Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 20
1.1. Пищевые красители и их использование в современной пищевой технологии 20
1.2. Синтетические пищевые красители (СПК) 23
1.3. Натуральные пищевые красители (НИК) 29
1.4. Минеральные красители 41
1.5. Нормирование показателей качества и безопасности пищевых добавок -красителей 42
1.6. Методы исследования качества пищевых красителей 45
1.6.1. Идентификация красителей методом ТСХ 45
1.6.2. Определение содержания основного вещества в синтетических пищевых красителях 1.6.2.1. Метод УФ-видимой-спектроскопии 48
1.6.2.2. Определение синтетических пищевых красителей методом ион-парной ВЭЖХ 50
1.7. Нормирование содержания пищевых красителей в пищевых продуктах.52
1.8. Контроль содержания пищевых красителей в пищевых продуктах 59
1.9. Фальсификация пищевых продуктов за счет использования пищевых и непищевых пигментов 70
1.10. Источники поступления пищевых красителей в пищевые продукты 72
1.11. Оценка фактического среднесуточного потребления пищевых красителей 76
1.12. Выводы к Главе 1 79
Глава 2. Материалы и методы исследования 81
2.1. Обоснование выбора объектов исследования 82
2.2. Материалы, использованные в работе 86
2.3. Методы, использованные в работе 90
2.4. Оценка частоты использования пищевых добавок-красителей 92
Глава 3. Система гигиенических нормативов по использованию пищевых красителей в производстве пищевых продуктов на территории России 97
3.1. Принципы гигиенического нормирования пищевых добавок-красителей в производстве пищевых продуктов 97
3.2. Пищевые красители, разрешенные для использования в пищевой промышленности на территории России 99
3.3. Нормативы использования пищевых красителей при производстве пищевых продуктов 105
3.4. Пищевые красители, разрешенные для розничной продажи 117
3.5. Выводы к Главе 3 117
Глава 4. Оценка рисков превышения максимально допустимых уровней поступления пищевых красителей с рационом, а также рисков поступления непищевых красителей 120
4.1. Оценка распространенности и уровней содержания красителей в пищевой продукции 120
4.2. Анализ эффективности установленных гигиенических нормативов по применению пищевых красителей. Отбор актуальных видов пищевой продукции для целей гигиенического мониторинга за использованием пищевых красителей 141
4.3. Выводы к Главе 4 152
Глава 5. Методы, разработанные для реализации целей исследования 156
5.1. Оптимизация условий экстракции синтетических пищевых красителей из матрикса пищевых продуктов 156
5.1.1. Изучение влияния состава экстрагента и рН среды на степень экстракции синтетических пищевых красителей из матрикса пищевых продуктов 156
5.1.2. Отработка условий извлечения пищевых красителей из матрикса колбасных изделий 160
5.1.3. Модификация метода экстракции красителей из матрикса жевательной резинки 163
5.1.4. Изучение возможностей использования кислотного и ферментативного гидролиза матрикса при экстракции красителей 164
5.1.5. Оптимизация метода определения полиеновых красителей в матриксе пищевого продукта 167
5.1.6. Оптимизация условий экстракции антоциановых красителей из матрикса пищевых продуктов 168
5.2. Методы определения содержания синтетических пищевых красителей в пищевой продукции 175
5.2.1. Определение качественного состава синтетических пищевых красителей в пищевой продукции методом ТСХ 176
5.2.2. Изучение требований к чистоте подготовленного образца для проведения анализа методом ТСХ 178
5.2.3. Очистка пробы и выделение синтетических пищевых красителей методом колоночной хроматографии 179
5.2.4. Обработка образца пищевого продукта и получение пробы для проведения количественного определения содержания синтетических пищевых красителей 181
5.2.5. Количественное определение пищевых красителей методом УФ-видимой-спектрофотометрии 186
5.2.6. Метод определения синтетических пищевых красителей в пищевой продукции методом ВЭЖХ 189
5.3. Методы определения натуральных пищевых красителей в пищевой продукции 199
5.3.1. Метод определения содержания хлорофиллов и полиеновых пигментов в пищевой продукции 199
5.3.2. Метод определения суммы ксантофиллов 200
5.3.3. Определение соотношения индивидуальных ксантофиллов методом ВЭЖХ 203
5.3.4 Метод определения антоцианов в пищевых продуктах 204
5.3.4.1. Определение суммарного содержания антоцианов 205
5.4. Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии для совместного определения натуральных и синтетических пищевых красителей 209
5.4.1. Метрологические и хроматографические характеристики методики одновременного определения синтетических и натуральных красителей методом ВЭЖХ 214
5.5. Метод определения непищевых красителей в пищевых продуктах 216
5.5.1. Оптимизация методологии количественного определения содержания непищевых красителей (Суданы I — IV и Para Red) в пищевых продуктах с различными матриксами 226
5.6. Выводы к Главе 5 238
Глава 6. Изучение влияния свойств крахмалов, входящих в состав пищевых продуктов, на количественное определение натуральных пигментов (красителей) 245
6.1. Изучение сорбционных свойств крахмалов в зависимости от содержания резистентной фракции 246
6.2. Изучение связывания крахмалами рибофлавина 250
6.3. Изучение связывания крахмалами антоцианов 251
6.4. Выводы к Главе 6 253
Глава 7. Результаты исследований содержания пищевых и непищевых красителей в пищевой продукции 255
7.1. Результаты исследования пищевой продукции и продовольственного сырья на содержание пищевых красителей 255
7.2. Изучение частоты и уровней содержания непищевых красителей в пищевых продуктах 263
7.3. Выводы к Главе 7 265
Глава 8. Требования к системе гигиенического контроля за использованием пищевых добавок - красителей 268
8.1.Алгоритм проведения гигиенической оценки пищевых добавок красителей 273
8.2. Общие требования при принятии решения о соответствии /несоответствии продукции установленным гигиеническим нормативам 275
8.2.1. Общие требования по проведению гигиенической оценки пищевых добавок в виде монокомпонентных продуктов 277
8.2.2. Алгоритм проведению гигиенической оценки комплексных пищевых добавок и ароматизаторов 278
8.3.Рекомендуемый алгоритм и выбор объектов исследования при анализе пищевых продуктов на содержание красителей 282
8.4. Выводы к Главе 8 283
Глава 9. Заключение 286
Выводы 293
Список литературы 297
- Натуральные пищевые красители (НИК)
- Нормативы использования пищевых красителей при производстве пищевых продуктов
- Оптимизация методологии количественного определения содержания непищевых красителей (Суданы I — IV и Para Red) в пищевых продуктах с различными матриксами
- Алгоритм проведению гигиенической оценки комплексных пищевых добавок и ароматизаторов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие технологий производства пищевых продуктов неразрывно связано с все более широким применением пищевых добавок, придающих пищевым продуктам заданные потребительские свойства, органолептические качества, улучшающие технологичность производственных процессов [Сарафанова Л.А., 2003]. Одним из семейств пищевых добавок, прямо влияющим на такой органолептический показатель пищевой продукции как цвет, является семейство пищевых красителей.
Пищевые красители, также как и все пищевые добавки, могут быть допущены к использованию в производстве пищевой продукции после прохождения ими системы оценки их безопасности по критериям оценки, изложенным в нормативных документах FAO/WHO [JECFA, 2010]. Если для контаминантов пищевых продуктов в России существует система нормирования, и что немаловажно – система аналитических методов определения различных контаминантов, то для пищевых добавок гигиенические нормативы применения отсутствуют. Существовавший список пищевых добавок, разрешенных для применения в пищевой промышленности России, включал в себя 31 наименование красителей (с учетом источников и способов получения – 54 вида), но не конкретизировал области и дозы внесения их в различные виды пищевых добавок [СанПиН 2.3.2.1078-01].
В то же время, в ряде стран мира были установлены гигиенические нормативы по применению пищевых добавок, и в частности, красителей [ЕС (94/36/EC), 1994, FDA, 1999]. Для гармонизации и унификации требований к пищевым продуктам, присутствующим на продовольственном рынке России (внутреннего производства и импортируемых), требовалась разработка гигиенических нормативов по использованию пищевых добавок. Постоянные изменения нормирования применения пищевых красителей на уровне FAO/WHO показали необходимость регулярной актуализации этих гигиенических нормативов. Кроме того, ряд натуральных пищевых красителей являются биологически активными веществами, что делает необходимым учитывать их вклад в обеспеченность населения России микронутриентами [Тутельян В.А., Спиричев В.Б., 2002].
Как в России, так и за рубежом система нормирования использования пищевых добавок – красителей не была подкреплена методами контроля, позволяющими исследовать уровни добавления красителей в пищевые продукты, предназначенные для потребления населением [Скурихин И.М., Тутельян В.А., 1998]. Если методы контроля качества и безопасности пищевых добавок – красителей (в чистом виде), принятые в России, стандартизованы на международном уровне [JECFA, 2010], то методы контроля пищевых красителей в конечной продукции, принятые в мире, обычно включают в себя только исследование напитков и сахаристых кондитерских изделий [FSA (GB), AOAC, 2002]. Наличие аналитических методов контроля необходимо не только для подтверждения качества и безопасности пищевых продуктов, собственно пищевых добавок – красителей, но и для идентификации составов продуктов с целью выявления возможных фальсификаций [Эллер, 2002, Penman K.G., 2006].
Для решения задачи контроля за использованием пищевых красителей методические подходы могут быть дифференцированы в зависимости от класса определяемых веществ – натуральные или синтетические пищевые красители. Официальные методы исследований содержания пищевых красителей даже в приведенном выше узком ассортименте пищевых продуктов не включали в себя методы определения натуральных пищевых красителей. По результатам анализа существующей ситуации с нормированием использования пищевых красителей в производстве пищевых продуктов, практически нереализованной является задача разработки методов контроля содержания пищевых красителей в сложных органических матриксах пищевых продуктов, которыми являются продукты мясопереработки, продукты экструзионных технологий. Отсутствие этих методов затрудняет реализацию надзора за использованием этого класса пищевых добавок в полном объеме потребляемых пищевых продуктов. Поэтому основной проблемой является разработка количественных методов извлечения пищевых красителей с матрикса указанных выше видов продуктов.
Вторая проблема в системе контроля за использованием пищевых красителей состоит в оптимизации проводимых работ в рамках Государственной регистрации отдельных видов пищевых продуктов и текущего надзора. Поэтому необходимо решение задачи оптимизации проводимых исследований – как по наименованию наиболее актуальных пищевых и непищевых красителей, так и по объекту исследования – видам пищевых продуктов.
Наличие вероятности фальсификации пищевых продуктов путем использования непищевых веществ, в частности - красителей [Commission Decision 2003/460/EC, Commission Decision 2004/92/EC], также потребовало внедрения в аналитическую практику методов их выявления и идентификации.
Исходя из вышеизложенного, цель работы заключалась в научном обосновании и разработке системы гигиенического контроля за использованием пищевых добавок – красителей, включающей в себя: гигиенические нормативы использования пищевых красителей в пищевых продуктах; аналитические методы контроля их содержания в пищевых продуктах; алгоритмы проведения контроля за их использованием в производстве пищевых продуктов.
Задачи исследования:
-
Научно обосновать гигиенические нормативы использования пищевых красителей в производстве различных видов пищевых продуктов, и на основании анализа суммарной нагрузки красителями оценить эффективность системы гигиенических нормативов, обосновать перечень наиболее актуальных видов пищевой продукции и красителей для целей проведения гигиенического контроля.
-
Разработать методы определения пищевых красителей в различных видах пищевых продуктов, а также методы выявления и идентификации непищевых красителей.
-
Провести расширенные исследования различных видов пищевых продуктов для определения содержания в них разрешенных и запрещенных пищевых добавок – красителей, а также непищевых красителей.
-
Разработать систему гигиенического контроля за применением красителей в пищевых продуктах, в том числе пищевых ингредиентах.
Научная новизна.
Впервые в Российской Федерации разработаны система гигиенических нормативов использования пищевых красителей в производстве пищевых продуктов и система гигиенического контроля за использованием пищевых красителей в пищевых продуктах, предназначенных для реализации населению.
Разработан методический подход к оценке частоты использования красителей в пищевых продуктах и определению групп пищевых продуктов и видов пищевых красителей, актуальных для проведения контроля использования пищевых и непищевых красителей. Проведенный впервые в Российской Федерации систематический и детальный анализ фактического поступления и частоты использования пищевых красителей при производстве пищевых продуктов и продовольственного сырья позволил дать гигиеническую оценку частоты использования отдельных видов пищевых красителей и источников их поступления в пищевые продукты, оценку уровней поступления пищевых красителей с различными видами пищевой продукции и установить риски возможных превышений их допустимых суточных доз.
Реализованный подход к оценке безопасности использования пищевых добавок-красителей может быть применен при проведении гигиенической оценки нормативов применения других классов пищевых добавок (консерванты, антиокислители и др.).
Для целей контроля гигиенических нормативов разработаны методы анализа пищевых и непищевых красителей в пищевых продуктах, позволяющие проводить контроль их использования в различных видах пищевых продуктов и продовольственного сырья. Методы включают в себя доступные и вместе с тем чувствительные и достоверные, применяемые в рутинном анализе методологические принципы определения – тонкослойная хроматография, спектрофотометрия, рН-дифференциальная спектрофотометрия, а также более информативные методы – высокоэффективная жидкостная хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография в сочетании с масс-детектированием, необходимые для проведения арбитражных анализов.
При разработке методов исследований впервые решена проблема выделения пищевых красителей из сложных матриксов пищевых продуктов. Способы выделения красителей дифференцированы как по типам матриксов, так и по химическим свойствам красителей.
Показано, что поступление с рационом питания ряда натуральных пищевых красителей, обладающих биологической активностью, может вносить существенный вклад в обеспеченность населения витаминами, провитаминами и флавоноидами в пределах физиологических потребностей. В результате оптимизации методов выделения пищевых красителей с матрикса пищевых продуктов с высоким содержанием углеводов впервые показано наличие необратимой сорбции пищевых красителей – витаминов и минорных биологически активных веществ на резистентной части полисахаридов, что может оказывать влияние как на количественную оценку их применения, так и на биологическую доступность при потреблении. Полученные данные о сорбционных свойствах резистентных полисахаридов, о возможном их присутствии в пищевых продуктах, добавленных в виде красителей, должны быть использоваться при разработке принципов обогащения пищевых продуктов и оценке обеспеченности населения биологически активными веществами.
Впервые разработаны алгоритмы проведения контроля пищевых добавок-красителей как для сырьевых ингредиентов, так пищевых продуктов, предназначенных для реализации населению, являющиеся элементами системы управления рисками и обеспечивающие соблюдение требований безопасности использования красителей.
Положения диссертации, выносимые на защиту.
1. Система гигиенических нормативов применения пищевых добавок – красителей обеспечивающая безопасные уровни их поступления с рационом в рамках существующих научных знаний.
2. Методы определения содержания пищевых красителей в различных видах продовольственного сырья и пищевых продуктов, а также методы выявления и идентификации непищевых красителей, повышающие эффективность санитарно-эпидемиологического контроля за безопасностью использования пищевых добавок.
3. Рейтинги пищевой продукции и видов красителей, подлежащих первоочередному контролю при проведении санитарно-гигиенического надзора за использованием красителей, включая возможность их использования для целей фальсификации пищевой продукции.
4. Система гигиенического контроля за использованием красителей в производстве пищевой продукции, включающая в себя методы анализа, идентификации и управления рисками, дифференцированные в зависимости от элементов и объектов контроля.
Практическая значимость.
В результате проведенных аналитических и экспериментальных исследований:
введена в практику надзорных органов РФ система гигиенического нормирования применения пищевых добавок, включающая в себя: нормативы применения пищевых добавок – красителей в пищевом производстве (98 гигиенических нормативов), которыми установлены максимально допустимые уровни использования пищевых красителей для различных видов пищевой продукции, ограничения по сферам их применения и видам пищевой продукции (включая перечни пищевых продуктов, в которых использование красителей запрещено);
разработаны и внедрены в аналитическую практику 14 метрологически аттестованных методик определения пищевых добавок–красителей и непищевых красителей 15 химических классов в различных видах пищевой продукции и продовольственном сырье;
разработан порядок выявления фальсификаций соковой и молочной продукции, включающий в себя и показатели, связанные с использованием красителей;
предложены алгоритмы проведения контроля показателей безопасности и качества, индивидуальных пищевых красителей, комплексных пищевых добавок и пищевых продуктов, в состав которых входят пищевые красители.
Реализована в практике система гигиенического контроля применения пищевых добавок-красителей, опирающаяся на официальные методы анализа, используемые для исследований показателей качества и безопасности пищевых добавок, официальные нормативы по областям применения пищевых красителей и нормативы по их количественному содержанию в различных видах продукции.
Показано, что при существующих расхождениях в гигиенических нормативах по регламентации применения пищевых красителей в различных странах существует риск поступления на продовольственный рынок России неразрешенных в РФ красителей.
Результаты работы внедрены в практику в 11 нормативных и методических документах:
1. СанПиН 2.3.2.1293-03 «Гигиенические требования по применению пищевых добавок». – М.: Минздрав России, 2003 г. – 416 с.
2. СанПиН 2.3.2. 2364-08 «Дополнения и изменения № 1 к СанПиН 2.3.2.1293-03 Гигиенические требования по применению пищевых добавок». - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2008. - 43 с.
3. ГОСТ Р 52470-2006 «Продукты пищевые. Методы идентификации и определения массовой доли синтетических красителей в алкогольной продукции» (с Изм. 1). – М.: Издательство стандартов ФА ростехрегулирования, 2006 год. – 26 с.
4. ОСТ 10-239-02 «Алкогольные напитки. Методы идентификации и определения содержания синтетических красителей». – М.: Минсельхоз России, 2002. – 25 стр.
5. Р 4.1.1672-03 «Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище». - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2003. – 239 с.
6. МУК 4.1.2483-09 «Определение непищевых красителей Судан I, Судан II, Судан III, Судан IV и Para Red в пищевых продуктах и биологически активных добавках к пище». - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. - 9 с.
7. МУ 4.1./4.2.2484-09 «Методические указания по оценке подлинности и выявлению фальсификации молочной продукции». - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 26 с.
8. МУ 4.1./4.2. 2486 -09 «Методические указания по идентификации, в том числе в целях выявления фальсификации, соковой продукции из фруктов и овощей». - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 16 с.
9. МУ 1.2.2520-09 «Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности наноматериалов». - М.: Федеральный Центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. - 43 с.
10. МУ 1.2. 2635-10. «Медико-биологическая оценка безопасности наноматериалов». – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2010. – 123 с.
11. МР 2.3.1.2432 -08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации». – Минздравсоцразвития РФ. – 2009.- 41 с.
Апробация работы. Диссертационная работа апробирована на межлабораторной научной конференции НИИ питания РАМН 30 апреля 2010 г. Материалы исследований доложены и обсуждены на 5 международных научных форумах, 6 всероссийских конгрессах, симпозиумах, пленумах и научно-практических конференциях и семинарах, в частности: Международном научно-практическом семинаре «Качество и безопасность продуктов питания» (2004, Москва), Х Международном форуме «Пищевые ингредиенты ХХI века» (2009 г., Москва), XI и XII Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (2009, 2010, Москва).
Публикация результатов исследований. По теме диссертации опубликовано 51 печатная научная и научно-практическая работа, в том числе 13 работ в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 326 страницах, состоит из введения, обзора литературы, 6 глав собственных исследований, выводов. Список литературы включает 261 источников, в том числе 185 иностранных авторов. Диссертация содержит 57 таблиц, 4 схемы, иллюстрирована 33 рисунками.
Натуральные пищевые красители (НИК)
НІЖ- подгруппа пищевых добавок - красителей, полученных из при-; родных- источников по технологиям, не предполагающим изменение химической структуры окрашенного соединения. Кроме этого, к группе НПК относятся красители, полученные путем органического или микробиологического синтеза, но имеющие; полный структурный аналог в природе (к таким НИК, например, может относиться Р - каротин, полученный не только из природных источников, но и синтезированный химическим путем, а также полученный путем ферментации). Структурные формулы отдельных представителей класса натуральных пищевых красителей приведены на рис. 1.2.
Антоцианы Е162- антоциановые пигменты Рис. 1.2. Структурные формулы отдельных представителей класса натуральных пищевых красителей.
