Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Разработка и использование комплексной оценки алкогольсодержащей продукции и других напитков в эндоэкологии

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Разработка и использование комплексной оценки алкогольсодержащей продукции и других напитков в эндоэкологии"

на вдапах рукописи

Iпваваз

РЫКОВ Ростислав Станиславович

РАЗРАБОТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ АЛКОГОЛЬСОДЕРЖАЩЕЙ ПРОДУКЦИЙ И ДРУГИХ НАПИТКОВ В ЭНДОЭКОЛОГИИ

Специальности 03.00.16 - экология и 03.00.02 — биофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва -2007

003053832

Работа выполнена на кафедре системной, мГологии экологического

«^^

факультета Российского университета дружбы народо$:,.г

. ;. - / * . ■ .: ;

Научный руководитель : доктор химических наук, профессор

Геннадий Александрович Калабин Научный консультант: доктор биологических наук, профессор

Юрий Павлович Козлов

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Ирина Ивановна Пелевина доктор'физико-математических наук, профессор Сергей Иванович Аксёнов

Ведущая организация: Институт биохимической физики им.Н.М.Эмануэля РАН.

Защита состоится « 20 » марта 2007 г. в 16 час. на заседании диссертационного совета Д212.203.17 в Российском университете дружбы народов по адресу: 115093 г. Москва, Подольское шоссе, 8/5, экологический факультет РУДН.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Российского университета дружбы народов tío адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.

Автореферат разослан «?#» февраля 2007 г. Ученый секретарь диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор (/'' А.Я.Чижов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

з

Актуальность темы. В современных экономических и политических условиях России обеспечение безопасности и качества пищевой продукции требует немедленного технического перевооружения и существенных изменений системы её контроля и идентификации на всех стадиях жизненного цикла. Федеральный Закон «О техническом регулировании» знаменует начало разработки новых требований к каждому виду продуктов питания, включая и напитки, которые должны быть сформулированы в виде технических регламентов, главное требование которых - обеспечение биологической безопасности в целях защиты жизни и здоровья граждан , а также предотвращение действий, вводящих в заблуждение потребителей.

Объект исследования настоящей работы - напитки, для которых в последние годы многократно возрос ассортимент и появилось большое число фальсификатов, часто с повышенной токсичностью. Разработка, апробация, отбор и использование новых принципов и подходов, алгоритмов и методик для исследования и контроля токсичности напитков и примесей в них, а такжевыявлепие подлинности напитков - одна из важнейших национальных задач, прямо соответствующая ряду критических технологий РФ "Безопасность и контроль качества с/х сырья и пищевых продуктов", "Производство и переработка с/х сырья", "Системы жизнеобеспечения и защиты человека". Создание системы новых подходов - от интегральных методов экотоксикологии до гзчболее информативных количественных инструментальных методов детального анализа состава (изотопного, элементного, компонентного) и дифференциальной идентификации токсикантов

- наиболее наукоемкий этап на пути её решения и официального введения в практику экспертиз.

Цель работы- исследовать воздействие различных видов этанола на живой организм и метаболизм этанола при различных концентрациях и при наличие активных добавок, провести критический анализ существующей практики н новых тенденций в области техники контроля напитков и их сырья, разработать новые и усовершенствовать известные методики для контроля их безопасности, качества, подлинности. Поставленная цель определила следующие задачи:

—На основе анализа публикаций и опыта отечественных и международных организаций сформулировать с учетом специфических особенностей России наиболее актуальные проблемы в анализе напитков.

—Разработать и опробовать в лабораторных условиях новые надежные, экспрессные и экономичные подходы, методы и алгоритмы комплексного контроля безопасности, токсичности, качества и подлинности напитков. Научная новизна и практическая значимость

—Установлено, что физиологический и биологический эффект отрицательного влияния на живой организм при умеренных дозах потребления водных растворов этанола определяется преимущественно примесями в технических видах этанола.

— Подтверждено экспериментально, что скорость метаболизма этанола в живом организме определяется в значительной мере концентрацией и при больших концентрациях может регулироваться акт ивными добавками.

—Установлены недостатки отечественной системы комплексного контроля подлинности, качества и безопасности напитков, выявления контрафактной и фальсифицированной продукции, обусловленные ограниченным арсеналом и несовершенством методов их анализа, отсутствием , стандартов и баз данных. —Разработана методика пробоподготовки и реализован подход к определению суммарной токсичности примесей в некоторых типах крепкой алкогольсодержащей продукции (АП) на отечественных токсикометрах. -Создан экспресс-метод идентификации подлинности и косвенной оценки безопасности различных напитков на основе явления объемного светорассеяния и лазерного компьютерного анализатора(ЛКА). —Предложена методика экспресс - контроля подлинности водно-спиртовых смесей с помощью реактивных индикаторных полосок (РИП). —Экспериментально оценена перспективность некоторых методов изотопного анализа водорода, углерода, кислорода в идентификации напитков и контроля их безопасности.

—Расширены возможности современной количественной спектроскопии ЯМР 'Н, гН, |3С, пО, 31Р для идентификации сырьевой, географической и технологической природы напитков путем создания новых методик выполнения измерений природного содержания в них изотопов 2Н и 170, разработки оригинальных экспресс- алгоритмов анализа шшоматериалов спиртовых купажей и АП на их основе.

—Разработан экспресс-метод идентификации синтез-этанолов методом количественной спектроскопии ЯМР 2Н, реализуемый на всех современных спектрометрах ЯМР.

—Сформулирована важная национальная проблема: если дифференциация пищевых и технических этанолов высокой степени очистки комплексом методов анализа невозможна, то следует признать запрет использования технических этанолов в пищевой продукции необеспеченным нормативно-техническим контролем, что должно быть обязательно учтено при разработке новых технических регламентов на этанолы различного генезиса. Публикации и апробация работы. Но те.\:е диссертации опубликовано 2 статьи в рецензируемых ВАК периодических изданиях и 15 тезисов докладов, а её основные результаты представлены на конференциях: X Международной "Магнитный резонанс в химии и биологии "(Суздаль, 1998); I и III Научно-практических "Идентификация качества и безопасность алкогольной

продукции" (Г1ущино,М.О.,1999,2001); Всероссийской "Химический анализ веществ и матерналов"(г.Москва,2000);1 Научно-практической ГТЛ ГТК"Экспертно-исследовательская деятельность в таможенных цедях"(Москва,2001); IV Международной научно-практической "Экология и жизнь"(Пенза, 2001); Международной научно-практической "Проблемы экологии и безопасности жизнедеятельности в XXI веке (Москва,2001); IX Всероссийской"Структура и динамика молекулярных систем"(Уфа,2002); Всероссийской «Аналитика России 2004» (Москва,2004); Европейской "Modem Analítica! Methods for Food and Beveradge AutentificatioxT^Czech Republic , Ledntce,2002); VI Международной научно-практической "Экономика природопользования и природоохраны "(Пенза,2003 ). .

Структура работы. Диссертация изложена на ' / страницах машинописного текста. Состоит из введения, 3 глав, выводов, списка

литературы, приложения. Работа содержит^?/ таблицу,5^рисунков. Список литературы включает 128 наименований.

Основное содержание работы. Глава I. Специфические проблемы России в области безопасности и подлинности напитков, методов их контроля.

Безопасность жизни человека в существенной степени зависит от качества потребляемой пищи и напитков, среди последних -АП. Потребление АП имеет в России ряд уникальных негативных особенностей: преимущественно употребляются крепкие водно-спиртовые смеси ( водки ), не имеющие никакой пищевой ценности, но обладающих наиболее ярко выраженным наркотическим и токсическим действием; потребление АП неуклонно возрастает за счёт жизненно активной и репродуктивной части населения; негативное воздействие алкоголя усиливается за счёт содержания в нём опасных для здоровья или жизни примесей и потребления других некачественных или фальсифицированных продуктов; контрафактная продукция с неконтролируемой биологической безопасностью наносит России значительный экономический ущерб; неумеренное потребление алкоголя плохою качества сокращает среднюю продолжительность жизни мужчин в России до 15 лет и представляет главную угрозу генетическому здоровью поколений.

Анализ причин смертности в России в период 1990-2001г.г.,связанной с алкоголем, показал, что с ним связано 72% убийств, 42% самоубийств, 53% смертей при прочих внешних при '.- нах (аварии, пожары, травмы и т.д.),68% -при церрозах печени,60% при панкреатитах, 23%- при сердечно-сосудистых заболеваниях, 25%- при прочих причинах. Показано (А.В.Немцов, «Алкогольный урон регионов России»,М.,2003г., 136с.),что снижение потребления АП всего на 5—10% сохранит жизнь 100—200 тыс.человек в год. По тем же данным только от острых отравлений АП ежегодный урон России составляет до 70 000 человек (по данным Госкомстата - в 1,6 раза меньше). Таким образом, снижение потребления АП при услозии контроля её безопасности и подлинности -наиболее очевидный фактор преодоления демографического кризиса в России. К сожалению, этот вопрос не находит до сих нор адекватного отклика в национальном сознании большой и сольно пьющей страны.

Проблемы подлинности напитков в России можно выстроить в следующий ряд по их приоритетности : широкое использование для производства АП технического этанола — фальсификация вин путём их «синтеза» — фальсификация натуральных соков — фальсификация популярных минеральных вод. Поскольку две первых имеют наиболее прямое отношение к безопасности жизни населения России, они стали предметом основного внимания в последующих главах работы.

Примеси в этаноле, виноматериалах, купажах, состав которых формируется в процессе производства и зависит от исходного сырья и используемых технологических приёмов, определяют потребительские свойства и безопасность продукции. Задача быстрых токсикологических испытаний пищевых продуктов и химических соединений в них становится всё более острой и актуальной. Современный арсенал химических, физических и биологических методов и подходов для контроля безопасности, подлинности, т.е. и качества напитков, по решаемым задачам, прнзнанности, экспрессности,

характеру информации, технической сложности можно условно разделить на следующие основные группы:

-нормативные - официально принятые в России методики качественного и количественного анализа токсичности, элементного и компонентного состава, радиоактивности с использованием химических реагентов, хроматографии, хромато-масс-спектрометрии, оптической, рентгеновской и атомно-адсорбционной спектроскопии;

-токсикологические - выявление интегральной токсичности напитка, его компонентов или примесей путём биотестирования;

-экспрессные - общедоступные приёмы качественной разбраховки напитков по степени соответствия эталону на основе реактивных индикаторных трубок и бумаг, рН-метрии , контроля цвета, прозрачности, плотности и т.д.; -многофакторные — аппарату рно-геперирутошие обобщённый образ для оценки аутентичности напитка ранее идентифицированным образцам из базы данных : «кибер-нос», «кибер-язык», «кибер-глаз» и т.д.;

-арбитражные — количественные прецизионные методы и методики макро- и микроанализа содержания изотопов, элементов и компонентов.

Безопасность и подлинность напитков , как их наиболее важные потребительские свойства, могут бьггь охарактеризованы как по интегральным проявлениям этих свойств, так и на основе исчерпывающего анализа совокупности характеристик химического состава (изотопного, элементного и компонентного),пространственного и электронного строения компонентов, надмолекулярной структуры растворов. В практике контролирующих организаций в России используются ныне только методы элементного и компонентного анализа, чего явно недостаточно, особенно, для АП, являющейся изначально токсичной ввиду присутствия этанола. Соизмеримость объёма продаж АП легального и контрафактного происхождения, несоответствие используемых нормативных требований на АП задачам надёжного выявления токсичных и опасных фальсификатов представляют большую проблему, т.к. у контролирующих органов в России нет возможности выявления АП, содержащей вместо или наряду с пищевым этанолом (ПЭ) хорошо очищенные от примесей технические этанолы - синтетический (СЭ) и г идролизный (ГЭ).

