eng
Выпуск #3/2016
Т.Борисова
Контроль качества продуктов питания и пищевого сырья. решения Шимадзу
Контроль качества продуктов питания и пищевого сырья. решения Шимадзу
Просмотры: 9943
В статье описаны конкретные примеры применения оборудования компании Шимадзу для решения задач, стоящих перед аналитическими лабораториями пищевой промышленности. Показано, что различные виды хроматографии в сочетании со спектрометрическими методами – МС, АА, ИСП-ОЭС, ИК-Фурье – позволяют полностью контролировать качество продуктов питания и пищевого сырья в соответствии с требованиями стандартов.
Сегодня можно наблюдать увеличение числа различных директив, стандартов, законов в области контроля качества пищевых продуктов. Это свидетельствует о том, что безопасность производимых и выпускаемых продовольственных товаров принадлежит к числу самых обсуждаемых и актуальных тем всего мирового сообщества и является предметом серьезной заботы многих развитых стран, включая Россию. Из-за многокомпонентности и особенностей состава сырья исследование любых продуктов питания является сложной аналитической задачей. Для ее решения корпорация Шимадзу, как один из мировых производителей аналитического оборудования, предлагает широкий спектр оборудования, позволяющий эффективно контролировать качество пищевой продукции и сырья.
Согласно Федеральному закону № 29-ФЗ от 2 января 2000 года [1] в обороте могут находиться только пищевые продукты, материалы и изделия, соответствующие требованиям нормативных документов и прошедшие государственную регистрацию в порядке, установленном этим федеральным законом. Это означает, что в технологии изготовления продовольственных товаров большое значение имеют качество и состав сырья, соответствие выпускаемой продукции установленным нормам, а также соблюдение санитарно-гигиенических требований. Решение данных вопросов невозможно без использования современных методов испытаний пищевого сырья и готовой продукции. Поэтому в интересах пищевых предприятий лежит создание собственных лабораторий, выполняющих полный перечень необходимых исследований или же осуществляющих контроль технологического процесса всего по нескольким, наиболее значимым для производства, параметрам. Критериями качества и безопасности при этом являются микробиологические, органолептические и физико-химические показатели.
В последние годы в пищевой промышленности можно наблюдать постепенный переход от использования методов "мокрой" химии и соответствующего традиционного лабораторного оборудования к более точному и высокопроизводительному – аналитическому. Аналитические приборы используются на всех этапах производства, начиная от входного контроля поступившего на предприятие сырья и заканчивая выходным контролем готового продукта и упаковки. Кроме того, такое оборудование применяется для установления подлинности и выявления фальсифицированной продукции (например, при обнаружении конины в лазанье), определения пестицидов в овощах или количественного содержания тяжелых металлов в воде и др.
Основные аналитические методы
и оборудование для анализа пищевых продуктов и сырья
Основными методами исследования, нашедшими широкое применение в пищевой промышленности сегодня являются газовая и жидкостная хроматография, хромато-масс-спектрометрия, атомно-абсорбционная спектрометрия, ИК-спектроскопия. Все показатели, регулирующие качество и безопасность, а также пищевую ценность сырья и готовой продукции, согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 [2], могут быть определены с помощью оборудования Шимадзу.
Хроматография
В настоящее время отмечается увеличение доли использования хроматографических и хромато-масс-спектрометрических методов исследования, что указывает на первоочередную важность их внедрения в пищевой промышленности. Хроматография применяется для анализа большинства основных пищевых продуктов: мяса и мясных продуктов, рыбы и других морепродуктов, растительных и животных маслел, молока и молочной продукции, зерновых культур, хлеба, яиц, овощей, фруктов, соков, ягод, джемов, напитков, сахара, меда, орехов, вина, спиртоводочных изделий, пива, чая, кофе, какао, приправ, специй и многого другого. Ниже приведено несколько примеров практического использования хроматографического оборудования Шимадзу в пищевой индустрии.
