CC BY
14
УДК 543.219.3
О.В. СКРОПИШЕВА, В.П. ГН1ДЕЦЬ
Херсонський нацюнальний техшчний ушверситет
ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДУ М1КРОКРИСТАЛОСКОП1ЧНОГО АНАЛ1ЗУ ДЛЯ 1ДЕНТИФ1КАЦ11 ХАРЧОВИХ ТА ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ДОБАВОК У
ХАРЧОВИХ ПРОДУКТАХ
Розглянута можливгсть використання методу м1крокристалоскоп1чного анализу для 1дентиф1каци харчових та технологгчних добавок у харчових продуктах. Проанал1зоват переваги i недолжи цього методу. Проведено iдентифiкацiю ряду речовин, як використовують в харчовт промисловостi.
Ключовi слова: мжрокристалоскотчний анал1з, мiкрокристалоскопiчнi реакцИ, кристали.
Е.В. СКРОПЫШЕВА, В.П. ГНИДЕЦ
Херсонский национальный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА МИКРОКРИСТАЛЛОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПИЩЕВЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДОБАВОК В ПИЩЕВЫХ
ПРОДУКТАХ
Рассмотрена возможность использования микрокристаллоскопического анализа для идентификации пищевых и технологических добавок в пищевых продуктах. Проанализированы преимущества и недостатки этого метода. Проведена идентификация ряда веществ, используемых в пищевой промышленности.
Ключевые слова: микрокристаллоскопический анализ, микрокристаллоскопические реакции, кристаллы.
E.V. SKROPySHEVA, V.P. HNIDETS
Kherson National Technical University
USING METHOD MICROCRYSTALLINE ANALYSIS FOR IDENTIFICATION OF FOOD AND
TECHNOLOGICAL SUPPLEMENTS IN FOOD
The possibility of using mikrokristalline analysis for identification of certain hazardous substances in food. The advantages and disadvantages of this method. Identification of a number of substances used in the food industry.
Keywords: mikrokristalline analiz, mikrokristalline reaction, crystals.
Постановка проблеми
Проблема негативного впливу харчових добавок на здоров'я людини у сучасних умовах стае дуже актуальною. Причинами li загострення е штенсивний розвиток промисловосп, х1м1защя сшьського господарства та негативш поб1чш наслщки розвитку цившзацп.
Високу яшсть i безпеку харчових продукпв може i повинна забезпечити добре оргашзована система контролю за яшстю продовольчо! сировини i технолопчних процеав И переробки у продукцш харчово! промисловосп. Така система забезпечуе недопущення до переробки забруднено! сшьськогосподарсько! сировини або вилучення небезпечних хiмiчних речовин i сполук пiд час li технолопчно! переробки, i в результатi забезпечення заданого рiвня безпеки продуктiв харчування.
Небезпеку створюють токсичнi речовини i патогеннi мiкроорганiзми. До них належать не тшьки важк1 метали, радюнуклщи, пестициди, нiтрозамiни, мiкотоксини але й iншi хiмiчнi сполуки, на перший погляд безпечнi, число яких постшно збiльшуеться. Тому iнформацiя про вмют шк1дливих речовин у харчових продуктах мае велике значення i одним з методiв визначення таких речовин маже бути метод мшрокристалоскошчного аналiзу.
Аналiз останшх досл1джень i публшацш
Укра!на, як i iншi держави свгту, придiляе велику увагу безпещ харчування населення. 3 урахуванням мiжнародного досввду екологй' харчування в Укршн прийнято цiлу низку нормативних докуменпв щодо забезпечення безпеки харчових продукпв.
Закон Укра!ни «Про захист прав споживачiв» регулюе ввдносини мiж споживачами товарiв (робiт послуг) i виконавцями: виробниками та продавцями. Цим законом встановлюеться право споживача на безпеку товарiв (робiт послуг).
У Закон Укра!ни «Про забезпечення сатгарного та епiдемiчного благополуччя населення» визначаються вимоги безпеки для здоров'я i життя населения, в тому числ! до продовольчо! сировини i продуктiв харчування, умов !х транспортування, зберiгання та реал1зацп. Цей закон зобов'язуе у державних стандартах та шших нормативно технiчних документах на вироби, сировину та технологи мати вимоги безпеки для здоров'я i життя населення.
