0: Добрый день, меня зовут Ирина Тимофеева, я доктор химических наук, профессор санкт петербургского государственного университета и сегодня познакомлю вас с темой лекции. Функциональные растворители для анализа пищевых продуктов вообще функциональные растворители.
1: Понятие многогранное, сюда входят и экстрагенты, и растворители, и для чего же они нужны? Я покажу на примере простых для нас с вами доступных и понятных вещей, таких как пищевые продукты ещё
2: Крат говорил, что мы есть то, что мы едим, и пищевые продукты, они состоят как из элементарных компонентов, таких как белки, жиры, углеводы, минеральные соли, витамины все то, что нам необходимо для поддержания нашей
3: Жизнедеятельности, но в то же время пищевые продукты несут в себе и неэлементарные компоненты, такие как пищевые добавки, красители, эти компоненты, они, естественно, природой не были добавлены, а были добавлены человеком в процессе
4: Создание уже полуфабриката или готового продукта питания. Стоит отметить, что неэлементарные компоненты бывают природного и антропогенного происхождения. Природные консерванты, как вы знаете, они существуют так же, как
5: Существуют и природные красители, а вот антропогенные, такие как чужеродные химические вещества, будь то пестициды или антибиотики, это все те вещества, которые были добавлены человеком намеренно в процессе производства.
6: Пищевого продукта или уже перед его непосредственным применением, по данным продовольственной сельскохозяйственной организации всемирной организации здравоохранения, 80 95% вредных и чужеродных веществ для человека поступает именно
7: С продуктами питания. Поэтому, конечно же, тема определения вредных компонентов в составе пищевого продукта, она является важной, насущной и также закреплена в стратегиях научно технологического развития нашей
8: Страны для того, чтобы обеспечивать безопасные продукты питания. Если мы зайдём в магазин и возьмём любой пищевой продукт, то увидим на этикетке его состав, который должен обязательно производитель указывать.
9: И здесь мы можем видеть как элементарные, так и не элементарные компоненты, но в то же время никто из производителей не указывает такие компоненты, как антибиотики, пестициды или, например, Поли.
10: Ически ароматические углеводороды, фенолы все те компоненты, которые производитель намеренно не добавлял, который мог туда попасть в процессе выращивания или животноводства, и в конечном итоге такие вещества, они остаются.
11: В организме животного и затем попадают к нам на стол, например, антибиотики, да или пестициды, когда их использует фермер в процессе выращивания, а затем уже пищевой продукт содержит
12: Эти остаточное количество этих веществ. И, конечно, нам в 1 очередь необходимо знать содержание этих веществ в пищевом продукте для того, чтобы понимать, насколько безопасный данный продукт питания и чтобы
13: Знать, как, допустим, утилизировать этот продукт, если вдруг он содержит какие-то очень вредные или канцерогенные вещества для того, чтобы понимать, как вообще происходит химический анализ, я привела на слайде.
14: Процесс химического анализа, который состоит из 4 этапов. 1 этап это проба отбор. Здесь очень важно, чтобы проба была представительная. Мы понимаем, что объект анализа может представлять собой довольно большой размер.
15: Если мы говорим, например, про объекты анализа окружающей среды, такие как реки, моря, океаны, то для того, чтобы проба была представительная, необходимо правильно произвести её пробоотбор. Говоря о пищевом продукте, здесь, наверное, все-таки попро.
16: Проще. Объект анализа, он у нас немного ограничен в объёмах, тем не менее, для анализа требуется несколько грамм или несколько Десятков грамм. Поэтому, если объект представляет собой несколько килограмм, то, соответственно, проба.
17: Должна быть отобрана именно таким образом, чтобы состав её был равномерно распределён. Вот в этой самой отобранной для анализа пробы про подготовка. Здесь важно отметить такой момент, что все
18: Вещества вредные, я имею ввиду вещества в пробе находятся в довольно низких содержаниях, и поэтому для того, чтобы их определять, необходимо предварительно сконцентрировать эти вещества и выделить эти вещества, потому как
19: Мы понимаем, что проба это многокомпонентная матрица, и если мы, допустим, сразу эту матрицу поместим в какой-либо прибор, то мы, конечно же, получим лес Пиков, из чего будет абсолютно непонятно, что есть что и что из этого вредно.
20: Поэтому проподготовка, которая включает в себя выделение и концентрирование, она является важной и неотъемлемой частью любого химического анализа. Также на про подготовку, конечно же, уделяется большое кол.