Анализ принципиальных возможностей отдельных методов, не входящих ныне в РФ в группу нормативных, позволил уточнить конкретные задачи, решаемые в последующих главах. Главная из них - выявление использования в АГ1 технических этанолов.

1.1. Исследование токсичиосто различных видов этанола и особенностей его метаболизма в зависимости от концентрации и физиологических особенностей организма.

Целью работы было подтвердить опасное действие синтетического спирта (фактически опасность и вред примесей, так как использовали спирт только первичной степени очистки, экономически целесообразной для технического использования в технических приложениях ) на организм животных при длительном употреблении его водных растворов.

Эксперимент проводился на 4-х группах мышей 8ИК. из питомника «Столбовая» АМН .сертификат №22018 ,( по 30 голов в группе )в течение 9 недель.

Первая группа пила только водный раствор хлебной водки; вторая группа пила только хлебный раствор самогона; третья группа пила только водный раствор

синтетического технического спирта; четвертая группа ( контрольная ) пила качественную питьевую воду.

Концентрация алкоголя в питьевых растворах составляла 8%.

Первичный контроль проводился визуально по состоянию мышей и изменению ( прибавлению) их веса.

Через каждые 3 недели часть животных (10 [ олов)забивалась декантацией ( перед забоем каждая мышь взвешивалась) и проводился контроль веса и внешнего вида печени и селезёнки, морфологические изменения печени.

У забитых животных отбиралась кровь и после отделения форменных элементов полученная плазма использовалась для контроля её состава на ЛКА ( лазерный компьютерный анализатор ) и ЯМР-спектрометре ( снимались протонные спектры ЯМР ).Кровь от всех 10 мышей одной группы сливалась вместе (проводилось своеобразное усреднение).Потребление любого алкоголя, даже в тех щадящих дозах, которые использовались в эксперименте, замедляло рост животных.Водный раствор хлебной водки кроме замедления роста практически не сказался на внешнем виде животных и на состоянии печени и селезенки. Цвет органов нормальный. Спектры ЯМР плазмы практически идентичны плазме контрольной группы. Спектры ЛКА показывают малую склонность к интеграции органических компонентов плазмы.

Водный раствор самогона замедляет рост ( уменьшает вес ), печень увеличена, селезёнка уменьшена. Цвет органов близок к нормальному.

Спектры ЯМР плазмы близки к плазме контрольной группы, но появляется следовая концентрация альдегидов и кетонов. Спектры ЛКА показывают малую склонность к агрегации органических компонентов плазмы.

Водный раствор синтетического спирта значительно замедляет рост животных, печень н селезёнка изменены. Цвет не • ли глинистый. Г линистый цвет ,по-видимому, объясняется тем, что ,как известно и литературы, у получающих алкоголь грызунов развивается жировая печень.Увеличение количества жира в печени может быть обусловлено поступлением его с пищей, проникновением в печень свободных жирных кислот из жировой ткани или синтезом жиров в самой печени, как защитной реакции на алкоголь и (главным образом!) токсичные примеси в нём. В каждом случае глубина такого перерождения печени должна определяться дозой употребляемого алкоголя и содержащимися в нём примесями. В спектрах ЯМР плазмы кроме следовых концентраций альдегидов и кетонов отмечается значительная концентрация эфиров и нитросоединештй. Спектры ЛКА показывают заметную склонность К агрегации органических компонентов плазмы.

Так сам этанол токсичен, его потребление в любом виде сказывается на животных. Хлебная водка ( пищевой спирт ) и самогон ( высокого качества ) незначительно сказываются на физиологии животных ( при используемых в эксперименте умеренных дозах ). Но самогон ( по-видимому из-за присутствия сивушных масел) оказывают уже более заметное влияние на животных и вызывает появление в крови следов токсичных соединений.

Примеси в синтетическом техническом спирте вызывают фактически слабое отравление организма животных.

Глапа2. Разработка н совершенствование некоторых прямых и косвенных методов контроля токсичности и идентификации напитков, 2.1.Определение общей суммарной токсичности примесей в АП.

Методы биотестирования, незаменимые для оценки возможной токсичности любых напитков, для контроля АП ограничиваются токсичностью самого этанола. Трудности представляют разработка корректных методик пробоподготовки, выбор приборов и биологических объектов тестирования

проб, позволяющих получить воспроизводимые результаты. Нами использованы отечественные приборы, прошедшие аттестацию и используемые для экспресс-контроля токсичности водным растворов:"Биотоке" (биолюминесцентный тест, Изгшввятель НТЦ"Аргумент", производитель гест-системы " Эколюм " - МГУ) и "АТ-1" (анализатор токсичности, изготовитель ВНИИ МТ . тест-система -сперма быка). Для водных растворов оба прибора и основанные на них методики дают близкие результаты, котя имеют специфические преимущества и недостатки. Контроль токсичности спиртов и водок осложнён необходимостью преиизионно исследовать концеитрациоивые зависимости водных растворов этанола Информацию о токсичности удаётся получить на основе малых разностных величин при сопоставлении результатов для растворов стандартного пищевого этанола и испытуемого образца. Для «Биотокса» критерием токсического действия является уменьшение интенсивности биолюминесценции тест-объекта в исследуемой пробе по сравнению с раствором, не содержащим токсических веществ, которое пропорционально токсическому эффекту и выражается в виде безразмерной величины - индекса химической токсичности Т= 100(1 trI)/J0, где Iu и S интенсивности биолюминесценции контрольного и исследуемого образца. В качестве критериев токсичности аналнтив принимаются величины Т: 0 - 20 - допустимая степень токсичности; 20 - 49 - токсичен; >50 -сильно токсичен.

Сложность разработки

методики для смесей этанол-вода состоит в том, что в них относительное содержание возможных токсичных

примесей мало, а сам этиловый спирт является весьма. токсичным

веществом и в объёмной доле 40 % в воде вызывает практически полное тушение биосенсора "Эколюм".

Поэтому задачи

исследования сводились к поиску такой концентраций этилового спирта в воде, которая для стандартного образца вызывает

допустимую степень

токсичности, а

присутствующие токсические соединения обуславливают достоверные изменения Т по сравнению с химически чистым

раствором этилового спирта.

10 20 30 40

С,%Об.

Рне.1 Зависимость индекса химической токсичности от ко!¡центрации спирта в воде,С% об.

Исследование собственно токсичности этилового спирта осуществлено в экспериментах с серией из 15 концентраций этилового спирта 96,6 %, высшей очистки из зерна. Из представленной на рис.! усреднённой концентрационной зависимости для Т следует, что значимые отклонения от сильной токсичности начинаются при концентрациях этанола в воде около 10 % об. При последующем разбавлении Т уменьшается нелинейно, достигая допустимой степени токсичности при концентрации этанола ниже 10% об. В качестве рабочей концентрации для измерения Т образцов спиртов и водок выбрана концентрация 5,0% об. Результаты разработанной методики хорошо согласуются с результатами химической экспертизы. Так, при анализе серии из 15 коммерческих водок 4 образца были забракованы на основании результатов контроля методом компонентного анализа в соответствии с действующим ГОСТ12712-80 «Водки и водки особые». Они также оказались токсичными по шкале Т( см.рис.1). Использование дистиллированной воды в качестве как растворителя, так и контроля существенно упрощает методику.

В некоторых случаях оказалось перспективным использовать методы концентрирования или выделения примесей в спиртовых растворах и иной АП с последующим анализом их токсичности. Выделение примесей проводили по двум разработанным нами методикам: вакуумная отгонка спирта из пористого химически нейтрального сорбента, насыщенного испытуемым раствором; вымораживание примесей из спиртового раствора на посеребренной медной пластине при температуре -{90-95)С°. Определение суммарной токсичности нелетучих компонентов ректификата из пищевого сырья, гидролизного и синтетического технического спирта, коньяков на токсикометре АТ-1 по стандартно: методике дало результаты, согласующиеся с определением токсичности выделенных компонентов образцов спирта на "Биотоксе". В частности, для исследованных спиртов получены следующие результаты: технические гидролизные, Т=30-70; технические синтетические, Т=50-70; ректификаты из зерна, Т= <25

2.2. Экспресс-идентификация спирта 5! водок с помощью реактивных индикаторных полосок ( ГШ1)

Наиболее экономичные экспресс-методы массового контроля водных растворов (сточных вод, питьевой воды, минеральной воды, спирто-водочной продукции и т.д.) — методы контроля с помощью индикаторных реактивных бумаг, полосок, трубок. Нами создан метод качественного и полуколичествешюго контроля водно-спиртовых растворов на основе стандартной промышленной листовой фильтровальной бумаги и 4-х красителей ( красный - псевдогапсрицин, зелёный - бриллиантовая зелень, синий -автоцианидин, чёрный - штемпельная краска ТУ- 6-00-06916705-19-94 ). Созданные РИП — специально обработанные бумажные полоски с нанесённым!? в определённой последовательности активными цветными индикаторными рисками ( ЦИР). Отогнутая иод определённым углом часть полоски без цветных рисок опускается в испытуемый раствор, а затем после "подсушивания " рисунок на РИП сравнивается с рисунком от эталонных образцов. Примеры экспресс-контроля даны на,рнс2:

- 5

~3

■

i ] lili:

и:____: ~

■4 ■ ■ лйщшж ■-'б"

i i \ *_

i 1

! . II . Д t ! 1 íll

1 U._------

T 1

,-г - a -к

- Цг- "u^rii

н . " '•*'ЧТ ' i,' • • ' • ' - -1Г >. '4 i í V-í .-ч

■ 7

'. I ■' '*■ -' > Ы' -с.-;.

-'-' ' 'г.

V

С ери i 2

. г л- ■

Л" ■ •■'.^■i 'Sf-v :

NI

i I

11 («I

nií' • m. ni ш

I u

ítfc

41 i t! i i;

- í -a - з

Серп* 3

--i -г

-5" - £ ''

Серия 4

Рис.2 Образцовые серии использования реактивных индикаторных полосок 1-метанодЭ—спирт этиловый чистый,3- -сивушные масла. 4- водки с добавкой сивушных масел, 5—водка чистая (40град.).6—вода дистиллированная 7— водка чистая (33град.),ti -исходная Р1Ш

l(i

Чистый метиловый

спирт. Красная и зеленая ЦИР почти не размыты: между реперной полосой и чёрной ЦИР слабый цветной фон; черная ЦНР полностью размыта;

цветовая дорожка после черной ¡(ЯР однородно плотно закрашена, темная «голона» слабо выражена; спереди розово-коричневая бахрома.

Чистый этиловый спирт

), Красная риска смы га почта полностью, зелёная слегка обесцвечена, поле цветовой дорожки между реперной полосой и чёрной риской

практически

нео крашен нос;чсрная риска смыта ( = 30-40 %). но четко идентифицируется; цветовая дорожка после чёрной [ (ИР равномерно окра ¡иена в темный цвет: в "голове1' цветной дорожки алая "бахрома", [мдка с повышенным

содержанием сивушных масел. Красная 1 (ИР частично смыта, зелёная практически не размыта, чёрная почти полностью размыта; тёмная

"голова" чётко выражена; "головы" однородно закрашена

после красной I (ИР цветовая дорожка до тёмной в розовый цвет.

Качественная водка ( 40" ), Красная и зеленая риски практически не затронуты; цветовая дорожка между реперной полосой и Чёрной риской практически чистая с еле заметным фоном, чёрная риска смыта почти пол ноет мд на расстояние 15-25 мм (в зависимости от внешних условии ) пак рас цветовой дорожки посЯе ЦИР однородный, тёмный, с чёткой чёрной "головой" и оран же ной "бахромой" спереди.

Время индикации при комнатной температуре 10 мин., при пониженной (5-15) С" - 20мин. Оценку содержания этанола и водном растворе <М ) можно

>г ЮОхС

проводить по формуле:,\ =--, где:а- длина цветовой дорожки от черной

а

ЦИР в дистиллированной воде, С - длина цветовой дорожки от чёрной ЦИР в спирто-водном растворе.