Декрети та Постанови Кабшету Мiнiстрiв Укра!ни «Про стандартизацш i сертифжацш», «Про порядок заняття торгiвельною дiяльнiстю i правила торговельного обслуговування населення», накази мшютерств та вiдомств, державнi стандарти Украши щодо системи сертифжацп УкрСЕПРО, СанШНи, як1 затвердженi Головним державним саштарним лiкарем, Правила i нормативи, як затвердженi Головним ветеринарним л1карем, й таке шше встановлюють конкретнi засоби щодо забезпечення безпеки харчових продукпв в Укра!ш. Комплексною системою щодо забезпечення безпечносп харчових продуктiв «вщ ниви до столу» е система НАССР, яка передбачае систему контролю за рiвнем критерив ризику.
Мiжиароднi стандарти серп 180 9000, яш визначають заходи щодо управлiния яшстю продукцп (товарiв, послуг) мiстять вимоги до забезпечення !! безпеки.[1]
Враховуючи той факт, що екологiчнi умови в свт погiршуються необх1дно звернути особливу увагу на розробку достатньо простих i ефективних способiв визначення i зниження вмiсту накопичених забруднювачiв у продовольчiй сировинi у технолопчному процесi И переробки, оск1льки яшсть продовольчо! сировини i харчових продукпв у першу чергу визначаеться !х безпекою.
Забезпечення безпеки повинно вщбуватися у рiзних напрямках i одним з найважливших з них е удосконалення методолопчно! бази по виявленню щентифжацп i к1льк1сного визначення контамшанпв !ж1, виявлення фальсифжацп харчових продукпв.
Таким сучасним методом анал1зу сировини та готово! продукци е мжрокристалоскошчний метод
анал1зу.
Мiкрокристалоскопiчний анал1з засновано на визначенш речовин за формою, розмiрами та забарвленням !х кристалiв. В бiльшостi випадкiв для щентифжаци хiмiчних сполук за допомогою мжрокристалоскошчного методу визначають форму i забарвлення не самих досл1джуваних речовин, а кристалiчних продуктiв, як1 утворюються при взаемоди цих сполук з вщповвдними реактивами. Свое наукове обгрунтування мжрокристалоскотчний метод аналiзу отримав в роботах £.С. Федорова та iнших вчених.
Мжрокристалоскошчний метод анал1зу мае ряд вагомих переваг. По-перше, для анал1зу за допомогою цього методу потрiбнi невелик! кiлькостi дослвджуваних речовин i вказаний метод може бути використаний для визначення токсичних речовин, робота з великими кшькостями яких небезпечна. Кр!м того, при визначеннi х1м!чних сполук за допомогою цього методу у бшьшосп випадк1в виключае так гром!здк1 операцi!, як фiльтрувания, випаровування, прожарюваиия i т.п.
Мiкрокристалоскопiчнi реакцп виконують на предметному скл1, на яке наносять розчини дослвджуваних речовин, додають до них вщповщт реактиви, а попм тд мшроскопом спостер^ають форму i забарвлення кристалiв, яш утворились.
Кристали, як1 утворились при взаемоди досл1джуваних речовин з вщповвдними реактивами, повинт мати необхiднi розм!ри i форму, характерну для продукту взаемоди ще! сполуки з реактивом. Кристали, яш утворились, повинт бути вщносно великими (20-50 мк). Форма ! гран! !х повинт бути видт щд мжроскопом при малому збшьшент (60-100 раз!в). Б!льш др!бт кристали (2-20 мк) можливо роздивитися пльки при зб!льшент у 150-250 раз!в. При визначент форми кристал1в тд мшроскопом зазвичай використовують збшьшення в 30-80 раз!в.
Надзвичайно важливими при мшрокристалоскошчному метод! анал1зу е умови утворення кристал!в, оск1льки форма ! розм!ри кристал!в залежать саме вщ умов росту.
Найчастше кристали зустр!чаються у вигляд! симетричних багатограннишв. По ступеню симетрп розр!зняють 32 класи кристал1в, як1 належать до 7 кристал!чних систем, або сингонш: триклинно!, монокл1нно!, ромб!чно!, тетрагонально! (квадратно!), тригонально!, гексагонально! ! куб!чно!. [2]
Слад вщзначити, що б!льшють кристал1в, отриманих в лаборатор1ях (в тому числ1 ! при мжрокристалоскошчний дослвдженнях), не повшстю збериають ва особливосп кристал1чно! структури. Тому розр!зняють щеальт ! реальт кристали.
