CC BY
58
УДК / UDC 543.54; 638.16
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕСТИЦИДОВ В НАТУРАЛЬНОМ МЕДЕ МЕТОДОМ
ГАЗОВОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
DETERMINATION OF PESTICIDES IN NATURAL HONEY BY THE METHOD OF
GAS CHROMATOGRAPHY
Будникова Н.В., канд. с-х. наук, ведущий научный сотрудник Budnikova N.V., Ph. D. Agr. Sci., Leading Researcher Федеральный научный центр пчеловодства, Рязанская обл.,
г.Рыбное, Россия
Federal State Budgetary Institution «Federal Scientific Center of Beekeeping»,
Rybnoe, Russia E-mail: [email protected]
Одной из отраслей животноводства, которая дает ценнейшее сырье не только для пищевой, но и косметической, фармакологической и других отраслей промышленности является пчеловодство. Пчелы, собирая нектар и пыльцу, совершают перекрестное опыление различных растений, увеличивая тем самым урожаи сельскохозяйственных культур. Однако, все же основным продуктом, получаемым от пчел, является мёд, который благодаря своему уникальному составу относится к наиболее ценным продуктам питания, а также обладает и рядом лечебных свойств [1]. Повышению продуктивности и снижению потерь при производстве сельскохозяйственной продукции способствует применение пестицидов. Нежелательным фактором при этом является возможность попадания остаточных количеств пестицидов в продукты питания. Особо опасную группу составляют хлорорганические пестициды (ХОП). Эти токсиканты попадают не только в мёд, но и другие продукты пчел через собранный ими нектар. Остатки хлорорганических пестицидов в продуктах пчеловодства представляют потенциальную опасность, как для человека, так и для всех особей пчелиного гнезда. Поэтому, так важен особый контроль, за присутствием остатков пестицидов в продуктах пчел. Газовая хроматография успешно применяется для изучения некоторых пестицидов, присутствующих в следовых количествах в продуктах питания. Поскольку мёд — это сложная матрица, имеющая в своем составе сахара, ферменты и др. соединения, в процессе подготовки пробы для газохроматографического анализа рекомендуется очистка полученных экстрактов, чтобы уменьшить помехи, а также избежать повреждения капиллярной колонки. Целью исследования явилось совершенствование методики определения остаточных количеств хлорорганических пестицидов в мёде натуральном. Экстракция пестицидов проведена ацетонитрилом, очистка экстрактов - с использованием сорбента - флорисил. Также проведен анализ содержания остатков хлорорганических пестицидов в мёде разного ботанического происхождения. Ключевые слова: мед натуральный, экстракция пестицидов, газовая хроматография, хлорорганические пестициды
One of the branches of animal husbandry, which provides the most valuable raw materials not only for food, but also for cosmetic, pharmacological and other industries, is beekeeping. Bees collecting nectar and pollen cross-pollinate various plants thereby increasing crop yields. However, the main product obtained from bees is honey which belongs to the most valuable food products due to its unique composition, and also has a number of medicinal properties [1]. The use of pesticides contributes to increasing productivity and reducing losses in the production of agricultural products. An undesirable
factor in this case is the possibility of getting residual amounts of pesticides into food. Organochlorine pesticides (OCPs) are a particularly dangerous group. These toxicants get not only into honey, but also other products of bees through the nectar they collect. Residues of organochlorine pesticides in bee products are a potential hazard for both humans and all individuals of the bee nest. Therefore, special control over the presence of pesticide residues in bee products is so important. Gas chromatography has been successfully used to study some pesticides present in trace amounts in food. Since honey is a complex matrix containing sugars, enzymes, and other compounds, it is recommended to purify the obtained extracts during sample preparation for gas chromatographic analysis in order to reduce interference and avoid damage to the capillary column. The aim of the study was to improve the methodology for determining the residual amounts of organochlorine pesticides in natural honey. Extraction of pesticides was carried out with acetonitrile, purification of extracts - using a sorbent - floricil. An analysis of the content of residues of organochlorine pesticides in honey of various botanical origin was also carried out.
