Новые подходы к анализу сельскохозяйственных объектов

Новые подходы к анализу сельскохозяйственных объектов и объектов окружающей среды хроматографическим методом

по материалам IV Всероссийского симпозиума

«Кинетика и динамика обменных процессов»,

г. Сочи, 1-8 ноября 2015 г.

Немировская И.Б., Сушкова Л.О., Белопухов С.Л.

Оценка качества и безопасности продукции растительного происхождения, особенно для детского и диетического питания, чрезвычайно актуальна в настоящее время.  В связи с чем, представляется целесообразным рассмотреть работы, представленные на IV Всероссийского симпозиума «Кинетика и динамика обменных процессов» (г. Сочи, 1-8 ноября 2015 г.), демонстрирующие вклад российских ученых в создание новых хроматографических методов для Separation Science в указанной области науки.

Научный коллектив кафедры физической и органической химии РГАУ-МСХА им. Тимирязева также совершенствует методы токсикологической оценки растительного сырья.  Так, нами были разработаны некоторые методики газохроматографического анализа качества картофеля до и в процессе хранения [1], а также анализ ароматических углеводородов в объектах окружающей среды методом совмещенной ВЭЖХ-ГХ on-line [2]. В настоящее время апробирован метод газохроматографического анализа, позволяющий контролировать качество эфирных и жирных растительных масел, в том числе льняного и конопляного.

Метод позволяет определить «молодость» продукта, его уникальный состав (паспортизация растительного масла каждого производителя), а также выявить фальсификацию товара.

Наиболее опасными из загрязняющих веществ являются F-, Cl-, Br-, S-органические соединения. Полноценный анализ таких соединений практически невозможен, из-за высокой стоимости и низкой производительности, особенно при большом объеме анализов. Поэтому такой анализ очень малопроизводителен, и он требует особых специфичных условий для каждой смеси заданных соединений и конкретной матрицы. При использовании существующего подхода невозможно осуществление оперативного контроля загрязнения рассматриваемых объектов опасными органическими соединениями (как заданными, так и неизвестными).

Новый подход к контролю загрязнения сельскохозяйственной продукции и продуктов питания предложен в работе [3]. Разработанная авторами методология, основанная на высокотемпературной окислительной конверсии с последующим полным анализом абсорбата позволяет осуществлять быстрый скрининг соответствующих проб на присутствие всех возможных галоген-, серу- и фосфорорганических соединений на уровне 1 p.p.t.-10 p.p.b., в зависимости от объема анализируемой пробы и определяемого элемента.

При этом пробоподготовка либо минимизирована, либо исключена полностью. Результаты, полученные с использованием предложенной методологии, дают сжатую информацию о суммарном содержании опасных соединений в исследуемой матрице (в пересчете на элемент). Полученные в результате исследований данные позволят с одной стороны минимизировать поступление в наш организм опасных органических соединений и минимизировать вред, наносимый этими веществами нашему здоровью (больше 95% вредных веществ поступает в наш организм с пищей, остальное – с водой и воздухом).

Количественные критерии в установлении подлинности соковой продукции по составу антоцианов [4] разработаны методом ВЭЖХ, позволяющим в условиях градиентного элюирования на системе из двух колонок размером 4×250 мм, заполненных сорбентом Диасфер C10 CN (ЗАО «БиоХимМак СТ», Москва), получить все 15 пиков отдельных гликозидов.

Для упрощения и одновременно уточнения интерпретации результатов анализа введено понятие «кластерного анализа» антоцианов, где под «кластерами» понимаются все гликозиды с одинаковым хромофорным агликоном (дельфинидином, цианидином, петунидином, пеонидином и мальвидином). Каждый из кластеров состоит из трех гликозидов: галактозида, глюкозида и арабинозида. Таким образом, 15 индивидуальных компонентов подразделяются на 5 кластеров. Экспериментально установлено, что относительное содержание «кластера» в каком-либо продукте достаточно стабильно, что позволяет подтверждать подлинность соковой продукции и БАД. Это относится и к таким сложным по составу антоцианов смесям, как соки черники и голубики. Показано, в частности, что в чернике преобладает дельфинидиновый «кластер» (30±3%), а в голубике – мальвидиновый (50±5%). Описанный подход опробован на разных соках и нектарах (гранатовом, брусничном, черносмородиновом, клюквенном и др.). Показано, что в соке черной смородины вместо канонических 4 гликозидов присутствуют 6.

Исследованиям состава экстрактов черноплодной рябины (Arónia melanocárpa), плоды которой представляют ценность в связи с их высокой биологической активностью, посвящена работа [5]. Анализ водных и спиртовых экстрактов рябины проводили методами капиллярного электрофореза и высокоэффективной жидкостной хроматографии. Установлены закономерности динамического извлечения органических соединений из плодов черноплодной рябины, установлены количественные соотношения и оценена эффективность извлечения при использовании различных способов экстрагирования.

