Глава 16. Методы исследования элементов в пищевом сырье, продуктах питания, кормах, почве

Алиментарная недостаточность биоэлементов, наряду с другими нутриентами – частое явление даже в развитых странах. Традиционный ассортимент пищевых продуктов не отвечает потребностям современного человека, характеризуется рафинированием, экстенсивными технологиями, приводящими к снижению нутриционной ценности и росту токсикантов в пищевых продуктах [1]. Для оценки безопасности потребления того или иного вида продуктов для различных групп населения государственные организации выполняют специальные исследования [2].

Прогресс биоэлементологии определяется новыми технологиями, позволяющими проводить количественное изучение биоэлементного состава организма (кровь, волосы и др.), новыми данными о биоэлементном гомеостазе и роли отдельных биоэлементов в обеспечении жизнедеятельности [3]. Содержание в организме макроэлементов достаточно постоянно, однако могут возникать серьезные отклонении от нормы, ведущие к развитию патологий различного характера [4].

Одним из эффективных путей, позволяющим обеспечить оптимальное поступление в организм людей витаминов и биоэлементов, является прием витаминно-минеральных препаратов, а также обогащённых продуктов. В связи с этим проблема контроля содержания витаминов и биоэлементов в подобной продукции весьма актуальна.

Для оценки нутриционных или токсических свойств элемента анализируют конкретную съедобную порцию пищевого продукта. Большинство методов исследования предусматривает гомогенизирование, разрушение органического пищевого матрикса продукта сухим озолением или нагреванием в присутствии кислот (мокрое озоление).

В процедурах минерализации вместо традиционного нагревания всё чаще применяется микроволновый нагрев, при этом продолжительность минерализации меньше. Разработан метод микроволнового озоления для 26 элементов.

Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) является одним из традиционных методик, которая занимает ведущее место при определении биоэлементов в пищевых продуктах. Этим методом можно определить порядка 70 элементов Периодической системы.

Для определения многих элементов (Сa, Cu. Mg, Na, K, P, Zn, Mn, Fe, Cd, Pb, Ni, Sr) может использоваться плазменная атомно-абсорбционная спектрометрия (FAAS). Для повышения предела обнаружения может потребоваться обогащение аналитического раствора путём комплексообразования и последующей экстракции.

Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой с использованием метода стандартных добавок делает этот анализ наилучшим для одновременного многоэлементного определения (Сa, Cu. Mg, Na, K, P, Zn, Mn, Fe, В) с устранением фоновой эмиссии мешающего влияния пищевого матрикса.

Ещё более современный вид спектрометрии: Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой МС-ИСП имеет чувствительность на два-три порядка выше, чем у предыдущих методов, однако аппаратурное оборудование дороже и сложнее. Разработаны методы определения Аl, Cd, As, Hg, Pb, Se, I этим способом [3].

Наряду с методами спектроскопии для исследования биоэлементов находят использование методы хроматографии ГХ, ФЭЖХ или эксклюзивной хроматографии.

Нейтронно-активационный анализ, основанный на использовании ядерных характеристик атомов позволяет в дополнение к перечисленным определять элементы: Sn, Co, Br, Cr, Cs, Eu, Hf, La, Lu, Rb, Sc, Sr, Ta, Tb, Th, Ti, Tm, U, V, Yb [3].

Содержание фтора в пищевых матриксах определяют с помощью потенциометрии и фтор-селективного электрода.

 Из других электрохимических методов: вольтамперометрия и колориметрия нашли применение для рутинного анализа как недорогие и достаточно экспрессивные методы.

Поскольку нутриционная ценность биоэлемента или его токсичность во многом определяется не только количеством, но и биодоступностью, иногда важной составляющей элементного анализа является конкретизация химических форм (вещественный или молекулярный анализ). Такой анализ считается обязательным и стандартизирован для Аs, Hg, Cd, Se, др. В частности, довольно узкий интервал между биологически целесообразной и токсической дозой селена, при этом биодоступность его выше из органических соединений [3].

Другой пример: в рыбопродуктах концентрация Аs может быть достаточно высока, но при этом он находится в органической форме в виде арсенобетаина и арсенохолина – нетоксичных формах. Органические соединения ртути, напротив, характеризуются очень высокой токсичностью, причём рыбы могут концентрировать в мышечной ткани их с коэффициентом 10⁵-10⁷ даже при нормальном содержании ртути в водной среде.

