Содержание к диссертации
Введение
Глава1. Специфические проблемы России в области безопасности и подлинности напитков и методы их контроля 9
1.1 . Токсикологическая характеристика этилового спирта, алкогольных напитков и содержащихся в них примесей 11
1.2. Контроль качества безопасности и подлинности напитков 17
1.3 .Спектроскопия ЯМР 2Н в изотопном анализе органических веществ 33
Глава2. Разработка и совершенствование некоторых прямых и косвенных методов контроля токсичности и идентификации напитков 38
2.1. Определение общей суммарной токсичности примесей в АП 38
2.2. Экспресс-идентификация спирта и водок с помощью реактивных индикаторных полосок (РИЛ) 50
2.3 Выявление аутентичности напитка эталону с помощью лазерного компьютерного анализатора (ЛКА) 57
ГлаваЗ. Анализ изотопного состава как арбитражный метод идентификации и контроля безопасности алкогольной продукции 65
3.1.Интегральный анализ изотопов углерода 67
3.2. Дифференциальный изотопный анализ методами количественной спектроскопии ЯМР 71
3.3. Количественная спектроскопия ЯМР в качественном и количественном анализе АП из винограда 91
Выводы 98
Литература 99
- Токсикологическая характеристика этилового спирта, алкогольных напитков и содержащихся в них примесей
- Экспресс-идентификация спирта и водок с помощью реактивных индикаторных полосок (РИЛ)
- Дифференциальный изотопный анализ методами количественной спектроскопии ЯМР
Введение к работе
В современных экономических и политических условиях России обеспечение
безопасности и качества пищевой продукции требует немедленного
технического перевооружения и существенных изменений системы её
контроля и идентификации на всех стадиях жизненного цикла. Федеральнй
Закон «О техническом регулировании» знаменует начало разработки новых
требований к каждому виду продуктов питания, включая и напитки,
которые должны быть сформулированы в виде технических регламентов, главное требование которых - обеспечение химической и биологической безопасности в целях защиты жизни и здоровья граждан , а также предотвращение действий, вводящих в заблуждение потребителей.
Изменение экономических отношений в России отразилось на всех сторонах жизни общества. Проявилось это и на рынке напитков ( в первую очередь алкогольной продукции - АП) Изменился ассортимент и появились новые разновидности всевозможных напитков и, конечно, АП. Появилось большое число фальсификатов. Повысилась токсичность многих безалкогольных напитков и традиционных разновидностей винно-водочной продукции, что вызывает у медиков особую тревогу и побуждает разобраться в сложившейся ситуации. Установить тип этилового спирта в АП сложно, т.к. требования к гидролизному и синтетическому спиртам практически соответствуют требованиям ГОСТа на пищевой спирт. Это провоцирует производителей водок и ликёро-водочных изделий на использование непищевых спиртов. Дешёвые алкогольные напитки, изготовленные с нарушением технологии, оказывают более выраженное токсическое действие. Вторыми после водок по объёму реализации идут ликёро-водочные изделия ( ликёры, пунши, настойки, аперитивы ), которые содержат значительное количество компонентов как растительного происхождения, так и синтетические добавки, способные повышать токсический потенциал этилового спирта. Всё более стрессонаполненный образ жизни в России начала XXI века вынуждает человека «балансировать на краю собственного генотипа» и ведёт к злоупотреблениям психоактивными веществами. Прогнозы предполагают рост значимости проблемы зависимости от алкоголя и алкогольных отравлений , в том числе обусловленных их трудно контролируемой безопасностью и качеством. АП является, к сожалению, компонентом пищевого рациона большого числа взрослых, трудоспособных людей. Среди продуктов питания они не имеет аналогов по губительным социальным и медицинским последствиям при «передозировке ». Это остро ставит вопрос по обеспечению подлинности, качества и безопасности АП ( ничуть не меньшей, чем для лекарственных препаратов! ). Охрана здоровья человека и нации требуют совершенствования действующего законодательства, процедур экспертизы АП. Почти все существующие методики СаНПИНов и ГОСТов, используемые в практике контроля безопасности и подлинности напитков ( прежде всего АП ) основаны на элементном и компонентном анализе. Они не позволяют выявить в напитках присутствие ненормированных токсичных и опасных компонентов, обусловленных как использованием каких-то не сертифицированных
технологий их производства, так и явной фальсификацией. Наибольшую опасность представляют фальсификаты АП, особенно, содержащие высокую концентрацию этанола. Одним из наиболее экономически выгодных и распространённых видов фальсификации АП является использование вместо пищевого этанола (спирта) (ПЭ ) технических (гидролизного - ГЭ, и синтетического - СЭ) как для производства водок , так и для « синтеза » вин, коньяков и иной АП. В случае качественной очистки этанола совокупность методов и требований ГОСТов и СаНПИНов не позволяет отличить ПС от СС и ГС, хотя последние запрещены к использованию в пищевых и медицинских целях. Это обусловлено тем, что более 30 лет назад в Московском институте гигиены им. Ф.Ф Эрисмана проводилась сравнительная оценка токсических свойств этиловых спиртов разного происхождения. Эксперименты показали, что острая токсичность гидролизного и синтетического спиртов превышает токсичность спирта, произведённого из пищевого сырья, их хроническая токсичность существенно выше в отношении понижения условно-рефлекторной деятельности и толерантности животных к этанолу. Это послужило основанием отказа в рекомендации использовать такие спирты для производства алкогольных напитков. Установление однозначного соответствия обеспечивается расшифровкой полного качественно-количественного состава продукта, включая весь набор следовых количеств микропримесей. На современном уровне аналитической техники это возможно, но очень трудоёмко. Решение проблемы требует введения аналитических подходов разных иерархических уровней. Для идентификации напитков не обязательно расшифровывать их полный элементно-компонентный состав. Согласно ГОСТ 51293-99 задача решается, если применить какой-либо инструментальный подход, способный сформировать однозначный многомерный идентификационный образ объекта. Контроль безопасности, качества (нормативные требования) и подлинности алкогольной продукции до настоящего времени не стал достаточно организованным, технологичным процессом, гарантирующим соответствие этим показателям. Федеральный Закон " О техническом регулировании " пока только в общих чертах обозначил ситуацию.
Современный арсенал биологических и физико-химических методов и подходов по их сложностям и целям можно условно разделить на основные группы:
1) Первичные: выявление токсичности напитка, его отдельных выделенных
компонентов или суммарной токсичности примесей ( биотестирование ).
2) Экспресс-методы, доступные потребителю для качественной быстрой
разбраковки по степени несоответствия или полного соответствия эталону,
нормативу, стандарту: индикаторные трубки, полоски, реактивные бумаги.
3) Обобщённый многофакторный контроль аутентичности без идентификации
отдельных компонентов: " кибер-нос ", " кибер-язык ", спектрально-
люминесцентный анализатор (СЛАЛ), лазерный компьютерный анализатор
(ЛКА), капиллярный электрофорез, специальные хроматографические методики.
4) Нормативные: контроль качественного и количественного состава
компонентов напитков, разновидности хроматографии, хромато-масс-
спектрометрия, ИК- и УФ-спектроскопия, ЯМР высокого разрешения, атомно-
адсорбционная спектроскопия..
5) Арбитражные ( в какой-то мере " абсолютные " ): ЯМР-спектроскопия
(включая и анализ распределения изотопов ); изотопная масс-спектрометрия.
Необходим жёсткий анализ соответствия ныне действующей нормативно-правовой базы современным требованиям контроля подлинности и безопасности напитков (в общем случае всех пищевых продуктов), введение в ТР новых подходов, концепций, методов обеспечения и контроля токсикологической безопасности 1111 для жизни и здоровья граждан России. Намерение России вступить в ВТО требует обеспечить соответствие разрабатываемых ТР международным требованиям.
От острых отравлений АП в России ежегодно умирает до 50 тысяч человек. Это ставит задачу расширенного контроля ее безопасности и качества в ряд важнейших отечественных национальных проблем безопасности жизнедеятельности.