Разбраковка этанола и метанола, их растворов в воде (30% об. и более) практически однозначна. Проведено изучение возможности применения созданных РИП для других напитков. Установлено, что в стандартных условиях вероятность правильной диагностики идентичности образцов в случае АП, минеральной и питьевой воды не ниже 85%. Для вин и соков методика не иснытывалась, т.к. последние чаще всего окрашены.

2.3. Выявление аутентичности наиигка эталону с помощью лазерного компьютерного анализатора ( ЛКА ).

Идентификация аутентичности образцов продуктов питания по их многопараметровым образам — современная информационно-аналитическая технология, которая обеспечивает создание и применение электронных банков образов продукции ("файл-паспортов" ). Они («образы») позволяют исключить необходимость использования контрольных образцов в процедуре установления подлинности продукции (ГОСТ 51293-99).

Разработана методика, основанная на том, что тестируемые напитки могут отличаться друг от друга совокупностью характеристических параметров молекулярной динамики растворо". Наилучшим образом эту специфику отражают частота максимума " " спектрального распределения, параметр его ассиметрии, полуширина спек трального "ядра", интегральная интенсивность динамического светорассеяния. Разработай макет ЛКА для идентификации АП. Получены высокие показатели надёжности идентификации различных видов АП. JfKA позволяет за 5-15 минут практически со 100 % вероятностью определять идентичность любого жидкого прозрачного продукта (водка, вино, прозрачный сок , минеральная вода, лекарственные растворы и т.д. ) эталону, объективно оценивать наличие взвешенных частиц в растворе, идентифицировать по создаваемому банку данных различные пищевые продукты и химические композиции. Использование растворимых веществ - идентификаторов позволяет значительно расширить аналитические возможности ЛКА. На рисунке 3 приведены результаты тестирования на ЛКА 6 образцов спирта и 16 видов водки. Для большинства образцов наблюдаются значительные количественные и качественные отличия характеристических функций от эталонных. Образец 7 даёт распределение наиболее отличное от такового у эталонных образцов. Обнаружено, что аналогичную образцу 7 функцию даёт разбавленный спирт " Royal ", производства Голландии. Протестированные водки условно можно разделить на несколько групп: 1-5;12 и 13; 8,11,15; 9,14,16,17; 10. По-видимому, каждая из перечисленных групп произведена из близкого по составу сырья. Из пяти образцов водок завода «Кристалл» 3 (образцы 2, 4, 5 ) дали практически идентичное распределение сигнала светорассеяния. Они могут служить в дальнейшем в качестве эталона при оценке качества безопасности тестируемой продукции. Образцы 1 и 3 по полученным характеристикам несколько отличаются от эталонных, однако близки к ним,что отражает особенности их рецептуры, т.е. требует дополнительного контроля токсичности. Водки 12, 13 и

7 произведены возможно с использованием спирта 4 , а группа 8, 11, 15 на основе спирта 6.

а) б)

Рис. 3 Распечатка сигнала светорассеяния водок (а) и спиртов (б),

представленных ГТЛ и заводом «Кристалл». Расшифровка обозначений спиртов 1. Спирт - этанол ( Россия );2. Дексокарбон ( Чехия );3. Спирт зерновой ( Люкс ); 4. Спирт синтетический ( ТУ 38.402-62; 5. Спирт гидролизный (ВНИИ ПБТ );6. Спирт - смесь синтетического спирта и синтетических ароматизаторов..

При небольшой модификации ЛКА может быть использован для идентификации любых питьевых и минерализованных вод.

Глаоа 3. Анализ изотопного состава как арбитражный метод идентификации и контроля безопасности алкогольной продукции.

При осуществлении контроля безопасности и подлинности напитков принципиально важны арбитражные методы и подходы, результаты которых являются, однозначными и не могут быть оспорены. Так, содержание некоторых органических веществ в этиловом спирте и водке нормировано и внесено в Государственные стандарты (например, ГОСТ 12712-80 "Водки и водки особые. Технические условия "; ГОСТ 7190-88 "Изделия ликеро-водочные. Общие технические условия" ).Однако в готовом продукте могут быть вещества, определение которых не предусмотрено ГОСТами на АП. В официальные протоколы контроля состава этанола и водок недавно введены хроматографические методик;;, что заметно улучшило показатели их безопасности и качества. Их применение, как и измерение других стандартных

физико-химических характеристик, к сожалению, не решает задачу однозначного определения природы примененного в АП спирта.

В зарубежной диагностической практике всё более широкое применение находят методы, основанные па количественном измерении содержания в веществе соотношения стабильных и радиоактивных изотопов. Подход основан на способности материи сохранять или закономерно варьировать ( в случае нестабильных изотопов ) первоначальные изотопные отношения, возникшие в момент его образования. У природных органических веществ изотопный состав определяется местом произрастания растений - предшественников, типами и условиями ферментативных реакций, процессами и технологиями выделения и переработки. Атомы водорода, углерода, кислорода молекул, наряду с основными изотопами !П, 12С, '"О, содержат .минорные - 2Н, 3Н, ЬС, |4С, О, lsO. Содержание последних может быть определено количественно специфическими ионизационными, спектроскопическими и ядерно-физическими методами. Поскольку методы элементного и компонентного анализа часто неэффективны для прямой идентификации сырьевой основы напитков (особенно АП ), нами экспериментально изучена применимость для этих целей интегральных (жндкостно-сцинтилляционная спектрометрия - ЖСС и маес-спектрометрия изотопных отношений - МСИО ) и дифференциальных ( спектроскопия ЯМР ) методов изотопного анализа,. Разрабатываемые подходы призваны, в первую очередь, оцепить различия изотопного состава водорода ('Н, 2Н,3Н), углерода (12С, 13С, 14С) и кислорода (|бО, 170, "О) этиловых спиртов различного генезиса, как наиболее практически важной к технически сложной проблемы.

3.1. Интегральный анализ изотопов углерода.

Жндкостно-сцинтилляционная спектрометрия. IIo экономичности одним из наиболее привлекательных методов дискриминации ферментативных (пищевой, гидролизный) и синтетического спиртов является определение содержания в них и в АП минорных радиоактивных изотопов Си и Н3 методом ЖСС. Содержание указанных выше "чистых " р - излучателей в

органических веществах растений и полученных из них ферментативных спиртах близко соответствует их содержанию в атмосфере и незначительно изменяется год от года. В ископаемых материалах (нефть, газ), из которых получают синтетические спирты, за время их формирования содержание С14 и Н3 падает практически до нуля. Следователь!!», содержание С14 в образцах спиртов или АП может служить аналитическим признаком их

происхождения - ферментативного или синтетического. Результаты измерения естественной радиоактивности серии образцов 96 % этанола различного генезиса представлены в таблице I.

Таблица №1 . Показатели радиоактивности этанолов различного генезиса

№ Сырьевое Измер.

п/п происхождение число

импульсов

1 Этилен 1158 ±68

Этилен 1207±69

3 Пшеница 257Ш01

4 Картофель 2б27±102

5 Древесина 2372±97

6 Этилен(50%) и 2021±90

пшеница(50%)

Число Р-частиц, излученных в минуту, для образца синтез-спирта характеризует фоновую составляющую. Видно, что радиоактивность пищевых и гидролизных спиртов существенно превосходит таковую синтетических. Это подтверждает также значение для смешанной пробы.

Анализ погрешностей измерений при доверительном уровне 0,95 позволяет заключить, что использованная методика позволяет выявить присутствие синтез-этанола в пищевом только при содержании первого 20 % и более, а технический гидролизный и пищевой этим методом неразличимы. Поэтому рассмотренный метод может быть привлечён для решения практических задач при условии значительного совершенствования

аппаратурно-мегодической базы, снижения погрешностей в 5 и более раз и при условии проведения скрининга представительного массива образцов спиртов достоверно известного происхождения. Масс-спектрометрия изотопных отношений

Проведен анализ этаиолов из разного сырья методом МСИО углерода (табл.2). Основу методики составляет измерение различий в соотношении природных содержаний стабильных изотопов ,2С и 13С. Если известен состав углерода модельных этиловых спиртов, то по составу углерода смеси легко вычислить соотношение компонентов. Без учёта возможных вариаций изотопных соотношений в этанолах однородной сырьевой природы погрешность пробоподготовки и непосредственно измерений не превышает + 0,5 /о об.

Анализ серии смесей ПЭ и СЭ показал (табл.3), что надёжное определение синтетического компонента в ПЭ возможно при содержании его 10 % и выше.

Таблица № 2. Относительное содержание изотопа '"'С в образцах этанола нз различного сырья*.

Таблица № 3. Оценка содержания СЭв смеси с ПЭ па изотопному составу углерода искусственных смесей.

№

п/ Этанол / сырьё 6,3С%а±

п Д5

1. Синтетич ./нефть . -30,6±0,4

2 Гидролиз./древесина. -21,7±0,5

3. Гидролиз./древесина -21,5 £0,5

4. Гидролиз./древесина. -22,5±0,5

5. Пищевой/рожь. -21,9±0,5

6. ПищевойрРожь. -22,1 ±0,5

7. Пищевой/пшеница. -23,9±0,4

8. Пищевой/пшеница. -23,8±0,4

9. Пищевой/пшеница. -24,8±0,5

10 Пищевой/пшеница. -23,3±0,8

11 Пищевой/пшеница. -25.б±0,8

12 Пищевой/кукуруза. -15,1±0,5

13 Пищевой/кукуруза. -15,1±0,5

14 Пшцевой/кукуруза. -15,6±0,3

15 Пищ./сах. тростник. -10,4±0,4

Реальное содержа нис СЭ, %. бпС, Расчётное, содержание СЭ, % ±0,5.

10.0 -22.40 14.7

20.0 -23.14 21.2

50.0 -26.13 48.3

90.0 -30.72 85.1

* Эталон МАГАТЭ.

Из полученных результатов следуют заключения:

- гидролизный этанол и пищевой из зерна методом МСИО практически неразличимы;

- индивидуальный синтетический этанол надёжно идентифицируем;

- смеси этанолов из кукурузы или сахарного тростника с синтетическим могут иметь содержание ПС , характерное для зернового пищевого сырья, используемого традиционно в России.

Благодаря высокой точности измерений мсгод МСИО очень ценен для доказательства изотопной аутентичнтношения известных компонентов. Однако, его использование для идентификации этаиолов неизвестного генезиса необходимо дополнять результатами иных аналитических процедур, в частности, разработанных нами и рассмотренных ниже.

3.2. Дифференциальный изотопный анализ методами количественной спектроскопии ИМР.

Предложен новый метод идентификации бинарных и тройных смесей гидролизного, пищевого и синтетического спиртов по максимально упрощённой методике с помощью определения содержания изотопов углерода и водорода е метальной и метиленовой группах купажных этанолов методами ЯМР 2Н и ,3С. В простейшем варианте в качестве идентификационных параметров используются шесть параметров: ,Я-[СЭН]/1СОН7]. 2Я-[СП1!]/[С1!2], 3Я=[СОН2]/[С1Ь], 4К=[13СП2]/[13СН1], 5К-[13СН2И12СН2], 611=[13СНз]/[|2СНз], получаемых из спектральных данных 'Н, 2Н и С. Установлено, что в качестве идентификационных параметров тройных смесей достаточно использовать параметры - 'К, 2 К и 3Я, характеризующие распределение дейтонов в метальной и метиленовой частях этилового спирта. По измеренным параметрам 'Я, 2К, 3К для тройной смеси использованных этанолов — гидролизного (ГЭ), пищевого (ПЭ)и синтетического (СЭ) — можно достаточно точно вычислить их процентное содержание в тройной смеси.

Системы уравнений для смеси представляют собой линейную комбинацию

идентификационных параметров -К и населённостей - Р. В этом случае, в координатах 'II - 2К или 'II - положение тройной смеси спиртов отображается в виде точки с координатами идентификационных параметров данного образца смеси - и 2К или 'II и К ( рис. 4. ),которая находится внутри внешнего треугольника с вершинами ПЭ ( 100 % ), ГЭ (100 % ) и СЭ (100%).

