CC BY
8
УДК 664:543 Табл. 4. Ил. 1. Библ. 10.
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ПАУ в МЯСНОЙ ПРОДУКЦИИ
Куликовский А.В.1, канд. техн. наук, Иванкин А.Н.1, доктор хим. наук, Вострикова Н.Л.1, канд. техн. наук, Горлов И.Ф.2, академик РАН
1 ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова»
2 ФГБНУ «Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной продукции»
Ключевые слова: полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), ВЭЖХ — МС/МС, канцерогены
Реферат
Проведенные исследования позволили разработать селективную и чувствительную методику определения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Установлены зависимости содержания ПАУ в копченых мясных продуктах от рецептуры, упаковочного материала, технологии производства и копчения, а также выявлены индикаторы присутствия ПАУ в копченой мясной продукции. Анализ количественного содержания ПАУ показал, что наиболее часто обнаруживаемыми были 8 ПАУ, а именно бенз[а]пирен, бенз[а]антрацен, бензо[Ь]флуорантен, бензоШфлуо-рантен, бензо[дД/]перилен, хризен, дибенз[о,Ь]антрацен и инденоП,2,3-с,С]пирен. Суммарное процентное содержание вышеперечисленных 8 ПАУ составляло в среднем более 75 % от общего количества ПАУ. Проведенные исследования по определению профиля ПАУ, позволили рассчитать суммарную канцерогенную опасность пищевого продукта.
comprehensive assessment of the pah content in meat products
Kulikovskii A.V.\ Ivankin A.N.1, Vostrikova N.L.1, Gorlov I.F.2
1 The V.M. Gorbatov All-Russian Meat Research Institute
2 Volga Region Research Institute of Manufacture and Processing of Meat-and-Milk Production
Key words: Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), HPLC — MS / MS, carcinogens
Summary
The conducted researches allowed to develop a selective and sensitive method for determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). The dependence of the PAH content in smoked meat products on the formulation, packaging material, production technology and smoking has been established, and indicators of the presence of PAH in smoked meat products have been identified. Analysis of the quantitative content of PAH showed that the most frequently detected were 8 PAHs, namely benz[o]pyrene, benz[o]anthracene, benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluo-ranthene, benzo[g,h,i]perylene, chrysene, dibenz[o,h]an-thracene and indeno[1,2,3-c,d]pyrene. The total percentage of the above 8 PAHs averaged more than 75 % of the total amount of PAHs. The conducted studies to determine the profile of PAH, allowed to calculate the total carcinogenic risk of the food product.
Введение
Коптильный дым возникает в процессе пиролиза древесины. Положительными эффектами коптильных веществ являются бактерицидный, антиокислительный и антипротеолитический эффекты. Ан-тиоксидативное действие коптильного дыма обуславливается имеющимися в нем фенолами. Образование цвета происходит вследствие реакции карбонилов и аминовых соединений и фиксирование цвета кислотами. Альдегиды связывают пептидные цепи между собой и обеспечивают отвердевание естественной оболочки. Характерный запах копченостей обуславливают отдельные фракции фенолов, обладающие приятными оттенками аромата и некоторые альдегиды и кетоны типа фурфурола, ванилина, диацетила. Однако копчение продуктов питания сопровождается образованием канцерогенных компонентов дыма, а именно полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) [1].
В настоящее время большинство существующих методик определения и бенз(а)пирена, и других ПАУ, в пищевых продуктах, базируется на методе ВЭЖХ с флуоресцентным детектором [3, 4, 5]. Чувствительность флуоресцентного детектора позволяет идентифицировать следовые количества ПАУ, однако при извлечении ПАУ из сложных матриц, таких как пищевые продукты, готовые пробы могут содержать посторонние органические примеси, и могут возникать ошибки, вследствие присутствия веществ, дающих перекрестные сигналы. В последнее десятилетие особенно ак-
тивно развивается и внедряется в практику аналитических лабораторий метод газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС). Применительно к ПАУ идентификация по библиотечным масс-спектрам не исключает возможность ошибки. Так как масс-спектры таких веществ, как бензо(Ь)флуорантен, бензо(к)флуоран-тен, а также бенз(а)пирен, практически идентичны, несмотря на то, что соединения принципиально отличаются строением. Свой вклад в ошибку идентификации вносит низкая селективность разделения некоторых пар ПАУ. Возможности разделения, однозначность качественного анализа делает оптимальной техникой для исследования ПАУ метод высокоэффективной жидкостной масс-спек-трометрии (ВЭЖХ-МС/МС). Основной сложностью определения ПАУ методом ВЭЖХ-МС/МС, стал метод ионизации. Оптимизация методологии исследования ПАУ позволит повысить эффективность системы контроля безопасности пищи.