Key words: natural honey, pesticide extraction, gas chromatography, organochlorine pesticides
Введение. Для получения устойчивых урожаев необходимо применение интенсивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур, так использование химических средств защиты растений от вредителей и сорняков является одной из мер интенсификации сельскохозяйственного производства. Так интенсивная и очень длительная химизация сельского хозяйства привела к накоплению в агроценозах значительных остатков некоторых стойких веществ, таких как альдрин, гептахлор, ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) и ГХЦГ (гексахлорциклогексан), относящихся к хлорорганическим пестицидам (ХОП). Если ХОП попали в почву, то они в ней остаются в ней на долгие годы. Этот класс токсикантов обладает не только высокой стойкостью, но и способностью к кумуляции в объектах окружающей среды [2].
Хлорорганические соединения, лежащие в основе хлорорганических пестицидов, имеют не только гепатотоксическое, но и что очень важно, имеют цитогенетическую активность и эмбриотоксические свойства и оказывают канцерогенное действие на организм человека, [3, 4]. Применение этих препаратов было запрещено в промышленно развитых странах, но до сих пор в природе находят следы этих веществ. Альдрин, гептахлор, ДДТ и его метаболиты, а также ГХЦГ и его изомеры способны мигрировать по цепям питания, загрязняя их, и вызывая тем самым нежелательные эффекты, например, потребление пищевых продуктов, с содержанием токсикантов, приводит к различным заболеваниям, в том числе и онкологическим [5]. Поэтому необходим постоянный контроль за содержанием пестицидов в пищевой продукции.
Однозначно, что основным, и самым известным продуктом, получаемым от пчел, является мёд натуральный. Мёд — естественный продукт питания, и наличие в нем каких-либо посторонних веществ в настоящем и ближайшем будущем может привести к очень печальным последствиям. Мёд может содержать остатки пестицидов из-за их присутствия в нектаре во время сбора корма медоносными пчелами [6]. Различные страны, в том числе и Россия, вводят и ужесточают документы, которые регулируют не только качество, но и безопасность продуктов питания, в том числе продуктов пчеловодства. Один из таких документов - Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции, который нормирует содержание остаточных количеств
пестицидов: альдрина, гептахлора, ДДТ и его метаболитов и ГХЦГ и его изомеров, для продуктов пчеловодства». В системе подтверждения соответствия качества и безопасности пищевой продукции в РФ обязательным требованием является определение остаточных количеств хлорорганических пестицидов во всех видах продукции пчеловодства [7].
Таким образом, содержание в мёде пестицидов приводит к необходимости постоянного мониторинга состава этого продукта на предмет безопасности для человека [8]. Мониторинг остатков пестицидов важен, еще и потому, что мёд является не только продуктом питания, но и лекарственным средством, используемым в народной медицине.
Проблема контроля по определению остатков пестицидов в продуктах питания и окружающей среде существует не один год, и в настоящее время эта проблема особо актуальна. Сложность контроля над остатками токсикантов связана с проведением пробоподготовки, включающей как стадию экстракцию, так и очистку эктрактов, идентификации и микроколичественного определения содержания пестицидов в пищевой продукции на уровне предельно допустимых концентраций [9]. Анализ остатков пестицидов в мёде представляет собой серьезную аналитическую задачу, поскольку мёд представляет собой смесь более 300 веществ, таких как сахара, ферменты, макро- и микроэлементы, витамины и др. которые могут варьироваться в зависимости от типа растения, с которого пчелы собирают нектар [10]. Основными трудностями при определении пестицидов является процесс и степень извлечения интересующих веществ, очистка и концентрирование экстрактов, аналитическое определения (идентификация, разделение и количественное определение). Все эти шаги необходимы из-за различных химических свойств сложных матриц и низкой концентрации пестицидов в образцах продукции пчеловодства [11].
При определении пестицидов в продуктах питания в настоящее время используются различные методы с применением современного оборудования. Газовая хроматография с обнаружением электронного захвата (ГХ-ЭЗД) избирательно и с очень хорошей чувствительностью реагирует на органические соединения, содержащие особенно галогены, [12, 13] и успешно применяется для изучения соединений, присутствующих в следовых количествах, таких как остатки пестицидов в пищевых продуктах.
