą jakościową w TZW (1) Próby pobiera się do 500 mL szklanych butelek ze szklanym korkiem Próby przechowuje się w temperaturze 4°C do momentu przeprowadzenia analizy Analizę przeprowadza się w ciągu 24h od przywiezienia prób do laboratorium Na początku analizy połowę objętości butelki odlewa się (i używa do oznaczania innych parametrów)

Procedura oznaczania zapachu metodą jakościową w TZW (2) Szklane butelki umieszcza się na 30 min. w kąpieli wodnej o temp. 25°C

Procedura oznaczania zapachu metodą jakościową w TZW (3) Butelkę wyjmuje się z kąpieli wodnej i silnie wstrząsa Usuwany jest korek i osoba badająca natychmiast bada zapach Jeżeli wykryty jest zapach, druga osoba powtarza badanie

Procedura oznaczania zapachu metodą ilościową Zasada: jeżeli metodą jakościową wykryto w wodzie zapach, to próbę rozcieńcza się wodą wolną od zapachu do momentu, kiedy zapach przestaje być wyczuwalny Bierze się pod uwagę wyłącznie intensywność zapachu!!! Liczba progowa zapachu (TON) = Łączna objętość po rozcieńczeniu / Objętość próby wody

Procedura oznaczania zapachu metodą ilościową w TZW : Badanie wstępne Badanie ilościowe wykonuje się wyłącznie wtedy, gdy badanie jakościowe dało wynik pozytywny Różne objętości (0,2 mL, 2 mL, 20 mL, 200 mL) wody z próby rozcieńczane są w 500 mL butelkach szklanych zawierających wodę wolną od zapachu (woda kranowa z Karlsruhe) do uzyskania ostatecznej objętości 200 mL Badane są wszystkie próby, poczynając od najwyższego rozcieńczenia, według procedury na oznaczanie zapachu metodą jakościową Dla porównania bada się próbę wody wolnej od zapachu Jeżeli nawet w najbardziej rozcieńczonych próbach zapach jest wyczuwalny, 2 mL wody z rozcieńczonej próby zawierającej 2 mL wody pierwotnej rozcieńcza się wodą pozbawioną zapachu do uzyskania objętości 200 mL

Procedura oznaczania zapachu metodą ilościową w TZW : Badanie ostateczne Do badania ostatecznego wykorzystuje się najbardziej rozcieńczoną próbę, która wykazywała wyczuwalny zapach w badaniu wstępnym Różne objętości tej rozcieńczonej próby są dalej rozcieńczane wodą pozbawioną zapachu do uzyskania objętości 200 mL Np. 13, 10, 7, 5, 4, 3 mL wody pierwotnej rozcieńcza się dalej do uzyskania objętości 200 mL, jeżeli próba zawierająca 20 mL pierwotnej wody wykazywała wyczuwalny zapach podczas badania wstępnego Na podstawie objętości próby wody w badanej wodzie, która nie wykazała wyczuwalnego zapachu (podczas, gdy próby mniej rozcieńczone wykazywały taki zapach), oblicza się liczbę progową zapachu (TON)

Obliczanie TON Objętość pierwotnej próby wody (mL) Liczba progowa zapachu 200 1 130 1.5 100 2 70 3 50 4 40 5 30 7 20 10 13 15 … Objętość pierwotnej próby wody (mL) Liczba progowa zapachu … 4 50 3 70 2 100 1.3 150 1.0 200 0.7 300 0.5 400 0.4 500 0.3 700 0.2 1000 0.002 100000

Praktyczna procedura badania smaku Smak bada się wyłącznie w przypadku wody przeznaczonej do spożycia (nie bada się wody surowej, ani wody podczas uzdatniania) Prowadzi się badania wyłącznie metodą jakościową, bez metody ilościowej (TFN) Jeżeli próba wody do spożycia wykazuje wyczuwalny smak, procedurę przerywa się natychmiast i nawiązywany jest kontakt z operatorem zakładu uzdatniania wody!!!

Szkolenie personelu - zapach Podczas szkolenia używa się roztworów testowych Związek Stężenie (µg/L) Octan izoamylu 1 Geosmina 0.01 2,4,6-trichloroanizol 0.005 1-okten-3-ol 5 Eugenol Roztwory testowe badane są wraz z próbami bezwonnymi Osoba szkolona musi jednoznacznie zidentyfikować roztwory testowe pośród wszystkich prób

Szkolenie personelu - smak Podczas szkolenia używa się roztworów testowych Związek Stężenie (µg/L) Smak Sacharoza 6 Słodki Chlorek sodu 1.3 Słony Kwas cytrynowy monohydrat 0.4 Kwaśny Kofeina 0.3 Gorzki Roztwory testowe badane są wraz z próbami bezwonnymi Osoba szkolona musi jednoznacznie zidentyfikować roztwory testowe pośród wszystkich prób oraz zidentyfikować charakterystykę smaku

Wnioski Przestrzeganie zaleceń europejskich i krajowych przepisów w sprawie wody przeznaczonej do spożycia w zakresie smaku i zapachu jest kwestą zasadniczą dla utrzymania przez dostawców wody zaufania konsumentów Badanie smaku i zapachu jest trudne i łatwo poddaje się subiektywnej ocenie Metody zmysłowe są nadal „najlepszą dostępną technologią” Technologie bardziej zaawansowane, takie jak chromatografia gazowa lub „elektroniczne nosy i języki” mogą być pomocne, jednak (póki co) nie mogą być używane rutynowo Standaryzacja metod badania smaku i zapachu jest kwestią kluczową!!!