21: Времени это порядков нескольких часов может достигать. Поэтому здесь важно момент это экспрессность. И сейчас, конечно, аналитики, они стараются разрабатывать методы профподготовки, которые
22: Достигает нескольких минут, ну или хотя бы Десятков минут там до получаса. Анализ, 3 этап это непосредственно сам химический анализ. Здесь используются различные химические, физико химические методы и даже физические методы анализа.
23: И, конечно, анализ должен обеспечивать надёжность, то есть он должен показывать именно то содержание компонента, который действительно находится в пробе, и быть довольно чувствительным, то есть показывать довольно низкие.
24: Концентрации, что мы называем пределом обнаружения, но не будем вдаваться в подробности, а обратимся к 4 этапу. Это обработка результатов химического анализа, это метрологическая обработка, так как мы должны предоставить результаты
25: То есть плюс минус какая-то доверительная интервал, то есть погрешность определения. Итак, остановимся на 2 этапе про подготовки. И, как я уже отметила, очень важный момент это разделение и концентрирование, которое обеспечивает нам выделение.
26: Целевого компонента или в дальнейшем мы будем его называть анолитом из матрицы пробы, а также его концентрирование, как можно сконцентрировать анолит. Ну, например, из большого объёма нашей пробы мы можем взять
27: И извлечь его в небольшой объём экстрагента. Конечно же, эти 2 вещества не должны смешиваться между собой. То есть, например, если у нас объект анализа водный, то извлекать мы будем
28: Например, органические какие-то в неводный раствор, какой-то растворитель органического происхождения. Представим себе масло и воду. Все мы знаем, что они не смешиваются между собой, тем не менее.
29: Например, в водную фазу из масла могут приходить водорастворимые компоненты, и из понимаем, что из большого объёма в маленький происходит концентрирование этого вещества в объёме фазы экстрагента. Итак, экстрагент
30: Должен хорошо растворять в себе извлекаемое вещество, отличаться по плотности от воды для того, чтобы мы могли эти фазы разделить, быть нерастворимым в воде, быть химически инертным по отношению к извлекаемому веществу и быть
31: Безопасным. Вот это требование быть безопасным. Оно добавлено сравнительно недавно, когда люди стали беспокоиться о здоровье человека, о здоровье окружающей среды, то есть об экологичности и
32: Раньше, например, использовались такие экстрагенты, как четыреххлористый углерод, хлороформ, хлорбензол и другие хлорорганические вещества, которые на самом деле таят в себе множество опасностей. И вот, например, четыреххлористый углерод вообще.
33: Запрещён. Во многих странах в качестве экстрагента на смену им пришли новые растворители или растворители последнего поколения. У нас их принято называть функциональными растворителями. Этот термин, наверное, более широко.
34: Описывает все эти растворители последнего поколения, которые, по сути, несут в себе интересную функцию мы можем настраивать свойства этих растворителей для того, чтобы они были избирательны или селективны по отноше.
35: Отношению к нашим целевым аналитам, компонентам пробы. Итак, в качестве функциональных растворителей рассмотрим сегодня пример природных растворителей или экстрагентов в качестве таких природных раствори
36: Которые у всех на слуху и которым мы все в жизни сталкивались, но никогда об этом не задумывались, не задумывались о той Роли в аналитическом анализе, которую они могут играть. Это, например, ментол и тимол ментол, это природное, органическое
37: Вещество, получаемое из эфирного масла мяты, а также синтетически может быть получено, но по большей части, конечно, природного происхождения. Мы видим формулу этого вещества. Рядом на слайде приведён тимол.
38: Тоже природное вещество, полученное из эфирного масла тимьяна обыкновенного, также может быть получено и синтетически. В любом случае это 2 вещества, которые безопасны в небольших концентрациях для человека.
39: Для окружающей среды, если мы говорим про утилизацию результатов химического анализа в окружающую среду и таким образом минимизируются риски загрязнения окружающей среды и вообще, в принципе, при работе с этими веществами
40: У человека не возникает каких-либо проблем, таких как, например, с четыреххлористым углеродом. Эти 2 вещества могут быть, например, конечно, помимо этих веществ существует множество других природных веществ, камфора и так далее, которые
41: Могут быть использованы в анализе пищевых продуктов, но мы остановимся именно на них для того, чтобы наиболее ярко и подробно рассмотреть примеры их применения в именно в химическом анализе. Так, например, определение
42: Пищевой добавки е 240 в молоке вообще её 240. То, что мы могли бы увидеть на этикетке в другой стране, не в нашей, потому как в нашей стране формальдегид запрещён при производстве продуктов пита.