Цель исследования Целью данного исследования явилось совершенствование методики определения остаточных количеств восьми хлорорганических пестицидов в мёде натуральном.
Материалы и методы исследования Определение остаточного содержания хлорорганических пестицидов в мёде было проведено методом газовой хроматографии, который основан на анализе полученных экстрактов аналитов, их идентификацией и определением концентраций хлорорганических пестицидов в исследуемой пробе.
В исследование были использованы образцы мёда натурального полученного с частных пасек Рязанской области с июля по август месяц включительно.
Условия хроматографирования: газовый хроматограф (ГХ) «Кристаллюкс-4000М», рабочая колонка (ЭЗД), колонка капиллярная ZB-5 имеющая длину 30 м и внутренним диаметром 0,32 мм., температура колонки - начальная 180°С, конечная 290°С, температура испарителя - 280°С, температура детектора - 305 °С, газ носитель - азот осч., параметр обработки - площадь пика.
В работе были использованы ГСО пестицидов: альдрин, гептахлор ГХЦГ (а, в, Y); 4,4'-DDD; 4,4'-DDE; 4,4'-ДДТ, из которых в ацетоне готовили стандартный раствор в концентрации 0,1 мг/мл. Далее разбавлением стандартного раствора получали градуировочные растворы - 0,01 мг/мл, 0,0025 мг/кг, 0,05 мг/кг. Все растворы хранили при температуре +4 °С. Градуировку прибора проводили согласно инструкции к ГХ.
Результаты и обсуждение Предложенная пробоподготовка основана на жидкостной экстракции хлорорганических пестицидов органическими растворителями и очистке экстракта. Для экстакции пестицидов из пробы используют различные растворители. В данной работе для экстракции в качестве экстрагентов в одном случае применяли смесь гексана и ацетона (60:40 по объему), в другом - ацетонитрил.
Экстракты образцов мёда содержат большое количество матричных компонентов. Это различные соединения - органические и минеральные вещества, витамины, ферменты и др. Все эти соединения препятствуют непосредственному инструментальному анализу и их можно отнести к мешающим примесям при анализе пестицидов, от которых необходимо избавиться, поэтому при подготовке пробы к хроматографирафическому анализу необходим этап очистка полученных экстрактов, позволяющий уменьшить помехи, а также избежать повреждения капиллярной колонки.
Для очистки экстрактов используют метод пропускания экстрактов через хроматографическую колонку, заполненную различными сорбентами. В нашей работе мы использовали доступные нам сорбенты силикогель и Florisil и, из которых Florisil показал лучшие результаты.
Пестициды идентифицировались по времени удерживания, устанавливаемому с помощью градуировочного раствора, а их количественное определение проводилось методом абсолютной градуировки по площади пиков.
Проводили оценку степени извлечения пестицидов в мёде, для этого проводился анализ чистых образцов мёда, и образцов мёда в которые был добавлен стандартный раствор, состоящий из смеси 8 пестицидов до получения концентраций: 0,01 мг/кг мг/кг.
Результаты, полученные по степени извлечения пестицидов, представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Степень извлечения пестицидов из мёда при уровне добавки
пестицидов 0,0' мг/кг органическими растворителями
Наименование Экстракция раствором Экстракция ацетонитрилом
пестицида гексан:ацетон
Обнаружено мг/кг Степень экстракции,% Обнаружено мг/кг Степень экстракции,%
альфа-ГХЦГ 0,0072 72,0 0,0089 89,0
бетта-ГХЦГ 0,0075 75,0 0,0092 92,0
гамма-ГХЦГ 0,0080 80,0 0,0093 93,0
4,4'-ДДТ 0,0076 76,0 0,0095 95,0
4,4'-ДДЭ 0,0077 71,0 0,0093 93,0
4,4'-ДДД 0,0082 82,0 0,0088 88,0
альдрин 0,0076 76,0 0,0091 91,0
гептахлор 0,0082 82,0 0,0089 89,0
Установлено, что применение в качестве эестрагента смеси растворителей гексана с ацетоном (60:40 по объему) не приводит к высокой степени экстракции,
а экстракция ацетонитрилом показала наивысшую степень извлечения. Так степень извлечения пестицидов из мёда смесью гексана с ацетоном составила 72,0 - 82,0%. Степень извлечения пестицидов при применении в качестве экстрагента ацетонитрила составила 88,0 - 95,0%. Поэтому дальнейшую работу проводили с использованием этого экстрагента. Данный метод определения пестицидов в мёде протестирован на 5 образцах мёда разного ботанического вида. Продолжительность анализа одного образца составила 2 часа.