Газовая хроматография является ключевым методом при определении натуральности продуктов, проведении качественного / количественного анализа их состава, при исследовании безопасности пищевых добавок, анализе ароматов, выявлении присутствия загрязняющих веществ (пестициды, летучие и полулетучие органические соединения), в том числе в упаковочных материалах. Благодаря использованию селективных детекторов, таких как пламенно-фотометрический (ПФД), пламенно-ионизационный (ПИД), термоионный (ТИД) или электронозахватный детектор (ЭЗД) в сочетании с газовыми хроматографами Шимадзу можно проводить высокочувствительный анализ на следовом уровне. Иллюстрацией этого является определение содержания диацетила (рис.1) в пиве.
Это вещество, являющееся по структуре вицинальным дикетоном – 2,3-бутандионом – образуется при сбраживании сусла и влияет на вкус и аромат готовой продукции. При превышении порогового уровня оно придает продуктам брожения нечистый вкус – от сладкого до противного, а в очень больших количествах создает привкус прогорклого масла.
По данным европейской пивоваренной конвенции (EBC) содержание диацетила в пиве определяется при помощи газовых хроматографов, укомплектованных автодозатором равновесного пара и электронозахватным детектором. Для выполнения данного анализа эффективно использовать газовый хроматограф Шимадзу GC-2014 с автодозатором равновесного пара HS-10 (рис.2). Результаты анализа приведены на рис.3.
Если газовая хроматография пригодна главным образом для анализа, разделения и исследования химических веществ с молекулярной массой 500–600 а.е.м., то жидкостная хроматография может быть использована для веществ с молекулярной массой от нескольких сот до нескольких миллионов а.е.м., включая предельно сложные макромолекулы синтетических полимеров, белков, пептидов и нуклеиновых кислот. Традиционная и сверхбыстрая жидкостная хроматография в пищевой промышленности применяются как в аналитических, так и препаративных целях: разделение, очистка и выделение аминокислот, белков, ферментов, анализ углеводов, микотоксинов, антибиотиков, консервантов и др.
Наглядным примером, показывающим возможности ЖХ, является определение с ее помощью консервантов типа сорбиновой и бензойной кислот и их солей (сорбатов калия и кальция, бензоат натрия). Они часто применяются в производстве маргаринов, майонезов, соусов и салатных заправок, безалкогольных напитков, при консервировании фруктов и овощей, мясных изделий и прочих продуктов. Для проведения быстрого анализа консервантов Шимадзу предлагает жидкостную систему Nexera X2 со спектрофотометрическим детектором (рис.4). В качестве образцов были выбраны безалкогольный напиток и рассол, которые разбавили очищенной водой в 10 раз и затем отфильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Время анализа составило всего 2 мин. Результаты исследования и условия разделения приведены ниже (рис.5, табл.1).
Еще большие возможности предоставляет сочетание газовой хроматографии с масс-спектрометрией (ГХ-МС и ГХ-МС/МС), которое позволяет разделять, идентифицировать и количественно определять компоненты сложной смеси, даже если они содержатся в пробе в минимальной концентрации. Для определения остаточного содержания большого количества пестицидов в сложных матрицах методом тандемной газовой хромато-масс-спектрометрии компанией Шимадзу специально разработана постоянно обновляемая база данных Smart Pesticides Database. На сегодняшний день она уже содержит оптимизированные параметры измерения в режиме тандемной масс-спектрометрии, а также линейные индексы удерживания для 600 пестицидов. Ниже приведен пример скринингового анализа образца яблока для выявления следового содержания более 360 пестицидов (рис.6). Подробнее о применении газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии для определения пестицидов можно узнать в статье "Определение пестицидов. Решения Шимадзу" [3].
Оптимальным методом для надежного и воспроизводимого количественного анализа следовых количеств аналитов в образцах со сложной матрицей является жидкостная хромато-масс-спектрометрия. Тандемный квадрупольный масс-спектрометрический детектор служит хорошим дополнением как к традиционной ВЭЖХ-системе, так и к УВЭЖХ. Объединение систем сверхбыстрого разделения и сверхбыстрого детектирования позволяет в разы увеличить производительность анализа без снижения его чувствительности и разрешения.