Рис.4 Диаграмма параметров 'БИСВНИаЖ;, 1 и [СОН]/[СН2] для ПЭ,ГЭ,СЭ и их тройных смесей, содержание которых (% об.) указано в последовательности ПЭ:ГЭ:СЭ

Очевидно, что чем ближе идентификационная точка смеси к одной из вершин треугольника, тем выше процентное содержание в ней того спирта, которому соответствует эта вершина. Для бинарных смесей спиртов

'Я

¿А

О:

4".

А» ?г>0 120 !гО

идентификационные точки находятся на его сторонах. На рис. 4 представлены некоторые результаты для тройных смесей ) спиртов : синтетического , пищевого и гидролизного. Методика дает ошибку определения процентного содержания исходных спиртов в смесях менее5 % ( при известных компонентах ). Судить о составе реальных тройных и бинарных смесей с определённой вероятностью можно лишь имея банк различных пищевых, гидролизных и синтетических спиртов.

Спектроскопия ЯМР высокого разрешения на ядрах 2Н , "С,"О может быть дифференциальным количественным методом прямой идентификации сырьевой природы этанола, если позволяет измерять их содержание в группах CHj СН2 и ОН с достаточной точностью. Нами разработана, аттестована в Госстандарте России (погрешность измерений менее 3 % при расхождении результатов двух параллельных измерений содержания 2Н до 1 %) и на различной АП опробована оригинальная методика выявления природы этанола в крепких алкогольных напитках и спиртовых смесях методом ЯМР 2Н. При её апробации сделан ряд важных заключений: известная методика SNIF-NMR, используемая в Европе для идентификации географического происхождения и фальсификации виноградных вин при определении сырьевой природы этанола не имеет преимуществ по сравнению с разработанной нами более простой методикой; неполная дистилляция этанола из ЛП вносит значительные погрешности в распределение в нём изотопа 2Н, которых нет у методик без дистилляции этанола из АП; методика реализуема на любых спектрометрах ЯМР с сильными магнитными полями (более 6Т) и каналом наблюдения 211 без использования канала стабилизации резонансных условий ( отношение частота/поле).

Проведение экспериментов на спектрометрах ЯМР с рабочей частотой для ядер 2Н 76,8 МГц показало возможность осуществления регистрации спектров ЯМР 2Н крепкой ЛП ( < 35 % об. этанола ) без дистилляции этанола. Работа с

образцами крепкой АП возможна даже без вскрытия запаянных ампул, что удобно как для создания банка эталонных образцов, так и целей длительного хранения образцов в условиях арбитражных анализов. Идентификация ГЭ из чисто древесного сырья методом спектроскопии ЯМР 2Н оказалась сложнее, чем СЭ. Это обусловлено тем обстоятельством, что сырьё для ГЭ может относиться к разным ботаническим типам. Большую роль, чем для ПЭ из зерна, играет в этом случае климатически-географический фактор. Распределение изотопа 2Н в этанолах этой группы весьма различно, как видно из данных для заведомых образцов 11, 12, 16, 17, 20, 22 Табл.4. В образцах 12, 16, 17 и 22 распределение дейтерия соответствует таковому в Г1Э, а в образцах 11 и 20 - СЭ.

Анализ серии ПЭ, СЭ и ГЭ (около200 образцов) позволил установить диапазон вариаций природного содержания дейтерия в метилыюй и метиленовой группах (рис.5).Исюпочение ПЭ из нетипичного для России сырья сформировало как отдельные области для ПЭ и СЭ, так и «нейтральную зону», их разделяющую (рис.6). Каждая область охарактеризована предельными значениями содержаний 2Н: -СЭ: D/H CH3>12Üppm;D/H CH2.>140ppm. -ПЭзер: D/H СН3<1 lOppm; D/H CH2<135ppm.

СЦ

12>п

110-

90

100 110

—1— 120

130

140

13)

аь

1И

1Ш-

ео

МО Ш

—г~ 12)

—1— 130

143

сц

—I— 150

Рис.5 Фрагментное распределение дейтерия в ПЭ,СЭ,ГЭ.этанодов

Рис.6 Фрагментное распределение 2Н в Г1Э из зерна и СЭ

На модельных смесях ПЭ и СЭ показано, что при концентрации компонентов в смеси не менее 20% погрешность определения их содержания не превышает 4,5%. Проведен анализ розможностей использования количественной спектроскопии ЯМР 13С для дифференциации природы этанолов на примере модельных этанолов из заведомо известного сырья, представленных в табл.4.

Таблица 4 Содержанке изотопа2Я в серии этанолов различного генезиса ( I -II группа СН3, СН2 ).

№ И I II № И I 11 131,о"

3 99,5 133,8 17. Д 102,0

2 3 103,9 129,6 18. С 121.7 139,8

3 3 106,0 130,9 19. 3 101,5 131,3

4 3 100,0 129,7 20. д 112,9 142,8

5 3 101,0 133,8 21. 3 100,0 129,9

3 3 100,0 131,5 22. д 107,1 134,8

7 101,4 728,6 23. 3 100,0 131,6

8 3 102,0 131,6 24. 3 101,6 134,1

9 3 101.5 129,7 25. 3 105,5 122,4

10 3 107,5 132,7 26. с 119,0 Н42,0

11. д 104,0 140,0 27. •> 103,6 126,9

12. д 102,3 132,2 28. ? 107,2 124,6

13. 3 100,3 131,9 134,3 29. 30. ? 106,2 128,0

14. 3 104,0 ? 123,2 162,8

15. 3 107,0 129,4 31. ? 126,3 150,0

16. д 101,7 127,5

Установлена принципиальная возможность использования этого подхода для поставленной задачи, однако,затраты приборного времени на получение надёжных результатов для одного образца (определяющая характеристика реальной стоимости

анализа) заметно Еыше, чем в случае ЯМР 2Н.Это обусловлено существенно большими (на несколько порядков) временами релаксации ядер |3С по сравнению с 2Н.

* И -исходное сырьё: 3 - зерно, Д - древесина, С - синтез, ? - природа неизвестна.

Существенную помощь в создании алгоритма комплексной идентификации ГЭ может дать использование, наряду с ЯМР 2Н, спектроскопии ЯМР "С, пО и масс-спектрометрии изотопных отношений 13С/'2С и 180/160. Решение этой нетривиальной и ныне нерешённой, хотя очень важной по известным причинам для России проблемы, затруднено отнюдь не её технической сложностью (все методики измерений, как и алгоритмы обработки их результатов методами кластерного и факторного анализа, имеются),а отсутствием представительной серии (min.10 образцов) ГЭ известного сырьевого , географического и технологического происхождения. Целесообразно в рамках федеральной программы пищевой безопасности ЛП ( ГЭ является техническим этанолом и запрещён для пищевого использования) запланировать такие работы.

Наиболее важно значение МИР (мсстоспецифичное изотопное распределение) 2Н в этанолах, использованных при купажировании. На примере трёх образцов: ПЭ ( пшеница ), СЭ и ГЭ ( значения 2Н/'Н в группе СН3 104,2; 123,2 и 119,0 ррт, а в СН2-130,0; 142,2 и 150,0 ррт, соответственно )намк изучен случай с заведомо известными компонентами. Исследовались смеси ПЭ+СЭ и ПЭ+ГЭ с вариацией компонентов от 10 до 90 %. Экспериментальные значения 2Н/'Н отличались от теоретически рассчитанных для каждой смеси в среднем на 0,6 ррт, исходя из чего погрешность определения содержания компонентов в смесях этанолов(известного происхождения!) не превышает ±4,5 Практически наиболее важен случай, когда имеется некий образец АП, сырьевое происхождение этанола в которой необходимо подтвердить. Самый неожиданный результат наших исследований состоит в том, что для ряда ГЭ получены значения 2Н/'Н, характерные для СЭ. Основное сырьё для ГЭ-древееина. Значения 2Н/'Н ГЭ, попадающие в область СЭ, нельзя объяснить

технологическими особенностями перегонки и ректификации ГЭ. Их легче объяснить добавлением СЭ в ГЭ или подменой в ряде случаев ГЭ на СЭ, то есть фальсификацией, хотя последнее маловероятно. Вопрос заслуживает особого рассмотрения, т.к.никакие иные современные методы анализа не могут пока отличить ПЭ и ГЭ высокой степени очистки.

3.3. Количественная спектроскопия ЯМР в качественном и количественном анализе АП из винограда .

Специфика различий АП из винограда (в первую очередь випоматериалов и АП из них) может быть обусловлена географической широтой и другими особенностями расположения региона произрастания винограда, составом поверхностных и подземных вод, почвой, технологией их производства. Для вин первый из основных факторов сказывается на естественном изотопном составе водорода, кислорода и углерода трех основных компонентов вина - воды, этанола и глицерина, изучение которого возможно рядом методов, в том числе -методами количественной спектроскопии ЯМР. Почвенный фактор будет обуславливать микроэлементный состав, т.е. содержание в вине некоторых элементов, таких как фосфор, калий, натрий, магний, кальций, хлор, соотношение которых должно быть характеристическим признаком как почв, так и используемых технологий производства вина ( из сока, из сусла с мезгой и т.д.). Спектроскопия ЯМР отдельных изотопов этих элементов также может быть полезна при идентификации. Наконец, технология производства вин наиболее

может проявляться в содержании минорных компонентов вина, в первую очередь, органических кислот. Оценка соотношения последних как в соках, так и в АП может осуществляться из спектров ЯМР 'н и 13С.

Регистрация спектров ЯМР 'Н обеспечивает за короткое время (секунды) получение серии спектров, обработка которых позволяет с нужной для идентификационных целей точностью рассчитать в вине содержание воды, этанола, глицерина и основных кислот - винной, яблочной, молочной, лимонной, янтарной и уксусной, а также выявить присутствие остаточных моно- и дисахаридов. Анализ углеводсодержащих вин требует разработки специальных алгоритмов, поскольку, присутствие углеводов существенно усложняет спектр. Как количественные маркеры для измерения абсолютного содержания глицерина и отдельных кислот в вине использовались сателлиты |3С линий СН; и СНз-групп этанола в спектре ЯМР 'Н.

Регистрация спектров ЯМР ,3С ЛП из винограда найдена в общем случае, нецелесообразной. Получение сигналов от глицерина и кислот в количественных условиях весьма трудоёмко ( несколько часов ) даже с использованием релаксантов. Неэффективна регистрация спектров ЯМР 23Na, 25Mg, 3?К и 43Са, но не 3,Р. В последнем случае сигналы 3|Р с соотношением сигнал-шум более 100:1 удаётся получать за 10-20 минут. Однако, информативность этого вида спектров для задач дифференциации внн различных регионов нам пока неизвестна. Выяснение этого вопроса требует наличия эталонов. Методика SN1F NMR, широко используемая в Европе, весьма трудоёмка (требует полного извлечения этанола из вин ), недостаточно -кснрессна и экономична (стоимость одного анализа 400 - 500 евро ). Поэтому наряду с ЯМР 'Н мы провели измерение содержания изотопа Н в воде серий сухих красных вин разных регионов. Оказалось, что содержание изотопа 2Н в грузинских винах и винах Испании, Италии, Франции весьма близко, но выше такового б винах Молдавии и Краснодарского края. Это обусловлено широтно-климатическими причинами и оказалось падежным критерием дифференциации пин Грузии от регионов Кубани и Молдовы. Следует отмстить, что в последних содержание изотопа Н в воде вина широко варьируется. Это является первым признаком сомнительного происхождения многих из них, т.е. добавлением воды или смеси вода/этанол в типичном для вин соотношении. Выявление такой фальсификации легко также осуществить по соотношению площадей сигналов воды, этанола, глицерина и кислот в спектрах ЯМР 'Н , что также было сделано.

