Publication text
(PDF):
Read
Download
Введение Здоровье населения во многом обусловливается тем, насколько экологически чистую пищу получает человек. Угроза некачественного питания серьезно выросла с усилением антропогенной нагрузки на объекты окружающей среды, повсеместным применением лекарственных средств лечения и профилактики заболеваний сельскохозяйственных животных [1]. В пищевых продуктах, полученных от таких животных, может содержаться остаточное количество антибиотиков. Систематическое поступление в организм антибиотиков служит фактором риска для различных аллергических реакций, нарушения обмена веществ, дисбактериоза, подавляет активность некоторых ферментов, изменяет микрофлору кишечника, способствует распространению некоторых форм микроорганизмов, провоцирует апластическую анемию и т.д. [2]. В 2001 году Советом министров ЕС приняты рекомендации по рациональному использованию антибиотиков, основной целью которых является сдерживание растущей антимикробной резистентности. В последнее время в качестве эффективных противоинфекционных средств используют хлорамфеникол (левомицетин) и тетрациклин, содержание которых в пищевых продуктах нормируется документом «Единые санитарно-эпидемио-логические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому над-зору (контролю)» [3]. В мясе, молоке, меде и других продуктах периодически обнаруживают остаточные количества этих лекарственных препаратов, что предопределяет необходимость проведения выборочного или систематического контроля [4]. Обеспечить полную безопасность продуктов, содержащих остаточные количества антибиотиков, может только контроль с помощью доступных и чувствительных методов. Ранее нами исследована возможность выделения и концентрирования левомицетина из пищевых продуктов с высоким содержанием жира с применением сорбентов на основе природных алюмосиликатов [5]. В отдельную группу можно выделить продукты с высоким содержанием углеводов, в частности мед, в котором углеводы являются основным матричным компонентом. Определение антибиотиков в этом продукте вызывает особый интерес в связи с его высокой популярностью как средства профилактики и лечения некоторых заболеваний. Наиболее часто для лечения болезней пчел применяют антибиотики левомицетин и тетрациклин как наиболее дешевые и доступные большинству производителей [6]. Пищевой продукт представляет собой многокомпонентную систему, содержащую белки, жиры, углеводы. Выделение антибиотиков осложняется влиянием мешающих компонентов различной природы. Одним из наиболее сложных объектов является печень животных и продукты, приготавливаемые на ее основе. Содержание антибиотиков в субпродуктах, в частности, в печени сельскохозяйственных животных нормируется документом СанПиН 2.3.2.1078-01. Предел обнаружения антибиотиков в используемых методиках для левомицетина составляет 0,01 мг/кг и для тетрациклина - 0,5 мг/кг, т.е. можно говорить о том, что методики, рекомендуемые к применению в Российской Федерации, гарантируют отсутствие антибиотиков на уровне 0,01 и 0,5 мг/кг [7]. В СанПиН 2.3.2.2804-10 «Дополнения и изменения № 22 к СанПиН 2.3.2.1078-01» от 23.02.2011 изменились пределы обнаружения антибиотиков левомицетина (менее 0,0003 мг/кг) и тетрациклина (менее 0,01 мг/кг) в мясе и продуктах его переработки, однако пределы обнаружения в субпродуктах остались прежними, что говорит о трудности выделения и идентификации антибиотиков. Содержание антибиотиков в меде не нормируется (СанПиН 2.3.2.1078-01). В СанПиН 2.3.2.2804-10 введены нормы только по антибиотику тетрациклину (предел обнаружения менее 0,01 мг/кг) [7, 8]. Цель настоящей работы - разработка воспроизводимого и прецизионного метода выделения, концентрирования и анализа антибиотиков (левомицетина и тетрациклина) в пищевых продуктах с углеводной и многокомпонентными матрицами. Объекты и методы исследований Определяли содержание левомицетина в следующих пищевых продуктах, приобретенных в розничной сети г. Владивостока. Образцы с