Контроль содержания высокотоксичных N-нитрозаминов (N-нитрозодиметиламин и N-нитрозодиэтиламин) в детских кашах

РезюмеПредложена хромато-масс-спектрометрическая методика определения N-нитрозаминов (N-нитрозодиметиламин и N-нитрозодиэтиламин) в сухих кашах (молочные и безмолочные) для детского питания. По результатам экспериментальных исследований обоснован способ подготовки проб методом дистилляции с перегретым паром, концентрированием дистиллята на картриджах автоматической системы твердофазной экстракции. Подобраны оптимальные условия хромато-масс-спектрометрического анализа (ГХ/МС). Анализ детских каш различных производителей на содержание N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина позволил установить содержание по сумме N-нитрозаминов в диапазоне 0,0055-0,0109 мг/кг в молочных овсяной, гречневой, овсяной с бананом каше, а также безмолочной кукурузной каше. В каше мультизлаковой молочной и гречневой молочной с персиками и абрикосами N-нитрозаминов не обнаружено (0,0004-0,00066 мг/кг). Для подтверждения присутствия определяемых N-нитрозаминов в образце овсяной молочной каши выполнена идентификация в режиме SCAN. Масс-спектры N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина в исследованных образцах сравнивали с масс-спектрами, заложенными в банк библиотеки масс-спектральных данных NIST 08.L.

Ключевые слова:хромато-масс-спектрометрический метод (ГХ/МС), твердофазная экстракция (ТФЭ), дистилляция, N-нитрозодиметиламин, N-нитрозодиэтиламин, детские каши

Вопр. питания. 2016. № 3. С. 82-91.

Интенсивное развитие промышленности, сельского хозяйства и сферы потребления сопровождается увеличивающимся поступлением токсичных соединений в объекты окружающей среды [1]. Особенно опасно загрязнение различных объектов азотсодержащими соединениями, к которым относится большая группа N-нитрозосоединений, среди которых высокой токсичностью, канцерогенными и мутагенными свойствами обладают низкомолекулярные алифатические N-нитрозамины (НА) - N-нитрозодиметиламин, N-нитрозодиэтиламин [1, 2]. Поступая в окружающую среду, N-нитрозамины способны включаться в биогеохимические циклы и постепенно накапливаться в пищевых продуктах растительного и животного происхождения, создавая угрозу здоровью человека, приводя к увеличению риска возникновения экологически обусловленных заболеваний [3-6].

В "Основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года" в качестве приоритетных задач указано совершенствование нормативной и методической базы контроля за загрязнителями химической и биологической природы [7]. В связи с высокой токсичностью N-нитрозаминов и большой степенью вероятности поступления из объектов окружающей среды в продукты питания [8] актуальна разработка современных селективных и высокочувствительных методик определения N-нитрозаминов в пищевых продуктах.

В современных химико-аналитических исследованиях при разработке методик определения контаминантов, в том числе в пищевых продуктах, для подтверждения присутствия, надежного и достоверного количественного определения следует выполнять идентификацию присутствующих в анализируемой матрице химических соединений. Для этих задач наиболее целесообразно использовать комбинацию методов газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ/МС), сочетающей высокую эффективность разделения сложных многокомпонентных смесей, экспрессность и воспроизводимость анализа, характерную для газовой хроматографии, с идентификационной возможностью, исключительно высокой селективностью и чувствительностью, присущей масс-спектрометрии [9, 10].

Важными этапами при разработке методики являются извлечение и концентрирование анализируемых соединений из сложной матрицы исследуемого образца, как правило, имеющего многокомпонентный состав.

В настоящее время перспективным методом подготовки пробы к химическому анализу является твердофазная экстракция (ТФЭ) [11, 12].

Вышеизложенное определило актуальность и позволило сформулировать цель работы: разработка ГХ/МС методики определения высокотоксичных низкомолекулярных N-нитрозаминов (N-нитрозодиметиламина, N-нитрозодиэтиламина) в продукции для детского питания (детские каши).

Материал и методы

Объектами исследований являлись стандартные образцы N-нитрозаминов, молочные и безмолочные сухие каши для детского питания, картриджи “Chromobond” (С18 на 100 мг, С18 на 500 мг), “Strata-X” на 200 мг и “Supelco

Superclean Coconut” 6 мл, растворители (хлористый метилен, этилацетат, метанол, вода, вода/изопропанол 85:15).

Исследования стандартных образцов и каш различных фирм-изготовителей на содержание N-нитрозаминов выполняли методом ГХ/МС: на газовом хроматографеAgilent 7890А” (“Agilent Technologies”, США) с масс-селективным детектором (MCD) 5975С и квадрупольным массанализатором. Режим ионизации электронным ударом при 70 эВ. Для исследований использовали капиллярную колонку серии HP-FFAP длиной 30 м, внутренним диаметром 0,25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,25 мкм.

