Люминесцентный метод анализа

Заключение
В заключение следует отметить, что с момента открытия спонтанного сверхслабого свечения растений Л. Колли (1954) и тканей органов животных Б. Н. Тарусовым (1961) задачи практического применения люминесцентных методов претерпели значительные изменения. На начальных этапах использования сверхслабого свечения в биологии многих ученых привлекало спонтанное свечение различных биообъектов.
Соответственно, основным требованием к люминометрам была высокая чувствительность прибора. С развитием представлений о механизме биохемилюминесценции стало очевидным, что практически невозможно учесть или количественно оценить вклад всех факторов в спонтанное свечение. Наряду с этим накапливалась информация об индукторах люминесценции и количественной зависимости эмиссии света в хемилюминесцентных ...

Содержание
Введение 3
1. Теоретические основы люминесцентного метода анализа 4
1.1 Классификация методов 4
1.2 Качественный и количественный анализ 7
1.3 Приборы для анализа 12
2. Люминесцентное определение количества растительных жиров в молочных продуктах 14
2.1 Люминесцентные методы контроля состава молока 17
2.2 Исследование молочных продуктов отечественных и зарубежных производителей 19
2.3 Люминесцентный анализ маргарина 24
Заключение 26
Список литературы 27

Введение
В последнее время в мире наблюдается недостаток качественных продуктов питания. Применение современных интенсивных технологий при их производстве сопряжено со снижением качества продуктов, а иногда и с риском нанесения прямого вреда организму человека. Поэтому в технологии изготовления пищевых продуктов качество и состав сырья, экологическая безопасность, соблюдение санитарно-гигиенических требований имеют большое значение [1].
Для решения всех перечисленных вопросов требуется развитие методов исследования пищевого сырья и готовых продуктов [2]. Одним из перспективных методов анализа качества и состава продуктов питания является люминесцентный метод. Преимуществом данного метода является высокая чувствительность. Он дает возможность оперировать с крайне малыми концентрациями до 10 -10 г люминофора на 1 г вещества и с еще меньшими (до 10-12) количествами исследуемого соединения [3]. Люминесцентный анализ позволяет отличить чистое вещество от загрязненного при малом количестве примесей (1–2 %). Люминесцентный анализ позволяет обнаруживать порчу продуктов питания (например, рыбы, картофеля) на ранних стадиях, когда она еще не выявляется органолептическими методами.
Применимость люминесцентного анализа очень широка [4]. Он может быть использован для определения практически любого элемента, многих органических, биологически активных и других веществ.
Целью нашей работы является изучение особенностей люминесцентных методов анализа продуктов питания и их применение для анализа масло - и жиросодержащих продуктов.

Анализатор жидкости ФЛЮОРАТ-02-3М, предназначенной для определения массовой концентрации неорганических и органических примесей в воде, воздухе, почве, технических материалах, пищевых продуктах после переведения примесей в раствор. Анализатор снабжен жидкокристаллическим дисплеем.
ФЛЮОРАТ-02-4М
Предназначен для измерений массовой концентрации неорганических и органических соединений в воде, а также воздухе, почвах, технических материалах, пищевых продуктах и других объектах после переведения анализируемых веществ в раствор.
ФЛЮОРАТ-02-05М
 
Является базовой модификацией и может работать как:
флуориметр;
фотометр;
хемилюминометр. 
МИКРОПЛАНШЕТНЫЙ ФОТОМЕТР-ФЛУОРИМЕТР ФФМ
Предназначен для клинических и исследовательских лабораторий, использующих современные методы анализа биологических молекул - белков и нуклеиновых кислот.
Основные приложения прибора - детектирование продуктов полимеразной цепной реакции (ПЦР), иммуноферментный анализ (ИФА), флуоресцентный биохимический анализ.