углеводной матрицей:липовый мед, произведенный в фермерских хозяйствах Приморского края и Республики Башкирия; боярышниковый мед, произведенный в фермерских хозяйствах Республики Башкирия. Образцы с многокомпонентной матрицей: печень куриная производства птицефабрик Приморского края. Степень извлечения антибиотиков из меда (углеводная матрица) определяли, используя в качестве модельной системы продукт, не содержащий антибиотиков, приобретенный в частном хозяйстве. Экстракцию антибиотиков проводили этилацетатом (хч): левомицетина - из водного раствора меда, тетрациклина - из раствора меда в 0,1 н растворе соляной кислоты. Для очистки экстрактов и концентрирования левомицетина использовали цеолит I, а для тетрациклина - цеолит II. 1. Цеолит (природный алюмосиликат Чугуевского месторождения) с диаметром пор 0,2-0,1 мкм - цеолит I. 2. Цеолит (природный алюмосиликат Чугуевского месторождения) с диаметром пор менее 0,2 мкм - цеолит II. Состав сорбентов приведен в табл. 1. Таблица 1 Массовая доля элементов в образцах сорбентов, в пересчете на оксиды (%) Образец сорбента SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O TiO2 CaO ZnO ZrO2 MnO H2O MgO Na2O Цеолит 69,01 12,64 1,29 3,17 0,01 2,16 - - 0,01 9,68 0,47 1,10 Монтмориллонит 63,03 18,50 5,24 1,44 0,22 0,12 0,11 - 1,50 - - Сорбенты предварительно кипятили в этаноле и промывали дистиллированной водой до получения прозрачных смывов, не поглощающих в УФ-области спектра. Степень извлечения антибиотиков из печени куриной изучали, используя в качестве модельной системы продукт, приобретенный в розничной сети. Сложность определения состояла в том, что во всех пробах, доступных для постановки эксперимента, были обнаружены следовые количества левомицетина. По-видимому, данный препарат применялся для лечения и профилактики заболеваний у птицы при выращивании ее для производства пищевой продукции. Поэтому при определении степени извлечения антибиотика параллельно выполняли анализ холостой пробы, затем вносили в нее известное количество левомицетина и рассчитывали извлечение с учетом холостой пробы. Определение тетрациклина в куриной печени проводилось совместно с левомицетином методом УФ-спектрометрии - экспресс-определение (скрининг-анализ). Однако наиболее важным и информативным является анализ методом ВЭЖХ, позволяющий не только разделить антибиотики, но и определить их содержание в исследуемом продукте. Для очистки экстрактов использовали активированный уголь (БАУ), для концентрирования антибиотиков применяли сорбент монтмориллонит (глинозем). 1. Монтмориллонит немодифицированный (прокаленный при 600 оС). 2. Монтмориллонит, модифицированный хитозаном, получен на кафедре неорганической и элементоорганической химии Дальневосточного федерального университета. Аппаратура и условия анализа ВЭЖХ-анализ проводили на жидкостном хроматографе Shimadzu LС-20 Prominence (Япония) с УФ-детектором, длина волны: 286 нм (для определения левомицетина), 356 нм и 275 нм (для определения тетрациклина). Колонка ODS - С18 Zorbax (4,6´150 мм). Подвижные фазы: ацетонитрил - вода (20/80 об/об), ацетонитрил - вода (30/70 об/об) с добавкой 0,6 % ортофосфорной кислоты (при определении тетрациклина). Анализ левомицетина проводили в режиме градиента скорости потока подвижной фазы: с 0,1 по 5 мин скорость - 0,5 мл/мин, с 5 - 1 мл/мин, тетрациклина - в режиме изократического элюирования при скорости потока 0,5 мл/мин. Спектрофотометрический анализ проводили на приборе UV-mini 1240 Shimadzu (Япония). В качестве растворителей использовали дистиллированную воду, доведенную до pH » 6. Диапазон используемых длин волн - 190-400 нм. Длина кварцевой кюветы - 1 см. Рентгеноструктурный анализ - на рентгеновском дифрактометре Bruker D8 ADVANCE, спектрометре ультрабыстрых задержанных совпадений при помощи сцинтилляционных пластических детекторов диаметром 25´15 мм и ФЭУ-87 на базе анализатора NOKIA-LP-4840. Определение степени извлечения левомицетина из меда Навески меда массой 25 г помещали в