В частности ЖХ-МС/МС является эффективным методом для определения микотоксинов в сложных матрицах. На рисунке приведен пример одновременного анализа 45 микотоксинов при помощи тандемного жидкостного масс-спектрометра LCMS-8050 (рис.7). Все целевые соединения были обнаружены с высокой чувствительностью всего за 9 мин (рис.8). При этом следует отметить, что благодаря сверхбыстрому (5 мс) переключению полярности ионизации, в ходе одного анализа были определены как положительно, так и отрицательно заряженные ионы.
Спектрометрия
Атомно-абсорбционная спектрометрия и атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой – два лучших решения для количественного определения содержания элементов в пищевых продуктах. Атомно-абсорбционный спектрофотометр позволяет достичь максимальной эффективности определения элементов с использованием как пламенной, так и электротермической атомизации. Спектрометры с индуктивно-связанной плазмой представляют собой системы, характеризующиеся превосходной точностью, необходимой для одновременного быстрого определения большого числа химических элементов, вне зависимости от уровня их концентраций в питьевой, минеральной воде, в вине и других напитках. Это крайне важно, например, для оценки содержания токсичных веществ, таких как мышьяк, свинец, кадмий и др. Высокочувствительные спектрометры Шимадзу позволяют их обнаруживать даже в следовых количествах.
Ниже приведен пример определения содержания кадмия и свинца в α-циклодекстрине (циклический олигосахарид), который, в свою очередь, используется при производстве функциональных продуктов питания, в фармацевтике, косметике и т.д. (рис.9). Результаты измерений приведены в табл.2. Измерения проводились с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра АА-7000 (рис.10). А для анализа сертифицированного стандартного образца белка рыбы (DORM-4), содержащего микропримеси металлов, использовался спектрометр с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9800 (рис.11). Полученные данные прекрасно коррелируют с сертифицированными (табл.3).
Для контроля качества воды и пищевых продуктов в пищевой промышленности активно используются фотометрические методы анализа. С их помощью по характеристическому поглощению в УФ, видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра можно определять содержание органических и неорганических примесей, в частности, в питьевой воде, определять соответствие продукта цветности, например, как вина, так и винных бутылок.
ИК-спектроскопия в основном применяется для идентификации веществ, а также в ряде случаев и количественного анализа. ИК-Фурье спектрометры в сочетании с техникой нарушенного полного внутреннего отражения также можно использовать и для анализа пищевой упаковки – например, чайных пакетиков, чтобы оценить натуральность материала, из которого они изготовлены.
ИК-Фурье спектрометр IRTracer-100 (рис.12) позволяет измерить спектр посторонних органических включений и сравнить его с библиотекой спектров для идентификации примесей. Ниже представлен анализ загрязнений на поверхности замороженной пиццы. Некоторое количество инородного вещества удалили с поверхности замороженной пиццы и проанализировали его с помощью ИК-микроскопа. Полученный спектр демонстрирует полосы, характерные для фторированного полимера (рис.13).
Как было показано выше, представленное аналитическое оборудование Шимадзу позволяет решать задачи, стоящие практически перед любыми пищевыми лабораториями и аккредитованными испытательными центрами. В условиях действия федерального закона "О техническом регулировании" [4], предусматривающего замену десятков тысяч ГОСТов и СанПиНов несколькими сотнями технических регламентов, устанавливающих требования, как к процессу производства пищевых продуктов, так и к методам анализа, в будущем к уже имеющимся методам исследования, возможно, дополнительно потребуются анализаторы общего углерода и испытательные машины для проведения исследований качества сырья и готовой продукции. Компания Шимадзу готова предложить решения и в этих направлениях.
Литература:
1.Федеральный закон от 2 января 2000 года (ред. от 13.07.2015) № 29-ФЗ "О качестве и безопасности пищевых продуктов".
