УДК 543.4:613.2 – 099:[633.85+665.35]

 

Изучено влияние различных методов пробоподготовки на результаты определения токсичных элементов в масложировой продукции. Разработаны условия автоклавной, микроволновой минерализации и кислотной экстракции. Показано, что более предпочтительным является метод полной минерализации образца.

 

ВЛИЯНИЕ МЕТОДОВ МИНЕРАЛИЗАЦИИ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В МАСЛОЖИРОВОЙ ПРОДУКЦИИ

 

РУП «Научно-практический центр гигиены», г. Минск, Республика Беларусь

 

Л.С. Ивашкевич, кандидат технических наук;
Ю.Н. Велентей

 

Определение содержания минеральных и токсичных элементов в пищевых продуктах имеет очень большое значение для контроля качества и безопасности продуктов питания. В масличном сырье и жировой продукции необходимо контролировать содержание железа, меди, никеля, свинца, кадмия, мышьяка и ртути.

Основной вклад в погрешность результатов и получение достоверных данных вносит стадия пробоподготовки, которая составляет более 60 % от общих затрат на проведение анализа.

Методы минерализации масложировой продукции можно разделить на две группы: кислотная экстракция и полная минерализация, заключающаяся в разложении образцов в минеральных кислотах с применением аналитических автоклавов при воздействии высокой температуры или микроволнового излучения.

Часто измерение содержания токсичных элементов проводят без предварительной минерализации образца, непосредственно вводя его в графитовую печь при использовании атомно-абсорбционных спектрометров с графитовой атомизацией [1, 2]. Однако в этом случае пределы обнаружения выше по сравнению с измерениями минерализованных образцов.

В Республике Беларусь существует два стандартных метода при определении элементного состава масложировой продукции:

1. СТБ ИСО 8294:2012. «Жиры и масла животные и растительные. Определение содержания меди, железа и никеля. Спектрометрический метод атомной абсорбции с применением графитовой печи», в котором описан метод определения минеральных элементов, основанный на полном разложении матрицы.

2. ГОСТ 26929-94 «Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения токсичных элементов», который касается пробоподготовки образцов, основанной на кислотной экстракции (неполной минерализации). Метод основан на экстракции элементов из пробы продукта кипячением с разбавленной соляной или азотной кислотой.

За рубежом в настоящее время есть несколько нормативных документов для анализа масложировой продукции [3, 4], а также ИСО 15774:2000, ИСО 12193:2004, ИСО 10540-2:2003. Все эти методы основаны на полной минерализации продукции.

В зависимости от метода минерализации может изменяться определяемое количество токсичных элементов в исследуемых образцах [5- 8].

Целью работы являлось изучение  влияния методов пробоподготовки на результаты определения токсичных элементов в масложировой продукции.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись следующие образцы масложировой продукции: рафиинированное, дезодорированное подсолнечное масло; маргарин твердый 72 % жирности; майонез 67 % жирности; семена подсолнечника жареные.

В работе использовали концентрированную азотную кислоту (67 %, ОСЧ), концентрированную соляную кислоту (36 %, ОСЧ), перекись водорода (36 %, ОСЧ), деионизированную воду, полученную с помощью устройства для  деионизации воды Direct-Q3 (Millipore).

При пробоподготовке образцов использованы метод полной минерализации (автоклавная и микроволновая), а также метод частичной экстракции. Повторность опытов – 2-х-кратная.

Автоклавная минерализация проводилась с использованием автоклавов АНКОН АТ-2. Масса навески составляла примерно 0,7 г. Соотношение  концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода – 7 мл и 1 мл. Образцы заливали окислительной смесью и оставляли на 8–12 ч. После минерализации растворы переносили в мерные колбы на 25 мл и доводили дистиллированной водой до метки.

Для микроволновой пробоподготовки использовали систему MARS 5 (CEM Corporation, США). При изучении влияния микроволновой пробоподготовки на результаты минерализации за основу брали рекомендации производителя. Масса навески составляла примерно 0,5 г. Окислительная смесь состояла из концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода в соотношении 8:2. Время предварительной экспозиции образца с окислительной смесью 8–2 ч. Подаваемая мощность определялась количеством используемых автоклавов.