1деальними вважаються кристали, в яких весь проспр представляе собою едину решггку з тотожними елементарними ком!рками.
Реальт кристали, на в1дм!ну вщ вдеальних, мають ряд дефекпв (порушення перюдично! структури кристал!чно! решггки). В реальних кристалах досить часто зустр!чаеться так звана моза!чна структура. Це сввдчить, що кристал1чна решггка не едина, а складаеться з окремих блоков ! може мати пустоти в окремих вузлах. Велик! реальт кристали не завжди однорвдт, деяш з них складаються з багатьох др!бних кристал!в, що зрослись мгж собою. Реальш кристали можуть мати ! деяш шш! дефекти.
Довгий час речовини дшили на кристалiчнi i аморфш. Згодом було встановлено, що в залежносп вiд умов утворення одну й ту саму речовину можна отримати в кристалiчному i в аморфному сташ. Так, наприклад, сульфат барш з водяних розчинiв випадае у виглядi кристалiчного осаду, а з 30 - 60 % -вих спиртових розчишв - у виглядi аморфного осаду. У виглядi кристалiв отримано ряд речовин, якi рашше вважалися типовими аморфними сполуками: бшки, каучук i т.п. За допомогою рентгеноструктурного аналiзу в бiльшостi так званих аморфних осадiв доказано наявшсть кристaлiчноl решiтки.
Кристалiчний стан речовин е найрозповсюджешшим в оточуючому нас свт. Кристали утворюються при переходi з рiдкого або газоподiбного стану в твердий, при охолодженш розчишв, при сублiмaцil i т.п.
При використанш мiкрокристалоскопiчного методу аналiзу кристалiчнi осади здебiльше отримують додаванням реактивiв до розчинiв дослвджуваних речовин. В залежносп вiд умов кристалiзацil можуть утворюватись кристали рiзних розмiрiв.
Процес кристалiзацil проходить у два етапи: спочатку утворюються дуже дрiбнi центри кристалiзацil, здатнi до подальшого росту, а попм вде утворення дрiбних кристалiв за рахунок iонiв або молекул дано! речовини, що знаходяться в розчит. Для утворення крупно-кристалiчного осаду необхщно, щоб перша стадiя (утворення зародк1в кристалiв) протiкала вщносно повiльно. При цих умовах утворюеться менше центрiв кристaлiзaцil, але б№ше речовини вiдкладаеться на поверхнi зародку i утворюються бiльшi кристали.
Для отримання крупнокристалiчного осаду, осадження проводять з гарячих розбавлених розчинiв розчинами реактивiв. Краплi розчинiв дослщжувано1 речовини i реактиву слiд наносити на предметне скло поряд друг з другом, а попм поеднувати !х за допомогою гостро1 скляно1 палички.
При змiшуваннi концентрованих розчинiв дослвджуваних речовин з концентрованими розчинами реактивiв утворюються нехарактернi для дано1 речовини дрiбнi кристали. [3]
В мшрокристалоскошчному аналiзi концентрацiя речовини може змiнюватись при випаровуваннi краплi рiдини, нанесено1 на предметне скло. Причому, по краях краплi рiдина випаровуеться швидше, н1ж у центрi, тому i утворення кристалiв починаеться з перифери, а не з центру крапли Випаровування рвдини призводить не тшьки до змiни концентраци дослщжувано1 речовини, але й до зб№шення концентраци реактиву, який може теж випадати у виглядi кристалiв, як1 заважатимуть визначенню основно1речовини.
У тих випадках, коли реакцiя мiж дослщжуваною речовиною i реактивом протiкае пов№но i рiдина на предметному скт випаровуеться значною мiрою, скло вносять у вологу камеру, в якосп яко1 може використовуватись чашка Петр^ в яку помiщають вологий фшьтрувальний папiр.
Форма кристалiв залежить ввд умов !х росту, природи речовини, температури, при як1й проходить кристалiзацiя, наявностi домiшок в дослiджуваних розчинах, розчиннишв з яких кристалiзуеться речовина, розташування кристалу пiд час росту i т.п.
Особливо сильно впливають на форму кристалiв домiшки, що знаходяться в дослвджуваному розчинi i в розчинi реактиву. Домiшки або адсорбуються на поверхнi, або потрапляють всередину кристалу i в обох випадках може змiнюватись форма кристалу.
