Продовольственная безопасность страны - неотъемлемая часть ее национальной безопасности. Улучшение обеспечения населения, особенно детского, пищевыми продуктами надлежащего качества представляет собой важную социально-экономическую задачу, решение которой имеет огромное значение для России [1].
Обеспечение безопасности пищевых продуктов, в том числе детского питания, по содержанию химических соединений и других загрязнителей регламентируется СанПиН 2.3.2.1078-01, Техническими регламентами Таможенного союза (ТР ТС 021/2011, ТР ТС 034/2013, ТР ТС 033/2013) [2-4]. Вместе с тем далеко не все потенциально опасные и токсичные соединения регламентируются в этих документах. Особую опасность представляет группа высокотоксичных, канцерогенных N-нитрозоа-минов (NAS) (N-нитрозодиметиламин, N-нитрозометил-этиламин, N-нитрозодиэтиламин, N-нитрозопирролидин, N-нитрозоди-н-пропиламин, N-нитрозопиперидин, N-нит-розоди-н-бутиламин, N-нитрозодифениламин), которые определяются практически во всех мясных и рыбных продуктах и контролируются в странах ЕС. По результатам зарубежных исследований (Италия, Дания, Китай) в мясных продуктах были обнаружены N-нитрозоамины, в том числе N-нитрозодифениламин в диапазоне концентраций 0,051-9,4 мг/кг продукта [5-7].
В Техническом регламенте Таможенного союза (ТР ТС 034/2013 Приложение 3) [4] не допускается в консервах из мяса для питания детей раннего возраста содержание суммы N-нитрозоаминов (N-диметилнитрозоамина и N-диэтилнитрозоамина).
Поступление N-нитрозоаминов в пищевую продукцию возможно в результате добавления нитритов и нитратов в качестве пищевых добавок в мясные продукты с целью совершенствования технологии, сохранения или улучшения качества продукта и пищевых свойств [8, 9]. Нитраты в организме человека восстанавливаются до нитритов, которые способствуют образованию канцерогенных N-нитрозоаминов [10].
Среди группы N-нитрозоаминов по физико-химическим характеристикам особое место занимает N-нитрозодифениламин. Это твердое вещество с высокой температурой кипения - 346,5 °С, не расщепляется растворами щелочей и разбавленных кислот, не подвергается разрушающему действию рассеянного света, обладает слабыми основными свойствами, окисляется до N-нитроаминов, восстанавливается до диалкилгидразинов, в кислой среде отщепляет азотистую кислоту [11]. Эти свойства N-нитрозодифени-ламина предопределяют его длительное присутствие в пищевых продуктах.
Цель данного исследования - определение содержания N-нитрозодифениламина в детских мясных консервах с использованием хромато-масс-спектрометрической системы (ГХ/МС) и твердофазной экстракции на этапе подготовки пробы.
Материал и методы
Анализ образцов мясных консервов на содержание N-нитрозодифениламина выполняли с использованием газовой хроматографической системы Agilent 7890А ("Agilent Technologies", США) с квадрупольным масс-спектрометрическим детектором (MCD) 5975С. Для разделения использовали кварцевую капиллярную колонку HP-FFAP длиной 30 м, внутренним диаметром 0,25 мм и толщиной пленки неподвижной фазы 0,25 мкм. Режим программирования колонки: начальная температура 50 °С, повышение температуры до 120 °С со скоростью 8 °С/мин; от 120 до 185 °С со скоростью 12 °С/мин и от 185 до 240 °С со скоростью 25 °С/мин, с выдержкой при конечной температуре 5 мин. В качестве газа-носителя использовали гелий; скорость газа-носителя -1,0 см3/мин в режиме постоянного потока. Температура аналитического интерфейса 220 °С, время удерживания N-нитрозодифениламина - 21,7 мин. Ввод пробы осуществляли с помощью автосамплера Agilent ALS ("Agilent Technologies", США) в режиме pulsed/splitless; объем пробы 2 мкл.
Режим работы масс-спектрометрического детектора (для качественного и количественного анализа в диапазоне низких концентраций 0,016-5,0 мг/кг): селективный ионный мониторинг (SIM,) по 3 характеристическим ионам анализируемого соединения 167, 168, 169 m/z, образующимся при отщеплении от молекулы N-нитро-зодифениламина группы NO.
Режим сканирования (SCAN) в диапазоне 50-250 m/z использовали для подтверждения структуры изучаемого соединения в более высоком диапазоне концентраций N-нитрозодифениламина (от 0,05 до 1,0 мг/кг) путем сравнения масс-спектров обнаруженного химического соединения в пробе мясных консервов с масс-спектром масс-спектральных данных NIST 08.L для ручной идентификации. Для автоматической идентификации применяли AMDIS библиотеки.