2.СанПиН 2.3.2.1078-01 "Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов".
3.Тремасова М., Борисова Т. Определение пестицидов. Решения Шимадзу // Аналитика. 2016. № 2. С. 38–52.
4.Федеральный закон от 27 декабря 2002 года (ред. от 28.11.2015) № 183-ФЗ "О техническом регулировании".
5.Шимадзу News 03, 2015.
6.10G-E-020B-RUS Брошюра "Обеспечение качества и безопасности пищевых продуктов с помощью аналитического и испытательного оборудования Шимадзу".
Согласно Федеральному закону № 29-ФЗ от 2 января 2000 года [1] в обороте могут находиться только пищевые продукты, материалы и изделия, соответствующие требованиям нормативных документов и прошедшие государственную регистрацию в порядке, установленном этим федеральным законом. Это означает, что в технологии изготовления продовольственных товаров большое значение имеют качество и состав сырья, соответствие выпускаемой продукции установленным нормам, а также соблюдение санитарно-гигиенических требований. Решение данных вопросов невозможно без использования современных методов испытаний пищевого сырья и готовой продукции. Поэтому в интересах пищевых предприятий лежит создание собственных лабораторий, выполняющих полный перечень необходимых исследований или же осуществляющих контроль технологического процесса всего по нескольким, наиболее значимым для производства, параметрам. Критериями качества и безопасности при этом являются микробиологические, органолептические и физико-химические показатели.
В последние годы в пищевой промышленности можно наблюдать постепенный переход от использования методов "мокрой" химии и соответствующего традиционного лабораторного оборудования к более точному и высокопроизводительному – аналитическому. Аналитические приборы используются на всех этапах производства, начиная от входного контроля поступившего на предприятие сырья и заканчивая выходным контролем готового продукта и упаковки. Кроме того, такое оборудование применяется для установления подлинности и выявления фальсифицированной продукции (например, при обнаружении конины в лазанье), определения пестицидов в овощах или количественного содержания тяжелых металлов в воде и др.
Основные аналитические методы
и оборудование для анализа пищевых продуктов и сырья
Основными методами исследования, нашедшими широкое применение в пищевой промышленности сегодня являются газовая и жидкостная хроматография, хромато-масс-спектрометрия, атомно-абсорбционная спектрометрия, ИК-спектроскопия. Все показатели, регулирующие качество и безопасность, а также пищевую ценность сырья и готовой продукции, согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 [2], могут быть определены с помощью оборудования Шимадзу.
Хроматография
В настоящее время отмечается увеличение доли использования хроматографических и хромато-масс-спектрометрических методов исследования, что указывает на первоочередную важность их внедрения в пищевой промышленности. Хроматография применяется для анализа большинства основных пищевых продуктов: мяса и мясных продуктов, рыбы и других морепродуктов, растительных и животных маслел, молока и молочной продукции, зерновых культур, хлеба, яиц, овощей, фруктов, соков, ягод, джемов, напитков, сахара, меда, орехов, вина, спиртоводочных изделий, пива, чая, кофе, какао, приправ, специй и многого другого. Ниже приведено несколько примеров практического использования хроматографического оборудования Шимадзу в пищевой индустрии.
Газовая хроматография является ключевым методом при определении натуральности продуктов, проведении качественного / количественного анализа их состава, при исследовании безопасности пищевых добавок, анализе ароматов, выявлении присутствия загрязняющих веществ (пестициды, летучие и полулетучие органические соединения), в том числе в упаковочных материалах. Благодаря использованию селективных детекторов, таких как пламенно-фотометрический (ПФД), пламенно-ионизационный (ПИД), термоионный (ТИД) или электронозахватный детектор (ЭЗД) в сочетании с газовыми хроматографами Шимадзу можно проводить высокочувствительный анализ на следовом уровне. Иллюстрацией этого является определение содержания диацетила (рис.1) в пиве.