Кислотную экстракцию образца проводили согласно п.5 ГОСТ 26929-94.

В минерализованных образцах определяли содержание меди, железа, кадмия и свинца с использованием атомно-эмиссионного спектрометра Horiba Jobin Yvon (Япония-Франция) с радиальным обзором аргоновой плазмы при длинах волн 324, 759; 259,940; 228,802 и 220,353 нм соответственно.

Результаты и их обсуждение. Для выбора оптимальных условий минерализации проведено озоление образцов масложировой продукции с использованием разных режимов и программ минерализации.

Для изучения условий автоклавной пробоподготовки использовали два режима минерализации, отличающиеся временем и температурой. Первый более длительный режим осуществлялся в 3 этапа с градиентным подъемом температуры реакционной смеси в течение 30 мин и выдержкой при определенной температуре: 160 0С – 1 ч, 180 0С – 1 ч, 200 0С – 2 ч. Второй режим осуществлялся в 2 этапа: 160 0С – 1 ч, 180 0С – 2 ч. После завершения процесса минерализации образцы охлаждали в течение 40 мин.

Влияние режима автоклавной минерализации на результаты определения минеральных элементов оценивали по содержанию железа и меди (рис. 1).

 

 

 

Рис.1. Влияние условий автоклавной пробоподготовки на результаты определения меди и железа в образцах масложировой продукции. За 100 % приняты результаты, полученные после первого режима минерализации. Образцы: 1 – масло подсолнечное, 2 – маргарин, 3 – майонез, 4 – семена подсолнечника

 

Из данных рис. 1 видно, что режим автоклавной минерализации практически не влияет на результаты определения меди и железа в подсолнечном масле. Разница между результатами по содержанию меди и железа отличается всего лишь на 1-3 %. Таким образом, для пробоподготовки масла можно использовать более «мягкий» режим минерализации, состоящий из двух стадий поднятия температуры. В результате чего время озоления образцов масла сокращается на 1 ч. Аналогично более «мягкий» режим можно использовать при минерализации майонеза и семян подсолнечника. Для семян подсолнечника разница между результатами, полученными после разных режимов минерализации, составляет 4 %, для майонеза – 8–17 %.

По представленным данным видно, что для минерализации маргарина необходим первый, более «жесткий» режим. Содержание меди, полученное при более мягких условиях минерализации, отличается от более жестких условий на 43 %. Это можно объяснить тем, что в состав данного продукта входят не только растительные, но и животные жиры. В связи со сложностью объекта озоления минерализацию проводили, используя более сложную многостадийную программу.

Микроволновую минерализацию образцов масложировой продукции проводили, используя многостадийную программу при контролируемых условиях роста давления и температуры. Для каждого вида продукции использовали различные режимы минерализации, которые представлены в табл. 1. Время охлаждения составляло 10 мин.

 

Таблица 1. Программируемые режимы микроволновой минерализации различных образцов масличного сырья и жировой продукции (максимальная мощность – 600 Вт)

Образцы

Стадия

Время подъема давления, мин

Давле-ние, МПа

t, 0С

Время выдержки при заданных параметрах, мин

Масло подсолнечное, маргарин

1

5

1,03

150

10

2

5

1,52

210

15

Майонез

1

5

1,52

210

30

Семена подсолнечника

1

5

1,24

220

30

 

При пробоподготовке масла подсолнечного и маргарина на первой стадии процесса минерализации давление не поднимается до заданных программой значений, но начинает резко возрастать на второй стадии при достижении температуры в автоклаве 130–140 0С за счет выделения газообразных продуктов реакции.

В результате наблюдаемых изменений давления и температуры было предложено использовать ускоренную стадию минерализации, где время подъема давления и температуры на первой стадии составляет 3 мин, а на второй – 5 мин. На первой стадии достигаемые давление и температура составляет 0,83 МПа, = 90 0C, на второй 1,03 МПа и = 130 0C соответственно. При минерализации майонеза подъем давления происходит очень медленно, а температуры, наоборот, стремительно. Полное озоление образца происходит при температуре 120 0C, давлении 1,24 МПа, а время минерализации составляет 10 мин. При минерализации семян подсолнечника наблюдается та же картина, что и при озолении предыдущих образцов масложировой продукции: уменьшается время озоления. Полная минерализация осуществляется при температуре 180 0C, давлении 1,24 МПа. Время пробоподготовки составляет 10 мин.