Таблица 2 - Содержание остаточных количеств хлорорганических пестицидов в мёде, мг/кг_
Наименование содержание пестицидов, мг/кг
пестицида подсолнеч-никовый гречишный разнотравье липовый мед с донника
сумма ДДТ и его 0,00160± 0,00126± 0,00148± 0,00061± 0,00075±
метаболитов 0,00009 0,00007 0,000012 0,00003 0,00009
ГХЦГ и сумма его 0,00135± 0,00102± 0,00129± 0 0,00011±
изомеры 0,00011 0,00005 0,00021 0,00009
альдрин 0,00018± 0,00009 0 0 0 0,00006± 0,00002
гептахлор 0,00005± 0,00001 0,00016± 0,00004 0 0 0,00014± 0,00005
В соответствии с документами, регулирующими безопасность продуктов питания, ПДК хлорорганических пестицидов для мёда натурального составляет не более 0,005 мг/кг [14]. Как видно из таблицы 2 уровень остаточных количеств хлорорганических соединений в меде не превышает установленных ПДК. Наибольшее количество пестицидов наблюдалось в гречишном меде и подсолнечниковом. В липовом меде их практически нет их количество было на грани определения метода (менее 0,001 мг/кг).
Выводы В данном исследовании найден экстрагент с наибольшей степенью экстракции пестицидов из навески мёда. Определено оптимальное соотношение навески мёда и растворителя для проведения экстракции. Используя данный метод можно отслеживать концентрации хлорорганических пестицидов в мёде натуральном за небольшой промежуток времени.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Ярошевич Г.С., Батукаев A.A. Влияние техногенного загрязнения на качество продукции пчеловодства // Современные проблемы пчеловодства: материалы I Mеждунар. научно-практической конф. по пчеловодству в Чеченской Республике. 2017. С. 266-268.
2. Клисенко M. Mетоды определения пестицидов. Mедицина, 1984. 256 с.
3. Mалинин O.A., Хмельницкий r.A. и др. Ветеринарная токсикология: учебн. пособие. Корсунь-Шевченковский: ЧП Mайдаченко. 2002. 464 с.
4. Чмиленко, Ф. О. Хiмiчний контроль якост харчових продук^в: навчальний поабник для студ. хiм. та -технолог. спец. вищих навч. закл. / Ф.О. Чмиленко, Л.П. Сидорова. -Днтропетровськ: Видавництво Днтропетровського нацюнального ун-ту. 2006. 304 с.
5. Mельников H.H. Химия и технология пестицидов. M.: Химия, 1974. 768 с.
6. Faucon J.P. et al. Experimental study on the toxicity of imidacloprid given in syrup to honey bee (Apis mellifera) colonies. . Pest Manag. Sci. 2005. 61(2). 111-125. URL: https://doi.org/10.1002/ps.957 (дата обращения 11.02.2023)
7. Захаренко ВА, Mельников H.H. Пестициды в современном мире // Aгрохимия. 1998. №1. С. 100-108.
8. Борушко H. В. и др. Санитарно-гигиенический контроль содержания пестицидов в пищевых продуктах : учеб.-метод. пособие. - Mинск: БШУ, 2017. - 39 с.
9. Руденко Б.А. Высокоэффективные хроматографические процессы. Газовая хроматография. М.: Наука. 2013. 405 с.
10. Orso Debora et al. Multiresidue determination of pesticide residues in honey by modified QuEChERS method and gas chromatography with electron capture detection. // URL: https://doi.org/10.5935/0103-5053.20140117 (дата обращения 10.01.2023).
11. Lasheras R.J. et al. Occurrence of Pesticide Residues in Spanish Honey Measured by QuEChERS Method Followed by Liquid and Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry. //Foods. 2021; 10(10):2262. URL: https://doi.org/10.3390/foods10102262 (дата обращения 11.03.2023).