конические колбы на 100 мл и добавляли по 1 мл раствора левомицетина в дистиллированной воде, концентрацией 0,01 мг/мл. Растворяли навески в 30 мл дистиллированной воды. Добавляли по 0,5 мл реактива Карреса (15 г гексацианоферрата калия, растворенного в 100 мл дистиллированной воды, и 20,4 г сульфата цинка, растворенного в 100 мл дистиллированной воды). Смесь центрифугировали при 4000 об/мин в течение 10 мин. Верхний слой отделяли декантацией и экстрагировали этилацетатом (3х20 мл), органический слой пропускали через безводный сульфат натрия. Упаривали досуха на роторном испарителе, перерастворяли остаток в дистиллированной воде. Полученные растворы пропускали через цеолит I. Элюат отбрасывали. Смывали антибиотик с сорбента 4 мл ацетонитрила. Полученные растворы упаривали досуха на роторном испарителе, перерастворяли в 0,5 мл этанола и анализировали методом УФ-ВЭЖХ при 286 нм. Определение степени извлечения тетрациклина из меда Навески меда массой 35 г помещали в конические колбы на 100 мл и добавляли по 1 мл раствора тетрациклина в дистиллированной воде с концентрацией 0,001 мг/мл. Растворяли навески в 30 мл 0,1 н соляной кислоты. Добавляли 2 мл 10%-ной ортофосфорной кислоты и 1 мл раствора сульфата цинка (20,4 г сульфата цинка, растворенного в 100 мл дистиллированной воды). Смесь центрифугировали при 4000 об/мин в течение 10 мин. Верхний слой отделяли декантацией и экстрагировали этилацетатом (3х20 мл), экстракт собирали в колбу через безводный сульфат натрия. Упаривали смесь на роторном испарителе, перерастворяли остаток в дистиллированной воде. Полученные растворы пропускали через цеолит II. Элюат отбрасывали. Смывали антибиотик с сорбента 1 мл 0,1 н раствора гидроксида натрия. Полученные растворы анализировали методом УФ-ВЭЖХ при 275 и 356 нм. Определение степени извлечения левомицетина из печени куриной Навески гомогенизированной печени (10 г) помещали в плоскодонные колбы объемом 100 мл и вносили 1 мл раствора левомицетина в дистиллированной воде, концентрацией 0,01 мг/мл, тщательно перемешивали и оставляли на 1,5-2 ч при температуре 5 оС. Затем добавляли 10 мл дистиллированной воды и помещали на лабораторный шейкер на 10 мин, после этого добавляли 1 мл этилацетата и центрифугировали в течение 20 мин при 4000 об/мин. Верхний слой сливали и фильтровали через фильтр синяя лента. Водно-органический слой очищали, пропуская через слой активированного угля (высота сорбента в колонке - 12 см, скорость - 1 капля в секунду). Далее через колонку с углем пропускали 4 мл этилового спирта, получали фракцию 1, которую подвергали концентрированию на мотмориллоните (высота слоя сорбента в колонке - 6 см, скорость 1 капля в секунду). Элюат отбрасывали. Промывали монтмориллонит 3 мл этанола - фракция 2. Фракции 1 и 2 объединяли и упаривали на песчаной бане при температуре около 90 оС до 1 мл. Полученные растворы анализировали методом УФ-ВЭЖХ при 286 нм. Исследование сорбции левомицетина и тетрациклина при совместном присутствии на монтмориллоните В водно-органический экстракт, полученный из куриной печени, по методике, описанной выше, вносили стандартные растворы левомицетина и тетрациклина. Концентрация каждого из антибиотиков в экстракте составила 0,01 мг/мл. Экстракты пропускали через монтмориллонит, модифицированный хитозаном. Антибиотики десорбировали последовательно порциями 3 мл этилового спирта (десорбция левомицетина) и 3 мл дистиллированной воды, подкисленной соляной кислотой до pH 4 (десорбция тетрациклина). Спиртовую и водную фракции фотометрировали в диапазоне длин волн 200-400 нм. Результаты и их обсуждение Антибиотики, как правило, содержатся в пищевых продуктах в следовых количествах, а сами пищевые продукты - это сложные многокомпонентные системы. Поэтому для количественного анализа важно максимально полно очистить пищевой продукт от балластных веществ, мешающих определению антибиотика. К таким веществам относят липиды, белки, углеводы, органические кислоты, пигменты и т.