Тенденции развития аналитических методов определения качества и подлинности пищевых продуктов

Резюме

В обзоре представлены некоторые результаты исследований, проведенных в ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии", по разработке и применению современных химико-аналитических методик определения показателей качества, пищевой и биологической ценности пищевых продуктов. Особое внимание уделено методическим подходам к определению биологически активных веществ растительного происхождения, определению критериев подлинности и методикам выявления фальсификации пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище. Показано практическое применение современных аналитических методик (капиллярная газожидкостная хроматография, капиллярный электрофорез, высокоэффективная жидкостная хроматография с масс-спектрометрическим и ультрафиолетовым детектором на диодной матрице и др.), сочетающих высокоэффективное и селективное разделение и детектирование для идентификации, а также качественного и количественного определения компонентов сложного матрикса пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище.

Ключевые слова:аналитическая химия, биологически активные вещества, биологически активная добавка, БАД к пище, подлинность, фальсификация пищевых продуктов, газожидкостная хроматография, ГЖХ, высокоэффективная жидкостная хроматография, ВЭЖХ, масс-спектрометрия

Финансирование. Исследование выполнено в рамках государственного задания.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Эллер К.И., Перова И.Б. Тенденции развития аналитических методов определения качества и подлинности пищевых продуктов // Вопросы питания. 2020. Т 89, № 4. С. 255-261. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10059

Основной задачей аналитической химии пищевых продуктов традиционно было обеспечение их безопасности для потребителя. Вопросы безопасности остаются актуальными в связи с растущим загрязнением окружающей среды, широким применением в сельском хозяйстве пестицидов, химических удобрений, антибиотиков, ветеринарных лекарств, в пищевой промышленности - пищевых добавок и технологических вспомогательных средств. Кроме проблем безопасности не менее важны для потребителей вопросы качества, пищевой и биологической ценности пищевых продуктов. В настоящее время отмечается также растущий интерес к питанию как одному из основных факторов здорового образа жизни. Это расширяет круг задач пищевой аналитической химии с целью определения целого спектра минорных биологически активных веществ (БАВ) пищи в обогащенных продуктах, функциональных ингредиентах, нутрицевтиках и биологически активных добавках (БАД) к пище. Производство и реализация фальсифицированной продукции наряду с намеренным введением потребителя в заблуждение относительно свойств и происхождения продуктов может наносить прямой ущерб здоровью населения и способствует недобросовестной конкуренции на продовольственном рынке. Кроме того, в последнее время становится все более актуальной проблема ложной или вводящей в заблуждение маркировки пищевых продуктов. Неправильные и необоснованные заявления изготовителей при этикетировании продукции могут касаться существенных характеристик, пищевой ценности, т.е. непосредственно затрагивать сферу безопасности и законных прав потребителей. Это обусловило необходимость разработки соответствующих методик выявления фальсификации.

В последние 20 лет постоянно расширяются и совершенствуются различные методические подходы к анализу пищевых продуктов. Эти методы включают спектроскопические, такие как спектрофотометрия в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях, спек-трофлуориметрия, масс-спектрометрия (МС), ядерный магнитный резонанс, инфракрасная спектрометрия, атомная адсорбционная спектроскопия, атомно-эмиссионная спектроскопия. Расширилось применение биологических методов, таких как полимеразная цепная реакция, иммуноферментные (ELISA), энзиматические методы и биосенсоры. Существенное развитие получили различные виды разделения, такие как высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), капиллярная газовая и газожидкостная хроматография (ГХ и ГЖХ), капиллярный электрофорез, суперкритическая флюидная хроматография. Существенно расширилось применение более экономичных, менее трудозатратных методов пробоподготовки, таких как твердофазная экстракция, экстракции жидкости под давлением и с помощью микроволнового излучения, применение аффинных сорбентов.

В ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" постоянно проводятся систематические исследования по разработке и внедрению в практику лабораторий надзорных органов современных методик по определению безопасности, качества и подлинности пищевых продуктов [1-4]. Некоторые примеры исследований по разработке и применению современных аналитико-химических подходов для оценки качества и подлинности различных групп пищевых продуктов приведены ниже.