Это вещество, являющееся по структуре вицинальным дикетоном – 2,3-бутандионом – образуется при сбраживании сусла и влияет на вкус и аромат готовой продукции. При превышении порогового уровня оно придает продуктам брожения нечистый вкус – от сладкого до противного, а в очень больших количествах создает привкус прогорклого масла.
По данным европейской пивоваренной конвенции (EBC) содержание диацетила в пиве определяется при помощи газовых хроматографов, укомплектованных автодозатором равновесного пара и электронозахватным детектором. Для выполнения данного анализа эффективно использовать газовый хроматограф Шимадзу GC-2014 с автодозатором равновесного пара HS-10 (рис.2). Результаты анализа приведены на рис.3.
Если газовая хроматография пригодна главным образом для анализа, разделения и исследования химических веществ с молекулярной массой 500–600 а.е.м., то жидкостная хроматография может быть использована для веществ с молекулярной массой от нескольких сот до нескольких миллионов а.е.м., включая предельно сложные макромолекулы синтетических полимеров, белков, пептидов и нуклеиновых кислот. Традиционная и сверхбыстрая жидкостная хроматография в пищевой промышленности применяются как в аналитических, так и препаративных целях: разделение, очистка и выделение аминокислот, белков, ферментов, анализ углеводов, микотоксинов, антибиотиков, консервантов и др.
Наглядным примером, показывающим возможности ЖХ, является определение с ее помощью консервантов типа сорбиновой и бензойной кислот и их солей (сорбатов калия и кальция, бензоат натрия). Они часто применяются в производстве маргаринов, майонезов, соусов и салатных заправок, безалкогольных напитков, при консервировании фруктов и овощей, мясных изделий и прочих продуктов. Для проведения быстрого анализа консервантов Шимадзу предлагает жидкостную систему Nexera X2 со спектрофотометрическим детектором (рис.4). В качестве образцов были выбраны безалкогольный напиток и рассол, которые разбавили очищенной водой в 10 раз и затем отфильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм. Время анализа составило всего 2 мин. Результаты исследования и условия разделения приведены ниже (рис.5, табл.1).
Еще большие возможности предоставляет сочетание газовой хроматографии с масс-спектрометрией (ГХ-МС и ГХ-МС/МС), которое позволяет разделять, идентифицировать и количественно определять компоненты сложной смеси, даже если они содержатся в пробе в минимальной концентрации. Для определения остаточного содержания большого количества пестицидов в сложных матрицах методом тандемной газовой хромато-масс-спектрометрии компанией Шимадзу специально разработана постоянно обновляемая база данных Smart Pesticides Database. На сегодняшний день она уже содержит оптимизированные параметры измерения в режиме тандемной масс-спектрометрии, а также линейные индексы удерживания для 600 пестицидов. Ниже приведен пример скринингового анализа образца яблока для выявления следового содержания более 360 пестицидов (рис.6). Подробнее о применении газовой хроматографии и хромато-масс-спектрометрии для определения пестицидов можно узнать в статье "Определение пестицидов. Решения Шимадзу" [3].
Оптимальным методом для надежного и воспроизводимого количественного анализа следовых количеств аналитов в образцах со сложной матрицей является жидкостная хромато-масс-спектрометрия. Тандемный квадрупольный масс-спектрометрический детектор служит хорошим дополнением как к традиционной ВЭЖХ-системе, так и к УВЭЖХ. Объединение систем сверхбыстрого разделения и сверхбыстрого детектирования позволяет в разы увеличить производительность анализа без снижения его чувствительности и разрешения.
В частности ЖХ-МС/МС является эффективным методом для определения микотоксинов в сложных матрицах. На рисунке приведен пример одновременного анализа 45 микотоксинов при помощи тандемного жидкостного масс-спектрометра LCMS-8050 (рис.7). Все целевые соединения были обнаружены с высокой чувствительностью всего за 9 мин (рис.8). При этом следует отметить, что благодаря сверхбыстрому (5 мс) переключению полярности ионизации, в ходе одного анализа были определены как положительно, так и отрицательно заряженные ионы.
