ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА КАЧЕСТВА МЁДА С ПОМОЩЬЮ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА

ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКА КАЧЕСТВА МЁДА С ПОМОЩЬЮ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА

Научная статья

Лесовская М.И. ^1,*, Игошин А.С.²

^{1, 2} Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия

* Корреспондирующий автор: (lesmari[at]rambler.ru)

Аннотация

С помощью хемилюминесцентного (ХЛ) анализа выявлены достоверные различия между образцами натурального мёда с гарантированным качеством и обезличенными образцами из торговой сети. Образцы натурального мёда проявляли однотипные антиоксидантные свойства в умеренной степени, снижение продукции свободных радикалов относительно контроля не превышало 20–40%. Образцы из торговой сети обладали либо прооксидантными свойствами, либо аномально высокой антиоксидантной активностью. Результаты ХЛ-анализа хорошо согласовались с данными традиционного лабораторного исследования и имели преимущества в скорости, наглядности и воспроизводимости.

Ключевые слова: мёд, качество, фальсификация, свободные радикалы, антиоксиданты, прооксиданты, хемилюминесценция.

RAPID HONEY QUALITY CONTROL BY MEANS OF CHEMILUMINESCENT ANALYSIS

Research article

Lesovskaia M. I. ^1,*, Igoshin A. S.²

^{1, 2} Krasnoyarsk State Agrarian University, Krasnoyarsk, Russia

* Corresponding author: (lesmari[at]rambler.ru)

Abstract

Through chemiluminescent analysis, a significant difference was found between the samples of pure honey of guaranteed quality and de-identified samples taken from distributing facilities. The samples of pure honey demonstrated same-type anti-oxidant character moderately, decrease in producing the free radicals in comparison with the control group was no more than 20–40%. The samples taken from distributing facilities demonstrated either pro-oxidant character or abnormally high anti-oxidant activity. The results of chemiluminescent analysis comply with the data obtained through traditional laboratory analysis, and got the advantage of speed, being illustrative, and repeatability.

Keywords: honey, quality, falsification, free radicals, anti-oxidant, pro-oxidant, chemiluminescence.

Введение

Мёд занимает уникальное положение в ряду природных нутриентов как продукт животного происхождения, созданный без антропогенных технологий, посредством пчелиных биофабрик. Помимо натуральных моносахаридов, в его составе содержатся многочисленные биологически активные соединения (водорастворимые витамины, минеральные компоненты, органические кислоты, гликозиды, биофлавоноиды, ферменты, короткоцепочечные пептиды с гормональными эффектами и др.), которые в подобном сочетании и компонентном соотношении не встречаются ни в каком другом природном субстрате [1]. Несмотря на химическое разнообразие, все эти компоненты объединены общей функциональной способностью регулировать скорость и направленность протекания окислительно-восстановительных процессов [2]. Данные процессы лежат в основе поддержания гомеостаза на всех уровнях биологической организации. При этом процессы с участием молекулярного кислорода включают стадии, связанные с образованием свободных радикалов. Нарушение равновесия их образования и элиминации, т.е. редокс-баланса, является ключевой причиной нарушения нормального метаболизма клеток и тканей, а следовательно, включает механизмы патогенеза [3].

Показано, что полиморфные природные комплексы биологически активных компонентов в зависимости от условий способны стимулировать или тормозить продукцию свободных радикалов [4, с. 31]. Поэтому можно предположить, что сортозависимые сочетания большого числа компонентов в составе мёда, в зависимости от биохимических условий стимулирующих или тормозящих продукцию свободных радикалов, формируют антиоксидантную или прооксидантную способность данного вида мёда в целом. Оценка такой способности является необходимым компонентом интегральной биологической ценности данного продукта.

В соответствии с действующим ГОСТ 19792-2017, биологическую ценность мёда определяют в рамках полипараметрического подхода, когда состав и содержание химических компонентов определяют по отдельности (сахароза, редуцирующие сахара, свободная кислотность и др.) [5]. Данный подход, как и органолептический анализ, не позволяет судить о функциональной активности мёда в отношении свободных радикалов. В то же время именно этот параметр необходим для определения биологической ценности мёда для выявления фальсификатов, число которых в торговой сети беспрепятственно увеличивается при отсутствии надёжных инструментальных методов контроля качества.

Таким образом, актуальной проблемой является поиск экспрессных информативных методов определения качества мёда, выявления и отбраковки фальсификатов. Решение данной проблемы может быть осуществлено с использованием хемилюминесцентного (ХЛ) анализа. Принцип метода состоит в оценке изменения уровня продукции свободных радикалов в ходе реакции Фентона, сущность которой заключается в распаде пероксида водорода под влиянием ионов Fe²⁺ [6]. В присутствии люминола C₈H₇N₃O₂ химическая энергия цепной реакции преобразуется в энергию световых квантов, подсчёт которых производится с помощью биохемилюминометра. Исходная гипотеза заключалась в том, что с помощью хемилюминесцентного анализа скрининг образцов мёда для выявления фальсификатов можно проводить намного эффективнее с получением воспроизводимых результатов.

Целью настоящей работы было сопоставление двух методических подходов (традиционный полипараметрический и инновационный монопараметрический) для определения информативности хемилюминесцентного метода при экспресс-оценке качества мёда.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования были две группы образцов мёда (рис. 1). Первая группа включала пять образцов фермерского мёда от индивидуальных производителей. Натуральное происхождение и качество этих сортов было гарантировано поручительством конкретных пасечников. Вторая группа объединяла четыре образца, приобретённых в торговой сети (ритейл-образцы), качество которых не было надёжно гарантировано. Кроме того, в эту группу в качестве «нулевого контроля» был включён инвертный сироп, приготовленный общеизвестным способом из сахарозы с добавлением лимонной кислоты [7].

В рамках полипараметрического подхода в соответствии с действующим ГОСТ 19792-2017 определяли суммарный уровень органических кислот (активная кислотность) методом кислотно-щелочного титрования; содержание сахарозы – методом рефрактометрии; общий белок – биуретовым методом; уровень аскорбиновой кислоты методом колориметрии по реакции с метиленовым синим; суммарное количество восстановителей – методом перманганатометрического титрования [8].

 

Рис. 1 – Характеристика исследуемых образцов

 

Для определения суммарного количества антиоксидантов или прооксидантов использовали хемилюминесцентный анализ, который проводили с использованием РС-управляемого биохемилюминометра БХЛМ-3606. Методика исследования описана [9]. Реакционную модельную смесь, в которой проходила генерация свободных радикалов, получали соединением 100 мкл пероксида водорода, 150 мкл люминола, 50 мкл сульфата железа (добавляли непосредственно перед началом измерения). В смесь вносили 100 мкл 3%-ного раствора тестируемого образца мёда в дистиллированной воде, в контроле – равное количество дистиллированной воды. При проведении ХЛ-анализа фиксировали параметры: высока пика (I, имп/с), площадь под кинетической кривой (S, тыс.имп.). Продолжительность записи кинетики в каждой повторности составляло 480 с, каждое измерение проводили не менее чем в трёх повторностях. Массив полученных данных проверяли на соответствие закону нормального распределения и равенства дисперсий независимых выборок. Для оценки достоверности межвыборочных различий результаты обрабатывали статистически с использованием t-критерия Стьюдента. Различия принимались значимыми при р<0,05.

Результаты и их обсуждение

Результаты измерения кислотных компонентов в каждой группе образцов отображены на рис. 2; на рис. 2а показано содержание суммы органических кислот (активная кислотность), на рис. 2б – уровень аскорбиновой кислоты, выполняющей специфичные функции в регуляции редокс-баланса. Из приведённых результатов видно, что значения в группе ритейл-образцов оказались выше как по уровню общей кислотности (p<0,05), так и по индивидуальному содержанию витамина С.

 

Рис. 2 – Содержание органических кислот и витамина С в фермерских и ритейл-образцах мёда

  Ещё более выраженные межгрупповые различия были выявлены по уровням сахарозы и пептидов (рис. 3).  

Рис. 3 – Содержание сахарозы и общего белка в фермерских и ритейл-образцах мёда

 

Из приведённых результатов видно, что в ритейл-образцах достоверно выше содержание сахарозы и белковых соединений, что вполне согласуется с имеющимися данными о наиболее распространённых способах фальсификации мёда, направляемого в торговую сеть, к которым относится замещение части продукта, в частности, инвертным сиропом и мучной суспензией или сывороткой [10]. Повышенное содержание сахарозы в составе мёда может быть следствием нарушения технологии пчеловодства (незрелый мёд; искусственные подкормки пчёл и т.д.) Общим результатом при этом будет снижение пищевой и биологической ценности мёда, т.е. потеря природного качества продукта.

На рис. 4 показаны результаты определения суммы редуцирующих соединений в составе анализируемых образцов.

Рис. 4 – Содержание восстановителей и кислотных эквивалентов в фермерских и ритейл-образцах мёда

 

В перманганатометрическом определении восстановителей использовали тирование сильным окислителем, а в описанном выше ацидиметрическом (при определении активной кислотности) – титрование сильным основанием. Поэтому результаты, полученные в этих определениях, должны комплементарно соответствовать друг другу. Действительно, высокому содержанию кислотных эквивалентов соответствововало низкое содержание восстановителей, и наоборот. Полученные результаты подтвердили методическую валидность проведённых измерений. В то же время выявление подобных фильсификаций в производственной практике представляет реальные трудности, будучи связаным с лабораторными исследованиями, затратами времени и дополнительными издержками, что делает экономически невыгодным выявление фальсификатов с помощью лабораторной аналитики.

Выявление фальсифицированных образцов может быть ускорено и упрощено с помощью хемилюминесцентного анализа, результаты которого приведены на рис. 5–7. Суммарному содержанию антиоксидантов в исследуемом материале соответствует величина снижения уровня свободных радикалов относительно контроля на кинетических кривых (рис. 5, 6) и на гистограмме, отображающей светосумму за время наблюдения процесса (рис. 7).

 

Рис. 5 – Снижение продукции свободных радикалов под влиянием фермер-образцов мёда

Рис. 6 – Снижение продукции свободных радикалов под влиянием ритейл-образцов мёда и инвертного сиропа

 

Из рис. 5 и 6 видно, что в контроле, где реакционная среда не содержит антиоксидантов, торможение продукции свободных радикалов происходит с максимальной скоростью. При этом элиминация частиц идёт по самому простому механизму – рекомбинация и деактивация [11]. В присутствии тестируемых образцов характер кинетики усложняется в связи с внесением в реакционную среду комплекса органических соединений, способных регулировать скорость редокс-процесса с помощью различных механизмов. По высоте пика, светосумме и общему профилю кинетики можно судить о суммарном содержании антиоксидантов либо прооксидантов в образце, а также о доминирующем способе регулирования цепных процессов.

 

Рис. 7 – Снижение светосуммы хемилюминесценции под влиянием образцов мёда и инвертного сиропа

 

На рис. 7 отображены результаты измерения светосуммы под влиянием фермер-образцов, в присутствии которых продукция свободных радикалов однонаправленно снижалась, хотя и в различной степени. Так, наименьшим содержанием антиоксидантов характеризовались «Ачинский» и «Луговой» (снижение светосуммы относительно контроля на 26 и 21%, соответственно). У остальных образцов натурального мёда выявлено высокое содержание антиоксидантов, снижение светосуммы относительно контроля составило 62, 59 и 68%, соответственно. Наиболее высоким уровнем антиоксидантов среди них характеризовался мёд «Разнотравный». Судя по характеру кинетограмм, в составе этих образцов содержатся антиоксиданты однонаправленного механизма действия, тогда как в составе «Ачинского» и «Лугового» присутствуют регуляторы-антагонисты. Так, мёд «Луговой» характеризовался высоким содержанием не только аскорбиновой кислоты, но и ионов железа, под влиянием которого аскорбиновая кислота быстро теряет свои восстановительные свойства. Мёд «Ачинский» отличался от других образцов более высоким содержанием белковых соединений, которые переходят в состав мёда из цветочных субстратов в основном в виде ферментов-цитохромов. Их регуляторная способность имеет узкий функциональный интервал, чем, по-видимому, и объясняется невысокая антиоксидантная активность образца.