Жиры, масла

Применение современных аналитических методов контроля значительно расширило возможности достоверного подтверждения качества, оценки пищевой ценности и выявления фальсификации жиров, масел и продуктов на их основе. Важными гигиеническими характеристиками качества жировых продуктов наряду с общими показателями безопасности и качества, предусмотренными требованиями Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 021/2011 "О безопасности пищевой продукции" и Технического регламента ТР ТС 024/2011 "Технический регламент на масложировую продукцию", являются концентрация и состав жирных кислот, стеринов и жирорастворимых витаминов. Эти показатели не только характеризуют пищевую ценность, но и служат критериями подлинности и выявления фальсификации. В последние годы существенно обновлена методическая база, позволяющая исследовать жиры и масла по этим показателям (табл. 1) [3, 5-7].

Таблица 1. Государственные стандарты на определение жирных кислот и стеринов в пищевых продуктах

Table 1. State Standards for the determination of fatty acids and sterols in foods

Пищевая ценность и натуральность растительных масел, животных жиров, а также комбинированных жировых продуктов могут быть оценены по соответствию их жирнокислотного и стеринового состава показателям, приведенным в международном стандарте Кодекса Алиментариус "Растительные жиры, масла и производные продукты" (Совместная программа ФАО/ВОЗ по стандартам на пищевые продукты [8]).

Эти методики позволяют определить также наличие недекларированных гидрогенизированных масел по содержанию транс-изомеров ненасыщенных жирных кислот, оценивать подлинность нетрадиционных и дорогостоящих растительных масел повышенной пищевой ценности. В качестве примеров можно привести установление подлинности масла семян граната, где до 85% составляет уникальная ω-5 линоленовая (пунико-вая) кислота, и натуральности масла кедрового ореха по наличию 5,9,12-октадекатриеновой (пиноленовой) кислоты. Важным применением является также возможность качественной и количественной оценки в рыбных жирах полиненасыщенных жирных кислот семейства ω-3. В связи с растущим производством функциональных и обогащенных жировыми компонентами продуктов повышенной пищевой ценности приобретает особое значение применение современных методик анализа для качественного и количественного определения с помощью ГЖХ- и ВЭЖХ-методик состава фитостеринов (β-ситостерина, кампестерина, стигмастерина и др.). Анализ стериновой фракции успешно применяется также для выявления недекларированного добавления растительного масла в молочный жир, например в сливочное масло, сгущенное молоко, сметану, сыры и другие жировые продукты животного происхождения. Сотрудники ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" продолжают исследования по оценке качества, выявлению фальсификаций и оценке безопасности масложировых продуктов и жировых пищевых ингредиентов.

В настоящее время продолжаются начатые в 2015 г. исследования токсичности индивидуальных продуктов вторичного окисления, разработаны методы выявления добавления заменителей молочного жира в молочных продуктах. В результате разработки, проведенной с использованием методов хромато-масс-спектрометрии, внедрен в практику работы Роспотребнадзора метод определения глицидиловых эфиров и монохлорпропандиола [7].

Соковая продукция

В последнюю декаду существенно обновлен набор аналитических методик для оценки качества и выявления возможной фальсификации соковой продукции. Российским союзом производителей соков (РСПС) и ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" подготовлено российское издание "Свод правил для оценки качества фруктовых и овощных соков AIJN (Европейская ассоциация производителей фруктовых соков)" [9]. В сборнике приведены 27 полных справочных руководств для основных фруктовых, ягодных и овощных соков. В каждом руководстве приведены такие специфические для данного сока параметры, как содержание сухих веществ (Brix), профиль углеводов, органических кислот, профиль антоцианиновых пигментов для красных и фиолетовых соков, состав минеральных веществ, свободных аминокислот, изотопные соотношения. Для методического обеспечения контроля данных показателей ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" совместно с РСПС разработаны соответствующие ГОСТы (табл. 2).