Параметры газового хроматографа и MCD: режим программирования колонки - начальная температура 50 °С с задержкой температуры 1 мин, нагревание колонки до 120 °С с задержкой температуры 0 мин, нагревание колонки до 220 °С с задержкой температуры 2 мин; скорость нагревания - от 8 до 20 °С/мин, скорость потока - 30 мл/мин, температура испарителя - 270 °С, температура переходной линии - 220 °С, общее время анализа - 16,75 мин, метод: режим импульсный без деления потока, температура ионного источника 230 °С, температура квадрупольного масс-анализатора 150 °С, ток эмиссии 70 эВ, режим сканирования N-нитрозодиметиламина по масс-селективному иону 74, режим сканирования N-нитрозодиэтиламина по масс-селективному иону 102.

Масс-спектрометрическое детектирование выполняли в режиме полного сканирования (SCAN), при этом регистрировались масс-спектры, по которым проводили идентификацию компонентов исследуемых проб каш по совпадению библиотечного и полученного при анализе масс-спектра. Методом ГХ/МС в режиме ионного селективного мониторинга (SIM) строили градуировочную зависимость.

Для подготовки проб детских каш (молочные и безмолочные) применяли автоматизированную многоканальную систему ТФЭ “Separths” (“Labtech”, Италия).

Экспериментальные исследования

Изучены условия разделения на капиллярных колонках с различными характеристиками неподвижных жидких фаз - DB-624, HP-FFAP, HP-Plot/U, HP-VOC.

Качественное разделение N-нитрозаминов (N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина) с близкими физико-химическими свойствами было достигнуто на капиллярной колонке серии HP-FFAP длиной 30 м, внутренним диаметром 0,250 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,250 мкм с масс-спектрометрическим детектированием.

Хроматограмма стандартного раствора N-нитрозаминов при оптимально подобранных условиях ГХ/МС, зарегистрированная по полному ионному току, представлена на рис. 1.

Определение низких концентраций N-нитрозаминов в продуктах для питания детей на зерновой основе (каши) является сложной и трудоемкой аналитической задачей. Правильный выбор метода подготовки проб обеспечивает получение надежных результатов всего исследования.

При подготовке стандартных образцов N-нитрозаминов для ГХ/МС использовали современный метод ТФЭ, который позволяет получить в чистом виде определяемые соединения при выделении их из матрицы, что в дальнейшем дает возможность проводить идентификацию и количественное определение ГХ/МС методом [13].

Для оптимизации процесса подготовки проб методом ТФЭ варьировали следующие параметры: состав адсорбента (уголь, полимерная основа и октадецил), применение различных растворителей для элюирования N-нитрозаминов с картриджей, условия оптимальной схемы элюирования. Селективность проведения ТФЭ достигнута подбором картриджа с соответствующей фазой. Режим ТФЭ подбирали таким образом, чтобы целевые компоненты (N-нитрозамины) сорбировались на картридже, а мешающие вещества проходили через картридж и смывались полярным растворителем (хлористый метилен).

Для увеличения полноты и селективности экстракционного извлечения аналитов из образца применяли метод дистилляции с перегретым паром. После чего полученный дистиллят объемом 25 и 70 см3 пропускали через картридж “Coconut 6 мл” системы ТФЭ по оптимально отработанной схеме элюирования.

Оптимальная схема элюирования ТФЭ включала несколько стадий: стадия кондиционирования с целью активации картриджа; стадия адсорбции образца; сушка картриджа; элюирование целевых аналитов с картриджа хлористым метиленом. Полученные элюенты анализировали ГХ/МС методом. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Выполненные исследования позволили рекомендовать для подготовки пробы дистилляцию с перегретым паром (дистиллят объемом 70 см3) и способ ТФЭ с использованием картриджа “Coconut 6 мл” для дальнейшего селективного и высокочувствительного определения N-нитрозаминов (N-нитрозодиметиламин и N-нитрозодиэтиламин) методом ГХ/МС. Диапазон измеряемых концентраций N-нитрозаминов в образцах каш составил 0,0004-0,0109 мг/кг.

Результаты и обсуждение

С помощью разработанной ГХ/МС методики были проанализированы образцы молочных и безмолочных каш и выполнена идентификация N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина. Результаты ГХ/МС анализа детских каш представлены в табл. 2 и хроматограммах (рис. 2, 3).

