Развитие методов идентификации и контроля безопасности напитков

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 ф идентификации напитков не обязательно расшифровывать их полный элементно-компонентный состав. Согласно ГОСТ 51 293–99 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 (СЛАП), лазерный компьютерный анализатор (JIKA), капиллярный электрофорез, специальные хроматографические методики.

4) Нормативные: контроль качественного и количественного состава компонентов напитков, разновидности хроматографии, хромато-масс-спектрометрия, ИКи УФ-спектроскопия, ЯМР высокого разрешения, атомноадсорбционная 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 TP 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 TP 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 4 регламентирована Федеральным законом от 08.07.99 № 143-ФЭ. 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 I 1 ¦ ¦ г——-галк. психозы.

— потребление.

250 ¦ • общ. смерти. серд.-сосуд.

-•"¦• ¦ алк.отравлен.

200 • —убийства самоубийства циррозы.

150 —- панкреаты.

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1998 1998 2000 2002.

Рис. 1 Изменение показателей в % к 1984 г.=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.

Россия Германия Франция Дания Бельгия.

Финляндия Норвегия ИЬвция Австрия Надерланды.

Рис. 2 Алкогольная смертность в десяти странах Европы в 1995 г. (доли алкогольной смертности в обшей с 15 лет) (38).

Квадраты — регистрируемое потреблениекружки — оценка реального потреблениячисла — 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, этилен гликоля, 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 СН3 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 работыпровести 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.

ВЫВОДЫ:

1 .Предложена концепция комплексного контроля алкогольсодержащей продукции и других напитков, состоящего из нескольких иерархических уровней: первичный контроль суммарной токсичности, многофакторные нормативные экспресс-методы аутентификации, арбитражные высокопрецизионные методы полного токсикологического, изотопного, элементного и компонентного анализа.

2. Предложен подход к определению общей суммарной токсичности примесей в различных типах алкогольсодержащей продукции (на примере АП) и разработана методика пробоподготовки для их анализа на базе экспресс-токсикометров «Биотоке «и АТ-2.

3. Разработан и опробован метод быстрой качественной и полуколичественной идентификации водно-спиртовых растворов и других напитков с помощью реактивных индикаторных полосок.

4.Создан метод лазерного компьютерного анализа для экспресс-аутентификации напитков эталонному или стандартному образцу по многомерному физико-химическому образу.

5. Выполнено экспериментальное сопоставление возможностей и границ применимости различных интегральных и дифференциальных методов изотопного анализа водорода, углерода и кислорода для контроля сырьевого происхождения этанола.

6. Разработаны оригинальные количественные методики.

ЯМР 'Н, «Н, С и О, позволяющие создать универсальные подходы к идентификации алкогольсодержащей продукции, соков, природных вод и иных напитков, а также состава смесей этанолов различного генезиса при наличие банков эталонных образцов.

7. Предложен новый экспресс—алгоритм идентификации вин по их компонентному и изотопному составу методом ЯМР.

8.Показано, что идентификация смесей ГЭ и ПЭ сверхвысокой очистки требует разработки комплексного подхода на основе изотопных методов анализа водорода, углерода, кислорода.

Заключение

.

1) Показано, что по измеренным параметрам.

R = 3[CDH]/[CDH2], 2R=[CDH]/[CH2], 3R = [CDH2]/[СН3], исходных спиртов можно вычислить аналитически процентное содержание этих спиртов в тройной смеси.

2) Используя графическое представление положения тройных смесей спиртов в.

1 О 11 системе идентификационных координат (R — R) и R — J R) можно путем геометрических построений оценить процентное содержание исходных спиртов в тройных и бинарных смесях с точностью не хуже 5%.