Таблица 2. Государственные стандарты на определение показателей в соковой продукции

Table 2. State Standards for the determination of indicators in juice products

РСПС при сотрудничестве с ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" проведено исследование соковой продукции, представленной на российском рынке, с целью получения актуальной информации о ее химическом составе. На основании полученных результатов в совокупности с данными справочников подготовлено издание "Нутриентные профили соков" [10], где приведены нутриентные профили 10 наиболее популярных видов соков: яблочного, апельсинового, томатного, грейпфрутового, ананасового, виноградного, вишневого, персикового, гранатового, морковного. С 2017 по 2020 г. в журнале "Вопросы питания" вышла серия публикаций, посвященных нутриентным профилям этих видов соков [11-20]. Отдельно следует остановиться на важности состава антоцианиновых пигментов, присутствующих в красных и фиолетовых ягодных соках. Для комплексного исследования антоцианинов в соковой продукции при участии ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" был разработан ГОСТ 32709-2014 "Продукция соковая. Методы определения антоцианинов". В основе суммарного определения содержания антоцианинов с помощью pH-дифференциальной спектрофотометрии лежит специфическое для антоцианинов изменение поглощения в зависимости от рН раствора. В кислой среде (рН 1,0) антоцианины находятся в форме катиона флавилия, имеющего интенсивную красную окраску; при рН 4,5 антоцианины превращаются в форму бесцветного карбинола. Специфичность методики позволяет не только оценить реальную концентрацию мономерных антоцианинов в соковой продукции, но и выявить недекларированное добавление синтетических красных и синих красителей, которые не изменяют своей окраски при изменении рН. Для того чтобы выявить фальсификацию дешевым антоцианин-содержащим сырьем (экстракты бузины, черной моркови, гибискуса), а также путем недекларированного добавления другого ягодного сырья, в ГОСТе предусмотрена методика определения специфического для каждых окрашенных ягод и фруктов профиля индивидуальных антоцианинов с помощью ВЭЖХ со спектрофотометрическим детектированием в видимой области при длинах волн от 500 до 530 нм.

Определение биологически активных веществ

Применение современного аппарата аналитической химии: капиллярная ГЖХ, ГЖХ-времяпролетная-МС и ГЖХ-MC/МС, ВЭЖХ с диодно-матричным УФ-видимым спектрофотометрическим детектором (ДМД), рефрактометрическим, флуориметрическим и МС-детекторами, капиллярный электрофорез с ДМД, - позволило существенно расширить список исследуемых минорных БАВ и получить принципиально новые данные как о качественном и количественном составе БАВ, так и об их новых растительных источниках. В ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" разработан и адаптирован целый ряд ВЭЖХ-методик для идентификации и количественной оценки биологически активных компонентов, определяющих пищевую ценность и/или фармакологический эффект, а также являющихся индикаторными веществами БАД к пище, критериями их подлинности и стандартизации. Полученные с помощью современных аналитических методик данные необходимы для оценки уровня потребления БАВ, для определения качества и подлинности исходного сырья и готовой продукции, для стандартизации готовой продукции, для поиска новых растительных источников БАВ и их химико-таксономической классификации. На основании анализа наиболее актуальных растительных объектов (растительные сборы, фиточаи, БАД к пище на растительной основе) и оценки в них индикаторных биологически активных фитоингредиентов разработаны или адаптированы оптимальные условия экстракции, очистки, хроматографического разделения и селективного спектрофотометрического и МС-детектирования. По результатам подготовлен сборник [4], включающий 51 методику определения минорных БАВ, относящихся к разным группам: флавоноиды (флаванолы, флавоны, халконы, флаваноны, катехины, флаволигнаны, анто-цианины), полифенольные соединения нефлавоноид-ной природы (гидроксикоричные кислоты, простые фенолы, фенолокислоты, фенолоспирты, стильбеноиды, ксантоны), проантоцианидины, индольные и пуриновые алкалоиды, элеутерозиды элеутерококка и панаксо-зиды женьшеня, схизандрин лимонника и др. Ряд методик сборника переведен в соответствующие межгосударственные стандарты, например, по определению проантоцианидинов (ГОСТ 32623-2019 "Продукция пищевая специализированная, биологически активные добавки к пище. Метод определения проантоцианидинов") и кверцетина (ГОСТ Р 57990-2017 "Продукция пищевая специализированная, биологически активные добавки к пище. Метод определения кверцетина"), эта работа продолжается в настоящее время.

Разработанные в ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" аналитические подходы используются для выявления все чаще встречающейся в последнее время фальсификации БАД к пище и ингредиентов для различных формул специализированных диет для лиц, контролирующих массу тела. Одним из наиболее распространенных видов фальсификации является добавление синтетических ингибиторов фосфодиэстеразы 5-го типа (иФДЭ-5) в БАД к пище для мужчин с целью повышения эффективности продукта. Обычно такие БАД к пище содержат экстракты растений, витамины, микроэлементы. По результатам исследований наряду с перечисленными компонентами в составе таких БАД к пище были обнаружены недекларированные фармацевтические субстанции из группы синтетических иФДЭ-5 и/или их структурные аналоги. Нелегальное включение синтетических иФДЭ-5 в состав БАД к пище может привести к развитию серьезных побочных эффектов и представляет значительную угрозу для здоровья потребителей. В целях защиты здоровья населения и обеспечения качества и безопасности БАД к пище для мужчин в 2015 г. Роспотребнадзор начал мониторинг возможных случаев фальсификации синтетическими иФДЭ-5. В ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" была разработана и метрологически аттестована методика измерений массовой доли синтетических иФДЭ-5 (тадалафила, варденафила и силденафила) в многокомпонентном матриксе БАД к пище методом ВЭЖХ с УФ-спектрофотометрическим МС-детектированием [21]. С помощью разработанной методики было проанализировано более 200 БАД к пище для мужчин [22]. Проведенные исследования показали, что 26% БАД к пище для мужчин содержат недекларированные синтетические иФДЭ-5, по результатам мониторинга БАД указанного типа были сняты с реализации. При государственной регистрации новых БАД к пище проводится их обязательная проверка на содержание недекларированных синтетических иФДЭ.

В последние годы другой актуальной проблемой, связанной с фальсификацией БАД к пище, стало недекларированное добавление сибутрамина в БАД к пище для похудения с целью повышения эффективности продукта. Сибутрамин представляет собой высокоэффективный анорексигенный лекарственный препарат, применяемый для лечения алиментарного ожирения, коррекции массы тела у пациентов с дислипопротеинемией и сахарным диабетом 2 типа. Прием сибутрамина может вызывать многочисленные побочные эффекты: повышение систолического и/или диастолического артериального давления и частоты сердечных сокращений, головные боли, расстройства желудочно-кишечного тракта, возможно появление судорог и острого психоза. В ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" была разработана и метрологически аттестована методика определения сибутрамина в БАД к пище методом обращенно-фазовой ВЭЖХ с УФ- и МС-детектированием [23]. По разработанной методике проанализировано порядка 100 БАД к пище для похудения, в некоторых был обнаружен сибутрамин.

Приведенные в настоящем обзоре отдельные примеры проводимых в ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" химико-аналитических исследований пищевых продуктов показывают основные тенденции в развитии аналитической пищевой химии:

- широкое развитие методов, обеспечивающих наряду с показателями безопасности определение показателей, характеризующих пищевую и биологическую ценность продуктов;

- разработка и внедрение методических подходов к определению подлинности и выявлению фальсификации пищевых продуктов, включая БАД к пище и специализированные пищевые продукты;

- развитие методической базы аналитической химии пищевой продукции за счет внедрения современных инструментальных методик, таких как капиллярная ГЖХ и ВЭЖХ с МС-детекторами, капиллярного электрофореза, иммуноферментных (ELISA) и изотопных методов анализа.

Литература

1. Эллер К.И. Методы контроля качества и безопасности пищевых продуктов // Российский химический журнал. 1994. Т. 38, № 1. С. 92-97.

2. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов / под ред. В.А. Тутельяна, И.М. Скурихина. Москва : Брандес, 1998. 337 с.

3. Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище. Москва : Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. 240 с.

4. Методы анализа минорных биологически активных веществ пищи / под ред. В.А. Тутельяна, К.И. Эллера. Москва : Династия, 2010. 180 с.

5. Макаренко М.А., Малинкин А.Д., Боков Д.О., Бессонов В.В. Монохлорпропандиолы, глицидол и их эфиры в детском питания // Вопросы детской диетологии. 2019. Т. 17, № 1. С. 38-48. DOI: https://doi.org/10.20953/1727-5784-2019-1-38-48

6. Макаренко М.А., Бессонов В.В. Подходы к идентификации состава заменителей молочного жира в масложировых и молокосодержащих продуктах // Вопросы питания. 2015. Т. 84, № S5. С. 50.

7. Определение содержания 3-монохлорпропандиола, 2-монохлорпропандиола и глицидола в пищевых растительных маслах и животных жирах МУК 4.1.3547-19. 2019. 17 с.

8. Кодекс Алиментариус. Жиры, масла и производные продукты : пер. с англ. Москва : Весь Мир, 2007. 68 с.

9. Свод правил для оценки качества фруктовых и овощных соков. AIJN (Европейская ассоциация производителей фруктовых соков) : пер. на русский язык - Некоммерческая организация "Российский союз производителей соков" (РСПС). Москва : Планета, 2019. 224 с.

10. Нутриентные профили соков : справочник. Москва : Планета, 2020. 224 с.

11. Иванова Н.Н., Хомич Л.М., Перова И.Б. Нутриентный профиль яблочного сока // Вопросы питания. 2017. Т. 86, № 4. С. 125-136. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00068

12. Иванова Н.Н., Хомич Л.М., Перова И.Б. Нутриентный профиль апельсинового сока // Вопросы питания. 2017. Т. 86, № 6. С. 103-113. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2017-00012

13. Иванова Н.Н., Хомич Л.М., Бекетова Н.А. Нутриентный профиль томатного сока // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 2. С. 53-64. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10019

14. Иванова Н.Н., Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. Нутриентный профиль вишневого сока // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 4. С. 78-86. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10045

15. Иванова Н.Н., Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. Нутриентный профиль грейпфрутового сока // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 5. С. 85-94. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10057

16. Иванова Н.Н., Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. Нутриентный профиль виноградного сока // Вопросы питания. 2018. Т. 87, № 6. С. 95-105. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10071

17. Иванова Н.Н., Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. Нутриентный профиль ананасового сока // Вопросы питания. 2019. Т. 88, № 2. С. 76-85. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10020

18. Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. Нутриентный профиль гранатового сока // Вопросы питания. 2019. Т. 88, № 5. С. 80-92. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10057

19. Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. Нутриентный профиль персикового сока-пюре // Вопросы питания. 2019. Т 88, № 6. С. 100-109. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10070

20. Хомич Л.М., Перова И.Б., Эллер К.И. Нутриентный профиль морковного сока // Вопросы питания. 2020. Т 89, № 1. С. 92-101. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10010

21. Методика измерений массовой доли синтетических ингибиторов фосфодиэстеразы-5 (тадалафила, варденафила и силденафила) в биологически активных добавках методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовым и масс-спектрометрическим детектированием. Методические указания. Москва : Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2016. 22 с.

22. Перова И.Б., Эллер К.И., Тумольская Е.В. Результаты скрининга недекларированного добавления синтетических ингибиторов фосфодиэстеразы-5 в БАД к пище растительного происхождения // Анализ риска здоровью. 2019. № 3. С. 50-59. DOI: https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.3.06

23. Суханова А.М., Перова И.Б., Родионова Г.М., Эллер К.И., Гегечкори В.И. Использование сибутрамина в лекарственных препаратах и БАД к пище анорексигенного действия (обзор) // Разработка и регистрация лекарственных средств. 2019. Т. 8, № 1. С. 97-102. DOI: https://doi.org/10.33380/2305-2066-2019-8-1-97-101


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»