Вещественный или молекулярный анализ доступен, в частности, с помощью рентгенорадиометрического метода определения, основанного на фотоядерной реакции.

В настоящее время разработаны и утверждены в установленном порядке следующие Технические регламенты, включающие стандартные процедуры и методы анализа: - Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции»;

- Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 024/2011 «О безопасности масложировой продукции»;

- Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 034/2013 «О безопасности мяса и мясной продукции»;

- Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 007/2011 «О безопасности продукции, предназначенной для детей и подростков».

Почвенные элементы, в частности калий в форме калий-алюмосиликатов, трудно доступны для питания растений.

Поэтому при исследовании биоэлементов почвы важно использование не только стандартных методик [9, 10], но исследование обменного биоэлемента – доступного для растения, который растение может потреблять сразу. Объективное представление о запасах доступного для растений калия и их изменений в почве под действием микроорганизмов можно получить только при использовании нескольких взаимодополняющих друг друга методов исследования калийного режима. Эти показатели должны характеризовать как статическое, так и динамическое состояние усвояемого растениями. К числу показателей, по которым необходимо проводить оценку обеспеченности растений, в частности, доступным калием и определять степень изменения запасов обменного калия в почвах всех типов относятся следующие:

1) обменный калий (метод Масловой);

 2) отношение обменного калия (метод Масловой) к легкоподвижному калию (метод Голубевой);

 3) необменный калий (метод Pratt);

4) потенциальная калийная буферная способность почвы (метод Beckett) [11].

Для вещественного анализа принципиально важным является использование сертифицированных эталонных материалов [7] которые, наряду с современными методами исследований обеспечивают хорошую чувствительность и селективность для определения конкретных форм элементов.

Литература по ГЛАВЕ 16

1. Тихомирова Н.А. Краткая история возникновения и становления нанотехнологий. [Электронный ресурс] - http://www.milkbranch.ru/pu/html(дата обращения: 19.01.2020).

2. Методы анализа пищевых продуктов. Определение компонентов и пищевых добавок. Элтеш С (ред.-сост.) – пер. с англ. СПБ.: Профессия, —2016. —564 с.

3. Ондар С.А. Оценка достоверности проведения анализа волос методом дуговой АЭС. – Томск: НИ ТЭГУ. – 2019. – 56 с.

4. Болгова И.В., Шапошникова И.А., Фандо Р.А. Таблица Менделеева в живых организмах. — Биология. — № 3. —2008. С. 22-27.

5. Скальный А. В., Рудаков И. А. Биоэлементы в медицине. — Оникс 21 век, Мир, 2004. — С. 18—23. — 272 с

6. Якуничева Ю.В., Полянская И.С. Исследование элементного состава пищи // Научная мысль XXI века, Кишинев, 2018 URL: http://science-peace.ru/page-6.html (дата обращения: 19.01.2020).

7. Симанова Е.С. Эталонные материалы в измерениях качества пищевых продуктов [Электронный ресурс]: Наука и образование в XXI веке - 2018 г. – С. 33-37. URL: http://science-peace.ru/page-6.html (дата обращения: 19.01.2020).

8. Термины и определения в области однородных групп продовольственного сырья и пищевых продуктов животного происхождения, торговли и общественного питания /Под общ. ред. В. М. Позняковского: Справочник. — СПб.: Издательство «Лань», 2017. — 288 c.

9. Оленчук А. В., Черных В. И. Практические советы начинающим исследователям по написанию научных статей // Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. 2017. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prakticheskie-sovety-nachinayuschim-issledovatelyam-po-napisaniyu-nauchnyh-statey (дата обращения: 19.01.2020).

10.  ГОСТ 33850-2016 Почвы. Определение химического состава методом рентгенофлуоресцентной спектрометрии.

11. Королёва И.Е. Выбор методов оценки изменения фосфатного и калийного состояния почв при антропогенном воздействии [Электронный ресурс] // Бюл. Почв. ин-та. 2010. - №65. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-metodov-otsenki-izmeneniya-fosfatnogo-i-kaliynogo-sostoyaniya-pochv-pri-antropogennom-vozdeystvii (дата обращения: 19.01.2020).

Тесты, творческие вопросы и задания по ГЛАВЕ 16

Подготовьте доклад/презентацию/публикацию на одну из предложенных тем: