ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЛЬСИФИКАЦИИ ДОБАВКАМИ САХАРА НАТУРАЛЬНОГО МЁДА СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИМ КОНТРОЛЕМ СОНОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МЁДА И AgNO3

Натуральный мёд – это пищевой продукт, вырабатываемый пчелами из нектара растений [1]. Мёд обладает подтвержденными противомикробными свойствами [2], [3], интерес к которым в последнее время растёт [4]. Однако полезными свойствами обладает только натуральный мёд, но в настоящее время можно купить продукт под названием «мёд», к которому пчёлы иногда даже не прикасались. По данным международного комитета мёда и здоровья, от 25% до 70% мёда является поддельным продуктом. Наиболее распространены фальсификаты натурального мёда, содержащие в некотором количестве сахар, так называемый  «сахарный мёд» [5]. Отличить этот «мёд» от натурального продукта, полученного пчёлами полностью с медоносных растений, очень трудно, но возможно, используя физико-химические методы анализа. Существует несколько методов определения содержания товарного сахара в меде [6], [7], [8]. Натуральный мёд более чем на 80% состоит из углеводов, то есть, из тех же сахаров, но с небольшой разницей – углеводы там находятся уже в расщепленном виде. В среднем, в мёде содержится 38% фруктозы, 31% глюкозы и 9% иных сахаров [9], [10]. Фруктоза и глюкоза относятся к восстанавливающим сахарам, а товарный сахар (сахароза) – нет. На этом различии в способности к восстановлению определенных реагентов основан спектрофоометрический метод определения содержания сахара в мёде. Основа метода заключается в определении оптической плотности раствора феррицианида калия до, и после того, как он прореагирует с редуцирующими сахарами мёда [6]. Эта реакция идет медленно, что требует большого времени для анализа. Другой метод определения товарного сахара в мёде основан на выявлении бисульфитных производных глюкозы и фруктозы. Для этого используется метод высокоэффективной жидкостной хроматографии. Он с большой точностью позволяет доказать, что в мёд был подмешан товарный сахар, однако, этот метод требует применения дорогостоящего оборудования [7]. Авторами [8] предложен хемилюминесцентный метод анализа для определения качества мёда, требующий использования специфического оборудования и обработки результатов измерений. На сегодняшний день поиск более простых и доступных методов определения содержания добавленного сахара в натуральном меде остается актуальным.

Одним из перспективных может стать спектрофотометрический метод, основанный на регистрации характерного спектра поглощения наночастиц серебра, возникающих при быстропротекающем сонохимическом восстановлении нитрата серебра в водных растворах натурального мёда. Спектрофотометрическое определение широко применятся при определении характеристик наночастиц металлов, в частности золота и серебра в коллоидных растворах [11], [12].  При приготовлении такого раствора серебра [13] нами было установлено, что время, за которое образуются наночастицы, зависит от партии купленного мёда. Мы предположили, что данные свойства обусловлены составом и качеством используемого мёда. Таким образом, была поставлена задача настоящего исследования: определить, как влияет качество мёда, а именно, содержание в нем сахарозы, на скорость образования наночастиц серебра и использовать данный эффект для выявления фальсифицированного товарного продукта – «сахарного мёда».

Для решения поставленной задачи были приобретены семь образцов мёда в разных точках его продаж: в сертифицированном магазине по продаже мёда (натуральный мёд), на стихийных рынках и сетевых магазинах и проведены эксперименты по регистрации спектра поглощения наночастиц Ag, возникающих при сонолизе водных растворов с добавками данных образцов и  образцов, изготовленных из натурального мёда с добавками сахара,  по следующей методике. Из данных образцов были приготовлены 20 процентные водные растворы в 10 мл воды. Отдельно готовили 10 мл раствора нитрата серебра концентрацией 100 мМ, данная методика приготовления наночастиц серебра из нитрата серебра с использованием натурального мёда для использования в аналитических целях подробно описана в работе [14]. Далее растворы мёда и нитрата серебра заливали в охлаждаемый реактор (20 мл) для ультразвуковой обработки на приборе УЗДН-2Т (мощность ультразвука Pуз  – 35 Вт, частота f – 22 кГц, температура раствора T – 27 oC). Через каждые 15 минут брали пробы растворов для регистрации спектров поглощения спектрофотометром Perkin Elmer Lambda 750 UV/VIS. Навески мёда, сахара и их смесей взвешивали на электронных весах фирмы «Ohaus» модель PX124/E, с точностью взвешивания 0,1 мг. Диастазное число, содержание в образцах мёда воды, сахарозы, редуцирующих сахаров определены в Уфимской Башкирской научно-производственной ветеринарной лаборатории на соответствие требованиям ГОСТ 19792-2017 – мёд натуральный [15].