2. Люминесцентное определение количества растительных жиров в молочных продуктах
Проблема ресурсосбережения является актуальной задачей, приобретающей все большую значимость в условиях падения объемов производства молока и растущего спроса на молочные продукты. Поэтому, любые технические решения, направленные на экономию молочного сырья, популярны и актуальны, тем более, если они приводят к снижению себестоимости и повышению конкурентоспособности продукции.
Один из путей удешевления продукции при условии сохранения высокого качества молочных продуктов является замена молочного жира на более дешевые аналоги растительного происхождения - заменители молочного жира.
К преимуществам растительных жиров можно отнести отсутствие холестерина и высокое содержание витамина Е (токоферола), выполняющего антиоксидантную функцию. Кроме того, введение в молочные продукты растительных жиров позволяет обогатить состав незаменимыми полинасыщенными жирными кислотами, такими как линолевая, линоленовая, арахидоновая.
Продовольственная безопасность России – одно из главных направлений обеспечения ее национальной безопасности. Стратегической целью продовольственной безопасности является обеспечение населения страны безопасной сельскохозяйственной продукцией, рыбной и иной продукцией из водных биоресурсов [1]. Для этого помимо контроля за безопасностью всей продукции, в том числе импортированной, на соответствие требованиям законодательства Российской Федерации на всех стадиях (пересечение государственной границы России, производство, хранение, транспортировка, переработка и реализация) необходимо также совершенствовать систему организации надзора и контроля за безопасностью пищевых продуктов.
Безопасность продовольственного сырья и пищевых продуктов в России обеспечивается посредством государственного нормирования, деятельности государственных надзорных и общественных организаций, а также деятельности самих сельскохозяйственных и пищевых предприятий по контролю соответствия пищевых продуктов требованиям законодательства Российской Федерации [2] (рис. 5).
Рис. 5. Государственная система надзора за качеством и безопасностью пищевых продуктов и продовольственного сырья в Российской Федерации
Высокое качество и безопасность пищевой продукции для потребителя должно обеспечиваться в первую очередь благодаря адекватной нормативной базе в этой области федеральных законов, постановлений правительства, технических регламентов (ТР), санитарных правил и норм (СанПиН), санитарных правил (СП), гигиенических нормативов (ГН) и иных нормативных актов, которые обязательны для всех организаций, граждан, индивидуальных предпринимателей и юридических лиц, деятельность которых осуществляется в области производства, ввоза и оборота пищевых продуктов, а также организации услуг в сфере общественного питания и торговли пищевыми продуктами.
В настоящее время в РФ утверждены (в виде федеральных законов) и действуют три технических регламента, устанавливающих требования к безопасности некоторых видов продовольственного сырья и пищевых продуктов: «ТР на молоко и молочную продукцию»; «ТР на масложировую продукцию»; «ТР на соковую продукцию из фруктов и овощей».
Для производства заменителей молочного жира используют пальмовое масло и его фракции, фракционированное пальмоядерное масло, кокосовое масло, соевое масло. Низкое содержание свободных жирных кислот и низкий показатель перекисного числа свидетельствует о высокой противоокислительной стабильности растительных жиров и определяет их высокую сохранность, как сырья, так и готовых продуктов [2].
Растительные жиры, предназначенные для использования в технологии молочных продуктов, применяют, как правило, в виде аналогов молочного жира, которые получают путем специальной обработки (рафинация, гидрогенизаця, переэтерификация) растительных жиров. Цель обработки – получить твердые жиры пластичной консистенции путем изменения жирнокислотного состава исходных растительных жиров [3].
В последнее десятилетие в России стало развиваться производства молочных продуктов с комбинированным или смешанным жировым составом (спредов, сметаны, сгущенного молока, мороженного, сухих молочных продуктов, творога, плавленого сыра), для получения которых используются растительные жиры. Однако качество и безопасность молочных продуктов с комбинированной молочной фазой, изготовленных в нашей стране или ввозимых из-за рубежа, не всегда гарантированы. Поэтому необходима разработка точных методов контроля фальсификации молочного жира и определение доли немолочных жиров в продуктах со смешанным жировым составом.