Этанол вырабатывается из пищевого или не пищевого сырья методами спиртового брожения либо гидратации этилена с последующей перегонкой и ректификацией. АП из пищевого этанола (ПЭ): этиловый питьевой спирт, спиртные напитки, вино. Применение синтетического этанола (СЭ) и гидролизного этанола (ГЭ) из непищевого сырья для их приготовления запрещает Федеральный закон от 22.11.95 № 171-ФЗ "О государственном регулировании производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спиртосодержащей продукции". Ответственность за его нарушение регламентирована Федеральным законом от 08.07.99 № 143-ФЗ. Таким образом, существуют правовые нормы регулирования производства и оборота этилового спирта, алкогольной и спирто-содержащей продукции. Эффективное их соблюдение возможно лишь при наличии методов однозначной идентификации этанола в отношении сырьевой основы (ПЭ, СЭ или ГЭ). Важность проблемы особо возросла в связи с прекращением 01.01.02 г. действия Федерального закона от 31.03.99 № 61-ФЗ "О временном запрете импорта этилового спирта", поскольку дешевый импортный СЭ высокой степени очистки, декларируемый как ПЭ, стал ещё более широко использоваться для производства фальсифицированной АП. Необходим пересмотр норм и правил контроля АП, разработка и введение в обязательные сертификационные схемы новых методик и алгоритмов идентификации сырьевой природы этанола и ненормируемых токсических примесей, характерных для новых технологий его получения.
Основной объект исследования настоящей работы - напитки, в первую очередь - алкогольная продукция , поскольку из медицинской статистики следует, что до 70 % острых и хронических отравлений, значительная доля потери трудоспособности и ранняя смертность граждан России тесно связаны с потреблением АП (рис.1).
Начиная с 1992 года и до последнего времени к числу причин, определяющих рост алкогользависимой заболеваемости и смертности в Российской Федерации, относят увеличение потребления населением суррогатов алкоголя, а также образцов незаконно произведенной и некачественной алкогольной продукции. Среди представителей медицины, в кругу экспертов, политиков, журналистов и в обществе в целом существует стойкое убеждение в
том, что одна из главных причин отравлении алкоголем, связана с употреблением низкокачественных и нелегально произведённых алкогольных напитков.
% 300
Рис.1 Изменение показателей в % к 1984г.=100% ( 38 ).
Для примера, в официальном документе «Итоги деятельности
Государственной санитарно-эпидемиологической службы Министерства здравоохранения РФ по надзору за производством, реализацией спиртов и алкогольной продукции в Российской Федерации за 2002 год» сообщается, что «...Уровень потребления алкоголя в России на душу населения в год является одним из самых высоких в мире. При этом, не менее четверти от этого объема составляет токсичный, фальсифицированный алкоголь, часто технический и не предназначенный для потребления людьми...... В качестве еще одной
иллюстрации можно привести Материалы расширенного заседания экспертов Государственной думы, Совета Федерации, Торгово-промышленной палаты РФ, Федеральных министерств и ведомств, органов власти субъектов РФ, участников алкогольного рынка на тему: «Проблемы алкогольного рынка России» от 29 октября 2002 года. На странице 7 части 2 этого документа утверждается, что «...Отравления алкоголем и смерти от случайных отравлений в подавляющем большинстве случаев являются результатом потребления алкогольных напитков, произведенных нелегально, т.е. незаконно...». Не удивительно, что в средствах массовой информации обыденными являются словосочетания «токсичный
суррогат», «токсичный фальсификат» или утверждения типа того, что все смертельные отравления алкоголем в том или ином регионе России спровоцированы употреблением некачественной водки.
%40
Россия Германия Франция Дания Бельгия
Финляндия Норвегия Шавцыя Австрия Нодерпаады
Рис. 2 Алкогольная смертность в десяти странах Европы в 1995г. (доли
алкогольной смертности в обшей с 15 лет) ( 38 ).
Квадраты — регистрируемое потребление; кружки — оценка реального
потребления; числа — ожидаемая продолжительность жизни мужчин.
Согласно результатам работы, проведенной в НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифисовского, в которой методом газовой хроматографии исследовали жидкости вызвавшие отравление, большая часть образцов этих жидкостей представляла качественные алкогольные напитки, а меньшая часть - являлась водками низкого качества (превышение требований ГОСТ по содержанию альдегидов, высших спиртов, эфирных масел, ацетона). И, наконец, незначительная часть образцов, представленных на исследование в стандартной упаковке из под вино-водочной продукции, содержала помимо этанола значительные количества метанола, ацетона, этиленгликоля, высших спиртов
или других растворителей. Иными словами большая часть отравлений была обусловлена передозировкой алкоголя (Белова М.В. и соавт., 1999).