Не менш важливим е положення кристалу в рщиш щд час росту. Кристал, що «плавае» в рщиш, росте в усi боки, а якщо вiн щд час росту торкаеться з поверхнею предметного скла, то вiн росте лише в сторони i вгору i це може викликати деформацiю кристалу. Для уникнення деформацп ряд авторiв рекомендуе метод, згiдно якому реакцш отримання кристалiв проводять у висячш краплi.
Основним недолiком мiкрокристалоскопiчного методу аналiзу е iмовiрнiсть виникнення похибок при дослщженш речовин, здатних знаходитись у дешлькох полiморфних модифiкацiях, то б то можуть утворювати рiзнi по симетри i по геометричнш формi кристали. [3-5]
Як вiдмiчав Г.Б.Бокий [5], явище полiморфiзму надзвичайно розповсюджене. Майже всi речовини при певних умовах можуть бути отримаш у рiзних полiморфних модифiкацiях. Полiморфiзм простих речовин (вуглецю, сiрки, фосфору та ш.) називають алотропiею. Полiморфiзм зумовлений змiною температури (в рядi випадк1в змiною температури i тиску) в процесi кристалiзацil i во полiморфнi модифжаци мають температурнi штервали свого iснування. Так нiтрат амонш мае 4 полiморфних модифжаци: в межах температури ввд 18 до 32 °С утворюеться в - ромбiчна модифiкацiя, в1д 32 до 84 °С - а- ромбiчнa, вiд 84 до 125 °С - тригональна, вище 125 °С - кубiчна. В1домо, що кристали хлориду амошю можуть iснувaти у виглядi двох полiморфних модифiкaцil. Для сульфщу цинку в1домо 5 модифжацш, для йодиду кaдмiю - 3, для йодиду срiблa - 4 и т. д. Описаш полiморфнi модифiкaцil оксиду кремшю, карбонату кaльцiю та iн. Гадамер наводить опис полiморфних модифiкaцiй б№шосп бaрбiтурaтiв и ряду iнших речовин, яш використовуються в медицинi.
Деяш полiморфнi модифiкaцil зi змiною температури легко переходять в iншi, однак для деяких полiморфних модифiкaцiй таю переходи здшснюються доволi складно. Причому, при полiморфних перетвореннях в тш чи iншiй мiрi змiнюеться тип хiмiчного зв'язку в кристaлi, рiзко змiнюються кути кристaлiв i !х фiзико-хiмiчнi влaстивостi. Полiморфiзм може бути причиною змш оптичних властивостей
(кристалооптичних констант) кристалiв. В лiтературi е вiдомостi про кристалооптичш константи полiморфних модифiкацiй деяких речовин. Зпдно цих даних, кристалооптичнi константи (великий, середнш i малий показники переломлення, двупроменепереломлення) рiзних полiморфних модифжацш дано! речовини неоднаковi.
Тому, як тдкреслюе К.П. Стюарт, А. Стольман, Е.Г. Кларк та iншi автори, мiкрокристалоскопiчнi реакцп слiд виконувати тсля того, як наявнiсть дослвджувано! речовини в проб1 встановлено iншими реакщями i методами. Крiм того, видшеш з бiологiчного матерiалу речовини, що п1длягають дослiдженню за допомогою повинш бути добре очищенi вiд домшок.
Виконання контрольних дослiдiв деякою мiрою виключае можливiсть похибки при ощнщ мiкрокристалоскопiчних реакцiй. З цiею метою на одне предметне скло наносять краплю дослвджуваного розчину, а на шше краплю розчину чистого препарату, додають вiдповiдний реактив i порiвнюють форму кристалiв, що утворились на обох скельцях.
Незважаючи на ва переваги мiкрокристалоскопiчного методу аналiзу, вш мае i ряд недолiкiв. Основний з них полягае в тому, що при виконанш мшрокристалоскотчних реакцш в рядi випадкiв досить важко отримати кристали строго визначено! фори, яка залежить вiд багатьох факторiв (концентрацп дослщжувано! речовини, об'ему i концентрацп реактиву, наявностi домiшок, природи розчинника, умов кристалiзацil, швидкостi утворення кристалiв, швидкостi випаровування рiдини на предметному скт, рН середовища, температури, положения кристалiв пiд час росту, полiморфiзму та Ш.).