Вначале был подробно исследован образец натурального мёда. На рисунке 1 (кривая 1) приведен спектр поглощения 10 % водного раствора этого образца. Как видно, в области 300 нм имеется интенсивная полоса поглощения наряду с более сильным поглощением в более коротковолновой области спектра. Водный раствор нитрата серебра (кривая 2) также обладает интенсивным поглощением в коротковолновой ультрафиолетовой области и характерным максимумом при 300 нм. Далее на рисунке 1 (кривые 3) приведены спектры поглощения водных растворов нитрата серебра с натуральным мёдом в зависимости от времени ультразвукового облучения.

Рисунок 1 - Рисунок 1 - Спектры поглощения водных растворов:

10 % натуральный мёд – 1, 50 мМ AgNO3 – 2, 10 % натуральный мёд, 50 мМ AgNO3 – 3

Примечание: при разном времени ультразвукового облучения; на вставке приведены фотографии раствора 3 до и после облучения

DOI:10.23670/IRJ.2022.125.25.1

Как можем видеть, через уже через 15 минут облучения появляется характерный максимум поглощения наночастиц серебра в видимой части спектра при 434 нм [16], [17]. Данный максимум обусловлен появлением в растворе наночастиц серебра размерами менее 50 нм с образованием коллоидной суспензии. С увеличением времени ультразвуковой обработки, интенсивность полосы поглощения наночастиц Ag растет, раствор приобретает темно коричневый цвет (фотографии на вставке). В результате этого эксперимента были определены оптимальные условия проведения сонохимического синтеза наночастиц серебра, необходимые для осуществления анализа на содержание в мёде сахара: время облучения tУЗ – 1 ч, PУЗ – 30 Вт, концентрация AgNO3 – 50 мМ, концентрация мёда – 10%, температура облучаемого раствора. – (27 ± 2) оС.

Дополнительно было исследовано, как избыточное содержание сахара влияет на процесс синтеза наночастиц серебра. Для этого в натуральный мёд (Таблица 1, образец № 3) искусственно был подмешан товарный сахар с 10% шагом в сторону увеличения содержания добавленного сахара в массе мёда.

Рисунок 2 - Рисунок 2 - Спектры поглощения наночастиц Ag, полученных в водных растворах при tуз = 1 ч.:

а) натурального мёда – 1; c добавками сахара: 10% – 2, 20% – 3, 30% – 4, 40% – 5, 50% – 6; б) товарных образцов мёда 1–7

DOI:10.23670/IRJ.2022.125.25.2

На рисунке 2а приведены спектры поглощения после 60 минут ультразвукового облучения данных растворов. Видно, что даже 10 % добавка сахара в мёд существенно снижает скорость синтеза наночастиц серебра. При добавлении в мёд 50 % сахара, синтез наночастиц серебра практически не происходит.

Далее, из всех образцов мёда были приготовлены водные растворы с нитратом серебра, которые подвергались ультразвуковому облучению в течение 60 минут. На рисунке 2б приведены спектры поглощения данных растворов. Как видно из рисунка, у трех исследуемых образцов интенсивность характерного поглощения наночастиц Ag оказалась низкой. Для выяснения причин такого отклонения все исследуемые образцы мёда были переданы в сертифицированную лабораторию по определению качества пищевых продуктов. В таблице 1 приведены результаты этого исследования. Как можем видеть, в трех образцах, где наблюдались небольшие выходы образования наночастиц серебра при сонохимическом синтезе, существенно превышены показатели содержания сахара (образцы 2, 5, 7) по сравнению с ГОСТ. Образцы 2 и 5 были куплены на стихийных рынках, а образец 7 в одном из сетевых магазинов. Для остальных образцов мёда показатели качества находятся в допустимых пределах ГОСТа для натурального мёда.

Рисунок 3 - Рисунок 3 - Зависимости оптической плотности при 434 нм в водных суспензиях наночастиц серебра, полученных за 1 ч ультразвукового облучения растворов мёда и AgNO3, в зависимости от массового содержания: сахара в натуральном мёде с экспериментальными добавками сахара по рис. 2б – 1 (квадраты), в товарных образцах мёда (кружки 1-7) – 2

DOI:10.23670/IRJ.2022.125.25.4

Таким образом, показано, что наличие сахара в составе мёда существенно снижает скорость процесса образования наночастиц серебра из нитрата серебра. Фальсификат – сахарный мёд в товарных образцах можно выявить по снижению ниже определенного предела (2,5) оптической плотности водных растворов мёда с нитратом серебра, приготовленных и подвергнутых ультразвуковому облучению в соответствии с приведенной в статье методикой. Полученные данные могут быть использованы для разработки нового аналитического метода определения сахара в натуральном мёде.