По данным Центра лечения острых отравлений Санкт-Петербурга в 1991 году в стационары города с диагнозом отравление алкоголем и его суррогатами было госпитализировано 859 человек, в 1993 году - 2863 и в 1994 - 2040
Разработка, апробация, отбор и использование новых подходов и методик любого уровня сложности для обеспечения контроля токсикологической безопасности ( а также и подлинности! ) напитков - одна из важнейших национальных задач, прямо соответствующая трём проблемам критических технологий РФ « Безопасность и контроль качества с/х сырья и пищевых продуктов », «Производство и переработка с/х сырья », « Системы жизнеобеспечения и защиты человека ». Создание широкого спектра новых методик - от интегральных методов экологической токсикологии, основанных на биотестировании, до наиболее информативных инструментальных методов количественного химического анализа (изотопного, элементного, компонентного) для дифференциальной идентификации токсикантов - первый и наиболее сложный этап на пути её решения.
Важной областью контроля АП является контроль виноградных вин (регион производства винограда, год производства вина, выявление шаптализации, натуральности и т.д.).Для этих целей в Европе используют методику SNIF-NMR, которая требует полного извлечения этанола из вин. Из-за этого она недостаточно экспрессна и неэкономична. Можно использовать в этом случае разработанную нами методику, акцентируя внимание на содержание 2Н в вине. Хотя типичный спектр ЯМР Н вина при содержании этанола около 10% об. позволяет получить сигналы групп СНг и СНз этанола за разумное время эксперимента (около часа), их интенсивность недостаточна для точного измерения их площадей. Сигнал 2Н воды в этих спектрах имеет, как и должно быть, намного большую интенсивность, т.к. содержание воды в вине более 90% мол. Интенсивность этого сигнала можно измерять с погрешностью ~ 1% отн. за 10-20 мин.( спектрометры с частотой от 300МГц, ампулы 10 мм.).Повышенная чувствительность аппаратуры и цифровая обработка спектров позволяет проводить диагностику вина и по сигналам 2Н этанола.
Цель работы- провести критический анализ существующей практики и новых тенденций в области техники контроля напитков и их сырья, разработать новые и усовершенствовать известные методики для создания надежных комплексных схем и алгоритмов контроля их безопасности, качества, подлинности. Поставленная цель определила следующие задачи: —На основе анализа публикаций и опыта отечественных и международных организаций сформулировать с учетом специфических особенностей России наиболее актуальные проблемы в анализе напитков.
—Разработать и опробовать в лабораторных условиях новые надежные, экспрессные и экономичные подходы, методы и алгоритмы комплексного контроля безопасности, токсичности, качества и подлинности напитков.
Токсикологическая характеристика этилового спирта, алкогольных напитков и содержащихся в них примесей
Как говорилось выше, в последние несколько лет в России наблюдается значительное увеличение массового потребления спиртных напитков. Это обусловлено нарастанием социальной напряженности в обществе, ослаблением моральных и административных запретов, значительным ростом предложения разнообразных спиртных напитков. В сельской местности и малых городах по-прежнему широко распространено самогоноварение. Существенным моментом, усугубляющим алкогольную ситуацию, является и то, что на прилавках магазинов и многочисленных ларьков часто встречаются фальсифицированные спиртные напитки, имеющие этикетки водок, коньяков и вин, производимыми отечественными или зарубежными предприятиями. В средствах массовой информации нередки сообщения о случаях массового отравления такими изделиями. Имеются данные и о том, что потребление низкокачественной вино-водочной продукции провоцирует ускоренное развитие алкоголизма и алкогольной соматической патологии. Между тем, многие наркологи имеют поверхностные представления о токсических свойствах этилового спирта, алкогольных напитков и содержащихся в них примесей. Последнее послужило поводом для обобщения сведений о них, содержащихся преимущественно в отечественной литературе. Промышленные образцы этилового спирта
В России промышленно производятся три разновидности этилового спирта (ЭС): из пищевого сырья, синтетический и гидролизный. Для производства водок на ликеро-водочных заводах используют ЭС, получаемый путем ректификации спирта-сырца из пищевого сырья нескольких степеней очистки: спирт ректификованный высшей очистки, а также спирты "Экстра" и "Люкс". ЭС высшей очистки, широко применяемый и в медицинских целях, обычно вырабатывают из смеси зерна и картофеля, реже - из смеси зерна, картофеля, сахарной свеклы и мелассы (густая, вязкая жидкость, остающаяся после выделения сахара из свеклы или тростника) или только из мелассы. Для получения спиртов "Экстра" и "Люкс" используют только кондиционное зерно. Технология производства водок предусматривает следующие основные этапы: приготовление водно-спиртовой смеси; предварительная фильтрация; обработка активированным углем; окончательная фильтрация; сбор фильтрата и корректировка крепости; контрольная фильтрация водки перед розливом и розлив в бутылки. Важным моментом в производстве водок являются очистка, умягчение и "осветление" воды, а также внесение специальных добавок (4,49).
