В.С. Сибирцев1, А.Г. Кузьмин2, А.Ю. Титов3, А.Ю. Зайцева4, О.А. Абдиллаева5

1,5 Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет (Санкт-Петербург, Россия)

1–4 Институт аналитического приборостроения (ИАП) РАН (Санкт-Петербург, Россия)

1 vs1969r@mail.ru, 2 agqz55@rambler.ru, 3 jurtit34@rambler.ru, 4 anna@da-24.ru, 5 ojshahon.abdillaeva@spcpu.ru

Постановка проблемы. Контроль качества и токсикобезопасности различной пищевой продукции в последние годы приобретает всё более важное значение. Одним из эффективных инструментов такого контроля является масс-спектрометрия, обладающая преимуществами широкой универсальности, сочетающейся с высокой чувствительностью, селективностью и экспрессностью анализа. В свою очередь, молочная продукция является одной из важнейших составляющих питания человека.

Цель работы – исследование возможностей применения газового масс-спектрометрического анализа для оценки качества, состава и токсикобезопасности образцов различной молочной продукции (включая материалы, используемые для её упаковки).

Результаты. Объектами исследования стали образцы «свежих» и «ускоренно просроченных» йогуртов, промышленно выпускаемых разными производителями с различными заквасками, функциональными пищевыми добавками и т.п. Эти образцы оценивались с помощью разработанного в ИАП РАН малогабаритного квадрупольного газового масс-спектрометра «МС7-200» с ионизацией «электронным ударом». Далее «методом главных компонент» проводилась «интеллектуальная» математическая обработка полученных данных.

Исследовав описанным выше способом 7 «свежих» и «ускоренно просроченных» образцов различной кисломолочной продукции, авторам удалось достоверно дифференцировать их (по соотношениям интенсивностей пиков при m/z = 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 64, 67, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 84, 85 и 88 Да на масс-спектрах испарений этих образцов) не только по степени «свежести», но также по составу и качеству использованных при изготовлении упомянутых образцов микробиологических заквасок, молочного сырья, пищевых добавок и т.п. Кроме того, исходя из оценки интенсивностей пиков в масс-спектрах испарения материалов, использованных для упаковки указанных образцов, при m/z = 53, 54, 55, 56, 60, 67, 69, 70, 83, 84, 85 и 86 Да, был выявлен ряд упаковок с повышенной потенциальной токсичностью.

Практическая значимость. Совокупность представленных в этой работе подходов (включая методики отбора газовых выделений анализируемых образцов молочной продукции и материалов, используемых для их упаковки, методику «ускоренного закисления» анализируемых образцов, методику математической обработки получаемых данных с использованием методов многомерного статистического анализа и т д.) позволяет использовать газовую масс-спектрометрию в качестве одного из высокоэффективных методов контроля качества, состава и токсикобезопасности различной молочной продукции (включая материалы, используемые для её упаковки), обладающего такими преимуществами, как доступность для широкого применения, экспрессность, экономичность, высокая чувствительность и селективность анализа и т.д.

Сибирцев В.С., Кузьмин А.Г., Титов А.Ю., Зайцева А.Ю., Абдиллаева О.А. Методика масс-спектрометрического контроля качества кисломолочной продукции // Технологии живых систем. 2024. T. 21. № 2. С. 39-53. DOI: https://doi.org/10.18127/ j20700997-202402-04

