К вопросу о влиянии методов анализа на интерпретацию значимости химических соединений в составе многокомпонентных напитков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

К вопросу о влиянии методов анализа на интерпретацию значимости химических соединений в составе многокомпонентных напитков

On the question of the impact of methods of analysis on interpretation of the importance of chemical compounds in the composition of multi-component drinks

Фаррахова К.И., Солдатова Н.C.

ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет»,

кафедра метрологии, стандартизации и сертификации

Несмотря на разнообразие методов анализа и идентификации веществ (рисунок 1), присутствующих в многокомпонентных смесях, существует проблемы интерпретации значимости для потребителя найденных в этих растворах соединений. Проблема идентификации связана с отсутствием критериев различий ионов химических соединений, обнаруженных в пищевом продукте.

Известно, что субпороговое присутствие опасных (токсичных) веществ в настоящее время нормируется по уровню предельно допустимых концентраций (ПДК). Эти нормы регламентированы для продуктов питания и напитков в СанПиН 2.3.2.1078-01

«Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» и ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». В этих документах ионы веществ регламентированы на уровне «не более», а методами контроля их концентраций предусмотрено суммарное (валовое) определение. Присутствие этих токсичных соединений независимо от формы вещества, в которой присутствовал этот ион (минеральная - неорганическая или органическая, как правило, - незаменимая для организма) расцениваются как чужеродные для этого продукта.

До 2004 года альтернативы для санитарно-гигиенического принципа нормирования не существовало. Однако после разработки ГУ НИИ питания РАМН под руководством В.А. Тутельяна Рекомендаций МР 2.3.1.1915-04 «Рациональное питание. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ» [1] и введения нутрициологических норм для незаменимых биоэлементов как части (дозы) адекватного уровня потребления возникла необходимость в разработки новых методов. Кроме этого в нутрициологии в последние годы стали известны новые данные о биологической роли многих микронутриентов, которые ранее рассматривались или лишь с точки зрения их опасности для здоровья, например, некоторые микроэлементы (селен), или вообще не рассматривались в качестве факторов, необходимых для жизнедеятельности человека: ванадий, бор, кремний, германий и др.. В настоящее время для многих из них доказано участие в целом ряде метаболических процессов, а, следовательно, и необходимость присутствия в рационе питания.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Классификация методов анализа и идентификации

Методические рекомендации МР 2.3.1.1915-04 разработаны с целью обеспечения единого, научно обоснованного подхода к определению количественного содержания в специализированных продуктах, продуктах диетического (лечебного и профилактического) питания и биологически активных добавках к пище пищевых и биологически активных компонентов. Их разработка направлена на совершенствование нормативной базы, регулирующей оборот продукции, выработанной с использованием дефицитных в питании пищевых веществ и минорных биологически активных соединений.

Сотрудники кафедры метрологии, стандартизации и сертификации Оренбургского государственного университета (МСиС ОГУ) считают [5, 6], что нутрициологический подход в нормировании концентраций веществ должен предполагать изменение подходов к направленности контроля и принципам его осуществления. В этом случае определение избыточных концентраций ионов потенциально токсичных веществ (антропогенных загрязнителей) требует анализа формы (органическая или неорганическая), в которой присутствует данный ион в пищевых продуктах, в частности многокомпонентных и напитках (минеральная вода, водка, пиво и другие пищевые многокомпонентные смеси).

Как известно, в зависимости от поставленной аналитической задачи (рисунок 2) выбирается метод (методика) анализа, а также способ пробоподготовки и форма представления результата измерений. Проведенный нами анализ показал, что в лабораторной практике для этого чаще применяют рутинные химические методы определения. Химические методы анализа включают гравиметрические (весовые) и титриметрические

(объемные) методы. К числу таких методов, относится, например, титриметрический анализ - один из важнейших видов количественного анализа. Для него характерны высокая точность (малая по величине погрешность), быстрота исполнения за счет минимальных затрат на пробоподготовку, а также универсальность - возможность применения для определения самых разнообразных веществ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Формирование процедуры химико-аналитических исследований

Определение содержания вещества в титриметрическом анализе осуществляется в результате проведения реакции известного (с минимальной погрешностью) количества одного вещества с неизвестным количеством другого, с последующим расчётом количества определяемого вещества по уравнению реакции. Реакция, которая при этом протекает должна быть стехиометрической, т.е. вещества должны реагировать строго количественно, согласно коэффициентам в уравнении. Только при соблюдении этого условия реакция может быть использована для количественного анализа. Основной операцией титриметрического анализа является титрование - постепенное смешивание веществ до полного окончания реакции. Обычно в титриметрическом анализе используются растворы веществ. В ходе титрования раствор одного вещества постепенно приливается к раствору другого вещества до тех пор, пока вещества полностью не прореагируют.