Согласно действующим ГОСТам, содержание СМ («сивушных масел») в пересчете на смесь изоамилового и изобутилового спиртов в безводном ЭС-ректификате высшей очистки "Экстра" не должно превышать 4 и 3 мг/л, в синтетическом ЭС техническом и очищенном - 1680 и 400 мг/л, в гидролизном ЭС II сорта и высшего сорта -15 и 4 мг/л, в спирте-сырце из зерна и картофеля -5000 мг/л, соответственно. Содержание СМ в ЭС высших сортов зарубежного производства колеблется в пределах 1-55 мг/л ( 14, 15, 26, 47 ). В коньяках, в отличие от водок, его содержание не нормируется и достигает значительных величин - 1500-2000 мг/л. Ром, бренди и виски содержат 1000 - 4000 мг/л СМ, содержание которых при старении этих напитков возрастает. Содержание высших спиртов в винах колеблется в пределах 250 - 650 мг/л. В образцах самогона, изъятого у населения России, а также в итальянской «Граппс» уровень высших спиртов оставлял 1500 - 7000 мг/л ( 8,13, 16, 24,25, 26, 60, 63, 64).
Острая токсичность высших спиртов, как следует из таблицы 1, в 1,5-3 раза превышает токсичность этанола. ЛД50 СМ в случае его введения в желудок крысам составляет 2,6 мл/кг, при 9,4 мл/кг для ЭС ( 13 ). В соответствии с этим высшие спирты и СМ относят к категории среднетоксичных соединений. Дозы высших спиртов, поступающие в организм человека при употреблении 400 мл наименее очищенных сортов ЭС-ректификата из пищевого сырья, синтетического, гидролизного и спирта-сырца из пищевого сырья, не превышают, соответственно, 0.00001; 0,003; 0.00003 и 0,01 их ЛД50 , условно принятой за 2500 мг/кг.
Высшие спирты вызывают опьянение, сходное с алкогольным. Они окисляются в организме при участии алкогольдегидрогеназы, микросомальной этанолокислящей системы и альдегид-дегидрогеназы до соответствующих альдегидов и кислот. Изопропиловый спирт окисляется до ацетона. Скорость окисления высших спиртов в среднем в 2-2,5 раза ниже, чем у этанола ( 16,11). Имеются указания на то, что скорость всасывания и окисления ЭС в присутствии высших спиртов замедляется ( 13, 65 ). К высшим спиртам быстро развивается непереносимость, а в отдельных случаях - гиперчувствительность и аллергия ( 62). Бытует мнение, что СМ модифицирует токсическое и наркотическое действие этанола. В эксперименте на крысах показано, что введение в состав этилового спирта СМ в количестве 1% в 1,3 раза повышает летальный эффект ЭС и вызывает более выраженные изменения внутренних органов при хронической интоксикации ( 13 ). Немногочисленные клинические наблюдения свидетельствуют о том, что алкогольная интоксикация, вызванная самогоном или другими суррогатами с высоким содержанием одноатомных алифатических спиртов, характеризуется быстрым развитием, большей продолжительностью, более глубокими нарушениями сознания, расстройствами эпилептиформного характера и тяжелым постинтоксикационным синдромом. Частое употребление таких суррогатов способствует быстрому развитию психоорганического синдрома. Формирование алкоголизма при этом не сопровождается ростом толерантности к этанолу (46, 53).