43: Это формальдегид, как я уже отметила, значит, формальдегид, он вообще вреден и опасен для здоровья человека. Может вызывать онкологические заболевания, но в некоторых странах, повторюсь, его используют в качестве добавки, а именно к
44: Серванта к пищевым продуктам. Вообще формальдегид может находиться в объектах анализа, то есть пищевых продуктов естественным образом. Вот, например, в таблице мы можем видеть его содержание.
45: В различных объектах анализа и, например, в молоке это 100 300 микрограмм на килограмм. Это говорит о том, что формальдегид в процессе жизнедеятельности животного образуется естественным образом и может присутствовать
46: Большом количестве в продукте питания. Однако производители могут добавлять его намеренно в высоких концентрациях для того, чтобы продукт оставался дольше в том виде, в котором его производят для того, чтобы
47: Определять формальдегид. Например, в молоке мы использовали тимол в качестве экстрагента. И по вот такой вот схеме мы берём молоко изначально.
48: Которая, предположительно, содержит формальдегид. Далее мы добавляем в него расплав природного экстрагента. То есть тимола. Надо отметить, что тимол у него температура плавления 53 градуса. То есть это довольно невысокое нагрева.
49: Для того, чтобы оно пришло в жидкое агрегатное состояние. И когда мы его добавили в нашу пробу, также мы сюда добавляем реагент для дериватизации. Далее по реакции ганча образуется окрашенное вещество.
50: Окрашенный продукт реакции, дереватив и который мы далее через этот раствор мы пропускаем воздух для того, чтобы максимально эффективно перемешать вот эту смесь. Реагент
51: Экстрагента и, соответственно, пробы. При нагревании происходит образование того самого дериватива, про который я говорила по реакции ганча, и он прекрасно выделяется, этот продукт реакции в
52: Экстрагент, то есть наш тимол, расплавленный тимол, он все ещё жидкий, на поверхности нашей пробы выделяется после того, как пузырьки Газа мы перестаём пропускать, мы отбираем и капаем на подложку. И далее мы можем
53: Можем либо инструментально определить, то есть с помощью флюориметр концентрацию вещества формальдегида, либо мы можем визуально даже определить. Вот видно, что на слайде, на подложечка здесь концентрация
54: Формальдегида меньше трехста микрограмм на литр, то есть естественного содержания формальдегида в молоке. А вот данный цвет сигнализирует о том, что превышено содержание естественного содержания формальдегида. Таким
55: Образом мы можем зафиксировать нарушение в процессе производства молока и свидетельствовать о том, что содержание формальдегида в молоке повышено. А следующий вариант применения, например, ментола
56: Про который уже говорила его температура плавления и того ниже это 43 градуса примерно цельсия, соответственно, его мы используем для определения бензойной кислоты или на упаковках можно увидеть консервант е 210.
57: В безалкогольных напитках, например, соках, каких-то лимонадах, минеральной воде и так далее. Для чего добавляется бензойная кислота. Вообще надо сказать, что бензойная кислота, она может и естественным образом содержаться в продукте питания.
58: Например, в клюкве и, соответственно, в клюквенном соке или морсе, но также она может быть намеренно добавлена производителями в другие продукты для того, чтобы дольше сохранить свежесть этого продукта бензойная кислота.
59: Может вызывать аллергические реакции, значит, проблемы с желудочно кишечным трактом, ну и так далее. Поэтому, конечно, её контроль должен быть тоже осуществлён. Какая схема была предложена для того, чтобы определить бензольную кислоту безалко?
60: Алкогольных напитков, расплавленный металл помещали на Дно сосуда и далее добавляли туда пробу какого-нибудь лимонада или морса, после чего проводили нагревание.
61: Смеси для того, чтобы ментол расплавлялся и поднимался постепенно с Дна сосуда на поверхность, как мы знаем, ментол, он на поверхности может застывать и образовывать тоненькую.
62: Плёночку, потому что сам он, мы уже обсудили, что его температура плавления 43 градуса цельсия. Таким образом, эту плёночку на поверхности мы потом отделяли от водного раствора, то есть от раствора образца и уже эту плёнку
63: Растворяли в метаноле и далее методом высокоэффективной жидкостной хроматографии определяли уже бензойную кислоту в напитках максимальный уровень этой кислоты в безалкогольных ароматизированных напитках.