2.1 Люминесцентные методы контроля состава молока
В основе люминесцентных методов исследования и контроля содержащихся в молоке компонентов лежит возбуждение и регистрация первичной флуоресценции этих компонентов с последующей привязкой регистрируемой интенсивности флуоресценции к количественному содержанию контролируемого компонента в молоке.
Целью этой работы является исследование спектральных характеристик как основных флуоресцирующих компонентов молока (жиров и белков), так и самого молока; анализ зависимости спектральных характеристик этих объектов от действия различных факторов; разработка на основе полученных данных конструкции прибора, реализующего люминесцентный метод и предназначенного для определения содержания жира и белка в молоке.
Исследование флуоресцентных характеристик молока и его компонентов проводили на спектрофотометре СДЛ-2 при комнатной температуре в диапазоне длин волн 280-700 нм. В качестве источника возбуждения применяли лампу ДКеШ-150. Фотоприемником служил фотоэлектронный умножитель ФЭУ-100. Абсолютные погрешности измерений составляли: при определении положения максимума линий ± 2 нм; при оценке полуширины линий ± 5 нм. Относительная погрешность при измерении интенсивности флуоресценции не превышала ±2%.
Из основных ароматических аминокислот, обладающих флуоресцирующими свойствами, можно выделить триптофан, тирозин и фенилаланин. Флуоресцентные свойства ароматических аминокислот характеризуются максимумами излучения при следующих длинах волн (в скобках—длины волн возбуждения флуоресценции): у триптофана — 353-354 нм (270-290 нм) [1, 2]; у тирозина — 303-304 нм (275 нм); у фенилаланина — 275, 282, 289 нм (260 нм). Собственная флуоресценция белков, состоящих из ароматических аминокислот, определяется как флуоресцентными свойствами аминокислот, так и процессом образования водородных связей — ОН-группы тирозина и NH-гpуппы триптофана с окружающими кислотными группами [3]. Полученные нами спектры возбуждения (при регистрации излучения на длине волны 350 нм) и излучения флуоресценции (при длинах волн возбуждения 290, 295, 300 и 305 нм) казеина свидетельствуют о характерном тушении флуоресценции тирозина и сдвиге максимума флуоресценции триптофана в коротковолновую область (332-334 нм). Кроме того, следует учесть, что на интенсивность и положение полос излучения флуоресценции входящих в состав белков аминокислот могут влиять температура, рН среды, состав растворителя [1, 2].
Из полиненасыщенных жирных кислот, входящих в состав молочного жира, основными являются линолевая (с двумя непредельными связями), линоленовая (с тремя двойными связями) и арахидоновая (с четырьмя двойными связями). Флуоресцентные свойства жирных кислот при комнатной температуре характеризуются максимумом излучения флуоресценции при 400 нм; спектр возбуждения флуоресценции неокисленных полиненасыщенных кислот имеет максимумы при 310, 325, 355 и 370 нм (у линоленовой и арахидоновой кислот наблюдается дополнительный максимум при 275 нм, у линолевой кислоты — при 340 нм) [4]. В качестве модельного объекта исследований был использован линетол — раствор смеси упомянутых выше полиненасыщенных кислот. Спектр возбуждения линетола характеризуется максимумом при 362 нм с полушириной полосы около 30 нм; в спектре излучения флуоресценции линетола можно наблюдать максимум при 424 нм. На положение спектров излучения флуоресценции жирных кислот влияют температура, процессы окисления (в наших экспериментах интенсивность флуоресценции уменьшалась на 7% за 10 мин). Определенный вклад в формирование спектра излучения флуоресценции молока вносят и входящие в его состав витамины; максимумы полос излучения (возбуждения) находятся при следующих длинах волн: витамин А — 510 нм (327 нм) [4]; витамин Е — 347 нм (295 нм) [4]; витамин С — 460 нм (369 нм) [2]; тиохром (продукт окисления витамина Bi) — 450 нм [5]; витамин В2 — 520 нм (470 нм) (61; витамин Вб — 400 нм [2]; фолиевая кислота — 450 нм (345 нм) [4]. Такой сложный состав флуорофоров, входящих в состав молока, естественно, затрудняет процесс определения содержания в нем отдельных компонентов.