Экспресс-идентификация спирта и водок с помощью реактивных индикаторных полосок (РИЛ)
Одним из самых быстрых, экономичных и пригодных для массового контроля водных растворов, сточных вод, питьевой воды, минеральной воды, спирто-водочной продукции и так далее является метод экспресс-контроля с помощью индикаторных реактивных бумаг, полосок, трубок. Нами были проведены поисковые работы по определению принципов и подходов контроля спиртов и водно-спиртовых растворов. При дальнейшем развитии очень перспективными, по-видимому, являются индикаторные бумаги на основе азоиндолиновых и многокомпонентных композиций на основе флюоресцентных красителей и неорганических люминофоров.
На основе фильтровальной бумаги и 4-х красителей: красный -псевдогиперицин; зелёный - бриллиантовая зелень; синий - автоцианидин; чёрный (фиолетовый) - штемпельная краска ТУ- 6-00-06916705-19-94, нами разработаны и испытаны индикаторные полоски ( ИП ). Они предназначены для диагностики качества или вида спиртов, спиртовых и спирто-водных растворов. ИП могут применяться для качественного экспресс-контроля спиртовых композиций и представляют собой специально обработанные бумажные полоски с нанесёнными на них активными цветными рисками или метками, которые наносятся в определённой последовательности с методическими заданными расстояниями между ними.
Созданные РИП специально обработанные бумажные полоски с нанесёнными в определённой последовательности активными цветными индикаторными рисками ( ЦИР ). Отогнутая под определённым углом часть полоски без цветных рисок опускается в испытуемый раствор, а затем после "подсушивания " рисунок на РИЛ сравнивается с рисунком от эталонных образцов. Примеры экспресс-контроля даны на.рис5:
Чистый метиловый спирт. Красная и зелёная ЦИР почти не размыты; между реперной полосой и чёрной ЦИР слабый цветной фон; чёрная ЦИР полностью размыта; цветовая дорожка после чёрной ЦИР однородно плотно закрашена, тёмная «голова» слабо выражена; спереди розово-коричневая бахрома.
Чистый этиловый спирт (96%-92% ). Красная риска смыта почти полностью, зелёная слегка обесцвечена, поле цветовой дорожки между реперной полосой и чёрной риской практически неокрашенное;чёрная риска смыта ( «30-40 %), но чётко идентифицируется; цветовая дорожка после чёрной ЦИР равномерно окрашена в тёмный цвет; в "голове" цветной дорожки алая "бахрома".
Водка с повышенным содержанием сивушных масел. Красная ЦИР частично смыта, зелёная практически не размыта, чёрная почти полностью размыта; тёмная "голова" чётко выражена;после красной ЦИР цветовая дорожка до тёмной "головы" однородно закрашена в розовый цвет.
Качественная водка (40 ). Красная и зелёная риски практически не затронуты; цветовая дорожка между реперной полосой и чёрной риской практически чистая с еле заметным фоном, чёрная риска смыта почти полностью на расстояние 15-25 мм (в зависимости от внешних условий ) ;закрас цветовой дорожки после ЦИР однородный, тёмный, с чёткой чёрной "головой" и оранжевой "бахромой" спереди.
Время индикации при комнатной температуре 10 мин., при пониженной (5-15) С - 20мин. Оценку содержания этанола в водном растворе (N) можно проводить по формуле: , где:а- длина цветовой дорожки от чёрной а ЦИР в дистиллированной воде, С - длина цветовой дорожки от чёрной ЦИР в спирто-водном растворе. Разбраковка этанола и метанола, их растворов в воде (30% об. и более) практически однозначна. Проведено изучение возможности применения созданных РИЛ для других напитков. Установлено, что в стандартных условиях вероятность правильной диагностики идентичности образцов в случае АП, # минеральной и питьевой воды не ниже 85%. Для вин и соков методика не испытывалась, т.к. последние чаще всего окрашены.
