CC BY
32САХАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Ccuoßpaccaxap - /.U лет на о лага страны-! -
УДК 543.06
Аналитические возможности методов определения ксенобиотиков растительного происхождения в сахаристых продуктах
Н.Н. РОЕВА, д-рхим.наук, проф. (E-mail:[email protected]); М.Б. МОЙСЕЯК, канд. техн. наук, доц.; С.А. ЯНКОВСКИЙ, канд. хим. наук, доц.; Д.А. ЗАЙЦЕВ, ст. преп. Московский государственный университет пищевых производств
В круг контаминантов — загрязнителей, применяемых в растениеводстве, входят нитраты, нитриты и нитрозосоединения.
Нитраты сами по себе не обладают выраженной токсичностью. В соответствии с рекомендациями ВОЗ взрослый человек может получать с продуктами питания 300—350 мг нитратов ежедневно и относительно легко переносит дозу 150—200 мг нитратов в сутки. Предельно допустимой дозой считается 500 мг (т.е. в пересчете на нитрат-ион составляет 5 мг/кг массы тела) [1].
Но в больших количествах нитраты оказывают вредное воздействие на живой организм. Например, разовый приём 1—4 г нитратов вызывает у людей острые отравления, а доза 8—14 г может оказаться смертельной. Токсичная концентрация нитратов для взрослого человека 600 мг/сут, а для грудных детей 10 мг/сут [2].
Потенциальная токсичность нитратов, содержащихся в повышенной концентрации в пищевом сырье и продуктах питания, заключается в том, что они в определённых условиях могут окислиться до нитритов, которые обусловливают ядовитое воздействие на организм.
Нитриты представляют собой промежуточные продукты восстановления окислительных форм азота в аммиак и являются токсичными соединениями. Согласно данным ФАО и ВОЗ ДСД нитритов составляет 0,2 мг/кг массы тела, за исключением грудных детей. Острая интоксикация отмечается при одноразовой дозе в 200—300 мг, летальный исход — при 300-2500 мг [1].
Наряду с нитритами ярко выраженной токсичностью обладают нитрозосоединения, которые образуются из нитратов и нитритов в присутствии различных аминов. Эти соединения обладают высокой реакционной способностью, отличаются высокой летучестью, стабильны и способны находиться длительное время в определенной среде без существенных изменений. Наиболее распространены ^нитрозодиметиламин, ^нитрозодипропиламин, ^нитрозопинеридин , ^нитрозопирролидин [3].
№ 3 • 2016 САХАР 47
В зависимости от природы радикала могут образовываться разнообразные нитрозоамины, 80% из которых обладают канцерогенным, мутагенным, тератогенным действием, причём канцерогенное действие этих соединений — определяющее [4].
Уровень содержания нитрозоаминов в сахаристых продуктах — один из важнейших показателей их безопасности.
Безопасная суточная доза низкомолекулярных нитрозоаминов для человека составляет 10 мг/кг в сутки или 5 мг/кг пищевого продукта [5].
Для определения ксенобиотиков растительного происхождения в сахаристых продуктах наиболее широкое применение получили хроматографические, электрохимические, автокаталитические, биологические и хемилюминесцентные методы [4]. Среди этих методов предпочтение отводится в основном электрохимическим (потенциометрическим и вольтамперометриче-ским) методам благодаря простоте их выполнения, доступности аналитического оборудования, достаточно хорошей чувствительности и точности анализа.
Рассмотрим аналитические возможности вышеуказанных методов для определения нитратов, нитритов и нитрозосоединений сахаристых продуктов.
Автокаталитические методы базируются на спек-трофотометрических способах анализа. Выполнение методики спектрофотометрического определения нитратов и нитритов по реакции с сульфаниламидом и ^(1-нафтил)-этилендиамин-дигидрохлоридом можно осуществить как обычным «пробирочным» способом (на одно определение требуется 50 мл пробы, а продолжительность анализа составляет меньше 30 мин), так и в варианте проточно-инжекционного анализа (ПИА) (на одно определение расходуется 30 мкл пробы и затрачивается 20 с).
Для осуществления второго варианта растворы указанных реагентов непрерывно подают насосом с постоянной скоростью в потокораспределительное устройство.
Восстановление нитратов до нитритов осуществляется в колонке, заполненной кадмием. Концентрацию нитрат- и нитрит-ионов оценивают по высоте
\ MHTEPnPDMD
* ТЕХНОЛОГИ/! ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
САХАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Сш^россахар - 20 лет на $лаш страны-!