Гравиметрический (весовой) анализ, или гравиметрия - это один из методов количественного анализа, основанный на определении массы искомого компонента анализируемого образца путем измерения (точного взвешивания) массы устойчивого конечного вещества известного состава, в которое полностью переведен данный определяемый компонент. Гравиметрические определения можно разделить на три группы: методы осаждения, отгонки и выделения.

Методы осаждения основаны на осаждении определяемого компонента в виде малорастворимого химического соединения, фильтровании, прокаливании до постоянной массы и последующем определении массы полученного вещества. При этом различают осаждаемую форму - форму, в виде которой определяемое вещество осаждают, и гравиметрическую форму - форму, в виде которой определяемое вещество взвешивают.

Методы отгонки основаны на отгонке определяемого компонента в виде летучего соединения с последующим определением массы отогнанного вещества (прямое определение) или массы остатка (косвенное определение).

Методы выделения основаны на количественном выделении определяемого компонента из анализируемого раствора путем химической реакции с последующим определением массы выделенного вещества. Этот принцип положен в основу электрогравиметрического метода анализа, в котором определяемый компонент выделяется из раствора в результате электрохимических реакций, протекающих на электродах.

Среди гравиметрических методов анализа наиболее широко применяют метод осаждения.

Метод ионной хроматографии (рисунок 3) позволяет анализировать смеси различных катионов и анионов. В основе метода лежит явление обмена ионов, находящихся в растворе, с противоионами, связанными с полимерной матрицей неподвижной фазы. Для осуществления этого химического процесса используют ионообменники (иониты).

Ионообменники, способные к обмену катионами, называют катионообменниками.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - сосуд с элюентом; 2 - насос; 3 - устройство ввода пробы; 4 - разделяющая колонка; 5 - подавляющая колонка; 6 - детектор (кондуктометрический); 7 - регистратор; 8 - слив.

Рисунок 3 - Схема ионного хроматографа

химическое соединение многокомпонентный напиток

Возможны обратимые гетерогенные химические реакции - катионный обмен на катионообменниках, например, на Na: R-SO₃ - H⁺+ Na ? R-SO₃- Na⁺ + H⁺, или упрощенно: R-H + Na⁺« R-Na + H^+, и анионный обмен на анионообменниках, например, OH- на Cl - в NaCl: R-N(CH₃)₃⁺OH- + Na⁺ + Cl « R-N(CH₃)₃⁺Cl- + Na⁺ + OH-, или в кратком виде: R-OH + NaCl « R-Cl + NaOH.

Для многокомпонентных напитков типа пива актуальна задача анализа состава углеводов. Её решение также возможно с помощью ионной хроматографии, представляющей альтернативу дорогостоящему и недоступному на сегодняшний день большинству лабораторий методу хромато масс-спектрометрометрии. Можно рекомендовать градиентное разделение аминов и стандартных неорганических катионов на колонке фирмы Dionex (USA) на хроматографе Dionex ICS-2500 с анионообменной колонкой IonPac AS-11. Проведено одновременное разделение неорганических и органических кислот в пробе Американского эля (рисунок 4) [4]. Возможности ионной хроматографии и капиллярного электрофореза позволяют определять различные соединения углеводов, водорастворимых форм витаминов. Кроме этого метод ионэкслюзионной хроматографии дает возможность определять содержание основного (этанола) побочного (глицерина) продуктов брожения (рисунок 5).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 - Разделение неорганических анионов и органических кислот в Американском эле методом ионообменной хроматографии (проба разбавлена в соотношении 1:40) [4]

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5 - Разделение этанола и глицерина в пиве методом ионэкслюзионной хроматографии с пульсирующим амперометрическим детектированием (перед дозированием проба разбавлена в соотношении 1:10) [4]

Недостатком сложных высокочувствительных методов ионного определения является невозможность идентификации формы химического соединения. Пример с селеном показывает насколько это важно. Поэтому вместо валового объема ионов химических элементов кафедра МСиС ОГУ предлагает определять в пищевых продуктах и напитках химические формы - органические формы и металлорганические соединения с учетом валентности металлов. Разновидности и область применения методов определения минеральных веществ в пищевых продуктах (рисунок 6) доказывают перспективы их применения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Классификация методов определения минеральных веществ в пищевых продуктах