Дифференциальный изотопный анализ методами количественной спектроскопии ЯМР
Метод ядерного магнитного резонанса ( ЯМР ) позволяет измерять интенсивности сигналов избирательного поглощения энергии электромагнитного поля любыми ядрами, спин которых не равен нулю. Для регистрации количественных спектров ЯМР с высокой точностью вещество не нужно как-то модифицировать. Этанол и его водные растворы вообще не требуют никакой пробоподготовки. Недостаток метода ЯМР - его не очень высокая чувствительность, что создаёт принципиальные трудности количественного анализа изотопного распределения ядер с очень низким содержанием Это требует точности измерения интенсивностей отдельных сигналов в спектрах ЯМР 13С 0,5 % и выше и стало возможным на рутинной аппаратуре лишь в последние несколько лет. Как сказано выше в начале 80-х годов профессор Мартен (Нант, Франция ) создал и впоследствии внедрил в практику анализа аутентичности, то есть подлинности напитков ( вин, соков и этанола, получаемого из них ) метод измерения селективного распределения дейтерия в различных положениях молекул с помощью ядерного магнитного резонанса, названный им SNIF-NMR.3TOT метод нашёл широкое применение для решений многообразных прикладных задач диагностики ( или идентификации, контроля, выявления ) технологической, ботанической и географической природы веществ, композиций, кулажей. На базе метода SNIF-NMR нами была создана и опробована практически приемлемая для реального контроля методика для выявления природы этанола в крепких алкогольных напитках и спиртовых кулажах (смесях, композициях).
Можно утверждать, по-видимому, что единственный известный дифференциальный количественный метод прямой идентификации этанола-спектроскопия ЯМР высокого разрешения на ядрах 2Н и 13С. Метод ЯМР 2Н позволяет точно измерять отношения 2H/ H в группах СНз, СНг и ОН этанола.
Идентификация сырьевой природы этанола методом спектроскопииЯМР 2Н
Методы идентификации сырьевой природы этанола должны обеспечить однозначный ответ на главный вопрос: использовался ли при производстве АП и препаратов медицинского назначения какой-то иной вид сырья, кроме пищевого. К пищевому относятся многие виды растительного сырья (сахарная свекла, рожь, ячмень, пшеница, рис, картофель, кукуруза, фрукты, сахарный тростник, ряд иных растений), мед, молочная сыворотка. Не пищевой этанол получают путём органического синтеза из продуктов пиролиза газа (этана, пропан-бутана), нефтяных фракций (бензинов, газойлей), путем гидролиза целлюлозы древесины, стеблей некоторых растений.
Факт производства этанола из пищевого сырья устанавливают, используя методы компонентного, элементного и изотопного анализа. Первые два — методы косвенной идентификации, т.к. они характеризуют не сам этиловый спирт, а сопутствующие специфические для технологического процесса примеси. Изотопный анализ — методы измерения соотношения изотопических форм молекул самого этанола, зависящего от сырья и, в меньшей мере, от технологии производства. Проблемы и методы идентификации АП в России обобщены в сборнике обзорных и экспериментальных статей, в частности, излагающих сущность и возможности изотопных методов [1].
Методы косвенной идентификации этанола в России ограничиваются хроматографией, которая наряду с традиционным химическим анализом используется для определения содержания токсичных микропримесей в водке и спирте этиловом (ГОСТ Р 30536-97 и ГОСТ Р 51698-2000). Есть мнение, что состав примесных компонентов в этиловом спирте, определяемый этим методом «характеризует технологию его производства на всех стадиях, идентифицирует природу происхождения спирта» [2]. Главным критерием при этом служит соотношение примесей метилового и изопропилового спиртов. Для выявления сырьевой природы АП и её завода-производителя предлагается использовать совокупность методов ионной и газовой хроматографии [3]. Еще более перспективна хромато-масс-спектрометрия, превосходящая хроматографию по чувствительности и селективности. При исследовании этим методом ряда ПЭ и СЭ, идентифицировано более 250 примесных органических компонентов, типичных для этанолов различного генезиса при чувствительности определения порядка мкг/дм3 [4]. Метод предложен как арбитражный для установления сырья этанола независимо от способов его очистки. Обсуждая общие проблемы идентификации этанолов, авторы вышеупомянутых работ приходят к взвешенному заключению, что однозначность её результатов может быть достигнута только применением совокупности методов компонентного, элементного и изотопного анализа [5-8]. Поэтому