Использовали стандартный раствор (2 мг/дм3) смеси N-нитрозоаминов EPA 521 Nitrosamine Mix (Supelco Analytical, USA), состоящий из N-диметилнитрозоамина, N-мети-лэтилнитрозоамина, N-диэтилнитрозоамина, N-пир-ролидиннитрозоамина, N-морфолиннитрозоамина, N-ди-бутилнитрозоамина, N-дипропилнитрозоамина, N-пипери-диннитрозоамина и N-дифенилнитрозоамина.
Ввиду сложного состава матрицы пищевых продуктов и низкого содержания в них определяемого соединения на этапе подготовки пробы требуется концентрирование, очистка экстракта и селективное выделение анализируемого вещества [12].
Известно, что мясные консервы для детского питания представляют собой измельченное в различной степени мясо (говядину, свинину, баранину, телятину, мясо ягненка, кур, индеек, и др.), к которому может быть добавлен соответствующий мясной бульон, смесь сливочного и растительного масла, обеспечивающие обогащение консервов незаменимыми полиненасыщенными жирными кислотами (линолевой и линоленовой). Вместе с тем жировой компонент биологического происхождения мешает селективному извлечению N-нитрозодифе-ниламина из пищевого продукта.
Для удаления из исследуемых образцов мясных консервов (навеска 5 г) жиров биогенного происхождения и эффективного извлечения N-нитрозодифениламина выполняли реакцию переэтерификации жиров метилатом калия путем добавления к пробе 10 см3 раствора метилата калия в метаноле концентрацией 162 г/дм3. Затем смесь нагревали при температуре 60-70 °С и данную температуру поддерживали в течение 120 мин для образования метилового эфира жирных кислот. Полученную смесь помещали в центрифужную пробирку объемом 50 см3, добавляли 10 см3 гексана, перемешивали и центрифугировали при 4500 об/мин (центрифуга Eppendorf 5804, "Eppendorf", Германия) в течение 20 мин. Верхний гексановый слой, содержащий эфиры жирных кислот, удаляли дозатором. В оставшийся нижний слой, содержащий N-нитрозодифениламин, глицерин, метанол, добавляли 45 см3 воды, интенсивно встряхивали в течение 10 мин и смесь оставляли на 12 ч при температуре +5 °С для удаления остатков жирных кислот. По истечении 12 ч пробирку со смесью центрифугировали при 4500 об/мин в течение 20 мин с целью отделения остатков мясных консервов от водного слоя и водный слой, содержащий N-нитрозодифениламин, пропускали через угольный картридж "Supelco Superclean Coconut" объемом 6 см3, массой сорбента 2 г, с использованием системы твердофазной экстракции ("Separths", Италия).
На основании экспериментальных исследований установлено, что добавление к анализируемой пробе метилата калия объемом 10 см3 для удаления жирового компонента, экстракции метиловых эфиров жирных кислот гексаном, использование картриджей "Supelco Superclean Coconut" твердофазной экстракции на этапе подготовки пробы позволило достичь полноты извлечения N-нитрозодифениламина 99,94% (n=8).
Для количественного определения содержания N-дифенилнитрозамина выполняли хромато-масс-спектрометрический анализ стандартных растворов и на основе результатов измерений строили градуировочную зависимость в режиме селективного ионного детектирования (SIM) по характеристическим ионам соединения 167, 168, 169 m/z (ион 168 m/z использовался для количественного определения, два другие в качестве подтверждающих) в диапазоне концентраций 0,00020,0016 мг/кг. Правильность методики оценена методом добавок аналита на трех уровнях концентраций 0,0002, 0,0008 и 0,0016 мг/кг. Погрешность методики составила 23% (табл. 1).
Результаты и обсуждение
На отечественном рынке продуктов детского питания представлен широкий ассортимент мясных консервовдетского питания. Были выполнены скрининговые исследования образцов мясных консервов для детского питания. Для того чтобы проба была представительной, а полученные результаты достоверными, из разных партий отбирали 5 раз навеску образца мясных консервов и проводили подготовку пробы для каждого образца с последующим хромато-масс-спектрометрическим анализом. Результаты исследований представлены в табл. 2.
Пример хроматографического определения извлеченного N-нитрозодифениламина из образца детских мясных консервов "говядина + цыпленок", в котором обнаружена наибольшая концентрация N-нитрозоди-фениламина в режиме сканирования по селективно избранным ионам m/z 167, 168, 169, представлен на рис. 1.