Для подтверждения присутствия N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина в образце овсяной молочной каши была выполнена идентификация в режиме SCAN - масс-спектры N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина, содержащиеся в образцах каши, сравнивали с масс-спектрами, заложенными в банк библиотеки масс-спектральных данных NIST 08.L (рис. 4 и 5).
Наличие на масс-хроматограмме (см. рис. 4 и 5) пиков с точно заданной массой (m/z=74, 42), (m/z=102, 57, 42) и временами удерживания (7,743 мин), (8,543 мин) для N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина является доказательством их присутствия в исследуемом образце каши. Результаты идентификации N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина в образце каши показали, что определяемые соединения имеют такую же структуру, как и приведенные в библиотеке. Хроматограмма образца каши овсяной молочной после подготовки проб методом дистилляции с перегретым паром и ТФЭ, зарегистрированная в режиме сканирования по селективно выбранным ионам (SIM), представлена на рис. 6.

Таким образом, идентификация в режиме полного сканирования позволила установить соответствие массспектров N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина в образце каши овсяной молочной с библиотечными масс-спектрами со значением коэффициента подобия более 90-97% при совпадении времени удерживания.

Выводы

1. Разработанная ГХ/МС методика анализа продукции для детского питания на зерновой основе позволяет выполнять контроль содержания N-нитрозодиэтиламина и N-нитрозодиметиламина в диапазоне концентраций 0,0004-0,011 мг/кг при погрешности не более 10%.

2. Высокая чувствительность ГХ/МС определения N-нитрозаминов в образцах продукции достигнута путем применения метода дистилляции N-нитрозаминов с перегретым водяным паром, концентрированием дистиллята на картриджах автоматической системы ТФЭ “Sepaths” при использовании оптимальной схемы подготовки пробы для элюирования и последующим ГХ/МС определением.

3. Анализ детских каш на содержание N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина с помощью разработанной ГХ/МС методики позволил установить содержание по сумме N-нитрозаминов в диапазоне 0,0004-0,0109 мг/кг в молочных овсяной, гречневой, мультизлаковой кашах с добавлением фруктов и без, а также в безмолочной кукурузной каше.

4. Присутствие N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина в образце овсяной молочной каши было доказано идентификацией в режиме SCAN при сравнении масс-спектров N-нитрозодиметиламина и N-нитрозодиэтиламина образца каши с массспектрами, заложенными в банк библиотеки данных NIST 08.L.

Литература

1. Витол И.С. Экологически проблемы производства и потребления пищевых продуктов : учебное пособие. М. : МГУПП, 2000. 93 с.

2. Шичкова Н.А., Михеева Е.М. Обеспечение безопасности пищевой продукции на основе принципов НААСР // Пищ. пром-сть. 2004. № 2. С. 80-81.

3. Майстренко В.Н., Хамитов Р.З., Будников Г.К. Эколого-аналитический мониторинг супертоксикантов. М. : Химия, 1996. 319 с.

4. Посторонние вещества и пути их попадания в молоко [Электронный ресурс] // Молочный портал. URL: http://molokoportal.ru/postoronnie-veshhestva-i-puti-ix-popadaniya-v-moloko.

5. Рубенчик Б.Л., Костюковский Я.Л., Меламед Д.Б. Профилактика загрязнения пищевых продуктов канцерогенными веществами. Киев : Здоров’я, 1983. 160 с.

6. Тутельян В.А. Государственная политика здорового питания населения: задачи и пути реализации на региональном уровне. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2009. 484 с.

7. Концепция федеральной целевой программы "Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013 годы)", утв. распоряжением Правительства РФ от 28.01.2008 № 74-р. 42 с.

8. Jakszyn P., Agudo A., Berenguer A., Ibanez R. et al. Intake and food sources of nitrites and N-nitrosodimethylamine in Spain // Public Health Nutr. 2006. Vol. 9, N 6. P. 785-791.

9. Малышева А.Г., Рахманин Ю.А. Физико-химические исследования и методы контроля веществ в гигиене окружающей среды. СПб. : НПО "Профессионал", 2012. 720 с.

10. Будников Г.К. Определение следовых количеств веществ как проблема современной аналитической химии // Соросовский образовательный журн. 2000. Т. 6. № 3. С. 45-51.

11. Зайцев В.Н., Зуй М.Ф. Твердофазное микроэкстракционное концентрирование // Журн. аналитической химии. 2014. Т 69, № 8. С. 787-800.

12. Jurado-Sanchez B., Ballesteros E., Gallego M. Gas chromatographic determination of N-nitrosamines, aromatic amines, and melamine in milk and dairy products using an automatic solid-phase extraction system // J. Agric. Food Chem. 2011. Vol. 59. P. 7519-7526.

13. Беляев А.В., Понкратов К.В.. Исследование наркотических средств с предварительной пробоподготовкой методом твердофазной экстракции : методические рекомендации. М., 1996.