Петербургские ветеринары нашли простой способ обнаружить фальсификацию молока

Проверить молоко на содержание опасного меламина теперь можно, просто приложив каплю к кристаллу прибора и получив результат за несколько минут. Новый метод использует инфракрасную спектрометрию и не требует химических реактивов, фильтрации или сложной подготовки образцов.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Исследование провела Татьяна Калюжная, кандидат ветеринарных наук, доцент кафедры ветеринарно-санитарной экспертизы Санкт-Петербургского государственного университета ветеринарной медицины. Работа выполнена при поддержке Министерства сельского хозяйства России в рамках государственного задания. Результаты опубликованы в декабре 2024 года в журнале «Международный вестник ветеринарии».

Меламин — химическое вещество, которое недобросовестные производители добавляют в молоко для искусственного завышения показателей содержания белка. Употребление продуктов с меламином может вызвать серьезные проблемы со здоровьем. Согласно техническому регламенту Таможенного союза, содержание меламина в молоке не должно превышать 1,0 мг/кг.

Сейчас для обнаружения меламина в молоке используют метод высокоэффективной жидкостной хроматографии. Этот метод требует дорогого оборудования и сложной подготовки проб с использованием различных химических реактивов.

Новый метод работает так: каплю молока наносят на кристалл ZnSe в приставке нарушенного полного внутреннего отражения инфракрасного Фурье-спектрометра. Прибор регистрирует спектр образца, который затем анализируется компьютерной программой. Весь процесс занимает до десяти минут.

«Мы обнаружили, что в ИК-спектрах молока с меламином присутствует характерная полоса поглощения в диапазоне 810 см–1. Эта полоса есть во всех образцах с концентрацией меламина от 1,0 до 25 мг/кг и отсутствует в чистом молоке. Это позволяет не только выявить наличие меламина, но и точно определить его количество»,— объясняет Татьяна Калюжная.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Для определения концентрации меламина ученые построили градуировочную зависимость, учитывающую высоту пика на ИК-спектре. Коэффициент детерминации этой модели составил 0,994292, что очень близко к 1 и говорит о высокой точности метода.

Разработанная методика делает проверку молока на меламин более быстрой и доступной. Лабораториям больше не потребуется проводить сложную пробоподготовку и использовать дорогостоящие реактивы. Этот подход может применяться как в государственных лабораториях по контролю качества продуктов, так и на молокоперерабатывающих предприятиях.

Исследование проводилось на базе учебно-исследовательского центра экспертизы пищевых продуктов и кормов для животных СПбГУВМ в 2024 году. На основе этого метода могут быть разработаны новые способы анализа безопасности и других пищевых продуктов.

Тамара Калюжная, доцент, кандидат ветеринарных наук, кафедра ветеринарно-санитарной экспертизы СПбГУВМ, ответила на вопросы «Ъ-Науки»:

— Можно ли адаптировать этот метод для анализа других пищевых продуктов (например, детских смесей, сыров, йогуртов)?

— Конечно, нами были проведены исследования в рамках государственного задания при поддержке Министерства сельского хозяйства России по применению метода инфракрасной спектрометрии в ближнем и среднем диапазоне для исследования молочных продуктов, в частности проводили эксперименты по обнаружению меламина в сырах, сметане, сливках. Нами было установлено, что с помощью метода инфракрасной спектрометрии меламин идентифицируется при его наличии в этих продуктах.

— Как работает принцип нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) в ИК-спектрометрии и почему он эффективен для жидкостей?

— Принцип нарушенного полного внутреннего отражения в инфракрасной спектрометрии основан на отражении пучка излучения на границе кристалла НПВО с относительно высоким показателем преломления и исследуемого образца с более низким показателем преломления. При этом полное отражение всего излучения возникает, когда угол между падающим лучом и границей между образцом и кристаллом превышает критическое значение. Однако образуется затухающая волна, которая слегка проникает в образец и частично поглощается. Полное отражение нарушается, в результате этого становится возможной запись спектра поглощения.