п. Пробоподготовка для анализа пищевых продуктов при определении антибиотиков включает в себя следующие этапы: экстракция определяемого антибиотика, очистка экстракта от балластных веществ, концентрирование антибиотика. Ранее нами предложена методика анализа антибиотика левомицетина в пищевых продуктах с высоким содержанием жира [5] путем применения природных алюмосиликатов, таких как вермикулит, смесь вермикулита с активированным углем и цеолит, модифицированный хитозаном. Однако при извлечении левомицетина из углеводной матрицы (мед) эти сорбенты не очищали экстракты антибиотика в достаточной для хроматографического анализа степени. Наиболее целесообразным оказалось использование цеолита I, которое позволило не только очистить полученные экстракты в достаточной для хроматографического анализа степени, но и сконцентрировать левомицетин в небольшом объеме растворителя. В методиках выделения тетрациклина [9] из меда экстракцию проводят либо кислотными, либо щелочными растворами. Нами был проведен следующий эксперимент: навески исследуемого образца с добавкой тетрациклина перемешивали с 0,1 М раствором соляной кислоты и параллельно с 10 % раствором гидроксида натрия. Полученные смеси пропускали через цеолит I и цеолит II. С сорбентов антибиотик элюировали дистиллированной водой с рН 4 и рН 9 соответственно. Однако при хроматографическом анализе тетрациклин не был обнаружен. Дополнительно в экстракционную смесь вводили этилацетат. При использовании цеолита I получили мутные, не пригодные для дальнейшего хроматографического анализа растворы. При применении цеолита II - растворы прозрачные. Таким образом, для определения тетрациклина в меде целесообразно использовать экстракцию этилацетатом, подкисленным до рН 4, а концентрирование антибиотика на цеолите II. Для проверки правильности методики определена степень извлечения тетрациклина и левомицетина из меда методом «введено-найдено». При практическом осуществлении этого метода в образец, заведомо не содержащий определяемое вещество, вносится его определенное количество. Полученные результаты представлены в табл. 2. В табл. 3 даны результаты определения левомицетина и тетрациклина в образцах меда, приобретенных в розничной сети г. Владивостока. Таблица 2 Степень извлечения антибиотика из продукта с углеводной матрицей Исследуемый продукт Исследуемое вещество Степень извлечения левомицетина, % Мед, не содержащий антибиотиков Тетрациклин 82,40±0,50 Левомицетин 90,20±0,30 Таблица 3 Содержание антибиотиков в исследованных образцах меда Исследуемый продукт Содержание левомицетина, мг/кг Содержание тетрациклина, мг/кг Мед липовый приморский Не обнаружено 0,052±0,002 Мед липовый башкирский 0,020±0,001 Не обнаружено Мед боярышниковый башкирский Не обнаружено Не обнаружено ПДК левомицетина для пищевых продуктов составляет менее 0,003 мг/кг (предел обнаружения методик, рекомендованных для определения левомицетина, 0,003 мг/кг). Превышение ПДК левомицетина обнаружено в образце «Мед липовый башкирский». ПДК тетрациклина для пищевых продуктов составляет менее 0,01 мг/кг (предел обнаружения методик, рекомендованных для определения тетрациклина, 0,01 мг/кг). Превышение ПДК тетрациклина установлено в образце «Мед липовый приморский». Особую трудность для проведения аналитических определений представляют продукты со сложными многокомпонентными матрицами. Следует учитывать и факт совместного применения антибиотиков. Одним из распространенных видов пищевой продукции с углеводно-липидной матрицей является печень. В доступных источниках отсутствует информация об обнаружении антибиотиков в куриной печени, реализуемой на территории Приморского края. Предпринята попытка извлечения антибиотиков левомицетина и тетрациклина из куриной печени по ранее разработанным методикам. Однако это не позволило провести выделение, концентрирование и последующий их анализ. Печень достаточно сложный по составу объект для исследования, содержащий различные классы липидов (триглицериды, фосфолипиды, холестерин