пиков оптической плотности при X = 540 нм с использованием градуировочных графиков. Пределы обнаружения нитрат-ионов — 0,01—15,0 мг/л; нитрит-ионов — 0,01—3,2 мг/л, производительность системы — 30, 40 и 180 определений в час соответственно.
Автоматизированный вариант спектрофотометри-ческих определений нитратов и нитритов, осуществляемый проточно-инжекционным способом, является чувствительным и точным, отличается высокой скоростью анализа, производительностью и малым расходом проб [3].
Среди хроматографических методов для определения нитратов наиболее широко применяются методы газожидкостной, ионной, газовой и тонкослойной хроматографии [4].
Сущность метода газожидкостной хроматографии, применяемого для определения нитратов, заключается в нитровании органических соединений ароматического ряда: бензола и его производных, ксиленолов, диметилфенола и т.д. в присутствии серной кислоты; разделении их с помощью колонки, заполненной специальными сорбентами; испарении и количественном определении нитропроизводных пламенно-ионизационными детекторами (ПИД) или детекторами электронного захвата. Нутриент-ным веществом в методе является толуол. Экстракты осветляют реактивами Карреза. Мешающее действие хлоридов устраняют сернокислым серебром, вводя его суспензию в концентрированную Н^04. Относительная погрешность метода ниже 10%.
Газохроматографический метод определения нитратов, выгодно отличаясь от метода газожидкостной хроматографии высокой чувствительностью и достаточной точностью, не лишен недостатков, основным из которых является влияние на результаты анализа сопутствующих веществ [4].
Более современным методом является метод ионной хроматографии — вариант ионообменной хроматографии, включающий ионообменное разделение ионов и определение их концентрации. Ему присущи такие особенности, как применение колонок с очень малым диаметром (3—6 мм), использование для разделения ионов поверхностно-слойных сорбентов с небольшим диаметром частиц (20—50 мкм), повышение скорости потока жидкости через колонку с помощью насоса, использование высокочувствительных детекторов с автоматической записью сигнала, пропорционального концентрации разделенных ионов. В качестве сорбентов используют макропористые ионообменные смолы, созданные путём химического введения в структуру функциональных групп.
Метод ионной хроматографии предусматривает перевод пробы в растворённое состояние и последующее фотометрическое детектирование ионов
в элюенте при X, равном 200—210 нм. Подвижная фаза представлена смесью растворов 0,04 М №СЮ4 и 0,005 М Н3Р04. Хроматографическое разделение проводят при рН = 2,2 с целью уменьшения степени диссоциации слабых органических кислот, мешающих определению. Метод достаточно чувствителен и достоверен, экспрессен, даёт сопоставимые результаты с фотометрическим методом определения нитратов.
Метод ионной хромотографии позволяет также производить прямое определение нитрат-ионов в водных вытяжках растительных объектов.
В последнее время для разделения нитрат- и нитрит-ионов в сахаристых продуктах предложен новый вариант ионной хроматографии, называемой хроматографией с обращением ионов, при котором в качестве сорбента применяют неполярный сополимер полистирола и дивинилбензола, а в качестве противоиона — один из катионов четвертичных аммониевых оснований — R и Н+. Для этих целей может быть взят, например, тетрапентиламмоний бромид в водном растворе ацетонитрила, которые превращают в другие анионные формы путём анионного обмена.
Метод ионной хроматографии достаточно чувствительный, точный и быстрый. Несомненно, он является перспективным для определения нитратов и нитритов в сахаристых продуктах, однако требует использования сложного и дорогостоящего аппаратурного оборудования.
Тонкослойная хроматография является достаточно простым и распространённым методом определения нитратов в сахаристых продуктах.
Сущность метода состоит в визуальной полуколичественной оценке содержания нитрат-ионов на основании сравнения образующихся на тонкослойной хроматограмме окрашенных дифениламином зон ионов N0^ со шкалой растворов сравнения, полученных в идентичных условиях.