Если нет необходимости оценивать форму и валентность соединений металлов, то можно воспользоваться мощными и метрологически обеспеченными методами массспектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой» (ИПС-МС) и атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИПС-АЭС) [2]. Методики аттестованы и предназначены для определения содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, поливитаминных препаратах с микроэлементами, в биологически активных добавках к пище и в сырье для их изготовления. Эти методики хорошо апробированы и нашли широкое применение в Центре биотической медицины (Москва, так называемый «метод Скального»). Применение метода оправдано, когда существует уверенность, что в сырье используется органическая форма, например, селена, йода или другого химического элемента, или когда валентность (соответственно, и природу соединения) можно не определять - фармацевтические препараты, БАД. Если речь идет об пищевых продуктах и напитках, обогащенных этими жизненно важными микроэлементами, то форму соединения знать необходимо.

Для этих целей мы рекомендуем газожидкостную хроматографию (ГЖХ) [3]. Этот метод (рисунок 7) основан на физико-химическом разделении анализируемых компонентов, находящихся в газовой фазе, при их прохождении вдоль нелетучей жидкости, нанесенной на твердый сорбент. Это один из наиболее перспективных методов анализа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 - баллон с газом-носителем; 2 - блок стабилизации газового потока; 3 - аналитический блок, состоящий из термостата, колонок и ротаметра; 4 - детектор; 5 - усилитель; 6 - самопишущий потенциометр; 7 - блок программированного изменения температуры колонки.

Рисунок 7 - Типичная блок-схема газожидкостного хроматографа

Широкое распространение и перспективность методов ГЖХ обусловлены тем, что они позволяют разделить и количественно определить вещества в сложной смеси даже в тех случаях, когда они сходны по химическим свойствам, а температуры кипения различаются на десятые доли градуса. Для анализа требуются очень малые количества вещества, а время определения обычно исчисляется минутами.

Тонкослойная хроматография, как разновидность хроматографического метода, основана на использовании тонкого слоя адсорбента в качестве неподвижной фазы. Причем разделяемые вещества по-разному распределяются между сорбирующим слоем и протекающим через него элюентом, вследствие чего расстояние, на которое эти вещества смещаются по слою за одно и то же время, различается. Тонкослойная хроматография предоставляет большие возможности для анализа и разделения веществ, поскольку и сорбент, и элюент могут варьироваться в широких пределах. При этом коммерчески доступен ряд пластинок с различными сорбентами, что делает возможным быстрое и рутинное использование метода.

Проведенный нами анализ позволил рекомендовать для количественного определения ряд физико-химических методов. В таблице приведены сводные данные по метрологическим характеристикам этих методов.

Таблица - Метрологические характеристики методов определения массовых концентраций токсичных веществ в многокомпонентных смесях

Таким образом, оценка значимости химических соединений в составе многокомпонентных напитков предполагает установление формы и валентности, в которых он присутствует в этих напитках.

Для определения количественного содержания органических и неорганических форм соединений требуется адаптация существующих методов газохроматографического анализа применительно к многокомпонентным смесям.

Список литературы

1 МР 2.3.1.1915-04 Рациональное питание. Рекомендуемые уровни потребления пищевых и биологически активных веществ. Методические рекомендации / Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека. - М., 2004. - 25 c. http://www.usma.ru/unit/gigiena/documents/MP_rac_pit.pdf - 07.01.2018.

2 Определение химических элементов в биологических средах и препаратах методами атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и массспектрометрией: Методические указания (МУК 4.1.1482-03, МУК 4.1.1483-03) - М.: Федеральный Центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2003. - 56 с.

3 Пассет Б. В., Антипов М. А. Практикум по техническому анализу и контролю в производстве химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков. - М.: Медицина, 1981, 272 с., ил. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.speckniga.ru/obuchenie/praktikum-po-tehnicheskomu-analizu-i-kontrolu-proizvodstva-himikofarmacevticheskih-preparatov-i-antibiotikov/ (25.01.2018).

4. Рыбакова, Е.В. Ионная хроматография: универсальная методика для анализа пива /Е.В. Рыбакова // Пиво и напитки. 2004. - №2. - С. 42 -43.

5. Третьяк, Л.Н. Нормирование токсичных микропримесей в пиве и технология его производства /Л.Н. Третьяк, Е.М. Герасимов // Индустрия напитков. - 2010. - №4.- С. 14-19.

6. Третьяк, Л. Системный подход к товароведческой оценке пива как пищевого напитка / Л. Третьяк // Индустрия напитков 2011. - №7. С. 46-51.

Размещено на Allbest.ru