1. Усенко Н.И., Яковлева Л.А., Отмахова Ю.С. Информационная асимметрия и особенности потребительского поведения на рынке молочной продукции // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 41. № 2. С. 156-163.
2. Шемчук М.А., Комарчева О.С., Шадрин В.Г. Барьеры маркетинговых коммуникаций и пути их преодоления // Техника и технология пищевых производств. 2023. Т. 53. № 2. С. 294–308. https://doi.org/10.21603/2074- 9414-2023-2-2433
3. Комарова О.Н., Хавкин А.И. Кисломолочные продукты в питании детей: пищевая и биологическая ценность // Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2017. Т. 62. № 5. С. 80–86. https://doi.org/10.21508/1027-4065-2017-62-5-80-86
4. Shiby V.K., Mishra H.N. Fermented milks and milk products as functional foods // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2013. V. 53. № 5. P. 482–496. https://doi.org/10.1080/10408398.2010.547398
5. Amarowicz R. Squalene: a natural antioxidant? // European Journal of Lipid Science and Technology. 2009. V. 111. № 5. P. 411–412. https://jast-journal.springeropen.com/ articles/10.1186/s40543-021-00286-2
6. Асафов В.А., Танькова Н.Л., Искакова Е.Л. Функциональный высокобелковый напиток с гидролизатом казеина и белковыми фракциями молозива // Инновации и продовольственная безопасность. 2018. Т. 20. № 2. С. 51–54.
7. Донская Г.А., Дрожжин В.М., Брызгалина В.В. Напитки кисломолочные с повышенным содержанием сывороточных белков и водорастворимых антиоксидантов // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2018.
   Т. 21. № 3. С. 471–480. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2018-21-3-471-480
8. Зобкова З.С., Фурсова Т.П., Зенина Д.В., Гаврилина А.Д., Шелагинова И.Р., Дрожжин В.М. Выбор источников биологически активных веществ для функциональных кисломолочных продуктов // Молочная промышленность. 2018. № 3. С. 59–62. https://doi. org/10.31515/ 1019-8946-2018-3-59-62
9. Vásquez-Mazo P., Loredo A.G., Ferrario M., Guerrero S. Development of a novel milk processing to produce yogurt with improved quality // Food and Bioprocess Technology. 2019. V. 12. P. 964–975. https://doi.org/10.1007/s11947-019-02269-z
10. Агаркова Е.Ю., Рязанцева К.А., Кручинин А.Г. Противодиабетическая активность белков молочной сыворотки // Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 2. С. 306–318. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-2-306-318
11. Янковская В.С., Дунченко Н.И., Михайлова К.В. Разработка структурированных молочных продуктов с учетом данных о рекламациях и методологии квалиметрии рисков // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 1. С. 2–12. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-2-12
12. Wishart D.S. Metabolomics: applications to food science and nutrition research // Trends in Food Science & Technology. 2008.
    V. 19. N. 9. P. 482–493. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2008.03.003
13. Sibirtsev V.S. Fluorescent DNA probes: study of mechanisms of changes in spectral properties and features of practical application // Biochemistry (Moscow). 2007. V. 72. № 8. P. 887–900. http://doi.org/10.1134/S0006297907080111
14. Sibirtsev V.S., Naumov I.A., Kuprina E.E., Olekhnovich R.O. Use of impedance biotesting to assess the actions of pharmaceutical compounds on the growth of microorganisms // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2016. V. 50. №. 7. P. 481–485. http://doi.org/10.1007/s11094-016-1473-3
15. Sibirtsev V.S. Biological test methods based on fluorometric genome analysis // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. № 11. P. 787–791. http://doi.org/10.1364/JOT.84.000787
16. Xie Y., Hu Q., Zhao M., Cheng Y., Guo Y., Qian H., Yao W. Simultaneous determination of erythromycin, tetracycline, and chloramphenicol residue in raw milk by molecularly imprinted polymer mixed with solid-phase extraction // Food Analytical Methods. 2018. V. 11. № 2. P. 374–381. https://doi.org/10.1007/s12161-017-1008-x
17. Kokina M.S., Frioui M., Shamtsyan M., Sibirtsev V.S., Krasnikova L.V., Konusova V.G., Simbirtsev A.S. Influence of pleurotus ostreatus beta-glucans on the growth and activity of certain lactic acid bacteria // Scientific Study and Research: Chemistry and Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2018. V. 19. № 4. P. 465–471. https://researchgate.net/publication/329935544
18. Юрова Е.А. Особенность контроля молочной продукции по показателям качества и безопасности // Переработка молока. 2019. Т. 234. № 4. С. 6–9. https://www.elibrary.ru/KLXMWE
19. Sibirtsev V.S., Uspenskaya M.V., Garabadzhi A.V., Shvets V.I. Complex methods of instrumental microbiological testing of environmental safety of various products, wastes and territories // Doklady Biological Sciences. 2019. V. 485. № 6. Р. 59–61. https://doi.org/10.1134/ S001249661902011X
20. Sibirtsev V.S., Garabadgiu A.V., Shvets V.I. New technique for integrated photofluorescence microbiotesting // Doklady Biological Sciences. 2019. V. 489. № 6. P. 196–199. https://doi.org/10.1134/S0012496619060103
21. Sibirtsev V.S., Nechiporenko U.Yu. Method of electrochemical biotesting for comparative analysis of probiotic and antibiotic properties of various plant extracts. // Fine Chemical Technologies (Tonkie Khimicheskie Tekhnologii). 2020. V. 15. № 6. P. 34–43. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-6-34-43