К натуральным пищевым красителям фактически относится и целый ряд пищевых ингредиентов, обладающих красящими свойствами и широко используемых при производстве пищевых продуктов — экстрактов специй, пряностей, трав и др.
С юридической точки зрения подобные ингредиенты не могут быть названы пищевыми добавками - натуральными красителями. Однако, исходя из тех целей, которые преследуются при их использовании и количеств, в которых они добавляются в пищевые продукты, их применение в пищевых технологиях аналогично НІЖ. НІЖ являются представителями нескольких химических классов. Все они представлены в природе в качестве натуральных пигментов.
Технологической особенностью, выгодно отличающей НИК от СПК, является присутствие среди них жирорастворимых веществ. Это делает их незаменимыми при окрашивании продуктов-с преобладающим содержанием жировой фазы [Куликов Ю.И., Дадян Н.К., 2008].
По различным причинам спрос на натуральные красители значительно вырос в последнее время, что связано с ужесточением требований к качеству и безопасности пищевых продуктов, с одной стороны, и к совершенствованию методов экстракции и очистки натуральных пигментов, с другой стороны. Часто натуральные пищевые красители находят применение в качестве сырья для производства биологически активных добавок к пище [Рамазанова Л.А., 2005; Kalkan Yildirim Н., 2006; Hussein G., et al., 2006], например, лютег ин и хлорофиллы в зелени, антоцианы (присутствующие в большинстве-красных плодов) [Bridle P., Timberlake С. F. , 1997; Konczak L, Zhang W., 2004], бетанин из красной свёклы-[Lee J.H., et al., 2009].
В частности, лютеин и зеаксантин, которые являются пищевыми добавками, в то же время оказывают положительное влияние при профилактике возрастной катаракты, они рассматриваются как антиокислители, средства-, борьбы с дегенерацией желтого пятна [Островский. М.А., 2002; Саксонова Е.О. , 2005]. Среди всех каротиноидов-только лютеин и зеаксантин обладают способностью проникать в.ткани глаза и эффективно защищать наши глаза. Такая защита необходима для обеспечения дневного зрения, а тем более зре-H Vв условиях слишком яркой-или опасной по спектральному составу световой среды.
Многие виды натуральных пигментов не растворимы в воде, что затрудняет их использование в. производстве пищевых продуктов [Фищенко Е.С. и др., 2005]. В случае необходимости получения их водных растворов прибегают к помощи подходящих разрешенных к использованию в пищевой промышленности эмульгаторов или получают порошки красителей путем распылительной сушки. Подобный способ подготовки натуральных пигментов дает возможность равномернее распределить пищевой краситель в массе пищевого продукта с преимущественной водной фазой [Харламова О.А., Кафка Б.В., 1979, Рыжова Н.В. 2006]. Натуральные красители имеют и иной недостаток, который отсутствует в синтетических красителях - трудность использования, связанная с возможностью образования соединений с пищевым продуктом и между собою, низкой стойкостью окрашивания. Это влечет изменение оттенка цвета или полное его исчезновение (Таблица 1.З.).
Поскольку натуральные пигменты дороги и порой недостаточно технологичны в применении, наиболее широкое применение получило их использование в пищевой промышленности в виде смесей с эмульгаторами, стабилизаторами, антиокислителями (в принятой в РФ терминологии - комплексных пищевых добавок). Это позволяет использовать их в различных видах продуктов и стабилизировать их цветовые характеристики в процессе производства и хранения.
Натуральные пищевые красители, используемые в производстве продуктов питания, должны удовлетворять ряду требований, включающих в себя как показатели безопасности, так и показатели качества [Specifications, 2006], в частности:
содержание основного красящего вещества (пигмента);
содержание токсичных элементов;
санитарно-микробиологические показатели (для ряда красителей);
способ и состав экстрагента, использованного для извлечения пигмента из растительного или.иного сырья;
содержание остаточных количеств экстрагента;
специфические характеристики (цветность, содержание сухих веществ и др.).
Первоначально, с открытием синтетических красителей, спрос на натуральные красители уменьшился, поскольку натуральные экстракты имеют недостаток плотности оттенка; часто натуральные красители имеют и недостаток термостабильности и светостойкости.
По различным причинам, в- последнее время наблюдается повышение спроса на натуральные красители, что связано с ужесточением требований к качеству и безопасности пищевых продуктов, с одной стороны, и к совершенствованию методов экстракции и очистки, с другой стороны. Часто натуральные пищевые красители находят применение как часть средней диеты -например, лютеин. и хлорофиллы, антоцианы, рибофлавин, бетаин, кароти-ноиды [MP 2.3.1.1915-04, MP 2.3.1.2432 -08].
Для обсуждения свойств пигментов растений, их удобно разделить на несколько групп. При рассмотрении натуральных красителей для продовольственных продуктов необходимо рассмотреть также законодательный статус экстракта для отдельных стран и возможность использования в каждом отдельном пищевом продукте. К моменту начала выполнения настоящей работы, в Российской Федерации эти требования отсутствовали. Единственным документом, нормирующим применение пищевых добавок — красителей (как и других пищевых добавок), были «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» [СанПиН 2.3.2.1078-01] в которых был приведен список пищевых добавок, принципиально разрешенных к применению в пищевой промышленности страны, без уточнения норм использования. Также необходимо было понять совместимость пигментов с другими ингредиентами пищевого продукта (особенно регуляторами кислотности и антиокислителями), технологическим режимом процесса изготовления пищевого продукта, упаковкой, желательным временем хранения (устойчивостью при хранении), а также друг с другом в случае необходимости смешивания для получения желательных оттенков [Balaswamy К. et al., 2006]. Как показывает анализ проведенных исследований, натуральные пигменты особенно лабильны к повышению температуры, воздействию прямого света и окислению.