и др.), ферменты, белки, гликоген (животный полисахарид), содержание которого колеблется от 2 до 8 %. Все эти вещества, несомненно, мешают определению исследуемых соединений. Для извлечения и концентрирования левомицетина из пищевых продуктов с липидно-углеводной матрицей (печени куриной) исследована возможность применения природного алюмосиликата монтмориллонита. Для изучения природы и механизма сорбции выполнен рентгеноструктурный анализ сорбента. В результате установлено, что левомицетин при взаимодействии с сорбентом проникает в поры, уменьшает размер пор сорбента, так называемых «ловушек», захватывающих антибиотики по механизму специфических взаимодействий (сорбционных, гидрофильно-гидрофобных и др.). Методом позитронной аннигиляционной спектроскопии рассчитан удельный объем «ловушек» сорбента, который составил для монтмориллонита 2,87 нм3, монтмориллонита, модифицированного хитозаном, - 14,95 нм3. Показано, что монтмориллонит позволяет эффективно извлекать левомицетин из исследуемой матрицы, однако при элюировании различными растворителями экстракты со степенью чистоты, достаточной для анализа методом ВЭЖХ, не были получены. Степень извлечения левомицетина, определенная методом «введено-найдено», не превышала 27 %. По-видимому, определению мешают липофильные компоненты, которые, предположительно, могут связываться с молекулами антибиотика и существенно снижать концентрацию его в свободной форме в экстракте и частично перекрывать область определения левомицетина на хроматограмме. Следовательно, для точного количественного анализа антибиотика необходимо применять доочистку экстрактов. Для этой цели применяли ранее отработанный нами способ очистки с использованием активированного угля [5]. При применении активированного угля и последующего концентрирования на монтмориллоните степень извлечения левомицетина составила (78,5±4,6) %. Исследовано несколько образцов куриной печени, полученной на местной птицефабрике в разное время года, в некоторых образцах был обнаружен левомицетин в следовых количествах (от 0,007 до 0,01 мг/кг). Совместное определение антибиотиков левомицетина и тетрациклина Исследование спектров поглощения антибиотиков позволило предположить возможность их совместного экспресс-определения в экстракте (максимум поглощения левомицетина - 286 нм, тетрациклина - два максимума: 275 и 386 нм). В водно-органический экстракт куриной печени вносили некоторое количество левомицетина и тетрациклина, затем проводили сорбцию антибиотиков на монтмориллоните, модифицированном и не модифицированном хитозаном. Показано, что для совместного определения левомицетина и тетрациклина наиболее эффективен монтмориллонит, модифицированный хитозаном. Возможно, модифицирование хитозаном позволяет увеличить сорбционную активность сорбента к исследуемым антибиотикам благодаря появлению специфических взаимодействий. Левомицентин и тетрациклин последовательно элюировали с сорбента этанолом и подкисленной до рН 4 дистиллированной водой. Выводы 1. Предложены методики анализа антибиотиков левомицетина и тетрациклина в пищевых продуктах с углеводной (мед) и липидно-углеводной (печень куриная) матрицами. 2. Показана возможность применения сорбентов на основе модифицированных алюмосиликатов для концентрирования антибиотиков левомицетина и тетрациклина при их совместном присутствии в пищевом продукте. 3. Методом «введено-найдено» определены степени извлечения левомицетина и тетрациклина из меда и левомицетина из печени куриной. Для левомицетина степень извлечения из меда составила 90 %, из печени куриной - 78 %, для тетрациклина из образцов меда - 82 %. 4. Определено содержание левомицетина и тетрациклина в меде и левомицетина - в печени куриной, приобретенных в розничной сети г. Владивостока. В двух образцах меда липового обнаружены тетрациклин и левомицетин с содержанием антибиотиков 0,052 и 0,020 мг/кг соответственно. Содержание левомицетина в образцах печени куриной составило от 0,007 до 0,01 мг/кг.