64: 150 миллиграмм на литр, если превышает, то, соответственно, это уже нарушение норм. Кроме того, обратите внимание на картинки, представленные на слайде. Здесь ментол, он выступает в качестве экстрагента бензойной
65: Кислоты без какой-либо дополнительной реакции дериватизации. И кроме того, он не извлекает красители, что очень важно при анализе хроматографическими методами, потому как нет
66: Мешающего влияния. Также была, например, определена и сорбиновая кислота. Ну а я перейду к определению аскорбиновой кислоты е 300 это тоже добавка, несмотря на то, что нам
67: Известна аскорбиновая кислота как витамин ц. Она добавляется производителем в качестве антиокислителей для различных объектов пищевой промышленности. Ну, как мы знаем, любое вещество, все есть. Я
68: То все, использая, как говорил парацельс, важна концентрация, поэтому если существует превышение этой аскорбиновой кислоты добавки в пищевом продукте, то она также может вызывать различные реакции, начиная с аллергических.
69: Ну и далее уже более серьёзных последствий. Кроме того, анализ или контроль аскорбиновой кислоты в пищевых продуктах очень важен для детского питания, потому как мы знаем, что цитрусовые детям дают обычно в последнюю
70: Очередь, потому как они вызывают больше всего аллергических реакций. Поэтому, например, в детских смесях, в детских пюрешках, там, в детском соке, очень важно содержание аскорбиновой кислоты, чтобы оно не превышало максимально допусти,
71: Уровня. И здесь. Кроме того, я бы хотела отметить, что в наших исследованиях был применён такой прибор аналитический, как смартфон. Казалось бы, что пищевые медицинские лаборатории, они оборудованы какими-то сверх
72: Новыми машинами, да, это и высокоэффективные жидкостные хроматографы, газовые хроматографы, спектрометры и так далее. Но на самом деле у нас у каждого в кармане находится такой прибор, который способен осуществлять функцию того самого
73: Анализатора и так достаточно установить всего лишь приложение специальное, которое позволит нам разложить наш цвет на составляющие зелёный, красный, синий, например, и определить построить
74: Ровную зависимость и определить концентрацию этого вещества. Но для того, чтобы получить вот этот самый цвет, нам необходимо в бесцветную аскорбиновую кислоту как-то перевести в цветовую форму. Мы знаем, что реакция
75: Образование гетерополикислот, она сопровождается как раз таким моментом, как восстановление с помощью аскорбиновой кислоты, гетерополикислоты из жёлтой формы в синюю форму. Таким образом, мы воспользовались данной реакцией.
76: И воспользовались данной реакцией, и создали некие такие полоски тест полоски, которые содержат в себе ментол в качестве экстрагента и подло
77: Для того, чтобы удерживать этот фотометрический реагент, то есть, по сути, в данном случае ментол ещё и стабилизатором выступал вот этой формы фотометрической. Далее эту полосочку опускали в пробу. Это сок или пюре.
78: И после определённого времени доставали эту полоску и видели изменение окраски по интенсивности окрашенной зоны. Мы можем судить о концентрации этого вещества в раствор.
79: Или в пробе, соответственно, можно измерять и визуально с помощью цветовой шкалы, а можно ещё более точно измерить с помощью смартфона и специального приложения rgb.
80: Итак, максимально допустимый уровень аскорбиновой кислоты в детском питании составляет 300 миллиграмм на килограмм. Если, соответственно, продукт питания содержит больше, то это сигнал для родителей, для того, чтобы обезопасить
81: Своего ребёнка от возникновения аллергических реакций. Ну и, наконец, переходим на более сложные примеры. Когда мы используем смеси природных веществ. Как я уже говорила, тимол и ментол, они в нормальных условиях, то
82: При температуре комнатной и нормальном атмосферном давлении они являются твёрдыми веществами. Если мы к тимолу добавим ментол, то смесь становится жидкостью при комнатной температ.
83: Температуре такие вещества принято называть эвтектическими растворителями, то есть 2 и более веществ, которые образуют в результате смесь температурой плавления ниже, чем у исходных веществ, называются принято называть эвтектическими.
84: Растворителями, в основном эвтектики образуются за счёт образования, водородных связей. Что это за связи такие? Ну, вообще самый простой пример. Это наша вода у воды. Мы знаем формулу h2 о
85: Так вот, она бы была твёрдой или была бы газообразной, но у неё вот образуются при нормальных условиях вот такие водородные связи, и таким образом она становится жидкостью также сети.