Большинство коммерческих натуральных красителей не являются монокомпонентными продуктами, а представляют собой смеси природных пигментов, фактический оттенок которых зависит от источника выделения, метода экстракции и очистки, применении стабилизаторов окраски (антиокислителей, регуляторов рН): Кроме того, часто стандартизация оттенка натуральных пищевых красителей достигается путем смешивания однотипных красителей полученных из различных источников.
Нормативы использования пищевых красителей при производстве пищевых продуктов
Недопущение фальсификации пищевых продуктов, предупреждение сокрытия их порчи за счет улучшения органолептических характеристик достигаются запретом использования пищевых добавок - красителей в производстве ряда пищевых продуктов.
Производство и реализация некачественной фальсифицированной и контрафактной продукции наряду с намеренным введением потребителя в заблуждение относительно свойств и происхождения продуктов может наносить прямой ущерб здоровью населения и способствует недобросовестной конкуренции на продовольственном рынке. Кроме того, в последнее время становится все более актуальной проблема ложной или вводящей в заблуждение маркировки пищевых продуктов. Неправильные и необоснованные заявления изготовителей при этикетировании продукции могут касаться существенных композиционных характеристик, пищевой ценности или экономических показателей продовольствия, то есть непосредственно затрагивать сферу безопасности и законных (личностных) прав потребителей.
При разработке гигиенических нормативов, запрещающих использование пищевых красителей для окрашивания ряда продуктов, были рассмотрены различные варианты возможного нелегитимного их использования, и в систему гигиенического нормирования нами введены следующие термины:
- Подлинность (или аутентичность) пищевой продукции - неотъемлемая составная часть качества пищевой продукции (в том числе молока и молочной продукции), определяемая совокупностью физико-химических и биологических показателей, абсолютные количественные значения и интервалы изменения которых обоснованы природными свойствами сырья и допустимым технологическим воздействием при получении готовых пищевых продуктов.
- Фальсифицированная пищевая продукция - пищевые продукты и продовольственное сырье (в том числе молоко и молочная продукция), умышленно измененные (поддельные) и (или) имеющие скрытые свойства и качество, информация о которых является заведомо неполной или недостоверной;
- Идентификация пищевых продуктов - это установление соответствия пищевых продуктов (в том числе молока и молочной продукции) их заявленному наименованию (вид, класс, категория, сорт, географическое происхождение) путем исследования тождественности показателей аутентичным образцам и/или их описанию, опубликованным в соответствующих документах, и информации, содержащейся в сопроводительных документах и потребительских этикетках, с применением аналитических и органолептических методов.
- Содержание — концентрация специфического компонента в количествах, находящихся в пределах естественных вариаций для данного вида продукции.
В Таблице 3.2. приведены разработанные гигиенические нормативы, запрещающие использование пищевых красителей для окрашивания ряда продуктов. Эти нормативы являются гармонизированными нормативами в России, ЕС, США и Канаде.
В Таблице 3.3. приведены также гармонизированные международные нормативы, введенные в России по результатам выполнения настоящего исследования, и ограничивающие применение пищевых красителей в ряде пищевых продуктов. Ограничения использования пищевых красителей затрагивают как перечень наименований красителей, так и допустимое количественное содержание.
Для коммерческих препаратов указанных красителей максимальные уровни означают содержание основного красящего вещества в пищевом продукте. Обозначение «Согласно ТИ» означает, что максимальный уровень внесения красителей в пищевые продукты должен определяться технологическими инструкциями и быть равным количеству минимально необходимому для достижения заданного технологического (органолептического) эффекта.
Обязательным требованием по применению пищевых добавок - красителей является запрещение использования в производстве пищевых продуктов для детей раннего возраста (до 3-х лет) синтетических пищевых красителей. Ограничение числа используемых в производстве пищевых продуктов детского ассортимента обсуждалось учеными Института питания РАМН еще в 1996 году [Зайцев А.Н., 1996].
В Таблице 3.4 приведены также нормативы, введенные в России и гармонизированные с международными по результатам выполнения настоящего исследования, ограничивающие максимальный уровень использования пищевых добавок красителей в пищевых продуктах. Ограничения использования пищевых красителей затрагивают как перечень наименований красителей, так и максимальное допустимое количественное содержание.
Оптимизация методологии количественного определения содержания непищевых красителей (Суданы I — IV и Para Red) в пищевых продуктах с различными матриксами
С целью лучшего разделения исследуемых красителей было использовано градиентное элюирование красителей. Для разделения красителей Судан I-IV и Para Red оптимальными были признаны следующие условия: градиентное элюирование смесью ацетонитрила (А) и бидистиллированной воды, подкисленной трифторуксусной кислотой до рН=2,4 (Б): 0 мин. - 80% (А), 10 мин- 98%(А) (градиент линейный), 20 мин- 98%(А), 21 мин-80%(А). Регенерация колонки занимала 9 мин. Общее время анализа составило 30 минут. В этих условиях было получено наилучшее разделение определяемых веществ и компонентов матрикса (см. рис. 5.19).
