Учёные из Томского политехнического университета предложили экспресс-способ визуального анализа продуктов питания — главным образом овощей и фруктов, а также напитков — на содержание тяжёлых металлов, микроэлементов, нитратов и антиоксидантов.
Для анализа используются небольшие прозрачные сенсоры из модифицированного оргстекла. При взаимодействии, например, с молекулами тяжёлых металлов сенсоры меняют цвет. По его интенсивности можно судить о концентрации обнаруженного вещества, отмечает «Вести.Наука» ссылкой на пресс-релиз вуза.
Многие тяжёлые металлы — металлы с атомным весом более 50 единиц — участвуют в биологических процессах и (в определённых количествах) являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. Однако некоторые из них являются токсичными и могут накапливаться в организме — в первую очередь, это свинец и ртуть. Эти металлы также могут накапливаться в продуктах, в том числе овощах и фруктах.
Не менее опасны и нитраты — это соли азотной кислоты, присутствующие во всех живых организмах и составляющие необходимую часть питания растений. Само по себе присутствие нитратов в организме человека естественно, но опасным может быть избыток этих веществ.
Впрочем, продукты питания содержат не только вредные для человека вещества, но и полезные. К таким веществам можно отнести антиоксиданты. Они ингибируют окисление и защищают клетки нашего организма от внешних и внутренних токсических воздействий, в частности, нейтрализуют окислительное действие свободных радикалов (и даже помогают заживлять раны).
Авторы исследования напоминают, что в России на федеральном уровне принята «Стратегия повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года», включающая расширение набора простых и экспрессных методов анализа продуктов не только для специализированных лабораторий, но и для бытовых нужд. Кроме того, естественной потребностью человека является желание знать, что он ест и пьёт.
«Мы разработали метод бесприборного визуального анализа, чтобы каждый человек мог самостоятельно проверить продукты питания на самые разные показатели с высокой точностью, не используя специальных приборов и не обращаясь в лаборатории. Для этого мы используем полимер «полиметилметакрилат» — это оргстекло. Мы его модифицируем таким образом, что полимер приобретает 3D-структуру и позволяет помещать в себя другие реагенты, взаимодействующие с тяжёлыми металлами, нитратами, антиоксидантами или микроэлементами», — рассказывает научный руководитель проекта профессор Инженерной школы природных ресурсов Михаил Гавриленко.
По его словам, при контакте с полезными или токсичными веществами изначально прозрачный бесцветный полимер меняет цвет. Такое модифицированное оргстекло относится к классу «дышащих» полимеров, буквально впитывающих в себя целевое вещество в течение нескольких минут.
Для проведения анализа достаточно положить пластинку в кашицу измельчённого продукта. И если, например, в яблоке есть нитраты, пластина станет жёлто-коричневой, а если тяжёлые металлы, то покраснеет тем больше, чем выше их содержание. Такой простой метод визуального определения аттестован Росстандартом и внесён в реестр Федерального информационного фонда по обеспечению единства измерений.
Преимуществом нового метода является ещё одна особенность: реагенты включены прямо в прозрачную пластинку, но они не являются функциональной группой полимера, в данном случае полимер — лишь ячеистый контейнер для реагента.
«На сегодняшний день такой подход превосходит мировой уровень. За рубежом поступают иначе — каждый раз под конкретную задачу реагенты встраивают в полимер как функциональную группу. Ещё один зарубежный подход — полимеры и реагенты смешивают в неустойчивые структуры геля. И здесь возникает целый ряд проблем, в том числе и то, что далеко не каждый реагент можно встроить в структуру. Это делает зарубежные аналоги неустойчивыми. Наши же полимерные датчики могут храниться очень долго, не теряя своих свойств», — отмечает Михаил Гавриленко.
По словам разработчиков, такие полимерные датчики для анализа сельскохозяйственной продукции актуальны для крупных оптовых поставщиков.
«Торговые сети, как правило, ведут закупки овощей, фруктов у крупных оптовиков. И если торговые сети имеют собственную систему контроля качества, то оптовики не всегда, и тем более из этой системы исключены непосредственно производители и фермерские хозяйства. В итоге от некачественного продукта страдают все. Контроль продукции на тяжёлые металлы, нитраты, пестициды можно проводить на месте закупки или прямо в поле у производителя, чтобы сразу определиться — закупать продукцию или нет», — добавляет учёный.
Стоимость одного полимерного датчика для проведения анализа на месте не превышает нескольких десятков рублей, что в 20-30 раз дешевле традиционного метода спектрофотометрии.
Кстати, сохранённые цветные пластинки могут быть использованы впоследствии и в обычном фотометрическом оборудовании для подтверждения результатов визуального определения.
Добавим, что ранее была представлена новая технология проверки качества говяжьего фарша при помощи лазеров.