вызывает недоумение факт принятия ГОСТ Р 51786 — 2001 «Водка и спирт этиловый из пищевого сырья. Газохроматографический метод определения подлинности», предусматривающий введение «доступного в производственных условиях газохроматографического метода определения подлинности водок и спирта этилового из пищевого сырья по содержанию токсичных микропримесей" [9]. При общем мнении специалистов, что затруднительно одной хроматографией надёжно различать ПЭ и СЭ, особенно при их совместном присутствии, ГОСТ Р официально закрепляет применение такого подхода. Возникает больше вопросов, чем ответов. Использованный в названии ГОСТ Р термин «подлинность» не определён: к сырьевой природе этанола, заводу-изготовителю или к технологии в целом он имеет отношение? Термин даже не введён в тезаурус Госстандарта России, есть лишь не выполненное его поручение до конца 2002 года «провести анализ терминов, определяющих соответствие продукции происхождению (подлинность), действующих в России и за рубежом». Хотя проблема подлинности пищи в России обсуждалась достаточно критично [10], этот термин используется слишком неоднозначно (см. например [7,8]). Второй вопрос: куда этот ГОСТ Р будет относить биотехнологические ГЭ, являющиеся техническими, т.к. предложенные в нем критерии не являются результатом анализа представительных серий ПЭ, СЭ и ГЭ. Неясно, как характеризовать сырьевую природу смесей, т.е. какая добавка (%) минорного компонента нарушает «подлинность» основного? Признавая информативность, чувствительность методов компонентного анализа и их относительную доступность (комплект приборов газовой и ионной хроматографии с хромато-масс-спектрометрическим детектором, банком данных, устройствами автоматизации экспериментов и обработки результатов стоит от 2 млн. рублей), нельзя не признать, что их результаты будут ошибочны при анализе, например, хорошо очищенного СЭ с добавкой 1% спирта-сырца ПЭ, несущего «образ» примесных компонентов. Кстати, фальсификацию ПЭ ныне наиболее удобно вести под контролем хроматографа и упомянутого ГОСТ Р в качестве руководства.
Поскольку методы косвенной идентификации не способны установить сырьевую природу этанола, а тем более — соотношение ПЭ и СЭ в их смеси, по-видимому, разработка новых ГОСТ Р только с регламентированием компонентного состава — тупиковый путь. Увеличение списка нормируемых компонентов усложняет работу эксперта-аналитика, увеличивает стоимость и продолжительность анализа, вероятность ошибочного заключения. Нужны комплексные схемы на основе сочетания методов изотопного, элементного и компонентного анализа, биотестирования, измерения профилей некоторых физических характеристик (оптических, диэлектрических, реологических). Главные критерии создания новых алгоритмов анализа: экономичность и простота реализации серийных анализов, высокая надёжность и экспрессность арбитражных.
Методы прямой идентификации этанола базируются на количественном измерении различного для альтернативного сырья вхождения в его молекулы основных ( Н, Си О) и минорных ( Н, С, С, О, О) изотопов водорода, углерода и кислорода, причины вариаций которого известны из геохимии и биохимии. Эти методы делятся на интегральные и дифференциальные, в зависимости от того, измеряется суммарное содержание изотопа в анализируемом образце или его распределение в различных положениях молекул. Как сказано выше, наиболее чувствительный и точный интегральный метод — масс-спектро-метрия изотопных отношений Н/ Н, С/ С и О/ О, применение которой для выявления сырьевой основы этанола известно [1,11,12]. Известен метод прямой идентификации этанола по интегральному вхождению в него изотопов углерода 13С и кислорода 180 — масс-спектро-метрия высокого разрешения, использующая для оценки вхождения в этанол изотопомеров 11 13С12С1Н6 О и 12С2 Нб180 точное измерение интенсивностей сигналов их молекулярных ионов с различными массами (46,042; 47,045 и 48,046, соответственно). Для грубых оценок применима ИК-спектроскопия в газовой фазе с измерением интенсивностей колебаний связей 2Н-12С.
Единственный известный дифференциальный количественный метод прямой идентификации этанола — спектроскопия ЯМР высокого разрешения на ядрах 2Н и 13С. Метод ЯМР 2Н позволяет точно измерять отношения 2Н/1Н в группах СНз, СН2 и ОН этанола [1,11]. Поскольку отношение 2H/JH группы ОН в АП характеризует этанол и воду, его измерение не имеет, как правило, принципиальной ценности. Спектры ЯМР 13С различных по сырьевой природе этанолов дают разные значения содержания этого изотопа в группах СНз и СН2 [13,14].