Несмотря на известную канцерогенную активность ПАУ, на сегодняшний день практически нет разработанных критериев для оценки индивидуального онкологического потенциала веществ данного класса [6]. Не решены вопросы суммарного влияния нескольких ПАУ, при том что канцерогенный эффект различных составляющих смеси ПАУ носит добавочный характер [2]. Недостаточная изученность минорных ПАУ, присутствующих в копченостях в концентрациях, сравнимых с содержанием бенз(а) пирена, и их высокая канцерогенная
активность, позволяет сделать вывод о необходимости выработки критериев безопасности копченых продуктов.
Объекты исследований
В качестве объектов исследования были использованы образцы мясной продукции, различные по способу копчения (дымом, бездымное); по температурной обработке (горячее, холодное копчение); по рецептуре; по типу упаковочного материала (в натуральной, белковой, фиброузной оболочках).
Для поиска потенциальных путей снижения количественного содержания ПАУ, проводились исследования модельных мясных продуктов, выработанных с использованием барьерных технологий, а именно пленочная защита, композиционная оболочка, использование в составе рецептуры ингредиентов, обладающих антирадикальной активностью, таких как аскорбиновая и уксусная кислоты.
Методы исследований
Анализ ПАУ проводили методом ВЭЖХ-МС/МС на хроматографе Agilent 1200 с трехквадропульным (QQQ) детектором Agilent 6410B. Хроматографиче-ское разделение проводили на колонке с обращенной фазой C18, химически модифицированной фенильными группами Agilent Eclipse PAH 2,1 х 50 mm, 1,8 pm. В качестве источника ионизации использовали электроспрей (ESI) и химическую ионизацию при атмосферном давлении (APCI). Подготовка пробы осуществлялась методом QuEChERS
с использованием сорбентов октадецил (C18EC) и этилендиамин-И-пропила (PSA) [7]. Анализ фенолов проводили на ГХ-МС Agilent 7890A с MSD Agilent 5975C.
Ионизация распылением в электрическом поле (ESI), предполагает нахождение определяемого вещества в растворе в ионной форме. Так как ПАУ являются неполярными веществами, ионизация в растворе не происходит. Для получения молекулярного иона необходима дери-ватизция. Для этого была использована постколоночная дериватизация нитратом серебра (AgNO3). Образующиеся при этом производные комплексы [ПАУ+Ag] и [2nAy+Ag]+, позволяли идентифицировать ПАУ, однако их относительное процентное содержание в растворе было не стабильным, и как следствие -низкая воспроизводимость результата измерений. В связи с неоднозначностью получаемых результатов, выбор пал на метод химической ионизации при атмосферном давлении (APCI), который позволяет ионизировать неполярные вещества коронным разрядом [8]. Оптимизация параметров позволила получить интенсивный молекулярный йон для каждого ПАУ, однако в режиме мониторинга множественных реакций (MRM) ПАУ практически не подвергались фрагментации. В таблице 1 представлены молекулярные ионы ПАУ в режиме селективного мониторинга йонов (SIM) в условиях ионизации APCI с регистрацией положительных ионов.
Напряжение на фрагменторе 90 -135 V; температура испарителя - 380°С; температура газа десольвации - 320°С; скорость потока газа десольвации -8 л/мин; давление иглы небулайзера -30 psi; напряжение на капилляре 4,5 кВт.