На основании полученных результатов, можно сделать вывод, что образцы масложировой продукции минерализуются полностью при более низких значениях давления и температуры по сравнению с рекомендуемыми производителем. При этом время подготовки образцов можно сократить почти в 2 раза.

В результате исследования условий микроволновой пробоподготовки был подобран оптимальный режим микроволновой минерализации для всех образцов масложировой продукции: Р = 1,24; t = 180 0С; время подъема давления и температуры – 10 мин; время выдержки при заданных параметрах – 10 мин; время охлаждения – 10 мин.

Для изучения условий кислотой экстракции изменяли время экстракции и соотношение твердой и жидкой фазы. Время экстракции составляло 45 и 90 мин. Применялись следующие соотношения навески образца и кислотно-экстракционной смеси: 20 г и 40 мл (1:2); 8 г и 40 мл (1:5); 4 г и 40 мл (1:10).

Из рис. 2 видно, что уменьшение соотношения навески образца к объему экстрагента приводит к увеличению количества экстрагируемых элементов. Особенно значимо это проявляется в случае меди. В зависимости от соотношения образец : экстрагент и исследуемого образца количество экстрагированной меди изменяется в 1,5 – 2,6 раза. Для железа эти изменения не так значительны: 1,1 – 1,5 раза.

Увеличение продолжительности экстракции с 45 до 90 мин также приводит к увеличению количества извлекаемого элемента из образца. Для меди это увеличение составляет 10-40 %, для железа – около 10 %.

а)

б)

 

Рис. 2. Влияние условий кислотной экстракции на результаты определения меди (а) и железа (б) в образцах масла и маргарина

 

Таким образом, на основании полученных данных можно сделать заключение, что уменьшение соотношения массы образца к объему навески и увеличение времени экстракции приводит к росту количества извлеченных элементов из образца.

В результате проведенных исследований установлены наиболее оптимальные условия экстракционной пробоподготовки: масса навески 4 г и соотношение кислотно-экстракционной смеси 1:10, а также время экстракции 1,5 ч.

Сравнительная характеристика влияния разных методов минерализации на результаты определения меди и железа в масложировой продукции приведена в табл. 2.

 

Таблица 2. Содержание Cu и Fe в масложировой продукции после разных способов пробоподготовки, мг/кг

Образец

Элемент

Режим минерализации

Автоклавная минерализация

Микроволновая минерализация

Экстракция

Масло подсолнечное

Cu

0,26±0,04

0,19±0,01

0,16±0,02

Fе

3,37±0,05

2,29±0,16

3,26±0,39

Маргарин

Cu

0,30±0,02

0,41±0,01

0,26±0,04

Fe

4,10±0,56

4,40±0,5

4,16±0,37

Майонез

Cu

0,26±0,03

0,38±0,04

-

Fe

2,83±0,05

3,56±0,21

-

Семена подсолнечника

Cu

21,86±0,09

21,22±0,55

-

Fe

50,45±0,19

52,80±1,98

-

 

Сравнение приведенных в таблице данных показывает, что содержание железа в образцах после разных методов минерализации практически одинаково. Полученные значения содержания меди не всегда совпадают. Это может быть связано с тем, что медь содержится в масложировой продукции в низких концентрациях, на порядок меньших, чем железо, или с особенностями извлечения данного элемента [5].

Известно, что более высокие значения содержания минеральных элементов характерны для способа полной минерализации образца [5]. Учитывая то, что увеличение величины навески повышает точность анализа, а большие навески образцов используются в аналитических автоклавах, можно принять за референсные величины те, которые получены после минерализации в автоклавах.

Исходя из этого, при анализе табл. 2 видно, что разработанные параметры минерализации позволили получить идентичные данные о количестве железа как при полной, так и неполной минерализации образцов. Содержание меди, определенное в образцах после экстракции, колеблется от 62 % до 87 % от общего количества.