Хроматографирование проводят восходящим методом в камерах, насыщенных смесью (10:1) ацетона и воды (подвижная фаза). Вначале разгоняют пробу. После высушивания хроматограммы наносят в те же точки стандартные растворы, и процедуру повторяют. Проявление ионов N03- и N0^ проводят 0,5%-м раствором дифениламина в концентрированной Н^04. Метод может быть использован для анализа всех видов продуктов растительного происхождения, в том числе тех, сок которых окрашен, так как окрашивающие вещества отделяются от зоны сорбции нитрат-ионов в процессе хроматографирования. Нижний предел обнаружения нитрат-ионов в пробе — 0,1 мкг в зоне. На определение 6 проб требуется 30 мин. Следует отметить, что результаты определения нитратов данным методом хорошо совпадают с результатами, полученными методом ионной хроматографии.
\ ИНТЕРПРПМО
* ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОГО ДДВГЕНИЯ
48 САХАР № 3 • 2016
Сша^россахар - 20 лет на iuaia страны-!
САХАРНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Из электрохимических методов предпочтение отдаётся потенциометрическому и вольтамперометри-ческому методам.
Потенциометрический способ определения нитратов и нитритов основан на измерении потенциала, возникающего на мембране ионоселективного электрода при погружении последнего в раствор, содержащий нитрат. Метод привлекает простотой, быстротой выполнения, возможностью вести определение в мутных и окрашенных средах. Он достаточно хорошо изучен, экспериментально обработан и обеспечен аппаратурой. Чувствительность и избирательность метода зависят от свойств селективного электрода и обусловлены свойствами его мембраны. Наиболее известен электрод с жидкой мембраной, представляющей собой раствор ионных или нейтральных соединений в органическом растворе. Носителем может быть инертный полимер, в частности, поливинилхлорид. Находящийся в мембране жидкий ионообменник обеспечивает отклик электрода на определенный ион.
Наиболее перспективны электроды на основе сте-арата Fe (II и III), так как стеарат Fe «работает» в наиболее широком концентрационном интервале и наименее подвержен мешающему влиянию хлорид-ионов.
Существуют также плёночные электроды, в которых роль растворителя выполняют пластификаторы, чаще всего это эфиры фталевой кислоты. К таким электродам относят нитрат-селективные электроды, разработанные в ЛГУ и серийно выпускаемые в нашей стране.
Мембранные электроды не обладают идеальной селективностью. Если в анализируемой смеси посторонние ионы содержатся в концентрациях, превышающих предел селективности электрода, появляется систематическая ошибка определения. Устранить можно введением поправки, учитывающей коэффициент селективности ионов, вычисляемых по методу ИФАК или по методу добавок.
Известно, что в сахаристых продуктах содержится ряд веществ, способных изменить потенциал мембраноселективного электрода и привести к искажению результатов анализа. Их мешающее влияние обусловливается либо низкой селективностью мембраны, либо способностью взаимодействовать с электродноактивным материалом мембраны, меняющим их химический состав.
Вольтамперметрический метод основан на полярографическом восстановлении 4-нитро-2,6-кси-ленола. Данный метод характеризуется экспрес-сностью. Предельный ток пропорционален концентрации нитрата в интервале 2 х 105 — 1 х 10—3 М. Хлориды мешают определению. Влияние кислорода существенно только при низких концентрациях нитратов.
Разработан косвенный полярографический метод определения микроколичеств нитритов, используемый для анализа сахаристых продуктов. Он основан на нитрозировании в среде разбавленной солёной кислоты нового реагента — монобензилсульфанило-вой кислоты (МБСК).
Образующееся нитрозосоединение восстанавливается на ртутном капающем электроде и даёт хорошо выраженную волну с Е1/2 = —0,63 В. Высота волны пропорциональна концентрации нитритов в интервале 10—6—10—4 М и не зависит от избытка реагента. Предел обнаружения нитрит-иона составляет 0,1 мг/кг.
Среди методов определения нитратов и нитритов, разработанных в последнее десятилетие, обращают на себя внимание хемилюминесцентный метод. Он основан на восстановлении в слабокислой среде нитрат- и нитрит-ионов до оксида азота. Введение последнего в экзометрическую реакцию с озоном сопровождается свечением:
NO + O3 = NO2* + O2 NO2* = NO2 + hv
Хемилюминесценция — один из наиболее чувствительных и избирательных методов определения нитратов и нитритов. Наряду с этим он отличается высокой точностью и воспроизводимостью результатов. К достоинствам метода следует также отнести экспрессность и невысокую трудоёмкость, а к недостаткам — высокую стоимость и ограниченные возможности хемилюминесцентного детектора.
Представляет интерес новый метод определения нитратов в продуктах растительного происхождения, основанный на восстановлении их в нитриты при помощи фермента нитрат-редуктазы, продуцируемой бактерией Escherichia, с последующим фотометрическим определением нитрита с помощью реактива Грисса.