Таблица 1
Параметры идентификации ПАУ в режиме SIM
Таблица 2
Влияние размера частиц дыма тлеющих опилок бука на образование ПАУ
Наименование Средний диаметр дымных частиц, нм
1000 700 250 100
Суммарная концентрация ПАУ в дымной фазе, нг/м3 4820 3980 3770 3640
Массовая доля бенз[а]пирена, % от суммы ПАУ 1,2 0,5 0,62 0,52
Аналит Молекулярный ион, m/z
Циклопента[с,сОпирен 227,3
Бенз[а]антрацен 229,3
Хризен 229,3
5-метилхризен 243,3
Бензффлуорантен 253,3
Бенз[Ь]флуорантен 253,3
БензШфлуорантен 253,3
Бенз[а]пирен 253,3
Дибензо[а,1]пирен 303,4
Дибенз[о,Ь]антрацен 279,4
Бенз[дД/]перилен 277,3
Инден[1,2,3-сС]пирен 277,3
Дибенз[а,е]пирен 303,4
Дибенз[а,/]пирен 303,4
Дибенз[о,Ь]пирен 303,4
Следующим шагом исследований было определение факторов, влияющих на количественное содержание ПАУ. В первую очередь представляло интерес оценить влияние различных пород древесины на содержание ПАУ. Так в пиролизной жидкости, образующейся при нагревании наиболее используемой для копчения пищевой продукции древесины в течение 20 мин при 300 оС были получены следующие результаты по содержанию ПАУ (мкг/кг): орех лесной - 30,47; бук -21,07; яблоня - 28,75; вишня - 17,21. Большое количество ПАУ, образовавшееся из древесины ореха, возможно, связано с повышенным содержанием веществ хиноидной структуры, характерное для ореховых пород. Процесс нагревания древесины во времени также приводил к росту содержания ПАУ. Увеличение температуры с 450 °С до 700 °С приводит к 2-3-х кратному увеличению количества ПАУ в продукте.
Образующийся пиролитический древесный дым анализировали на дисперсность методом корреляционной спектроскопии лазерной установкой с системой обсчета фотонов Malvern Instruments с фотоприемным анализирующим блоком - коррелятором MalvernK7023 (Великобритания).
Образование частиц коптильного дыма происходит при нагревании, причем, чем выше температура, тем меньше размер дымных частиц. При этом концентрация ПАУ в дымной фазе снижалась, а уменьшение размеров частиц дыма приводило к возрастанию проникающей способности. В таблице 2 представлены данные зависимости суммарного содержания ПАУ от номинального размера частиц дымной фазы.
Существенное влияние на уровень поглощения ПАУ из паро-газовой фазы при термолизе древесины оказывает содержание жира в обрабатываемой продукции, которое при прочих равных условиях увеличивает степень абсорбции ПАУ до 10 раз. Необходимо отметить повышенное содержание именно высокомолекулярных, наиболее канцерогенных ПАУ в жировой ткани. Различия в остаточных количествах ПАУ между свининой и говядиной не столь существенны. При этом фенольные вещества в образцах шпика после копчения обнаружены в следовых
количествах. Что может свидетельствовать о химической нейтральности жиров по отношению к фенольным компонентам, которые отвечают за вкус и аромат копчености. Снижение доли содержания хребтового шпика в сырокопченых колбасах не повлечет ухудшение органо-лептических характеристик продукта, однако в значительной степени повысит его безопасность.
Оболочка является барьером на пути проникновения коптильных веществ. Наиболее проницаемой для ПАУ является натуральная оболочка, которую традиционно изготавливают из кишок сельскохозяйственных животных. Белковая и фиброузная оболочки являются более плотными по структуре и проницаемость ПАУ через такие барьеры во многом затруднена. Фиброузная оболочка способна обеспечить снижение ПАУ в продукте до 40 % по сравнению с натуральной.
Комплексная оценка содержания ПАУ предполагала выявление индикаторов присутствия веществ данного класса в продукте. Выбор отдельного ПАУ был основан на частоте повторения их результатов выше предела обнаружения. Наиболее часто обнаруживаемыми были 8 веществ из класса ПАУ, а именно бен-з[а]пирен, бенз[а]антрацен, бензо[Ь] флуорантен, бензоШфлуорантен, бен-зо[^ДДперилен, хризен, дибенз[а,Л] антрацен и индено[7ДЗ -сб]пирен. Проанализирована частота положительной идентификации 4 веществ из класса ПАУ, которые по нормам ЕС (Еи № 835/2011 от 19 августа 2011 г.), контролируются в копченых мясных продуктах, а именно бенз[а]пирен, хризен, бенз[а]антрацен и бензо[Ь]флуорантен [9]. Суммарное содержание перечисленных 4-х ПАУ находилось в пределах 60±5 % от общего количества 15 веществ из класса ПАУ. Содержание бенз(а)пирена, относительно определяемых 15 веществ из класса ПАУ, составило 6±0,5 %.