Жесткие требования к нормированию содержания токсических веществ (природных и техногенных) в продуктах питания, кормов и объектах окружающей среды обуславливают соблюдение точности и надежности на всех этапах аналитической цепочки. Использование твердофазной экстракции на патронах Диапак и ВЭЖХ-колонках собственного производства с сорбентами Диасорб и Диасфер позволило создать комплексные аналитические решения [6]. Разработаны и утверждены методики с использованием в составе аналитических комплектов (АК) и сорбционных наборов (СН) ТФЭ-патронов специального назначения: Диапак С, Диапак С16М, Диапак Н, Диапак АминМ, Диапак А-3, Диапак АУ-3, Диапак П. Диапак П-3. Лдиапак ПА-3.

Метрологическая аттестация методик была проведена в начале 2000-х годов для схем определения микотоксинов (афлатоксины, зеараленон, дезоксиниваленол, патулин и Т-2 токсины) в продуктах питания, продовольственном сырье и кормах, а также бенза(а)пирена в тех же объектах и почвах.

В условиях растущего антропогенного загрязнения водоемов массовое развитие цианобактерий (сине-зеленых водорослей) приобрело глобальный характер, а цианобактериальные «цветения» стали отмечаться в отдельных водоемах Прибайкалья [7]. Цианобактерии синтезируют большое количество вторичных метаболитов, наиболее пристальное внимание вызывают цианотоксины (микроцистины, сакситоксины и др.), поскольку они представляют опасность для жизни и здоровья людей и животных.

Отобраны и проанализированы образцы фитопланктона оз. Котокельское (респ. Бурятия), заливов восточного берега оз. Байкал (Турка, Баргузинский, Чивыркуйский), Малого моря и его заливов (Мухор, Куркут), Усть-Илимского водохранилища и залива Тангуй Братского водохранилища на содержание цианобактериальных токсинов.

Показано наличие цианобактериальных токсинов в образцах фитопланктона из оз. Байкал и некоторых других водных объектов Прибайкалья. Учитывая тот факт, что численность цианобактерий возрастает в мелководных хорошо прогреваемых местах туристического и рекреационного назначения, необходимо вести мониторинг количества и вариантов цианобактериальных токсинов.

Таким образом, приведенные результаты исследований подтверждают актуальность выбранного и развивающегося на кафедре физической и органической химии РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева направления методов анализа объектов агросферы. Для подготовки специалистов по оценке качества и безопасности объектов агросферы на кафедре реализуется магистерская программа «Химико-токсикологический анализ и оценка объектов агросферы». Подробная информация http://www.rosflaxhemp.ru/fakti-i-cifri/dokumenti.html/id/221 

Библиографический список

1. Nemirovskaya I.B., Lukashenko I.M., Kalinkevitch G.A., Kmelnitskiy R.A. Gas chromatographic estimation of potato guality before and during storage by measuring of evolved gases // 7^th Danube Symposium on chromatography and analytiktreffen 1989. August 21-25, 1989 Leipzig, German Democratic Republic. P. 139.
2. Nemirovskaya I., Kruglov E. Analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in environmental objects by method of combined HPLC-GC on-line // 19^th International Symposium on Column Liquid Chromatography and related techniques. May 28 – June 2, 1995, Innsbruck, Austria. P. 212.
3. Чиварзин М.Е., Булдыжова А.Н., Ревельский А.И., Ревельский И.А., Буряк А.К. Новый подход к контролю загрязнения сельскохозяйственной продукции и продуктов питания опасными соединениями // Кинетика и динамика обменных процессов. IV Всероссийский симпозиум с международным участием. – М.: Издательство «Граница», 2015. С. 66-67.
4. Васияров Г.Г. Дробь А.А., Титова Е.В. Количественные критерии в установлении подлинности соковой продукции по составу антоцианов // Кинетика и динамика обменных процессов. IV Всероссийский симпозиум с международным участием. – М.: Издательство «Граница», 2015. С. 87-88.
5. Никитченко Н.В., Платонов И.А., Павлова Л.В., Мазницына Е.А., Дмитриева А.Ю. Изучение состава плодов черноплодной рябины (Aronia melanocarpa L.) хроматографическими и электрофоретическими методами // Кинетика и динамика обменных процессов. IV Всероссийский симпозиум с международным участием. – М.: Издательство «Граница», 2015. С. 179.
6. Васияров Г.Г., Титова Е.В., Староверов С.М. Комплексные решения в области анализа продуктов питания, кормов и объектов окружающей среды с использованием твердофазной экстракции на патронах Диапак и ВЭЖХ-колонках отечественного производства // Кинетика и динамика обменных процессов. IV Всероссийский симпозиум с международным участием. – М.: Издательство «Граница», 2015. С. 92.
7. Кузьмин А.В., Федорова Г.А., Сороковикова Е.Г., Тихонова И.В., Белых О.И. Выделение и идентификация цианоктериальных токсинов оз. Байкал и других водных объектов Прибайкалья // Кинетика и динамика обменных процессов. IV Всероссийский симпозиум с международным участием. – М.: Издательство «Граница», 2015. С. 55-56.