Спектрометрия
Атомно-абсорбционная спектрометрия и атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой – два лучших решения для количественного определения содержания элементов в пищевых продуктах. Атомно-абсорбционный спектрофотометр позволяет достичь максимальной эффективности определения элементов с использованием как пламенной, так и электротермической атомизации. Спектрометры с индуктивно-связанной плазмой представляют собой системы, характеризующиеся превосходной точностью, необходимой для одновременного быстрого определения большого числа химических элементов, вне зависимости от уровня их концентраций в питьевой, минеральной воде, в вине и других напитках. Это крайне важно, например, для оценки содержания токсичных веществ, таких как мышьяк, свинец, кадмий и др. Высокочувствительные спектрометры Шимадзу позволяют их обнаруживать даже в следовых количествах.
Ниже приведен пример определения содержания кадмия и свинца в α-циклодекстрине (циклический олигосахарид), который, в свою очередь, используется при производстве функциональных продуктов питания, в фармацевтике, косметике и т.д. (рис.9). Результаты измерений приведены в табл.2. Измерения проводились с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра АА-7000 (рис.10). А для анализа сертифицированного стандартного образца белка рыбы (DORM-4), содержащего микропримеси металлов, использовался спектрометр с индуктивно-связанной плазмой ICPE-9800 (рис.11). Полученные данные прекрасно коррелируют с сертифицированными (табл.3).
Для контроля качества воды и пищевых продуктов в пищевой промышленности активно используются фотометрические методы анализа. С их помощью по характеристическому поглощению в УФ, видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра можно определять содержание органических и неорганических примесей, в частности, в питьевой воде, определять соответствие продукта цветности, например, как вина, так и винных бутылок.
ИК-спектроскопия в основном применяется для идентификации веществ, а также в ряде случаев и количественного анализа. ИК-Фурье спектрометры в сочетании с техникой нарушенного полного внутреннего отражения также можно использовать и для анализа пищевой упаковки – например, чайных пакетиков, чтобы оценить натуральность материала, из которого они изготовлены.
ИК-Фурье спектрометр IRTracer-100 (рис.12) позволяет измерить спектр посторонних органических включений и сравнить его с библиотекой спектров для идентификации примесей. Ниже представлен анализ загрязнений на поверхности замороженной пиццы. Некоторое количество инородного вещества удалили с поверхности замороженной пиццы и проанализировали его с помощью ИК-микроскопа. Полученный спектр демонстрирует полосы, характерные для фторированного полимера (рис.13).
Как было показано выше, представленное аналитическое оборудование Шимадзу позволяет решать задачи, стоящие практически перед любыми пищевыми лабораториями и аккредитованными испытательными центрами. В условиях действия федерального закона "О техническом регулировании" [4], предусматривающего замену десятков тысяч ГОСТов и СанПиНов несколькими сотнями технических регламентов, устанавливающих требования, как к процессу производства пищевых продуктов, так и к методам анализа, в будущем к уже имеющимся методам исследования, возможно, дополнительно потребуются анализаторы общего углерода и испытательные машины для проведения исследований качества сырья и готовой продукции. Компания Шимадзу готова предложить решения и в этих направлениях.
Литература:
1.Федеральный закон от 2 января 2000 года (ред. от 13.07.2015) № 29-ФЗ "О качестве и безопасности пищевых продуктов".
2.СанПиН 2.3.2.1078-01 "Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов".
3.Тремасова М., Борисова Т. Определение пестицидов. Решения Шимадзу // Аналитика. 2016. № 2. С. 38–52.
4.Федеральный закон от 27 декабря 2002 года (ред. от 28.11.2015) № 183-ФЗ "О техническом регулировании".
5.Шимадзу News 03, 2015.
6.10G-E-020B-RUS Брошюра "Обеспечение качества и безопасности пищевых продуктов с помощью аналитического и испытательного оборудования Шимадзу".
Отзывы читателей