86: Растворителями 1 из них выступает донором водородной связи, например, спирт гептанол, и 2 выступает акцептором водородной связи, например, тетрабутиламмония. В результате образуется
87: Водородная связь и эта смесь приобретает новую температуру плавления такие теретические растворители, они относятся к растворителям последнего поколения, хотя известны ещё с восьмидесятых годов прошлого столетия.
88: Тем не менее, именно в настоящее время они приобрели широкую популярность в использовании для анализа различных объектов анализа, в том числе и пищевых продуктов, как раз-таки это связано с тем, что они в основном состоят из природных.
89: Компонентов или нетоксичных веществ. Кроме того, они легко подвергаются биодеградации в естественной среде, и, кроме того, они являются довольно безопасными для работы с ними, но, как я уже говорила,
90: More mentol например, ребята, которые работают с ментолом, они замечают, что в зимний период времени года они меньше болеют, потому что, как мы знаем, ментол обладает антибактериальными свойствами, ну это такой
91: Скажем, положительный побочный эффект в качестве примера такого эвтектического растворителя я привела на примере определение антибиотиков фторхинолонового ряда это норфлоксацин, лерокс, цин, аплаксин в пищевых продуктах.
92: Таких как молоко и креветки, и в качестве эвтектического растворителя мы использовали в качестве акцептора водородной связи выступал тимол, а в качестве донора водородной связи выступал гептанов я. Кислота, эти структуры.
93: Формулы приведены на слайде, можно посмотреть соответственно пробу. Ну, например, возьмём креветку. Мы измельчали, затем проводили экстракц.
94: Водный раствор и уже этот водный раствор. Если бы мы поместили его непосредственно в хроматограф, то мы бы получили, конечно же, лес Пиков и в принципе могли бы испортить прибор для того, чтобы выделить
95: Целевые компоненты, сконцентрировать эти целевые компоненты и получить достоверные результаты. Нам необходимо провести стадию экстракции, то есть выделение из объекта анализа целевого компонента на
96: В небольшой объём эстетического растворителя или экстрагента. Для этого мы предварительно вот эту пробу водного объекта там или молока, например, если мы говорим про другой объект анализа,
97: Предварительно в него помещали карбонат натрия, для чего мы помещали туда карбонат натрия для того, чтобы естественным образом, то есть инситу внутри раствора, образовать пузырьки Газа. Как это
98: Его можно достичь, как для того, чтобы выделялся углекислый газ. Необходимо добавить к крови ещё и кислоту. Донор водородной связи гептанов, я кислота, она составляет единое.
99: Целое с акцептором водородной связи и участвовать в этой реакции не может, поэтому дополнительно мы в эту смесь эвтектического растворителя ввели 3 компонент муравьиную кислоту, она органическая, поэтому хорошо смешивается.
100: С эвтектическим растворителем, но в то же время она водорастворимая, и поэтому, попадая в образец пробы, который содержит ионы карбоната, она растворяется в водной пробе в результате
101: Реагирует с карбонатом, с образованием углекислого Газа и, соответственно, происходит интенсивное перемешивание вот этой самой эвтектического растворителя на основе тимола гептановой кислоты в образце пробы.
102: Тем самым обеспечивается эффективный масса переноса налита из водной фазы в органическую и далее самостоятельно, самопроизвольно фаза отделяется на поверхности пробы, и она
103: Уже содержит эти самые аналиты, то есть антибиотики фторхинолонового ряда. Эту фазу мы отбираем и уже помещаем в анализатор, в качестве которой выступал высокоэффективный жидкостной хроматограф с флюорометрический детектированием, и тоже.
104: Определяли, смотрели, не превышает ли нормы данные вещества в образцах там креветок и молока вообще, откуда могут взяться антибиотики фторхинолонового ряда в образцах молока или креветок.
105: Конечно же, в процессе производства они используются в качестве такого фактора, который предотвращает развитие болезнетворных бактерий и используется фермерами как раз-таки.
106: В профилактических целях. Ну а кроме того, может использоваться, конечно, и в качестве лечения. Если вдруг были замечены бактерии этого вида. Наши дальнейшие планы это поиск, изучение новых функциональных растворителей, которые мы используем
107: В качестве экстрагентов, а также разработка экспрессных способов определения ксенобиотиков на основе использованных функциональных растворителей. Спасибо.