Экстракция нитратов из растительного материала производится насыщенным раствором CaSO4. К экстракту добавляют фосфатный буферный раствор (pH = 7), краситель метилфиолетовый и свежеприготовленный раствор фермента. Раствор термостати-руют, добавляют Na2S2O7 и NaHCO3, выдерживают в течение часа, перемешивают до исчезновения окраски, добавляют реактив Грисса и фотометрируют при 1 = 540 нм. Метод пригоден для определения нитратов в концентрации от 0,25 до 2,5 мг/кг.
Подготовка проб растениеводческой продукции сводится к её измельчению, прессованию и центрифугированию. Аликвоту прозрачных экстрактов испытуемых образцов добавляют к раствору реагентов, буфер NaOH и нитрат-редуктазу, выдерживают 20 мин, добавляют цветообразующие реагенты и через О
№ 3 • 2016 САХАР 49
\ MHTEPnPDMD
* ТЕХНОЛОГИ/! ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
CûKfipoccaxap - 20 лет на iuaia страны-!
^ AgnTecno
Сделано в Испании
Специализированное удобрение с биостимулирующим эффектом для сахарной свеклы
состав разработан с учетом потребностей сахарной свеклы в основных элементах питания;
улучшает вегетативное развитие растений;
увеличивает размер корнеплодов и содержание сахара;
увеличивает устойчивость и способность к восстановлению после стрессов;
нейтрализует негативное действие гербицидов на свеклу;
повышает эффективность гербицидных и фунгицидных обработок;
повышает продуктивность сельскохозяйственных культур;
улучшает качественные характеристики урожая.
АГР^ЛИГА® РОССИИ
УСПЕХ ВЫРАСТИМ ВМЕСТЕ
Москва: (495) 937-32-75, 937-32-96 Белгород: (4722) 32-34-26, 35-37-45 Воронеж: (473) 226-56-39, 260-40-09 Краснодар: (861)237-38-85 Курск: (4712) 52-07-87, 54-92-05
Эксклюзивный дистрибьютор в России
[email protected] www.agroliga.ru
Липецк: (4742) 72-41-56, 27-30-42 Орел: (915) 514-00-54 Пенза: (8412) 45-04-68, 53-53-37 Ростов-на-Дону: (863) 264-30-34, 264-36-72 Рязань: (915) 610-01-54
Ставрополь: (8652) 28-34-73 Тамбов: (4752) 45-59-15 Тула: (919) 074-02-11 Ульяновск: (937) 431-85-95 Уфа: (917) 777-17-70
О 5 мин измеряют оптическую плотность раствора при 1 = 525 нм. Мешающее влияние оказывают ионы Mn, Zn, Hg, цианиды и азиды.
Список литературы
1. Роева Н.Н. Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания: учебное пособие / Н.Н. Роева. — СПб.: Троицкий мост, — 2010. — 256 с.
2. Еделев Д.А. Нитраты как контаминанты — загрязнители растительного происхождения и их специфические особенности /Д.А. Еделев [и др.] // Проблемы региональной экологии. — 2014. — № 1. — С. 128-130.
3. Еделев Д.А. Современное состояние методов определения контаминантов растительного происхождения в исходном сырье и продуктов питания / Д.А. Еделев [и др.] // Экология урбанизированных территорий. - 2014. - № 2.- С.72-75.
4. Поздняковский В.М. Гигиенические основы питания, безопасность и экспертиза продовольственных товаров / В.М. Поздняковский. — Новосибирск: Изд-во Новосибирского университета, — 1999. — 448 с.
Аннотация: В статье описаны методы определения ксенобиотиков растительного происхождения в сахаристых продуктах, наиболее широко применяемые в аналитической практике, и оценены их возможности с позиций чувствительности, точности, воспроизводимости и простоты выполнения анализа.
Ключевые слова: сахаристые продукты, ксенобиотики, анализ, предел обнаружения, точность, чувствительность. Summary. The paper describes most widely applicable in analytical practices methods defining xenobiotics of phytogenic origin in sugar-containing products. Analysis of sensibility, accuracy, reproducibility and simplicity of the methods is done. Keywords: sugar-containing products, xenobiotics, analysis, detection limit, accuracy, sensibility.
\ ИНТЕРПРПМО
* ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОГО ДДВГЕНИЯ
50 САХАР № 3 • 2016