Установлен диапазон типичных значений содержания изотопа Н в качественных винах Грузии, Молдовы, Кубани.Установлено, что разбавление вин Грузни водой или водно-этанольным композитом может быть обнаружено от 10 % и выше,а натуральными пинами Молдовы и Краснодарского края - от20%.

Выработка более строгих критериев дифференциации вин требует расширенного их изучения с использованием серий подлинных образцов от производителей. Алгоритм анализа включает в себя регистрацию количественных спектров ЯМР 'Н, 2Н, 31Р.Регастрацию спектров ЯМР 13С и "О целесообразно использовать для верификации выводов на основе ЯМР 'Н/Н. Видится перспективным также использование параметров спектров ЯМР О (интегральной интенсивности сигналов этанола и воды,времени спин-спиновой релаксации ядер) для оценки региона произрастания винограда,шаптализации сусла и структурной упорядоченности водной матрицы вина, как

идентификационных критериев. Иные алгоритмы анализа вряд ли будут конкурентны с представленным подходом по экспрессности. Создание подобной комплексной ЯМР-методологии целесообразно также для фруктовых соков.

Экспресс-алгоритм анализа пни без их нробоподготовки методом ЯМР

—Соотношение вода/глицерин/этанол/кислоты. —Идентификация некоторых минорных компонентов.

—Выявление региона произрастания винограда. —Выявление добавок воды в вино.

—Содержание различных фосфорорганических соединений.

—Идентификация отдельных компонентов. —Соотношение этанол/глицерин.

—Оценка структуры водных кластеров.. —Соотношение вода/этанол. — Выявление добавления в вино или сусло воды ВЫВОДЫ :

1 .Показано,что сам э гаиол токсичен и его потребление п любом Еиде, даже при низких концентрациях, сказывается на животных. Хлебная водка (пищевой спирт ) и самогон ( высокого качества ) незначительно сказываются на физиологии животных ( при используемых в эксперименте умеренных концентрациях ). По самогон ( по-видимому из-за присутствия сивушных масел) оказывают уже более заметное влияние на животных и вызывает появление в крови следов токсичных соединений. Примеси в синтетическом техническом спирте вызывают фактически слабое отравление организма животных.

2.Предложена концепция комплексного контроля алкогольсодержагцей продукции и других напитков, состоящего из нескольких иерархических уровней: первичный контроль суммарной токсичности, многофакторные нормативные экспресс-методы аутентификации, арбитражные высокопрецизионные методы полного токсикологического, изотопного, элементного и компонентного анализа.

3. Предложен подход к определению общей суммарной токсичности примесей в различных тиггах алкогольсодержащей продукции (на примере АП ) и разработана методика нробоподготовки для их анализа на базе экспресс-токсикометров " Биотоке " и АТ-2.

4. Разработан и опробовагг метод быстрой качественной и полуколичественной идентификации водно-спиртовых растворов и других напитков с ггомощью реактивных индикаторных полосок.

'Н

*

1

31р

!3С

1_

17о

5.Создап метод лазерного компьютерного анализа для экспресс-аутентификации напитков эталонному или стандартному образцу по многомерному физико-химическому образу.

6. Выполнено экспериментальное сопоставление возможностей и границ применимости различных интегральных и дифференциальных методов изотопного анализа водорода, углерода и кислорода для контроля сырьевого происхождения этанола.

7. Разработаны оригинальные количественные методики ЯМР 'Н,2Н, 13С и 170, позволяющие создать универсальные подходы к идентификации алкогольсодержащей продукции, соков, природных вод и иных напитков, а также состава смесей этанолов различного генезиса при наличие банков эталонных образцов.

8. Предложен новый экспресс—алгоритм идентификации вин по их компонентному и изотопному составу методом ЯМР.

Публикации но теме диссертации.

1. Калабин Г.А., Кулагина Н.В., Рыков P.C., Козлов Ю.П., Кушнарёв Д.Ф., Рохин A.B., Идентификация сырьевой природы этанола методом спектроскопии ЯМР 2Н. // Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности.- 2003,-№ 7. - С.87-98.

2. Калабин Г.А.,Козлов Ю.П.Рыков P.C., Кулагина Н.В., КушнарёвД.Ф., Рохин A.B. , .Новый алгоритм идентификации натуральных вин Грузии методом спектроскопии ЯМР. // Вест»"»' РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности,- Москва, 200\ - № 9. - С.77-83.

3.Рыков С.В.,.Свириденко И.А.,Рыков P.C. , Возможности идентификации и определения качества водно-спиртовых растворов методами экспресс-контроля общей токсичности нелетучих компонентов. // Материалы I Научно-практической конференции "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции ".- Пущино., 1999.С.99.

4. Рыков С.В.,.Свириденко И.А..Рыков Р.С.,Тычинская Л.Ю.,Скаковский Е.Д., Принципы и подходы экспресс-контроля общей токсичности водных растворов. // Материалы I Научно-практической конференции "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции",- Пущино, 1999.-С.98.

5.РыковС.В.,.СвириденкоИ.А.,РыковР.С.,ТычинскаяЛ.Ю.,Скаковский

Е.Д.,Принципы и подходы экспресс-контроля состава вводно-спиртовых растворов с помощью индикаторных бумаг. П Материалы I Научно-практической конференции "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции ".-Пущино, 1999.С.96 .

6. ИвановА.В.,А лексеевС.Г.,РыковС.В.,СвириденкоИ.А.,Рыков P.C., Нестеров A.B., Лазерный компьютерный комплекс в качестве средства инструментального контроля водок и светлых алкогольных напитков. // Материалы III Научно-практической конференции " Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции ".-Пущино, 2001.С.98.

7. Рыков С.В.,Свириденко И.А.,Рыков Р.С.,Скаковский ,В.И.,РазгоняеваГ.А., Контроль тройных кулажей этилового спирта методом ЯМР-спектроскопии. // Материалы III Научно-практической конференции "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции ".- Пущино, 2001.С. 100..

8. Рыков Р.С.,Свириденко И.А., Рыков C.B.,Нестеров, A.B., Использование индикаторных полосок для экспресс-контроля алкогольной продукции. // Материалы III Научно-практической конференции "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции ".- Нущино, 2001.С.99.

9. G.A. Kalabin, K.I. Belovezhcts, Y.P. Kozlov, R.S. Rykov, D.F. Kushnarev, A.V. Rohin, N.V. Kulagina, I.S. Apostolova. Some Aspects of Applying Quantitative NMR for Russian Customs Laboratory Issues. Abstracts of EuroConference " Modern Analytical Methods for Food and Beverage Authentication ", Lednice, Czech Republic, 2002, p.24.

10. Калабин Г.А., Рыков P.C., Дроздовская Е.В., Козлов Ю.П., Кушнарёв Д.Ф., Кулагина Н.В., Рохин A.B., Количественная мультиядернш! спектрометрия ЯМР в идентификации сырьевой, региональной и технологической природы технической и пищевой продукции. // Матер. 6го Международного семинара по магнитному резонансу.- Ростов-на-Дону,.2002. С. 274-275.

11. Калабин Г.А., Козлов Ю.П., Пуляева В.Н., Рыков P.C. Идентификация регионального и сырьевого происхождения пищевой продукции изотопными методами анализа: состояние и перспектива. // Материалы 5ой международной научно-технической конференции " Пища. Экология. Человек ".- Москва., 2003. -С.81-82.

12. Рыков P.C., Свириденко И.А., Калабин Г.А., Бугаев ВН., Скзковский Е.Д., Широкова Е.К., Возможности идентификации и определения качества водно-спиртовых растворов методами экспресс-контроля общей токсичности нелетучих компонентов. // Сборник материалов VI Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны.».- Пенза, 2003. -С. 154.

13. Рыков P.C., Калабин Г.А., Скаковский Е.Д., Бугаев В.П., Привалов В.И., Широкова Е.К., Экологические проблемы контроля качества и состава продуктов питания и химических композиций. // Сборник материалов VI Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны»,- Пенза, 2003. - С. 110.

14. Калабин Г.А., Козлов Ю.П., Кушнарёв Д.Ф., Кулагина Н.В., Рохин A.B., Пуляева В.Н., Дроздовская Е.В., Рыков P.C., Идентификация и контроль качества продуктов биотехнологических процессов методами спектроскопии ядерного магнитного резонанса. // Тезисы докладов Конференции РХТУ " Химия и химические продукты",- Москва. 2003, С. 166-167.

15. Калабин Г.А., Рыков P.C., Пуляева В.Н., Куликова Е.В., Козлов Ю.П. , Идентификация регионального и сырьевого происхождения пищевой продукции изотопными методами. Состояние и перспективы. // Доклады 5оЯ Международной научно-технической конференции "Пища. Экология. Человек".- Москва., 2003. -С. 27-30.

16.РыковР.С.,Калабин Г.А., .Дюринский A.C. ,Рыков C.B., Использование реактивных полосок для конт роля подлинности минеральной воды и алкогольной продукции. // Материалы Всероссийской конференции .по аналитической .химии «Аналитика России 2004».-Москва,2004.-С.291.

17.РыковР.С.,Калабин I".А.,Дюринский A.C.,.Рыков C.B.,.Алексеев С.Г.,.Иванов A.B., Возможности лазерного анализатора в контроле идентичности многокомпонентных растворов. // Материалы Всероссийской конференции .по аналитической .химии «Аналитика России 2004».-Москва,2004. -С.118.

РЫКОВ Ростислав Станиславович (России) ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИМЕСЕЙ В ЭТАНОЛЕ НА ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ И РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ!! КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ НАПИТКОВ

Установлено, что физиологический и биологический эффект отрицательного влияния на живой организм при умеренных дозах потребления водных растворов этанола определяется преимущественно примесями в технических видах этанола.

На основе современных физико-химических методов и принципов предложены и практически опробованы новые подходы в системе контроля качества, подлинности и безопасности алкогольной продукции.

Показано, что совместное использование методов биотестирования, реактивных индикаторных полосок, лазерного компьютерного комплекса и ЯМР-спектросконии 2Н, |3С, пО позволяет осуществлять как качественную экспресс-диагносгику , так и арбитражный анализ спиртов, водок, вин и другой алкогольсодержащей продукции , природных вод, соков и других напитков.Современные возможности количественной ЯМР-спектроскопии обеспечивают возможность создания универсальных алгоритмов для идентификации алкогольсодержащей продукции ,соков, природных вод.

Разработаны методики пробоподготовки и экспресс-контроля суммарной токсичности примесей в алкогольных напитках , сырьевой идентификации этанолов, диагностики подлинно- <м или соответствия алкогольсодержащих напитков (вин, водок) эталону.

Rykov Rostislav S.(Russia) Study of the influence of the admixtures in etanole on a live organism and identification and check up of beverages safety

On the basis of modern physico-chemical techniques, principles and approaches the possibilities to propose and practically test the system of control of quality, authentication and safety of alcohol production was investigated.

It was showed that system RIS (reactive indicator strips) - LCC (laser computer complex) - NMR-spectroscopy 2D, 13C, 170 allows to carry out as qualitative express-test as total arbitration analysis of alcohol, vodka, wine and other alcohol production (also mineral water, juices and other liquid nutrition products). On the basis of NMR-technique the method of calculated and graphical test of composition of triple blends of ethyl alcohol (synthetic, nutrition, hydrolysis) was proposed.

The methods of samples preparation for express-test of total toxin factor of impurities in alcohol beverages, the identification of the type of used ethyl alcohol, the tests of authentication or correspondence of alcohol production to the standard were developed. It was showed that modern NMR-spectroscopy method (allowing for assemblage of NMR-techniques and nucleus sonde - label) is one of universal approach for total control of alcohol production (also generally - nutrition production). This method has only one substantial limitation: it needs comparative expensive equipment and high qualification of operator.

Формат 60x90 1/16. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ Л"» 3.