Крiм того, ввдсутшсть науково-обгрунтовано! номенклатури форм кристалiв, що утворюються при мiкрокристалоскопiчних реакщях, е перепоною для широкого використання цього метода в аналiзi. 1юда одну i ту саму форму кристалiв рiзнi автори називають по^зному. У рядi випадк1в в хiмiко-токсикологiчному аналiзi для характеристики зовшшньо! форми кристалiв використовують термiни, яш мають мало спiльного з термшами, як1 використовують в кристалографп. Так, наприклад, в мiкрокристалоскопiчном аналiзi для опису iнодi використовують термiни: зростки кристалiв у вигляд1 птах1в, що летять, кристали у формi дубового листя, кристали рисоподiбноl форми, чечевицеподiбнi кристали i т.п. Цi обставини е причиною зниження специфiчностi м^окристалоскотчних реакцiй.
Формулювання мети дослiджень
Оскшьки мiкрокристалоскопiчний метод аналiзу мае ряд вагомих переваг, таких як: швидшсть, безпечшсть i невелика вартiсть, можна припустити, що вiн може бути ефективним для вдентифшацп харчових добавок у харчових продуктах. Тому метою роботи була щентифжащя речовин широко використовуваних при виготовленш харчових продукпв.
Викладення основного матер1алу досл1джень
У данш науково-дослiднiй роботi дослiджували вплив умов формування кристалiв найбiльш широковживаних харчових добавок на !х форму. Формування кристалiв здiйснювалось за умов висушування в сушильнiй шафi при температурi 40 0С. За допомогою мжроскопа М1М-10, п1дключеного до ПК, що дае змогу спостертати рельефне зображення поверхнi дослiджуваного матерiалу, були отримаш мiкрофотографil кристалiв зi збтшенням 200, 500, 800, 1250 разiв.
На рисунках 1-3 наведенi мжрофотографп кристалiв галунiв i сечовини.
Рис. 1. Алюмокалшш галуни Рис. 2. За. мзоамоиший галуни Рис. 3. Сечовина
Як видно на рисунках алюмокалшш галуни з водяних розчинiв кристалiзуються у вигляд1 шестигранников, а залiзоамонiйнi - у виглядi подовжених друз. Сечовина кристалiзуеться у вигляд1 заокруглених голок.
На рисунках 4-7 наведеш мiкрофотографil кристалiв солей металiв та нитрату амоню.
Як бачимо, в звичайних умовах хлорид натрш кристалiзуеться у формi октаедрiв (восьмиграннiков). Для хлориду амонш характернi кристали рисоподiбноl форми, а нират амон1ю мае кристали в формi кленового листа, сульфiд цинку кристалiзуеться у виглядi трикутних сот.
Рис. 4. Хлорид натрто Рис. 5. Хлорид амошю Рис. 6. Штрат амошю Рис.7. Сульфщ цинку
Не менш характерними е кристали iнших широковживаних харчових добавок, наведеш на рисунках 8-15.
Рис. 8. Вашлии
Рис. 9. Сахарин
Рис.10. Са
Рис. 11. Фруктоза
Рис. 12. Аскорбшова кислота
Рис. 13. Виииа кислота
Рис. 14. Цитратиа кислота
Рис. 15. Оцтова кислота
Висновки
Мжрокристалоскошя - досить молодий роздш токсиколопчно! ими, але вш швидко розвиваеться. На практицi мiкрокристалоскопiя зручна тим, що дозволяе швидко визначати дуже незначнi кiлькостi речовини в розчиш.
Але, обмежене число форм кристалiв, яш утворюються при мшрокристалоскошчних реакцiях, i велика кшьшсть речовин, яш можна визначати за допомогою цих реакцш, приводять до того, що одну й ту саму форму можуть мати кристали дешлькох речовин.
Приймаючи до уваги вище наведене, виконання мiкрокристалоскопiчний реакцiй повинна проводити особа, яка мае вщповщну пiдготовку i певний досвiт роботи в цш галузi аналiзу.
Список використаноТ лiтератури
1. Дуб1н1на А. А. Токсичш речовини у харчових продуктах та методи 1х визначення: Пiдручник. / А. А. Дубшша, Л.П. Малюк, Г.А. Селютiна та in. — К.: ВД «Професюнал», 2007. — 384 с.
2. Wikipedia.org .
3. Золотов Ю. А. Основы аналитической химии. - М.: Высшая школа, 2001. - 495 с.
4. Урусов В.С., Еремин Н.Н. Кристаллохимия. Краткий курс. - М.: Изд-во МГУ, 2010. -258 с.
5. Бокий Г.Б. Кристаллохимия - М.: Наука, 1971. - 237 с.