22. Сибирцев В.С., Нечипоренко У.Ю., Кабанов В.Л., Кукин М.Ю. Методика оптико-электрохимического микробиологического тестирования в применении к сравнительному анализу свойств эфирных масел // Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 4. С. 650–659. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-650-659
23. Akter M.S., Islam R., Shoeb M., Nahar N. Determination of chloramphenicol in meat samples using liquid chromatography– tandem mass spectrometry // Food Science and Nutrition. 2021. V. 9. № 10. P. 5670–5675. https://doi.org/10.1002/fsn3.2530
24. Wu S.W., Ko J.L., Liu B.H., Yu F.Y. A sensitive two-analyte immunochromatographic strip for simultaneously detecting aflatoxin M1 and chloramphenicol in milk // Toxins. 2020. V. 12. № 10. https://doi.org/10.3390/toxins12100637
25. Zhao M., Li X., Zhang Y., Wang Y., Wang B., Zheng L. Rapid quantitative detection of chloramphenicol in milk by microfluidic immunoassay // Food Chemistry. 2021. V. 339. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127857
26. Vuran B., Ulusoy H.I., Sarp G., Yilmaz E., Morgül U., Kabir A. Determination of chloramphenicol and tetracycline residues in milk samples by means of nanofiber coated magnetic particles prior to high-performance liquid chromatographydiode array detection // Talanta. 2021. V. 230. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2021.122307
27. Курченко В.П., Симоненко Е.С., Сушинская Н.В., Халавач Т.М., Петров А.Н., Симоненко С.В. Идентификация кобыльим молоком и его смесью с коровьим молоком методом ВЭЖХ // Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51.
    № 2. С. 402–412. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-2-402-412
28. Чаплыгина О.С., Просеков А.Ю., Веснина А.Д. Методы оценки остаточного количества антибиотиков группы амфеникола в молоке и молочной продукции // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 1. С. 79–88. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-79-88
29. Anan'eva E.P., Bogdanova O.Yu., Gurina S.V., Sibirtsev V.S. Using a conductometric method in microbiological control of natural excipients // Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022. 56. № 6. P. 872–876. https://doi.org/10.1007/s11094-022-02721-z
30. Тихонова Г.А., Котов О.В., Маркин А.А. Биомаркеры как инструменты медико-биологического мониторинга и контроля // Технологии живых систем. 2023. T. 20. № 4. С. 5–18. https://doi.org/10.18127/j20700997-202304-01
31. Гончарова А.Г., Тихонова Г.А., Гончаров И.Н., Маркин А.А. Пищевая аллергия и пищевая непереносимость. Проблемы клинического контроля // Технологии живых систем. 2023. T. 20. № 4. С. 80–92. https://doi.org/10.18127/ j20700997-202304-08
32. Сибирцев В.С., Нечипоренко У.Ю., Кабанов В.Л., Кукин М.Ю., Радин М.А. Методика электрохимического микробиологического тестирования в применении к сравнительному анализу свойств различных растительных экстрактов // Журнал Сибирского Федерального Университета. Сер. Биология. 2023. Т. 16. № 1. С. 109–124. https://elibrary.ru/item.asp?id=50440390
33. Muratshin A.M., Shmakov V.S., Tyrsin Yu.A. Determination of the nature of ethanol by chromatography-mass spectrometry // Beer and Drinks. 2005. № 6. P. 40–42.
34. Milman B.L., Konopelko L.A. Modern mass spectrometry: proportions of development // Mass Spectrometry. 2006. V. 3. № 4. P. 271–276. https://elibrary.ru/item.asp?edn=hvisdh
35. Dass C. Fundamentals of contemporary mass spectrometry. John Wiley & Sons. 2007. 513 p. https://onlinelibrary.wiley.com/ doi/book/10.1002/0470118490
36. Milman B.L., Zhurkovich I.K. Mass spectrometric analysis of medical samples and aspects of clinical diagnostics // Journal of Analytical Chemistry. 2015. V. 70. № 10. P. 1179–1191. https://doi.org/10.1134/S1061934815100135
37. Kuzmin A.G., Tkachenko E.I., Oreshko L.S., Titov Yu.A., Balabanov A.S. Method of mass spectrometric express diagnostics by the composition of exhaled air // Medical Academic Journal. 2016. V. 16. № 4. P. 106–107.
38. Manoilov V.V., Kuzmin A.G., Titov Yu.A. Extraction of information attributes from the mass spectrometric signals of air // Journal of Analytical Chemistry. 2016. V. 71. № 14. P. 1301–1308. https://doi.org/10.1134/S106193 4816140094
39. Lu H., Zhang H., Chingin K., Fang X., Chen H., Xiong J. Ambient mass spectrometry for food science and industry // Trends in Analytical Chemistry. 2018. V. 107. P. 99–115. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.07.017
40. Манойлов В.В., Заруцкий И.В., Кузьмин А.Г., Титов Ю.А., Самсонова Н.С. Методы обработки и исследование возможностей классификации масс-спектров выдыхаемых газов // Научное приборостроение. 2019. Т. 29. № 1. С. 106–111. https://doi.org/10.18358/np-29-1-i106110
41. Manoilov V.V., Novikov L.V., Zarutskii I.V., Kuz’min A.G., Titov Yu.A. Methods for processing mass spectrometry signals from exhaled gases for medical diagnosis // Biomedical Engineering. 2020. V. 53. № 5. P. 355–359. https://doi.org/10.1007/s10527-020-09942-0
42. Ким Дж.О., Мьюллер Ч.У., Клекка У.Р., Олдендерфер М.С., Блэшфилд Р.К. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М.: Финансы и статистика. 1989. 215 с.