Для оценки полноты извлечения токсичных элементов из образцов масложировой продукции применяли метод добавок. В образцы перед минерализацией вносили 0,01 мг/л и 0,02 мг/л раствора токсичных элементов (медь, железо, мышьяк, свинец, кадмий) концентрацией 1 мг/л, что соответствовало ПДК (предельно допустимой концентрации) и 2 ПДК в готовой продукции при ПДК, равном 0,1 мг/кг. Из полученных значений вычитали значения содержания токсичных элементов в исходной продукции. За результат принимали среднее из 2-х параллельных измерений.

Исследования показали, что процент извлечения элементов составляет 80–115 %. Наибольший процент извлечения и наименьшая погрешность результатов получена при использовании закрытых систем минерализации.

Заключение. На основании проведенных исследований разработаны условия автоклавной и микроволновой минерализации, а также кислотной экстракции для разных видов масложировой продукции.

Сравнение данных, полученных после полной минерализации и кислотной экстракции, показало, что проведение полной минерализации позволяет получить наименьшую погрешность результатов.

Полученные данные содержания минеральных элементов после разных методов пробоподготовки не всегда совпадают. Данные различия определяются как природой химического элемента, так и его количественным содержанием в продукции.

Учитывая большой диапазон регламентируемых нормативными документами содержаний токсичных элементов в масложировой продукции (от 0,05 до 5 мг/кг) для получения более точных результатов анализа предпочтительнее использовать в качестве пробоподготовки полную минерализацию образцов.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.             Determination of copper in edible oils by direct graphite furnace atomic absorption spectrometry / S. S. Chen [et al.] // Journal of Food and Drug Analysis. – 1999. – № 7. – Р. 207–214.

2.             Determination of arsenic and mercury in sunflower oil by electrothermal atomic absorption/ I. Karadjova [et al.] // Food Additive s and Contaminants. – 2003. – Vol. 19, №10. – P. 948–953.

3.             Determination by Atomic Absorption Spectrophotometer after Wet Digestion in a Microwave Oven. Metals. Nordic Committee on Food Analysis, Nordisk Metodikkomité for Næringsmidler, National Veterinary Institute-Oslo, Norwegian, Method №161. – 1998.

4.             Standard methods for the analysis of oils, fats and derivatives 7th ed., C. Paquot, A. Hautfenne; International Union of Pure and Applied Chemistry, Lackwell Scientific Publications Inc., Oxford, UK. Methods 2. 201, 2.421, 2.501. 1992.

5.             Determination of trace elements in pumpkin seed oils and pumpkin seeds by ICP-AES / I. Juranovic [et al.] // Anal. At. Spectrom. – 2003. – № 18. – P. 5458.

6.             Effects of storage and industrial oilseed extraction methods on the quality and stability characteristics of crude sunflower oil / M. Tasan [et al.] // Grasas y aceites. – 2011. – Vol. 62, № 4. – Р. 389–398.

7.             Determination of Lead, Cadmium, Chromium, and Arsenic in 13 Herbs of Tocolysis Formulation Using Atomic Absorption Spectrometry / Chan-bor Fun [et al.] // Journal of Food and Drug Analysis. – 2003. – Vol. 11, №1. – P. 39–45.

8.             New methods for acceleration of meat sample preparation prior to determination of the metal content by atomic absorption spectrometry / R. M. García-Rey [et al.] // Anal. Bioanal. Chem. – 2003. – № 377. – P. 316321.

Рукопись статьи поступила в редакцию 24.10.2014

 

L.S. Ivashkevich, Yu. N. Veliantsei

 

INFLUENCE OF METHODS OF MINERALIZATION AT A RESULT OF CERTAIN TOXIC ELEMENTS IN OIL AND FAT PRODUCTS

 

The effect of different methods of sample preparation on the results of toxic elements determination in oil and fat products was studied. The conditions of autoclave, microwave mineralization and acid extraction were developed. It was shown that the preferred method of sample preparation is complete mineralization of the sample.