Отпечатано б типографии «Карпов». 109004, г. Москва, ул. Большая Коммунистическая, д. 1/5-7. Тел./факс; 911-66-92, 509-73-40

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Рыков, Ростислав Станиславович

Введение.

Глава1. Специфические проблемы России в области безопасности и подлинности напитков и методы их контроля.

1.1.Исследование токсичности различных видов этанола и особенностей его метаболизма в зависимости от концентрации и физиологических особенностей организма

1.2.Токсикологическая характеристика этилового спирта, алкогольных напитков и содержащихся в них примесей.

1.3. Контроль качества безопасности и подлинности напитков.

1 АСпектроскопия ЯМР 2Н в изотопном анализе органических веществ.

Глава2. Разработка и совершенствование некоторых прямых и косвенных методов контроля токсичности и идентификации напитков.

2.1. Определение общей суммарной токсичности примесей в АП.

2.2. Экспресс-идентификация спирта и водок с помощью реактивных индикаторных полосок (РИП).

2.3 Выявление аутентичности напитка эталону с помощью лазерного компьютерного анализатора (ЛКА).

ГлаваЗ. Анализ изотопного состава как арбитражный метод идентификации и контроля безопасности алкогольной продукции.

3.1 .Интегральный анализ изотопов углерода.

3.2. Дифференциальный изотопный анализ методами количественной спектроскопии ЯМР.

3.3. Количественная спектроскопия ЯМР в качественном и количественном анализе АП из винограда.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Разработка и использование комплексной оценки алкогольсодержащей продукции и других напитков в эндоэкологии"

В современных экономических и политических условиях России обеспечение безопасности и качества пищевой продукции требует немедленного технического перевооружения и существенных изменений системы её контроля и идентификации на всех стадиях жизненного цикла. Федеральный Закон «О техническом регулировании» знаменует начало разработки новых требований к каждому виду продуктов питания, включая и напитки, которые должны быть сформулированы в виде технических регламентов, главное требование которых - обеспечение химической и биологической безопасности в целях защиты жизни и здоровья граждан , а также предотвращение действий, вводящих в заблуждение потребителей.

Изменение экономических отношений в России отразилось на всех сторонах жизни общества. Проявилось это и на рынке напитков ( в первую очередь алкогольсодержащей продукции - АП) Изменился ассортимент и появились новые разновидности всевозможных напитков и, конечно, АП. Появилось большое число фальсификатов. Повысилась токсичность многих безалкогольных напитков и традиционных разновидностей винно-водочной продукции, что вызывает у медиков особую тревогу и побуждает разобраться в сложившейся ситуации. Установить тип этилового спирта в АП сложно, т.к. требования к гидролизному и сиитетическому спиртам практически соответствуют требованиям ГОСТа на пищевой спирт. Это провоцирует производителей водок и ликёро-водочных изделий на использование непищевых спиртов. Дешёвые алкогольные напитки, изготовленные с нарушением технологии, оказывают более выраженное токсическое действие. Вторыми после водок по объёму реализации идут ликёро-водочные изделия ( ликёры, пунши, настойки, аперитивы ), которые содержат значительное количество компонентов как растительного происхождения, так и синтетические добавки, способные повышать токсический потенциал этилового спирта. Всё более стрессонаполненный образ жизни в России начала XXI века вынуждает человека «балансировать на краю собственного генотипа» и ведёт к злоупотреблениям психоактивными веществами. Прогнозы предполагают рост значимости проблемы зависимости от алкоголя и алкогольных отравлений , в том числе обусловленных их трудно контролируемой безопасностью и качеством. АП является, к сожалению, компонентом пищевого рациона большого числа взрослых, трудоспособных людей. Среди продуктов питания они не имеет аналогов по губительным социальным и медицинским последствиям при «передозировке ». Это остро ставит вопрос по обеспечению подлинности, качества и безопасности АП ( ничуть не меньшей, чем для лекарственных препаратов! ). Охрана здоровья человека и нации требуют совершенствования действующего законодательства, процедур экспертизы АП. Почти все существующие методики СаНПИНов и ГОСТов, используемые в практике контроля безопасности и подлинности напитков ( прежде всего АП) основаны на элементном и компонентном анализе. Они не позволяют выявить в напитках присутствие ненормированных токсичных и опасных компонентов, обусловленных как использованием каких-то не сертифицированных технологий их производства, так и явной фальсификацией. Наибольшую опасность представляют фальсификаты АП, особенно, содержащие высокую концентрацию этанола. Одним из наиболее экономически выгодных и распространённых видов фальсификации АП является использование вместо пищевого этанола (спирта) (ПЭ ) технических (гидролизного - ГЭ, и синтетического - СЭ) как для производства водок , так и для « синтеза » вин, коньяков и иной АП. В случае качественной очистки этанола совокупность методов и требований ГОСТов и СаНПИНов не позволяет отличить ПС от СС и ГС, хотя последние запрещены к использованию в пищевых и медицинских целях. Это обусловлено тем, что более 30 лет назад в Московском институте гигиены им. Ф.Ф Эрисмана проводилась сравнительная оценка токсических свойств этиловых спиртов разного происхождения. Эксперименты показали, что острая токсичность гидролизного и синтетического спиртов превышает токсичность спирта, произведённого из пищевого сырья, их хроническая токсичность существенно выше в отношении понижения условно-рефлекторной деятельности и толерантности животных к этанолу. Это послужило основанием отказа в рекомендации использовать такие спирты для производства алкогольных напитков. Установление однозначного соответствия обеспечивается расшифровкой полного качественно-количественного состава продукта, включая весь набор следовых количеств микропримесей. На современном уровне аналитической техники это возможно, но очень трудоёмко. Решение проблемы требует введения аналитических подходов разных иерархических уровней. Для идентификации напитков не обязательно расшифровывать их полпый элементно-компонентный состав. Согласно ГОСТ 51293-99 задача решается, если применить какой-либо инструментальный подход, способный сформировать однозначный многомерный идентификационный образ объекта. Контроль безопасности, качества (нормативные требования) и подлинности алкогольной продукции до настоящего времени не стал достаточно организованным, технологичным процессом, гарантирующим соответствие этим показателям. Федеральный Закон " О техническом регулировании " пока только в общих чертах обозначил ситуацию.

Современный арсенал биологических и физико-химических методов и подходов по их сложностям и целям можно условно разделить на основные группы :

1) Первичные: выявление токсичности напитка, его отдельных выделенных компонентов или суммарной токсичности примесей ( биотестирование ).

2) Экспресс-методы, доступные потребителю для качественной быстрой разбраковки по степени несоответствия или полного соответствия эталону, нормативу, стандарту: индикаторные трубки, полоски, реактивные бумаги.

3) Обобщённый многофакторный контроль аутентичности без идентификации отдельных компонентов: " кибер-нос ", " кибер-язык ", спектрально-люминесцентный анализатор (СЛАП), лазерный компьютерный анализатор (ЛКА), капиллярный электрофорез, специальные хроматографические методики.

4) Нормативные: контроль качественного и количественного состава компонентов напитков, разновидности хроматографии, хромато-масс-спектрометрия, ИК- и УФ-спектроскопия, ЯМР высокого разрешения, атомноадсорбционная спектроскопия.

5) Арбитражные ( в какой-то мере " абсолютные " ): ЯМР-спектроскопия (включая и анализ распределения изотопов); изотопная масс-спектрометрия.

Необходим жёсткий анализ соответствия ныне действующей нормативно-правовой базы современным требованиям контроля подлинности и безопасности напитков (в общем случае всех пищевых продуктов), введение в ТР новых подходов, концепций, методов обеспечения и контроля токсикологической безопасности ПП для жизни и здоровья граждан России. Намерение России вступить в ВТО требует обеспечить соответствие разрабатываемых ТР международным требованиям.

От острых отравлений АП в России ежегодно умирает до 50 тысяч человек. Это ставит задачу расширенного контроля ее безопасности и качества в ряд важнейших отечественных национальных проблем безопасности жизнедеятельности.

Этанол вырабатывается из пищевого или не пищевого сырья методами спиртового брожения либо гидратации этилеиа с последующей перегонкой и ректификацией. АП из пищевого этанола (ПЭ): этиловый питьевой спирт, спиртные напитки, вино. Применение синтетического этанола (СЭ) и гидролизного этанола (ГЭ) из непищевого сырья для их приготовления запрещает Федеральный закон от 22.11.95 № 171-ФЗ "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции". Ответственность за его нарушение регламентирована Федеральным законом от 08.07.99 № 143-ФЭ. Таким образом, существуют правовые нормы регулирования производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спирто-содержащей продукции. Эффективное их соблюдение возможно лишь при наличии методов однозначной идентификации этанола в отношении сырьевой основы (ПЭ, СЭ или ГЭ). Важность проблемы особо возросла в связи с прекращением 01.01.02 г. действия Федерального закона от 31.03.99 № 61-ФЗ "О временном запрете импорта этилового спирта", поскольку дешевый импортный СЭ высокой степени очистки, декларируемый как ПЭ, стал ещё более широко использоваться для производства фальсифицированной АП. Необходим пересмотр норм и правил контроля АП, разработка и введение в обязательные сертификационные схемы новых методик и алгоритмов идентификации сырьевой природы этанола и ненормируемых токсических примесей, характерных для новых технологий его получения.

Основной объект исследования настоящей работы - напитки, в первую очередь - алкогольная продукция , поскольку из медицинской статистики следует, что до 70 % острых и хронических отравлений, значительная доля потери трудоспособности и ранняя смертность граждан России тесно связаны с потреблением АП (рис.1).

Начиная с 1992 года и до последнего времени к числу причин, определяющих рост алкогользависимой заболеваемости и смертности в Российской Федерации, относят увеличение потребления населением суррогатов алкоголя, а также образцов незаконно произведенной и некачественной алкогольной продукции. Среди представителей медицины, в кругу экспертов, политиков, журналистов и в обществе в целом существует стойкое убеждение в том, что одна из главных причин отравлений алкоголем, связана с употреблением низкокачественных и нелегально произведённых алкогольных напитков.

1 алк. психозы - потребление

• общ. смерти.

-л - ■ серд -сосуд. ■»■ ■ алк. отравлен. убийства л- самоубийства циррозы паикреаты

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002

Рис.1 Изменение показателей в % к 1984г.=100% ( 38 ).

Для примера, в официальном документе «Итоги деятельности Государственной санитарно-эпидемиологической службы Министерства здравоохранения РФ по надзору за производством, реализацией спиртов и алкогольной продукции в Российской Федерации за 2002 год» сообщается, что «.Уровень потребления алкоголя в России на душу населения в год является одним из самых высоких в мире. При этом, не менее четверти от этого объема составляет токсичный, фальсифицированный алкоголь, часто технический и не предназначенный для потребления людьми. В качестве еще одной иллюстрации можно привести Материалы расширенного заседания экспертов Государственной думы, Совета Федерации, Торгово-промышленной палаты РФ, Федеральных министерств и ведомств, органов власти субъектов РФ, участников алкогольного рынка на тему: «Проблемы алкогольного рынка России» от 29 октября 2002 года. На странице 7 части 2 этого документа утверждается, что «.Отравления алкоголем и смерти от случайных отравлений в подавляющем большинстве случаев являются результатом потребления алкогольных напитков, произведенных нелегально, т.е. незаконно.». Не удивительно, что в средствах массовой информации обыденными являются словосочетания «токсичный суррогат», «токсичный фальсификат» или утверждения типа того, что все смертельные отравления алкоголем в том или ином регионе России спровоцированы употреблением некачественной водки. 40 2 а с

V Й 0 с & 7 3 1 к.

§ с

Россия Германия Франция Дания Бельгия

Финляндия Норвегия Швеция Австрия Нидерланды

Рис. 2 Алкогольная смертность в десяти странах Европы в 1995г. (доли алкогольной смертности в обшей с 15 лет) ( 38 ).