Результаты ХЛ-анализа ритейл-образцов значительно отличались от предыдущей группы и характеризовались контрастным внутригрупповым полиморфизмом. Так, у двух образцов («Потапов Акациевый», «СтоевЪ Гречишный») выявлены отчётливые прооксидантные свойства, т.к. под их влиянием продукция свободных радикалов возрастала на 60% и 7%, соответственно. У двух других образцов продукция свободных радикалов, напротив, снижалась до аномально низких значений, светосумма снизилась на 95% («ПотаповЪ Гречишный») и 80% («Минусинский»). На фоне уровня антиоксидантной активности у образцов натурального мёда с гарантированным качеством подобные пиковые значения у ритейл-образцов заставляют обоснованно сомневаться в их технологической чистоте.

На рис. 8 и 9 приведены лепестковые диаграммы по каждой группе образцов, где результаты всех измерений, включая ХЛ-анализ, соединены общей линией (пунктир) и сопоставлены с усреднёнными справочными данными по составу натурального мёда (стандарт, сплошная линия).

Рис. 8 – Содержание редокс-активных компонентов в образцах мёда (ритейл-образцы)

Рис. 9 – Содержание редокс-активных компонентов в образцах мёда (фермер-образцы)

 

Из рис. 8 видно, что ритейл-образцы не выдерживают сравнения со стандартом, максимальное расхождение наблюдается по величинам общего белка и сахарозы. Напротив, в группе фермер-образцов со стандартом совпали результаты всех проведённых традиционных измерений (рис. 9), с которыми хорошо согласовались данные ХЛ-анализа. Можно заключить, что ХЛ-анализ является весьма перспективным методом для первичного скрининга образцов мёда с негарантированным качеством, в первую очередь по признаку технологической фальсификации. При этом длительность анализа составляет считанные минуты; используемые реагенты легкодоступны и нетоксичны; результаты предъявляются в легко читаемом виде, не требующем длительного анализа.

Заключение

Таким образом, ХЛ-анализ пригоден для распознавания образцов мёда с негарантированным качеством. Единственным маркёрным признаком при этом является направленность и диапазон влияния на продукцию свободных радикалов. Длительность проведения анализа исчисляется минутами; число одновременно измеряемых проб – десятками экземляров; воспроизводимость результатов обеспечивается в максимальной степени; для получения критерия оценки качества не требуется суммировать множественные разнородные показатели, единым критерием является антиоксидантная (или прооксидантная) активность. Данный показатель по своей природе является интегральным и результирует большое число разнонаправленных редокс-процессов. 