После серии анализов колонку промывали 100% тетрагидрофураном с целью десорбции с колонки сильно удерживаемых веществ. Тетрагидрофуран был выбран как растворитель, обладающий такой же элюирующей силой как и ацетон. Такая промывка оказалась необходимой, поскольку при продолжительном исследовании красителей (серии из 24 образцов), нами наблюдалось появление ложноположительных пиков непищевых красителей, что связано с незначительной сорбцией на поверхности сорбента при проведении анализа. Примечательно, что сорбция, по-видимому, происходит на фильтре входного фитинга хроматографической колонки, поскольку во время проведения серии анализов не происходит роста базовой линии. Ложнопо-ложительный сигнал появляется при вводе чистого растворителя в хромато-графическую колонку, что свидетельствует о сорбции непищевых красителей на одном участке колонки, а не о его равномерном движении по хроматографической колонке. Особенно сильно проявилось явление частичной сорбции в сериях экспериментов, в которые входили образцы со значительным содержанием непищевых красителей. Ввиду вероятности появления ложноположительных результатов, в программе проведения измерений образцов, после каждого 20-го образца хроматографическая колонка промывалась тертра-гидрофураном и кондиционировалась в автоматическом режиме. Как показали серийные исследования, такая частота промывки и кондиционирования достаточна для того, чтобы избежать появления ложноположительных результатов.
При анализе спектров красителей Судан I-IV и Para Red для всех анализируемых соединений была определена оптимальная длина волны 504 нм. (Рис. 5.20.).
Идентификацию компонентов на хроматограмме осуществляли путем сравнения со стандартом времени удерживания, УФ и видимого спектра, а также молекулярной массы каждого компонента и его дочерних ионов. Идентификация красителей Судан I-IV и Para Red сравнением только времени удерживания не будет являться достоверной ввиду сложного матрикса исследуемых объектов и наличия природных компонентов, обладающих сходными спектральными характеристиками и хроматографическим поведением.
С 2007 года мониторинг за вероятным использованием непищевых красителей развернут в странах ЕС, Великобритании, США и Канаде, а с 2008 -и в РФ.
Одним из самых сложных этапов в разработке метода исследования непищевых красителей оказалась стадия пробоподготовки. Это связано с тем фактом, что непищевые красители — Судан I — IV и Para Red являются жирорастворимыми пигментами, и высокое содержание жира в ряде конечных продуктов, требующих изучения, значительно затрудняет экстракцию из матрикса [Uematsu Y., et al., 2007].
Альтернативный метод выявления непищевых красителей, основанный на использовании метода тонкослойной хроматографии [ГОСТ Р 52825— 2007, Рудометова Н.В., 2009], не охватывает полного спектра пищевых продуктов, а предназначен для исследования только пряностей.
В нашей работе мы рассмотрели возможность использования при выделении непищевых красителей из матрикса продовольственного сырья таких экстрагентов как этанол, хлороформ, ацетон, а также провели подбор оптимального соотношения экстрагент - сырьё. Выбор экстракционных растворителей был основан на сопоставлении данных, изложенных в литературе - [Stobbaerts R.F., et al., 1983; Chunmei J., et al., 2008; Ertasa E., et al., 2007].
Оптимизация условий выделения непищевых красителей-из пищевых продуктов также-позволил нам уточнить метрологические характеристики метода их выявления. Поскольку объектами исследования являются непищевые вещества, их присутствие в пищевом продукте нелегитимно и должно быть, с нормативной точки зрения, ниже предела обнаружения метода. В этой ситуации, уточненные метрологические характеристики метода определения являются элементом санитарно-гигиенического нормирования, обеспечивающего безопасность населения.
К 100 г каждого образца (красный молотый перец чили, измельченная паприка) добавляли раствор Суданов I-IV и Пара Ред (Para Red) в хлороформе до получения средней концентрации 100 мг красителя на кг образца; тщательно перемешивали и сушили на роторном испарителе до полного исчез I новения запаха хлороформа.
К 100 г каждого образца (томатный кетчуп, аджика) добавляли раствор Суданов I-IV и Пара Ред (Para Red) в хлороформе до получения средней концентрации 40 мг красителя на кг образца; тщательно перемешивали и сушили в вытяжном шкафу в чашке Петри при комнатной температуре до полного исчезновения запаха хлороформа. Во время высушивания, периодически перемешивали образцы.
Полученные образцы в дальнейшем разбавлялись исходным носителем (красный перец чили, паприка, томатный кетчуп, аджика) до получения необходимой концентрации красителей Судан I-IV и Пара Ред (Para Red).
