Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

На современном этапе в питании человека все большее внимание уделяется производству комбинированных продуктов питания, обогащенных растительным сырьем, богатым биологически активными веществами. Зачастую, по экономическим соображениям, пищевые предприятия могут фальсифицировать содержание в продуктах плодово-ягодных добавок различными красителями и ароматизаторами, которыеявляются более дешевыми ингредиентами. Решение проблемы обнаружения фальсификации растительного сырья в продуктах требует соответствующих методов идентификации и имеет первоочередное значение в списке мероприятий, направленных на достижение безопасности и качества реализуемой пищевой продукции. Важной задачей является разработка объективных методов идентификации видовой принадлежности растительных ингредиентов, входящих в состав готовых продуктов. В последние годы все большее распространение в исследовании качества и подлинности сырья находит метод ИК-Фурье спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО). Метод имеет ряд преимуществ по сравнению с техникой измерения на пропускание. Исследовать можно любые образцы, в любой форме и агрегатном состоянии – твердые и жидкие, порошки и пасты, гранулы, суспензии, волокна и т.д. Весь анализ занимает буквально минуту, включая размещение образца, сбор и обработку данных [2, 4, 6]. Идентифицируют значения характеристических частот ИК-спектра, соответствующих химическому составу образца, и определяют подлинность пищевого или лекарственного растительного сырья по табличным спектральным данным для эталонных образцов сырья.

Целью исследований являлось изучение возможности применения метода ИК-Фурье спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения для идентификации плодово-ягодного сырья, как отдельно, так и в сложной пищевой системе.

Материалы и методы исследований

Объектом исследований являлось плодово-ягодное сырье – плоды киви (Actinidia chinensis Planch.) и ягоды малины (Rubus idaeus L.).

Для изучения возможности идентификации вида плодово-ягодного сырья в сложной многокомпонентной системе готовили модельную пищевую систему на основе биопродукта творожного йогуртного – «Активия» следующего состава: творог обезжиренный, обезжиренное молоко, сливки, концентрат молочных белков, желатин, йогуртная закваска, бифидобактерии ActiRegularis (не менее 1•107 КОЕ/г), массовая доля жира 4,5 %, изготовитель: ООО «Данон Индустрия». Плодово-ягодное сырье измельчали в блендере и вносили в творожный йогуртный продукт в количестве 5 % от массы (в случае использования одного вида плодово-ягодного сырья, и их смеси).

ИК-спектры сырья и готового продукта снимали на ИК-спектрофотометре IRPrestige-21 (Shimadzu) с приставкой с НПВО Silver GateTM и программным пакетом IRsolution, включающим модули сбора и обработки данных, их количественного анализа, формирования собственных библиотек спектров, идентификации соединений по собственным и стандартным библиотекам спектров, преобразования форматов спектральных файлов, а также библиографию по ИК-спектроскопии. Спектры исследуемых образцов снимали в диапазоне 600–4000 см–1, ширина щели 4 см–1, усиление 1, количество сканов 40.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ спектров плодово-ягодного сырья показывает, что их рисунок строго специфичен для каждого вида сырья (рис. 1, 2, табл. 1), однако имеются сходные области полос поглощения по положению, но различающиеся своей интенсивностью.

В области частот 3800–2600 см–1 ИК-спектров обычно проявляются частоты валентных колебаний ОН-групп, включенных в меж- и внутримолекулярные водородные связи, а также групп СН2 и СН3. В области частот 1800–1200 см–1 в основном проявляются характеристические частоты валентных колебаний групп –С=О и –С=С–, деформационных колебаний метильных и метиленовых групп, а также ОН-групп.

Максимальные пики поглощения у исследуемых видов сырья выявлены в диапазоне частот 1100–1000 см–1. Данные пики могут быть обусловлены колебаниями, связанными с группой С–О–Н некоторых фенольных соединений (например, первичных и вторичных спиртов), которые в большом количестве присутствуют в ягодах и плодах растений. Фенольные соединения являются одним из многочисленных классов вторичных соединений растений, обуславливающих их биологическую ценность.

С наличием фенольных соединений связаны также полосы поглощения, обусловленные валентными колебаниями свободных групп ОН (частоты 3670–3580 см–1), внутри- и межмолекулярных Н-связей в димерах и полимерах (частоты 3400–3200 см–1), колебаниями, связанными с группой С–О–Н: R–O–H (частоты 1450–1250 см–1, 750–650 см–1), первичных спиртов (частоты 1075–1000; 1350–1260 см–1), вторичных спиртов (частоты 1125–1030; 1350–1260 см–1), третичных спиртов (частоты 1170–1100; 1410–1310 см–1), фенолов (частоты 1270–1140; 1410–1310 см–1), колебаниями групп карбоновых кислот: валентными колебаниями групп СООН (частоты 1760; 1725–1700 см–1), свободными ОН-группами (частоты 3350–3500 см–1), связанными ОН-группами (частоты 3300–2500 см–1), любыми группами ОН (частоты 995–890 см–1), колебаниями С–О связей (частоты 1320–1210 см–1); колебаниями С–О–С в эфирах ароматических кислот (частоты 1300–1250 см–1). О присутствии углеводов свидетельствуют полосы поглощения, обусловленные валентными колебаниями СН2-групп при частоте ~ 2930 см–1.