Дополнительным идентификационным признаком, определяющим, что в образце мясных консервов "говядина + цыпленок" был обнаружен N-нитрозодифе-ниламин, является поиск целевых ионов, реализуемый системой ChemStation. Для этого приводятся результаты хроматографического разделения извлеченных интересующих ионов (целевой m/z 167 и подтверждающие ионы m/z 168, m/z 169, характеризующиеся наибольшей интенсивностью) и показываются в совмещенном виде (рис. 2).
На рис. 2 показано, что профили характеристических ионов N-нитрозодифениламина m/z 168, m/z 169 и m/z 167 по наиболее интенсивным массам совмещаются при совпадении времени удерживания 21,7 мин со стандартным раствором концентрацией С=2,0 мг/кг, что служит весомым доказательством присутствия данного соединения в образце продукта для детского питания.
Для оценки возможности идентификации N-нитрозоди-фениламина, обнаруженного в образцах мясных консервов для детского питания, при работе масс-спектрометра в режиме полного сканирования ионов использовали автоматическую систему масс-спектральной идентификации AMDIS. Масс-спектр N-нитрозодифениламина, полученный автоматической системой масс-спектральной идентификации (AMDIS), представлен на рис. 3.
Анализ рис. 3 показал, что масс-спектр N-нитрозоди-фениламина образца детских мясных консервов совпал с масс-спектром из библиотеки. Программное обеспечение AMDIS позволило не только провести идентификацию соединений на хроматограмме, но и выделить из перекрывающихся пиков "чистый" спектр N-нитрозоди-фениламина.
Масс-спектр N-нитрозодифениламина с характеристическими ионами и структурная формула из библиотеки масс-спектров представлены на рис. 4.
Полное совпадение профилей характеристических ионов N-нитрозодифениламина по наиболее интенсивным массам m/z 168, m/z 169 и m/z 167 (рис. 4), с учетом совпадения времени удерживания 21,7 мин по стандартному раствору концентрацией С=0,16 мкг/см3 позволяет говорить о том, что определяемое соединение идентифицировано и его наличие в образцах пищевых продуктов для питания детей доказано с помощью точного метода проверки автоматической системы масс-спектральной идентификации AMDIS.
Таким образом, анализ различных образцов мясных консервов детского питания методом газовой хроматографии с масс-селективным детектированием позволил определить N-нитрозодифениламин в диапазоне концентраций 0,027-3,89 мг/кг.
Для подтверждения присутствия N-нитрозодифенила-мина в образцах мясных консервов выполнена идентификация при работе масс-спектрометра в режиме полного сканирования ионов автоматической системой масс-спектральной идентификации AMDIS. Масс-спектр N-нитрозодифениламина по характеристическим ионам в исследованных образцах мясных консервов совпадает с масс-спектром библиотеки масс-спектральных данных.
Литература
1. Указ Президента РФ от 30.01.2010 № 120 "Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации".
2. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. Санитарные правила и нормы 2.3.2.1078-01. М., 2002.
3. ТР ТС 021/2011 Технический регламент Таможенного союза "О безопасности пищевой продукции".
4. ТР ТС 034/2013 "Гигиенические требования безопасности продуктов убоя, предназначенных для производства мясной продукции для детского питания".
5. URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278691515000873.
6. Herrmann S.S., Duedahl-Olesen L., Granby K. Simultaneous determination of volatile and non-volatile nitrosamines in processed meat products by liquid chromatography tandem mass spectrometry using atmospheric pressure chemical ionisation and electrospray ionization // J. Chromatogr. A. 2014. Vol. 1330. P. 20-29.
7. Al-Kaseem M., Al-Assaf Z., Karabeet F. Determination of seven volatile N-nitrosamines in fast food // Pharmacol. Pharm. 2014. Vol. 5. P. 195-203.
8. Шаулина Л.П., Корсун Л.Н. Контроль качества и безопасности пищевых продуктов и продовольственного сырья : учеб. пособие. Иркутск : Изд-во ИГУ, 2011. 111 с.
9. Жукова Г.Ф., Торская М.С., Родин В.И. N-нитрозамины и нитриты в мясе и мясопродуктах // Вопр. питания. 1999. № 4. С. 32-34.
10. Комарова В.И. Метаболизм нитратов в ротовой жидкости человека : автореф. дис. ... канд. биол. наук. СПб., 2001. 20 с.
11. Зульфигаров О.С., Юрченко В.В., Каширина Н.В., Стадничук Н.А. К вопросу об определении N-нитрозоаминов в пищевых продуктах. Киев : Институт экогигиены и токсикологии им. Л.И. Медведя, 2004.
12. Ярошенко Д.В., Карцова Л.А. Матричный эффект и способы его устранения в биоаналитических методиках, использующих хромато-масс-спектрометрию // Журн. аналит. химии. 2014. Т. 69, № 4. С. 1-8.