Навески 2,0 г образцов с различными концентрациями добавленных красителей помещали во флакон, объемом 20 мл с завинчивающейся крышкой, добавляли 10 мл экстрагента (ацетон, хлороформ или этиловый спирт), интенсивно встряхивали в течение 2 минут и обрабатывали ультразвуком, путем погружения флакона с образцом в ультразвуковую баню на 5 минут. После обработки в ультразвуковой бане, образец снова встряхивали и центрифугировали на 6000 об/мин. После центрифугирования супернатант отбирали № исследовали. При необходимости отобранный супернатант фильтровали через шприцевой фильтр с диаметром пор 0,45 мкм.
Градиентное элюирование (градиент линейный) смесью ацетонитрила («А») и бидистиллированной воды, подкисленной трифторуксусной кислотой до рН=2,4 («Б») проводили по следующей схеме: 0 мин - 80% («А»), 10 мин - 98% («А»), 20 мин - 98% («А»), 21 мин - 80% («А»). 30 мин - 80% («А»). Колонка: Atlantis (Waters) СІ8, 4,6x250 мм, 5мкм. Общее время анализа составляет 30 минут. Скорость подачи подвижной фазы: 1,0 смЗ/мин. Объем вводимой пробы 5 мкл. Для полной регенерации колонки после серии анализов (20-30 анализов) колонку промывали тетрагидрофураном.
Детектирование на диодной матрице проводили на характерной для красителей Судан I-IV и Para Red (Пара Ред) длине волны 504 нм. Снятие спектра элюата проводили как в видимой, так и в УФ-области (с 200 нм до 800 нм). Это было необходимо в виду того, что значительная часть характерного спектра красителей Судан I-IV и Para Red (Пара Ред) находится в УФ-области.
Детектирование на масс-детекторе проводили в режиме снятия спектра в диапазоне 120-400 m/z с разрушением доминирующих ионов, соответствующим молекулярным массам исследуемых красителей.
Идентификацию компонентов на хроматограмме осуществляли путем сравнения с временем удерживания стандарта красителя, УФ и видимого спектра, молекулярной массы и характерных дочерних ионов.
Наиболее важным этапом пробоподготовки для определения красителей Судан I-IV и Para Red (Пара Ред) является экстракция. В нашей работе мы оценили возможность использования в качестве экстрагентов таких растворителей, как: ацетон, хлороформ и 96% этиловый спирт. Выбор этих растворителей основывался на растворимости красителей Судан I-IV и Para Red (Пара Ред). Усредненные степени извлечения исследуемых красителей в зависимости от экстрагента в четырех различных объектах (перец чили, паприка, томатный кетчуп, аджика) представлены.в Таблице 5.15.
Как видно из полученных данных, наибольшей степени извлечения удалось достичь при использовании в качестве экстрагента такого растворителя, как ацетон (в среднем степень извлечения составила 94,0%) (см. рис. 5.21).
Также из таблицы 5.15 видно, что степень извлечения существенно зависит как от вида экстрагента, так и от вида исследуемого объекта. Так, при исследовании сухих мелкодисперсных порошков степень извлечения, как правило, ниже, чем при исследовании таких пищевых продуктов, как кетчуп, аджика (см. рис. 5.22).
Алгоритм проведению гигиенической оценки комплексных пищевых добавок и ароматизаторов
При проведении гигиенической оценки комплексных пищевых добавок и ароматизаторов, которые могут быть источником пищевых добавок-красителей, следует:
1. Проанализировать информацию о количественном содержании регламентируемых пищевых добавок.
2. Подтвердить наличие разрешения для использования в пищевой промышленности для каждого из ингредиентов.
3. Рассмотреть области использования ингредиентов, их соответствие действующим в России регламентам.
4. Выделить критические точки:
- наличие в составе ингредиентов со строго ограниченной областью применения;
- выделить ингредиенты с наиболее низким разрешенным максимально допустимым уровнем использования;
- наличие биологически активных веществ в составе продукта и их дозировка в конечном продукте;
- возможность фальсификации за счет использования аналогов заявленных ингредиентов.
5. Провести анализ соответствия заявленной производителем дозировки применения комплексной пищевой добавки на соответствие действующему санитарному законодательству по МДУ содержания пищевой добавки в конечной продукции.
6. Определить показати безопасности для комплексных пищевых добавок проводится по основному(ым) действующему(им) компоненту(ам), как по массовой доле, так и по допустимым уровням нормируемых контаминантов в соответствии со спецификациями спецификациям Объединенного комитета экспертов ФАО-ВОЗ по пищевым добавкам и контаминантам, а также на соответствие действующим нормативам, принятым в России (при наличии).
7. Для комплексных пищевых добавок со специями исследовать отсутствие недекларированных и непищевых красителей.
8. Провести исследование наличия ингредиентов из ГМО при наличии ингредиентов, получаемых из растительного сырья, имеющего ГМО-аналоги.
9. Исследовать показатели,подлинности - изучить содержание основных или лимитирующих ингредиентов, рассмотреть возможность фальсификации продукта за счет замены ингредиентов или использования сырья непищевого назначения.
10. Оценить вероятность присутствия наночастиц в случае наличия в составе продукции пищевых добавок — минеральных (неорганических красителей).
В гигиенической характеристике продукта обязательно декларирование количественного содержания основного действующего вещества.
Алгоритмы проведения гигиенической оценке продукции - пищевой добавки и проведения экспертных работ по оценке продукции - комплексной пищевой добавки и ароматизатору приведены на Схемах 8.2 и 8.3.