Вопрос определения суммарной канцерогенной опасности ПАУ является достаточно дискуссионным, и рядом исследователей были разработаны так называемые факторы токсичной эквивалентности (ФТЭ) ПАУ. В качестве факторов (коэффициентов) токсичной эквивалентности были использованы данные, полученные при исследовании ПАУ
2017 | №3 все о мясе
Рисунок 1. Количественное содержание 4 и 8 веществ из класса ПАУ относительно суммы 15 веществ
из класса ПАУ
100
80 60 40 20 0
75±5%
6±0,5%
-I
_
4 ПАУ Бенз(а)пирен 8 ПАУ
Таблица 4 Экспозиция воздействия ПАУ при употреблении различных мясных продуктов
Калифорнийским управлением оценки экологической опасности для здоровья (ОЕННА) [10]. Для оценки общей канце-рогенности (К, усл.ед.) копгеного мясного продукта, использовали формулу:
К = [£(ПАУ1*00], (1)
гдн ЯАУЛ - рреднее содержание индивлдуаль-
ного ПАУ, мкг/кг, 01 - фактор иоксичной эквивалентности индивидуального ПАУ.
Данные представлены в таблице 3.
Таким образом, общая канцероген-ность (К, усв.ед.)копченого мя сно го п ро-дукта составлвет в среднем 3,99 усл.ед., при этом каникрогенннчль бенз(а)пирена равна 0,60 усл.ед., т.е. канцерогенная опасность копченого мясного продукта не может бытьоценена по содержанию бе нз [а] пи ре на, так как в значительной мере обусловлена присутствием других ПАУ.
Для целей нормирования, возможно, примеинть прямую экстраполяцию
Таблица 3 Среднее содержание ПАУ и общая канцерогенность копченого мясного продукта
ПАУ ПАУ1, мкг/кг с усл.ед.
Циклопента[с,сОпирен 2,14 -
уенз[а]антрацен 1,98 1/1А 0,20 П П")
Хризеи 5-метилхризен 2,46 0,60 П 1 п 0,02 0,С0 П П1
Бензр]флуорантен Ненз[Ь]флуорантен 0,10 0,50 П 1/1 0,0 I 0,05 П П1
БензШфлуорантен Бенз[а]пирен 0,14 0,60 0,0 I 0,60 П 77
Дибензо[о,/]пирен Дибенз[о,Ь]антрацен 0,03 0,23 П 71 0,33 0,23
Бенз[дД/]перилен Инден[1,2,3-с,С]пирен 0,32 0,36 0,04
Дибенз[а,е]пирен 0,87 -
Дибенз[а,/]пирен 0,06 0,60
Дибенз[о,Ь]пирен 0,13 1,30
I 10,52 3,99
Вареные колбасы Полукопченые колбасы Сырокопченые колбасы
Производство, тыс. тонн 1547,0 439,5 143,6
Содержание ПАУ, мкг/кг 0,4 8,9 10,5
Экспозиция воздействия ПАУ мкг/кг массы тела в год 0,06 0,39 0,15
канцерюгенного эффекта, полученного на экспериментальных животных от доз, выраженную в мг/кг массы тела, не ввчдя дополнительных поправок и коэффициентов запаса. Результаты расчета экспозиции контаминантами мясных продуктов на человека представлены в таблице 4.
По результатам расчетов основным источником потреблекия ПАУ являются полукопченые колбасы. Количество ПАУ в сырокопченых колбасах больше, но их потребление втрое ниже по сравнению с полукопчеными. Неоспоримым преи-существом данного подхода к расчету экспозиции воздействия ПАУ на организм человека является возможность оценки риска, воздействия химических зафлзн ртелей, пнсту пающих в организм человека различными способами, а так же оце нка определенных групп продуктов китания, повышающих риск химического канцерогенеза.
Основным параметром, влияющим на образование ПАУ, является температура образования дыма. Образование частиц коптильного дыма происходит при нагревании, причем, чем выше температура, тем меньше размер дымных частиц. При этом концентрация ПАУ в дымной фазе сни жалась, а уменьшение размеров частиц дыма приводит к возрастанию проникающей способности. Анализируя дымные компоненты распада древесины, можно сделать вывод, что при тем-перату ре до 450°С в процессе пиролиза образуются больше фенолов, кислот, формальдегидов, фурфурола и диацетила, и поэтому дым является более ценным для копчения, чем дым, образующийся при температурах 650-750 °С.