Эффективность применения для анализа жидкостей объясняется несколькими факторами. Во-первых, этот метод позволяет анализировать различные многокомпонентные водные растворы. Во-вторых, большим преимуществом является отсутствие пробоподготовки, то есть не нужно использовать какие-либо химические реактивы для разбавления исследуемого образца, какое-либо вспомогательное оборудование для измельчения исследуемого образца. Кроме того, не имеет значения толщина исследуемого образца, так как длина оптического пути не зависит от толщины.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Какие еще современные методы (например, рамановская спектроскопия, масс-спектрометрия) могут конкурировать с этим подходом?

— Эти методы — как рамановская спектроскопия, так и масс-спектрометрия — используются для идентификации меламина. В научных журналах публикуются различные модификации этих методов, например поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия (SERS) с наночастицами серебра или золота или тандемная масс-спектрометрия (МС/МС). Но применение этих методов требует квалификации специалистов, дорогостоящего оборудования. Кроме того, необходимо применение различных химических веществ, например растворителей, для экстракции меламина из исследуемых проб молочных продуктов.

— Исследуется ли одновременное обнаружение нескольких загрязнителей (например, меламин + антибиотики + афлатоксины)?

— Да, нами были проведены исследования по созданию градуировочных моделей для анализаторов, работающих в ближнем инфракрасном диапазоне (БИК-анализаторы), с целью анализа молока не только по количественному содержанию меламина, но и мочевины. Кроме того, проводим исследования по идентификации мочевины и антибиотиков в молоке с помощью инфракрасной спектрометрии в средней инфракрасной области (ИК-Фурье-анализаторы). Исследования по афлатоксинам еще не проводили, но, возможно, стоит попробовать.

— Насколько дорогостоящее оборудование требуется для этого метода и смогут ли его использовать небольшие фермерские хозяйства?

— В среднем стоимость инфракрасных анализаторов зависит от множества факторов, например технических характеристик. Так, высокоточные модели с низким уровнем шума требуют сложных компонентов (например, охлаждаемых детекторов), что увеличивает стоимость. Анализаторы с широким спектральным охватом (например, ближний, средний или дальний ИК-диапазоны) дороже из-за необходимости использования специализированных источников излучения и детекторов. Наличие программного обеспечения для анализа данных, облачных решений или машинного обучения также влияет на цену инфракрасных анализаторов. И ряд других параметров также способствует ценообразованию, но на сегодняшний момент некоторыми производителями выпускаются приборы портативные, совмещающие в себе два метода анализа молока — ультразвуковой и инфракрасный, с помощью которых можно определять наличие меламина, мочевины и показателей качества молока: массовая доля жира, белка и другие. По стоимости они вполне доступны для небольших производителей молока и молочных продуктов.

— Планируется ли создание портативных анализаторов на основе этой технологии для экспресс-проверок на рынках и в магазинах?

— Приборостроение развивается с учетом современных тенденций, в том числе в сфере контроля качества и безопасности пищевых продуктов, поэтому создание высокоточных портативных инфракрасных анализаторов для обнаружения меламина вполне реализуемо.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

— Как скоро метод может быть внедрен в государственные системы контроля качества (Россельхознадзор, Роспотребнадзор)?

— Исследование молока и молочной продукции с использованием инфракрасной спектрометрии регламентируется ГОСТом 32255-2013 «Молоко и молочная продукция. Инструментальный экспресс-метод определения физико-химических показателей идентификации с применением инфракрасного анализатора (с изменениями №1, 2)», но в нем не предусмотрена и не описана методика определения меламина. Кроме того, в этом стандарте отсутствует информация по применению метода инфракрасной спектрометрии в среднем диапазоне для определения меламина. Эти методики еще не внесены в сферу деятельности аккредитованных лабораторий, над чем мы в настоящее время работаем. Процесс небыстрый, занимает достаточное количество времени.

— Есть ли аналогичные разработки за рубежом и как они сравниваются с российским методом?

— Зарубежные ученые и исследователи публикуют результаты по применению метода инфракрасной спектрометрии в ближнем и среднем диапазоне для обнаружения меламина, однако все эксперименты проводят на оборудовании, разработанном в других странах. В наших исследованиях использовались анализаторы российских производителей, включая программное обеспечение наших инженеров-разработчиков. И результаты, полученные нами, свидетельствуют о том, что разработанные приборы и программное обеспечение не уступают по точности, эффективности и техническим характеристикам зарубежному оборудованию и позволяют обнаружить фальсификацию меламином молока и молочных продуктов.

Яна Сидорук