Благодарности Авторы выражают благодарность фермерам, предоставившим для исследования образцы натурального мёда с собственных пасек.	Acknowledgement The authors thank the farmers who provided samples of natural honey from their own apiaries for research.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Корпачев В.В. Целебная фауна /В.В. Корпачев/. М.: Наука, 1989. – 204 с.
2. Макарова Н.В. Антиоксидантные вещества различных сортов мёда / Н.В. Макарова, В.С. Лиманова, В.П. Бординова // Известия вузов. Пищевая технология. – 2011. – №1. – С. 18–20.
3. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и клеточная хемилюминесценция / Ю.А. Владимиров, Е.В. Проскурина // Успехи биологической химии. – 2009. – Т. 49. – С. 341–388.
4. Лесовская М.И. Методические проблемы тестирования биологической активности нутриентов / М.И. Лесовская / В кн.: Влияние нутриентов на свободнорадикальный баланс крови in vitro. – М., 2015. – 94 с.
5. ГОСТ 19792-2017. Мёд натуральный. Технические условия (с поправкой): [Электронный ресурс] http://docs.cntd.ru/document/1200157439.
6. Аристова Н.А. Механизмы хемилюминесценции в реакции Фентона / Н.А. Аристова, И.П. Иванова, С.В. Трофимова, И.М. Пискарёв, О.Е. Бурхина, О.О. Сошникова // Исследовано в России: электронный научный журнал. – 909 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2011/067.pdf
7. Матов В.А. Способ производства инвертного сиропа. RU2188869 C1 /В.А. Матов, З.Г. Скобельская, В.А. Васькина, А.И. Драгилев, В.А. Алымов, А.В. Куров / Опубл. 09.10
8. Васильев В.П. Аналитическая химия в 2-х томах, том 2. Физико-химические методы анализа /В.П. Васильев /– Москва: Дрофа, 2004. – 384 с.
9. Хасанов В.В. Методы исследования антиоксидантов /В.В. Хасанов, Г.Л. Рыжова, Е.В. Мальцева // Химия растительного сырья. – №3. – С. 63–75.
10. Фальсификация меда: виды, способы и методы определения: [Электронный ресурс] / FB.ru: https://fb.ru/article/380586/falsifikatsiya-meda-vidyi-sposobyi-i-metodyi-opredeleniya
11. Денисов Е.Т. Физико-химические аспекты изомеризации свободных радикалов /Е.Т. Денисов, Т.Г. Денисова // Усп. хим., 2004. – Т. 73. – Вып. 11. – С 1181–1209.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Korpachev V.V. Celebnaya fauna [Healing fauna] /V.V. Korpachev / – М.: Nauka, 1989. – 204 p. [in Russian]
2. Makarova N.В. Antioxidantniye veschestva razlichnich ssortov meda [Antioxidant substances of various varieties of honey] / N.В. Маkarova, V.S. Limanova, V.P. Bordinova // Isvestiya vuzov. Pichevaya technologia [University News. Food technology]. – 2011. – №1. – P. 18–20. [in Russian]
3. Vladimirov Y.A. Svobodnie radikali I kletochnaya chemiluminescencia [Free radicals and cell chemiluminescence ]/ Y.А. Vladimirov, Е.V. Proskurina // Usrechi Biologichescoj Chimii [Advances in Biological Chemistry]. – 2009. – Т. 49. – P. 341–388. [in Russian]
4. Lesovskaya М.I. Metodicheskie problemi testirovanija biologicheskoi aktivnosti nutrientov [Methodological problems of testing the biological activity of nutrients] / М.L. Lesovskaya/ In.: Vliyanie nutrientov na svobodnoradikalniy balans krovi in vitro [The effect of nutrients on the free radical balance of blood in vitro]. – М., 2015. – 94 p. [in Russian]
5. GОSТ 19792-2017. Med naturalnij. Technicheskie uslovia (s popravkoi) [Natural honey. Specifications (as amended)]: [Electronic resource] http://docs.cntd.ru/document/1200157439. [in Russian]
6. Aristova N.А. Mechanizmi chemiluminescencii v reakcii Fentona [Mechanisms of chemiluminescence in the Fenton reaction] / N.А. Aristova, I.P. Ivanova, S.V. Тrofimova, I.М. Piskarjiev, О.Е. Burchina, О.О. Sochnikova // Issledovano v Rossii: electronnij nauchnij zhurnal [Investigated in Russia: an electronic scientific journal]. – 909 http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2011/067.pdf [in Russian]
7. Matov V.А. Sposob proizvodstva invertnogo siropa [Method for the production of invert syrup]. RU2188869 C1 / /V.A. Matov, Z.G. Skobelskaya, V.A. Vaskina, A.I. Dragilev, V.A. Alymov, A.V. Kurov / Publ. 2002.09.10 [in Russian]
8. Vasiliev V.П. Analiticheskaya chimia v 2 tomah, tom 2. Phisiko-chimicheskie metodi Analisa [Analytical chemistry in 2 volumes, volume 2. Physical and chemical methods of analysis] /V.P. Vasiliev/– M.: Drofa, 2004. – 384 p. [in Russian]
9. Hasanov V.V. Metodi issledovania antioxidantov [Antioxidant Research Methods] /V.V. Hasanov, G.L. Rizhova, Е.V. Maltzeva // Chimia rastitelnogo sirja растительного сырья [Chemistry of plant raw materials]. – 2004. – №3. – P. 63–75. [in Russian]
10. Falsifikacia meda: vidi, sposobi i metodi opredelenia: [Electronnij resurs] [The falsification of honey: types, methods and methods of determination: [Electronic resource] ] / FB.ru: https://fb.ru/article/380586/falsifikatsiya-meda-vidyi-sposobyi-i-metodyi-opredeleniya [in Russian]
11. Denisov Е.Т. Phiziko-chimicheskie aspect isomerizacii svobodnich radikalov [Physicochemical aspects of free radical isomerization] /Е.Т. Denisov, Т.G. Denisova// Uspehi chimii [Success of chemistry]. – 2004. – V. 73. – Issue 11. – P. 1181–1209. [in Russian]