Таким образом, приборы, реализующие люминесцентный метод определения состава молока, характеризуются высокой точностью, невозмущающим исследуемый образец действием, не требуют использования химреактивов и могут быть использованы в производственных условиях.
2.2 Исследование молочных продуктов отечественных и зарубежных производителей
Физико-химические методы исследования масел и жиров основаны на определении физических и химических констант (точка плавления, удельный вес, число Рейхерта – Мейсля, число омыления). Эти методы трудоемки, длительны и требуют специальных реактивов. Для установления этих показателей необходимо наличие довольно большого количества жира, которое невозможно иногда получить, например, при исследовании гарниров и кремов.
Известно, что растительные жиры и молочные жиры обладают способностью люминесцировать под влиянием возбуждающих факторов, причем молочный жир и растительные жиры имеют различный цвет люминесценции [1].
Различаются так же и показатели преломления растительных жиров и молочного жира. Поэтому были проведены исследования по применению этих двух методов для определения соотношения фракций молочного и растительного жиров на примере модельных жировых композиций молочный жир – растительный жир и сухие растительные сливки – сухое обезжиренное молоко.
В качестве растительного компонента использовался растительный жир «Союз-71», который представляет собой смесь пальмового, кокосового и соевого растительных жиров.
Результаты исследования модельных композиций представлены в таблице 1 и на рисунке 5.
Из таблицы 1 и рисунка 5 следует, что при увеличении процентного содержания растительного жира в модельных композициях – растительный жир – молочный жир от 10% до 90%, показатель преломления увеличивался с 1,4604 до 1,4658; цвет люминесценции изменяется от желтого (молочный жир) до интенсивно-голубого (растительный жир). Увеличение значения показателя преломления объясняется снижением содержания насыщенных низкомолекулярных кислот, входящих в состав молочного жира, и увеличением ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав растительного жира, в модельных композициях.

Таблица 1. Исследование модельных композиций молочный жир – жир «Союз-71»
Состав образца
Коэффициент преломления
Цвет люминесценции
Молочный жир
1,4604
Желтый
10% «Союз-71»+90% молочный жир
1,4606
Бледно-желтый
20% «Союз-71»+80%молочный жир
1,4614
Бледно-голубой
40% «Союз-71»+60%молочный жир
1,4624
Голубой
80% «Союз-71»+20%молочный жир
1,4638
Интенсивно-голубой
80% «Союз-71»+20%молочный жир
1,4648
Интенсивно-голубой
90% «Союз-71»+10%молочный жир
1,4658
Интенсивно-голубой
Жир «Союз-71»
1,4664
Интенсивно-голубой
Рис. 5. Исследование модельных композиций «Молочный жир – жир «Союз 71»
Использование рефрактометрического метода позволит определить массовую долю молочного жира в составе жировых продуктов (например - спредов), которое регламентируется нормативной документацией. Для этого необходимо определить значение показателя преломления спреда, и по предварительно построенному градуировочному графику найти массовую долю молочного жира. Построение градуировочного графика необходимо проводить не реже двух раз в год в зимний и летний периоды, а также при поступлении новых видов растительных жиров на предприятие.
При исследовании методом люминесценции модельных композиций сухих молочных смесей, составленных из растительных сливок и сухого обезжиренного молока, цвет люминесценции так же менялся в зависимости от процентного содержания растительных сливок от желтого (10% растительных сливок) до интенсивно голубого (от 50% до 100% растительных сливок).
Исследованы несколько образцов сухих молочных продуктов методом люминесценции. Результаты представлены в таблице 6.
Таблица 6. Исследование молочных продуктов отечественных и зарубежных производителей
№ образца
Наименование
продукта, страна
изготовитель
Цвет люминесценции
1
Сухое цельное молоко (Россия, Новогрузский МКК)