Остаточное количество ПАУ в продукте танже зави сит от типа используемой древесины. Использование хвойных пород нежелательно всллдствие смолистости древесины, содержащиеся эфирные масла отрицательно сказываются на органолептических свойствах продукта. Минимальное содержание ПАУ было
обнаружено в продукте копченом буком и вишней, а яблоней - на 30% больше. Иной профиль ПАУ был обнаружен в продукте копченом дымом лесного ореха. Количественное содержание ПАУ было значительно выше, что возможно связано с повышенным содержанием веществ хиноидной структуры.
Отдельно следует отметить бездымное копчение. По результатам исследований, образцы копченой продукции, изготовленной с использованием коптильных препаратов содержат до 10 раз меньшее количество ПАУ по сравнению с традиционным дымным способом копчения. Но у этого метода существуют ряд технологических ограничений, в частности, невозможность одновременного совмещения копчения, обезвоживания и тепловой обработки, как при дымовом копчении.
Одним из путей снижения остаточного содержания ПАУ, является снижение содержания жира в рецептуре копченых продуктов. При этом снижение содержания ПАУ не связано со снижением фенольных веществ, отвечающих за вкус и аромат копчености. Данные содержания ПАУ говорят о значительной кумуляции канцерогенов именно в жировой фракции продукта. Из полученных данных очевидны преимущества использования белковых и особенно фиброузных оболочек, по сравнению с натуральными. Белковая и фиброузная оболочки являются более плотными по структуре и проницаемость ПАУ через такие барьеры во многом затруднена. Для снижения остаточных количеств ПАУ необходимо использовать вещества, обладающие свойствами комплексообразователей и ингибиторов, что позволит связать канцерогенные ПАУ с химическими агентами и, таким образом, нейтрализовать вредные вещества. К таким веществам, обладающим антирадикальной активностью, относятся многие виды специй, аскорбиновая кислота и ряд природных стабилизаторов.
Заключение
По результатам исследований предложены новые методические подходы к хромато-масс-спектрометрическому определению ПАУ, повышена селективность экстракции за счет использования современных сорбентов, оптимизированы параметры ВЭЖХ-МС/МС. Результатом работ стал выход окончательной редакции ГОСТ «Мясо и мясные продукты. Метод определения полициклических ароматических углеводородов высокоэффективной жидкостной хроматографией с масс-спектрометрическим детектором».
Определены факторы, влияющие на количественное содержание ПАУ. Иссле-
дована динамика накопления ПАУ в зависимости от условий копчения, рецептуры, технологии производства и типа упаковочного материала. Приведены технологические приемы снижения канцерогенных ПАУ в копченой мясной продукции, включающие комплексный подход, как к условиям формирования дымных композиций, так и к технологическим аспектам выработки копченой продукции.
Полученные данные позволили выявить индикаторы присутствия ПАУ, определить критерии безопасности копченых мясных продуктов, с учетом потенциальной канцерогенной опасности каждого ПАУ.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ № 15-16-10000
© контакты:
Куликовский Андрей Владимирович V +7 (495) 676-79-61 а kulikovsky87@gmail.com Иванкин Андрей Николаевич а aivankin@inbox.ru
Вострикова Наталья Леонидовна а vostrikova@ vniimp.ru Горлов Иван Федорович а niimmp@mail.ru
Всё О МЯСЕ ""Нй?
Справки по тел: +7 (495) 676-95-68
Периодичность выхода журнала - 6 раз в год.
Стоимость годовой подписки: 2574,0 руб. (включая НДС), бумажный носитель.
2761,2 руб. (включая НДС), электронный носитель.
Подписаться на журнал Вы можете:
в каталоге Агентства «Роспечать» 81260, ООО «Информнаука», ООО «РУНЭБ» Телефон редакции:
+7 (495) 676-95-68, +7 (495) 676-72-91 Сайт: www.vniimp.ru E-mail: journal@vniimp.ru, las@vniimp.ru, s.marina2004@list.ru
- Бесплатная доставка в любой город России и ближнего/дальнего Подписка оСущеСтвлЯетСЯ зарубежья. Подписавшись на наши журналы, Вы получите возможность
С любого номера журнала. в числе первых узнавать о последних достижениях отраслевой науки,
li/lui пл^лтполл находить оптимальные решения для своих практических задач.
Г Электронная версия журнала: www.elibrary.ru
УЛЯ ВОС! Адрес ВНИИМП: 109316, Москва, Талалихина, 26, ком. 205
Заполненные подписные купоны отправлять на электронную почту: journal@vniimp.ru, las@vniimp.ru, s.marina2004@list.ru