Квадраты — регистрируемое потребление; кружки — оценка реального потребления; числа — ожидаемая продолжительность жизни мужчин.

Согласно результатам работы, проведенной в НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовского, в которой методом газовой хроматографии исследовали жидкости вызвавшие отравление, большая часть образцов этих жидкостей представляла качественные алкогольные напитки, а меньшая часть - являлась водками низкого качества (превышение требований ГОСТ по содержанию альдегидов, высших спиртов, эфирных масел, ацетона). И, наконец, незначительная часть образцов, представленных на исследование в стандартной упаковке из иод вино-водочной продукции, содержала помимо этанола значительные количества метанола, ацетона, этиленгликоля, высших спиртов или других растворителей. Иными словами большая часть отравлений была обусловлена передозировкой алкоголя (Белова М.В. и соавт., 1999).

По данным Центра лечения острых отравлений Санкт-Петербурга в 1991 году в стационары города с диагнозом отравление алкоголем и его суррогатами было госпитализировано 859 человек, в 1993 году - 2863 и в 1994 - 2040

Разработка, апробация, отбор и использование новых подходов и методик любого уровня сложности для обеспечения контроля токсикологической безопасности ( а также и подлинности! ) напитков - одна из важнейших национальных задач, прямо соответствующая трём проблемам критических технологий РФ « Безопасность и контроль качества с/х сырья и пищевых продуктов », «Производство и переработка с/х сырья », « Системы жизнеобеспечения и защиты человека ». Создание широкого спектра новых методик - от интегральных методов экологической токсикологии, основанных на биотестировании, до наиболее информативных инструментальных методов количественного химического анализа (изотопного, элементного, компонентного) для дифференциальной идентификации токсикантов - первый и наиболее сложный этап на пути её решения.

Важной областью контроля АП является контроль виноградных вин (регион производства винограда, год производства вина, выявление шаптализации, натуральности и т.д.).Для этих целей в Европе используют методику ЗМР-ЫМЛ, которая требует полного извлечения этанола из вин. Из-за этого она недостаточно экспрессна и неэкономична. Можно использовать в этом случае разработанную нами методику, акцентируя внимание на содержание 2Н в вине. Хотя типичный спектр ЯМР Н вина при содержании этанола около 10% об. позволяет получить сигналы групп СН2 и СНз этанола за разумное время эксперимента (около часа), их интенсивность недостаточна для точного измерения их площадей. Сигнал 2Н воды в этих спектрах имеет, как и должно быть, намного большую интенсивность, т.к. содержание воды в вине более 90% мол. Интенсивность этого сигнала можно измерять с погрешностью ~ 1% отн. за 10-20 мин.( спектрометры с частотой от 300МГц, ампулы 10 мм.).Повышенная чувствительность аппаратуры и цифровая обработка спектров позволяет проводить диагностику вина и по сигналам 2Н этанола.

Цель работы - исследовать воздействие различных видов этанола на живой организм и метаболизм этанола при различных концентрациях и при наличие активных добавок, провести критический анализ существующей практики и новых тенденций в области техники контроля напитков и их сырья, разработать новые и усовершенствовать известные методики для создания надежных комплексных схем и алгоритмов контроля их безопасности, качества, подлинности. Поставленная цель определила следующие задачи: -На основе анализа публикаций и опыта отечественных и международных организаций сформулировать с учетом специфических особенностей России наиболее актуальные проблемы в анализе напитков.

--Разработать и опробовать в лабораторных условиях новые надежные, экспрессные и экономичные подходы, методы и алгоритмы комплексного контроля безопасности, токсичности, качества и подлинности напитков.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Рыков, Ростислав Станиславович

ВЫВОДЫ :

1 .Показано,что сам этанол токсичен и его потребление в любом виде сказывается на животных. Хлебная водка ( пищевой спирт ) и самогон ( высокого качества ) незначительно сказываются на физиологии животных ( при используемых в эксперименте умеренных дозах ). Но самогон ( по-видимому из-за присутствия сивушных масел) оказывают уже более заметное влияние на животных и вызывает появление в крови следов токсичных соедииепий.Примеси в синтетическом техническом спирте вызывают фактически слабое отравление организма животных.

2.Предложена концепция комплексного контроля алкогольсодержащей продукции и других напитков, состоящего из нескольких иерархических уровней: первичный контроль суммарной токсичности, многофакторные нормативные экспресс-методы аутентификации, арбитражные высокопрецизионные методы полного токсикологического, изотопного, элементного и компонентного анализа.

3. Предложен подход к определению общей суммарной токсичности примесей в различных типах алкогольсодержащей продукции (на примере АП ) и разработана методика пробоподготовки для их анализа на базе экспресс-токсикометров " Биотоке " и АТ-2.

4. Разработан и опробован метод быстрой качественной и полуколичественной идентификации водно-спиртовых растворов и других напитков с помощью реактивных индикаторных полосок.

5.Создан метод лазерного компьютерного анализа для экспресс-аутентификации напитков эталонному или стандартному образцу по многомерному физико-химическому образу.

6. Выполнено экспериментальное сопоставление возможностей и границ применимости различных интегральных и дифференциальных методов изотопного анализа водорода, углерода и кислорода для контроля сырьевого происхождения этанола.

1 2 13 17

7. Разработаны оригинальные количественные методики ЯМР 'Н, 'Н, С и О, позволяющие создать универсальные подходы к идентификации алкогольсодержащей продукции, соков, природных вод и иных напитков, а также состава смесей этанолов различного генезиса при наличие банков эталонных образцов.

8. Предложен новый экспресс-алгоритм идентификации вин по их компонентному и изотопному составу методом ЯМР.

Заключение.

1) Показано, что по измеренным параметрам

Я = 3[ СОН ] / [ СОН2 ], 2Я=[ СОН ] / [ СН2], 3К = [ СОН2] / [ СН3 ], исходных спиртов можно вычислить аналитически процентное содержание этих спиртов в тройной смеси.

2) Используя графическое представление положения тройных смесей спиртов в

I Л 1 Л системе идентификационных координат (Я - Я) и ( Я - л Я) можно путем геометрических построений оцепить процентное содержание исходных спиртов в тройных и бинарных смесях с точностью не хуже 5%.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Рыков, Ростислав Станиславович, Москва

1. Авербах Я.К., Шамота А. 3.// Вопр. наркологии. - 1992. -1 2. - С. 32-37.

2. Антонова В.И., Саламина 3. А. // Гигиена и санит. 1978. -1 1. - С. 8-10.

3. Балякин Б.А. Токсикология и экспертиза алкогольного опьянения. М.: Медицина, 1962.-256 с.

4. Бачурин П.Я., Смирнов В.А. Технология ликеро-водочного производства. М.: Пищпром,-1975.- 414 с.

5. Валакин В.П. Получение синтетическою этилового спирта. Химия, - 1976. -256 с.

6. Варшавец Н.П. // Суд.-мед. экспертиза. 1986. -Т. 29,1 З.-С. 40-43.

7. Вихляев Ю.А. и др. // Фармакол. и токсикол. 1979. -1 1.-С. 76-81.

8. Воронов Д.П. // Вопр. наркологии. 1976. -1 1. - С. 51-70.

9. Вредные вещества в промышленности. Под ред. П.В.Лазарева и Э.Н. Левиной. -Л: Медицина. 1976. - Т. 1. - 427 с.

10. Гадалина И.Д. и др. // Гигиена и санит. 1986. -1 7.-С. 32-34.

11. Гадаскина И.Д., Филова В.Л. Превращение и определение промышленных органические ядов в организме. М: Медицина, - 1971. - 410 с.

12. Галета С.Г. // Сб. Моделирование, методы изучения и эксперим. терап. патологич. процессов. М, 1969. - С. 114-115.

13. Голонинская Л.И. Суд.-мед. экспертиза отравления высшими спиртами и их сочетаниями с этанолом. //Дисс. канд. мед. наук. Краснодар, 1977. - 215 с.

14. Головизин А. // Известия. 1995. -1 207. - С. 7.

15. ГОСТ 12712-80 с изменениями 1 1-5. Водки и водки особые. Техническиеусловия. М: Издательство стандартов. - 1983.- 12 с.

16. ГОСТ 13741-91 Коньяки. Общие технические условия. М: Издательство стандартов. - 1992. - 9 с.

17. Грязнов В.П. Практическое руководство по ректификации спирта. М: Пищ. пром. - 1968. - 360 с.

18. Грязнов В.П. и др. Газохроматографические методы анализа и состав примесей в пищевом этиловом спирте. М.: ЦИНТИ пищепром. - 1968. - 8 с.

19. Гусейнов В.Г.-оглы. Особенности биологического действия и гигие-ническое нормирование изоспиртов С С . //Дисс. канд. мед. наук. - Сумгаит, 1986. - 185 с.

20. Егоров IO.J1. // Гигиена труда в химич. и химико-фармацевтич. промышл. -М, 1976. С. 54-65.

21. Елизарова О. Н . // Матер, республ. научн, конф. по итогам гигиенич. иссл. за 1963-65 гг. Уфа, 1966. - С. 182-185.

22. Елизарова О.Н. и др. // Тез. докл. итог, научи, конф. Московского ин-та гигиены им. Ф.Ф. Эрисмана. М. 1961. - С. 69-71.

23. Иваницкий A.M. // Вопр. питания. 1974.-1 1.- С. 74-77.

24. Капанадзе П.И. и др. // Сб. тр. Ин-та санит. и гигиены МЗ Груз. ССР. -Тбилиси. 1960.-С. 301-305.

25. Кизеветтер В.В. // Профилактич. мед. 1926. -1 2. - С. 1-13.

26. Кишковский З.Н., Скурихин И. М. Химия вина. М: Пищ. пром.,1976., 482 с.

27. Королев A.A., Красовский Г.Н., Варшавская С. П. // Гигиена и санит. 1970. -9. - С. 88-89.

28. Кошкина Е.А. // Вопр. наркологии. 1993. -1 4.-С. 65-70.

29. Красникова И.И. // Матер. 10-й научно-практич. конф. молодых гиг. и сан. врачей. М., - 1965. - С. 169-170.

30. Кушнева B.C. и др. // Гигиена труда и проф. заболеваний. 1983. .-С. 46-47.

31. Ларионов А.Г., Бройтман А.Я. // Гигиена труда и проф. заболевании. 1975. -41.-С. 27-30.

32. Липкан Г.Н., Петренко B.C. // Физиол. активные в-ва: Республик, межведомственный сб. Киев, 1972. - Вып. 4. - С. 125-129.

33. Лужников Е.А., Костомарова Л.Г. Острые отравления. М: Медицина. - 1989. - 432 с.

34. Маркова М.А., Соркина Л.И. // Комплексные вопр. гигиены и охраны здоровья населения отдельных регионов Сибири: Сб. научн. тр. М, 1988. - С. 35-38.

35. Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного сырья и пищевых продуктов. М.: МЗ РФ, 1990.

36. Микулич С.Г., Ильина Е.М. // Биол. активные в-ва (микроэлементы, витамины и др.) в растениеводстве, животноводстве, и мед. Саратов, 1975. - С. 111-113.

37. Миневич В.Б., Кершенгольц Б.М. Суррогаты клиника и биохимия. - Якутск, 1987.-58 с.

38. Немцов А. В. // Вопросы наркологии. 1992. -1 3, 4.- С. 102-106.

39. Огурцов П., Траянова Т. // Медицинская газета. 1995. -1 63.- С. 8-9.

40. Обзор основных химико-технических показателей работы сульфитно-спиртовых заводов целлюлозо-бумажных комбинатов. М: Пищ. пром. - 1960. -104 с.

41. Омельянец Н.И. и др. // Космич. биол. и мед. 1978.- Т. 12,1 2. - С. 67-70.

42. Отчет о деятельности АО "Росалко" за 1994 г. //"Чарка". 1995.-1 З.-С. 4-7.