12. Albero B. et al Multiresidue determination of pesticides in honey by matrix solid-phase dispersion and gas chromatography with electron-capture detection // J. AOAC International.- 2001. 84(4). 1165-1171. URL: https://doi.org/10.1093/jaoac/84.4.1165 (дата обращения 02.02.2023)
13. Zacharis C.K. et al. Dispersive liquid-liquid microextraction for the determination of organochlorine pesticides residues in honey by gas chromatography-electron capture and ion trap mass spectrometric detection. // Food Chemistry. 134(2012): 1665-1672. URL: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.03.073 (дата обращения 23.12.2022)
14. Технический регламент Таможенного союза (ТР ТС 021/2011) «О безопасности пищевой продукции».
REFERENCES
1. Yaroshevich G.S., Batukaev A.A. Vliyanie tekhnogennogo zagryazneniya na kachestvo produktsii pchelovodstva // Sovremennye problemy pchelovodstva: materialy I Mezhdunar. nauchno-prakticheskoy konf. po pchelovodstvu v Chechenskoy Respublike. 2017. S. 266-268.
2. Klisenko M. Metody opredeleniya pestitsidov. Meditsina, 1984. 256 s.
3. Malinin O.A., Khmelnitskiy G.A. i dr. Veterinarnaya toksikologiya: uchebn. posobie. Korsun-Shevchenkovskiy: ChP Maydachenko. 2002. 464 s.
4. Chmilenko, F. O. Khimichniy kontrol yakosti kharchovikh produktiv: navchalniy posibnik dlya stud. khim. ta khim.-tekhnolog. spets. vishchikh navch. zakl. / F.O. Chmilenko, L.P. Sidorova. -Dnipropetrovsk: Vidavnitstvo Dnipropetrovskogo natsionalnogo un-tu. 2006. 304 s.
5. Melnikov N.N. Khimiya i tekhnologiya pestitsidov. M.: Khimiya, 1974. 768 s.
6. Faucon J.P. et al. Experimental study on the toxicity of imidacloprid given in syrup to honey bee (Apis mellifera) colonies. . Pest Manag. Sci. 2005. 61(2). 111-125. URL: https://doi.org/10.1002/ps.957 (data obrashcheniya 11.02.2023)
7. Zakharenko V.A., Melnikov H.H. Pestitsidy v sovremennom mire // Agrokhimiya. 1998. №1. S. 100-108.
8. Borushko N. V. i dr. Sanitarno-gigienicheskiy kontrol soderzhaniya pestitsidov v pishchevykh produktakh : ucheb.-metod. posobie. - Minsk: BGMU, 2017. - 39 s.
9. Rudenko B.A. Vysokoeffektivnye khromatograficheskie protsessy. Gazovaya khromatografiya. M.: Nauka. 2013. 405 s.
10. Orso Debora et al. Multiresidue determination of pesticide residues in honey by modified QuEChERS method and gas chromatography with electron capture detection. // URL: https://doi.org/10.5935/0103-5053.20140117 (data obrashcheniya 10.01.2023).
11. Lasheras R.J. et al. Occurrence of Pesticide Residues in Spanish Honey Measured by QuEChERS Method Followed by Liquid and Gas Chromatography-Tandem Mass Spectrometry. // Foods. 2021; 10(10):2262. URL: https://doi.org/10.3390/foods10102262 (data obrashcheniya 11.03.2023).
12. Albero B. et al Multiresidue determination of pesticides in honey by matrix solid-phase dispersion and gas chromatography with electron-capture detection // J. AOAC International.- 2001. 84(4). 1165-1171. URL: https://doi.org/10.1093/jaoac/84.4.1165 (data obrashcheniya 02.02.2023)
13. Zacharis C.K. et al. Dispersive liquid-liquid microextraction for the determination of organochlorine pesticides residues in honey by gas chromatography-electron capture and ion trap mass spectrometric detection. // Food Chemistry. 134(2012): 1665-1672. URL: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.03.073 (data obrashcheniya 23.12.2022)
14. Tekhnicheskiy reglament Tamozhennogo soyuza (TR TS 021/2011) «O bezopasnosti pishchevoy produktsii».