Анализ спектров показывает, что у исследуемых видов плодово-ягодного сырья с различной степенью интенсивности присутствуют полосы поглощения в указанных диапазонах частот.

У плодов киви наиболее сильные полосы поглощения отмечены на частотах 1054,14 и 2913,60 см–1 (величины интегральных интенсивностей соответственно равны 455,84 и 99,90 усл. ед.), средние полосы поглощения отмечаются на частотах 1239,32; 1246,07; 1721,54; 3113,24 (значения интегральной интенсивности лежат в пределах 49,84…30,80 усл. ед.). Самая слабая полоса поглощения отмечается на частоте 3933,99 см–1 (интегральная интенсивность равна 10,04 усл. ед.) (рис. 1, таблица).

У ягод малины наиболее сильные полосы поглощения отмечены на частотах 1027,14; 1094,65; 1333,83; 1724,44; 1220; 1437,03; 2806,55; 3061,16 см–1 (величины интегральных интенсивностей лежат в пределах 3508,17…..473,69 усл. ед.), средние полосы поглощения отмечаются на частотах 1532,51; 1827,63; 1992,55; 3737,64; 3875,16 см–1 (величины интегральных интенсивностей лежат в пределах 392,6…303,27 усл. ед.). Самая слабая полоса поглощения отмечена на частоте 2263,56 см–1 (значение интегральной интенсивности равно 26,29 усл. ед.) (рис. 2, таблица).

Метод ИК-спектроскопии широко используется для оценки подлинности и качества лекарственного сырья, в частности в оценке загрязнения сырья элементами техногенной группы [3, 5, 8–10]; в исследованиях по идентификации компонентов растительного сырья, в частности триогликозидов [7].

Проведенные нами исследования показали, что с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения можно получить индивидуальные ИК-спектры плодово-ягодного сырья. Экспериментально установлено, что рисунок ИК-спектра, такие спектральные характеристики, как интенсивность полосы поглощения и площадь под спектральной кривой поглощения, являются строго специфичными для каждого вида сырья и позволяют идентифицировать видовую принадлежность при введении в библиотеку прибора стандартного спектра образца.

Рис. 1. ИК-спектр киви (безводный)

Рис. 2. ИК-спектр малины (безводный)

Некоторые характеристики ИК-спектров исследуемого плодово-ягодного сырья

Остается открытым вопрос о возможностях данного метода в идентификации растительного сырья в многокомпонентных пищевых системах.

В работе предпринята попытка идентификации вида плодово-ягодного сырья в многокомпонентной пищевой системе. Для этих целей были сняты спектры плодово-ягодного сырья (малины, киви, крыжовника, шиповника, банана, земляники, вишни, черешни) и введены в библиотеку ИК-спектрометра и в дальнейшем были использованы для изучения возможности идентификации вида плодово-ягодного сырья в молочном продукте с фруктовым наполнителем, как из одного вида сырья, так и с фруктовой смесью.

Результаты исследований показывают, что из большого набора органических веществ в библиотеке ИК-спектрометра данный метод позволяет идентифицировать, с большей вероятностью, наличие в пищевой системе плодово-ягодного сырья, однако видовую принадлежность плодово-ягодного сырья данный метод определить не позволяет (рис. 3, 4).

Рис. 3. ИК-спектры йогурта с 5 % киви

Рис. 4. ИК-спектры йогурта с 5 % фруктовой смесью (спектр сравнения – ИК-спектр малины)

Как показывают данные рис. 3, программный пакет IRsolution ИК-спектрометра из собственных библиотек спектров идентифицировал в составе йогурта наличие плодово-ягодного сырья с вероятностью 724–765 % из 1000 (позиции 1–8 в подписи к рис. 3), однако выбрал в качестве основного вид плоды шиповника вместо киви (выделенная позиция № 1в списке ИК-спектров библиотеки).

При анализе йогурта с фруктовой смесью не удалось идентифицировать вид плодово-ягодного сырья (малину) по базе библиотек спектров ИК-спектрометра (рис. 4).

Программный пакет спектрометра также приоритетно идентифицировал в составе йогурта плодово-ягодное сырье с вероятностью 785–702 % из 1000 (позиции 1–8 в подписи рис. 4), однако с наибольшей вероятностью вместо малины был идентифицирован крыжовник (выделенная позиция № 1 в списке ИК-спектров библиотеки).

В литературных источниках практически нет сведений о возможности использования ИК-спектроскопии в оценке подлинности растительного сырья в составе многокомпонентных пищевых систем. Имеется работа И.А. Авиловой и Д.В. Хлыстова [1] по возможности использования метода ИК-спектроскопии для определения качества растительных масел, подтверждения подлинности состава, а также для идентификации производителя растительных масел и контроля технологического процесса.

Заключение

Таким образом, метод ИК-Фурье спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения позволяет идентифицировать плодово-ягодное сырье; полученные индивидуальные ИК-спектры и спектральные характеристики (интенсивность полосы поглощения и площадь под спектральной кривой поглощения) являются строго специфичными для каждого вида сырья и обусловлены, по-видимому, морфологическими особенностями строения и химического состава.

Изучение возможности применения метода ИК-Фурье спектроскопии для идентификации плодово-ягодного сырья в сложных пищевых системах показало, что данный метод позволяет определить наличие в продукте плодово-ягодного сырья, но идентифицировать его видовую принадлежность не позволяет.