43. Пелипас В.Е., Мирошниченко Л.Д. // Вопр. наркологии. 1995. -1 2. - С. 6875.

44. Поплевчепков H.A., Цетлин М.Г. // Вопр. наркологии.-1993. -1 3.-С.22-28.

45. Соловьев А.Г. Патофизиологические и судебно-медицинские аспекты острых комбинированных метанольно-этанольиых интоксикаций. // Автореф. дисс. канд. мед. наук. М., - 1990. - 225 с.

46. Скрябина В.И. // Вопр. профилактики и лечения алкогольных заболеваний. -М.,-1986.-С.107.

47. Стабникоп В.Н. Ройтер И.Я., Процюк Т.Б. Этиловый спирт. М.: Пищ. пром., -1976.-458 с.

48. Статистический сборник МВД РФ. М, 1992. - 80 с.

49. Технология спирта ( под ред. В.А.Смирнова ). М.: Пищ. пром., - 1981. - 4201. С.

50. Томилин В.В., Сидоров П.И., Соловьев А.Г. // Суд.-мед. экспертиза. 1992. -1 2.-С. 35-38.

51. Убайдулаев Р. // Биол. действие и гигиеническое значение атмосферных загрязнений. -М., 1968. Вып. 11. С. 51-73.

52. Федоров А.Ф., Миляков В.Г. Образование метанола и других летучих примесей при переработке на спирт крахмалистого сырья и сахарной свеклы. -М.: Пищ. пром., -1974.- 81 с.

53. Храмов Ю.А. Вопросы патогенеза и клиники психических нарушений при интоксикации этиловым алкоголем и сивушными маслами. // Автореф. дисс. канд. мед. наук. Новосибирск, 1968. - 185 с.

54. Шугаев Б.Б. // Токсикология новых химич. в-в в гигиене труда при их производстве и применении. // Сб. науч. тр. Ростовского гос. мед. ин-та, Т.17. -Ростов-на-Дону, 1974.- С.137-143.

55. Шурунова E.JI. и др. Новые тенденции в производстве синтетического этилового спирта. М: Пищ. пром., - 1981.-48 с.

56. Эйтингтоп А.Я. Метанол. М.: Наука, - 1983. - 53 с.

57. Яким B.C. // Гигиена и токсикология пестицидов и клиника отравлений. -Киев, 1965. Вып. 3. - С. 423-.431.

58. Яшин Я.И., Сальникова Г.М. Газохроматографические методы анализа и состав примесей в пищевом этиловом спирте. М: Пищ. пром., - 1968. - 74 с.

59. Hollstedt С., Neri A., Rydberg U. //Blutalkohol. 1981. - Vol.18,1 4. - P. 245-252.

60. Fleischman L., Daghetta A. // La Ricerca Scientifica., 1958. - Vol. 28, 1 1 l.-P. 2286-2290.

61. Fregert S. et al. //Acta Derm. Venerol. ( Stoch ). - 1971. - Vol. 51, 1 4.- P. 271272.

62. Lieberman A.J., Scherl В. // Ind. Eng. Chem.- 1949. Vol. 41,1 3.- P. 534-543. 64. Wartburg J.P., Rothlisberger M., Eppenberger H. M. // Helvet. Med. Acta. - 1961. -V.28, ' 5. - P. 692-704.

63. Wool verton W.L., Balster R.L. //Toxicol. Farmacol. -1981. Vol. 59.1 1. - P. 1-7.

64. World drink Trends Produktscap Dranken in association with NTC. Publication1.D.-1992. 123 S.

65. ГОСТ 5962-67. Спирт этиловый ректификованный. Технические условия.

66. ГОСТ 5963-67. Спирт этиловый питьевой 95%-ный. Технические условия.

67. ГОСТ 12712-80. Водки и водки особые. Технические условия.

68. СанПиН 2.3.2.560-96. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. М: Госком-санэпиднадзор, 1997.

69. ГОСТ 5363-93. Водка. Правила приемки и методы испытаний.

70. ГОСТ 5964-93. Спирт этиловый. Правила приемки и методы испытаний.

71. Official Methods of Analysis.- Association of Official Analytical Chemists (AOAC).- Central Edition. Fourteenth Ed., Arlington, Virginia,USA, 1984.74. 1994-1995 Chromatography. Catalog and Reference Guide.- J&W Scientific , Folsom, USA, 1995.

72. Laber H., Schulz J., Spanhalz W.R. Use of a combined GC/FTIR/MS system for the analysis of spirits. Fresenius J. Anal. Chem., 1995, v.351, N6, p.530-535.

73. Курко В.И. Газохроматографический анализ пищевых продуктов.-М: Пищ. пром., 1965.

74. Белов Б.И., Першиков В.А. Система обеспечения качества и выявление фальсификации пищевых продуктов и продовольственного сырья и ее место в системе сертификации ГОСТ Р. Практическая сертификация (Varian), 1996, т.1, вып. 3, с. 4-14.

75. Шатуришвили И.Ш., Черняга Б.С. Хромодистилляциопный методанализа состава виноматериалов.- Сообщ. АН ГССР, 1984, т.115, N2, с. 281-283.

76. Гуревич А.З. Применение спектроскопии ЯМР для подтверждения аутентичности и географического происхождения вин.- Практическая сертификация (Varian), 1996, т.1, вып.З, с.25-26.

77. Холиддинов X. Спектроскопические исследования вин.- Моск. с.-х. акад., М., 1985, 36 с. (рук. деп. в ЦНИИТЭИпищепром, 2 июля 1985,1. N 1130пщ-85Деп).

78. Garsia-Jares С., Medina В. Prediction of some physico-chemical parameters in red wines from ultraviolet-visible spectra using a partial least-squares model in latent variables.- Analyst, 1995, v. 120, N 7, p. 1891-1896.

79. Stark E., Luchter K., Margoshes M. Near-infrared analysis (NIRA): a technology for quantitative and qualitative analysis.- Appl. Spectrosc. Rev., 1986, v.22, N4, p. 335-399.

80. Смит А. Прикладная ИК-спекгроскопия. Основы, техника, аналитическое применение.- М: Мир, 1982.

81. Naes Т., Martens H. Calibration of NIR data by bilinear modelling.- Int. NIR/NIT Conf., Budapest, Hungary, 1987.

82. Wold S., Martens H., Wold H. The multivariate calibration problem in chemistry solved by the PLS method.- Proc. Conf., Matrix Pensils, March 1982.- Lecture Notes in Mathematics, Springer Verlag, Heidelberg, 1982, p. 286-293.

83. Martenssen A. Examples of use of NIR in new product areas.- Int. NIR/ NIT Conf., Budapest, Hungary, 1986, p. 291-295.

84. Kaori S., Tsuyoshi M., Yong L.L. Identification of various alcohols by using FT-NIR spectra and their principal component analysis.- SPIE, 1993, v. 2089, p. 444-445.

85. Сильверстейн P., Басслер Г., Морриа Т. Спектроскопическая идентификация органических соединениий.- М: Мир, 1977.

86. Проблемы идентификации алкогольсодержащей продукции. Сборник трудов. — М.: Госстандарт РФ, 2001.— 199 с.

87. Вязьмина Н.А., Савчук С.А. Исследование примесного состава этилового спирта и продуктов его ректификации // Партнеры и конкуренты. — 2002.— №2.— С. 30-40.

88. Арбузов В. Н., Савчук С.А., Алёшкин Б.М., Фролова И.В. Комплексное применение методик для определения подлинности водок // Партнеры и конкуренты. — 2001.—№8 — С. 22-24.

89. Муратшин A.M., Шмаков B.C., и др. Определение происхождения этилового спирта методом хромато-масс-спектрометрии // Партнеры и конкуренты. — 2001.—№2.—С. 27-34.

90. Муратшин A.M., Нигматуллин А.Т., Толстиков А. Г., Шмаков B.C. Проблемы идентификации качества спиртосодержащей продукции // Партнеры и конкуренты. — 2001,—№11.— С. 30-33.

91. Савчук С.А., Власов В.Н. и др. Применение хроматографии и спектрометрии для идентификации подлинности спиртных напитков // Журнал аналитической химии.—2001.—т.56.—№3.—С. 1-19.

92. Помазанов В.В., Петров А.П. Проблемы контроля качества, подлинности и безопасности алкогольной продукции // Партнеры и конкуренты. —1999.— №2.— С. 22-26.

93. Калабин Г.А., Беловежец К.Н., Венковский Н.У., Козлов Ю.П. Подлинность пищи — проблема Росии XXI века // Сб. Актуальные проблемы экологии и природопользования. — М.: Изд. РУДН, 2001. — С. 11-16.

94. Устынюк Ю.А., Ходеев Ю.С., Нужный В.П. Как распознать, что мы пьём, госиода? // Химия и жизнь. — 1999. — №11-12. — С. 36-40.

95. Brazier I. L. Use of Isotope Ratios in Forensic Analysis // Forensic Applications of Mass-Spectrometry. — Boca Raton, FI.: CRC Press Inc., 1995. P.259-289

96. Caer V., Trierweiler M., Martin G.J, Martin M.L. Determination of Site-Specific Isotope Ratios at Natural Abundance by Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy // Anal. Chem. 1991. - vol. 63. - P. 2306-2313

97. Guillou С., Trierweiler М., Martin G.J. Repeatability and Reproducibility of Site-Specific Isotope Ratios in Quantitative 2IINMR // Magn. Res. Chem. 1988. - vol.26. -P.491-496.

98. Martin G.J., Zhang B.L., Naulet N.,Martin M.L. Deuterium Transfer in the Bioiconversion of Glucose to Ethanol Studied by Specific Isotope Labeling at the Natural Abundance Level // J. Am. Chem. Soc. 1986. - vol. 108. - P.5116-5122.

99. Martin G.J., Sun X.Y., Guillou C., Martin M.l. NMR Determination of Absolute Site-Specific Natural Isotope Ratios of Hydrogen in Organic Molecules. Analytical and Mechanistic Application // Tetrahedron. 1985. - vol. 16 - P. 3285-3296.

100. Hajek M., Martin G.J. Stanoveni relativniho prirozeneho izotopoveho zastoupeni H pomoci NMR spektroskopie a jeho uplatneni pri analyze potravin // Chemicke listy.- 1989. -svazek 83. -P.404-421.

101. Masud Z., Vallet C, Martin G.J. The 2H/'H Milk Ethanol Ratious // J. Agric. Food Chem. 1999. - vol.47. P.404 -421.

102. Bulich A.A. Use of luminiscent bacteria for determining toxicity in acuatic environments. 1979. Acuatic toxicology. ASTM 667, 98-106

103. Danilov V.S., Ismailov A.D. Applied Biosensors, Butterworths, Boston, 1989.

104. Ганшин B.M., Данилов B.C. Сенсорные системы, 1997, 11, 245.

105. Данилов B.C., Ганшин В.М. Сенсорные системы, 1998, 12, 56.

106. РыковС.В.,.СвириденкоИ.А.,РыковР.С.,ТычинскаяЛ.Ю.,Скаковский

107. Е.Д.,Принципы и подходы экспресс-контроля состава вводно-спиртовых растворов с помощью индикаторных бумаг. // Материалы I Научно-практической конференции "Идентификация качества и безопасность алкогольной продукции ".-Пущино,1999.С.96.

108. Калабин Г.А., Кулагина Н.В., Рыков P.C., Козлов Ю.П., Кушнарёв Д.Ф., Рохин A.B., Идентификация сырьевой природы этанола методом спектроскопии ЯМР Н. // Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности.2003.- № 7. С.87-98.

109. Калабин Г.А.,Козлов Ю.П,Рыков P.C., Кулагина Н.В., КушнарёвД.Ф., Рохин A.B. , .Новый алгоритм идентификации натуральных вин Грузии методом спектроскопии ЯМР. // Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедсятельности.-Москва, 2004.- № 9. С.77-83.