Тяжёлые металлы — тихие убийцы. Они подкрадываются незаметно, не имеют запаха и вкуса, копятся в организме, а потом болезнь возникает как будто без причины. Поэтому исследователи по всему миру занимаются поиском новых решений, как определить вредные для организма вещества в пищевых продуктах. Безопасный и дешёвый способ с помощью ультразвука и экологически чистых растворителей разработали учёные Санкт-Петербургского государственного университета. Эксперимент провели на реальных образцах куриного мяса и говяжьей печени. Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Microchemical Journal.
Тяжёлыми называют металлы с относительной плотностью 5 г/см2 и более. К ним относятся, например, свинец, кадмий, мышьяк, ртуть и хром. Они плохо поддаются биоразложению и активно накапливаются в сердце, лёгких и почках человека, поэтому вредны даже в небольшой концентрации.
Мышьяк накапливается в лёгких, печени, коже и тонком кишечнике. Всего в организме человека содержится около 15 мг мышьяка, всё остальное выше нормы и вредит здоровью
Многие столетия люди потребляют их в пищу и не только. Например, исследования показали, что кости княгинь и цариц буквально пропитаны тяжёлыми металлами. У бабки Ивана Грозного Софьи Палеолог содержание свинца превышало норму более чем в 30 раз (58,6 мг/кг вместо 1,9 мг/кг), цинка — почти вдвое (27 вместо 14), а меди — почти вчетверо (7,1 вместо 1,8). При этом у их мужей и детей металлы в останках не обнаружены. Выяснилось, что всё дело в красоте, которая, как известно, требует жертв. Ведь прежде чем наложить румяна из киновари и начернить брови ядовитой сурьмой, лицо выбеливали цинковыми, а чаще более ядовитыми свинцовыми белилами.
В XXI веке металлы проникают в организм без нашего ведома, как правило, через пищу. В частности, в мидиях, устрицах и бананах можно найти мышьяк. А превышение кадмия встречается в картофеле, фасоли, кинзе, укропе, петрушке, сельдерее.
Накопленные металлы могут привести к ослаблению иммунитета, повреждению нервной, иммунной и сердечно-сосудистой систем, остеопорозу и раку. Тот же кадмий поражает все системы организма в равной степени. Влияет на костную ткань, на нервную систему. Поражает печень, почки.
В прошлом опасные вещества в косметике использовались широко, список их обширен, как и список заболеваний и недугов, к которым они приводили
Часто они попадают в организм человека вместе с мясом. Это происходит, потому что, во-первых, многие заводчики используют корма с высоким содержанием тяжёлых металлов, которые способствуют росту животных, а во-вторых, из-за пестицидов тяжёлые металлы содержатся в растениях и воде, которые потребляют животные.
Чтобы исключить токсическое воздействие тяжёлых металлов на человека, в каждой стране действуют соответствующие нормы содержания таких металлов в мясе и других продуктах питания, но они не всегда соблюдаются. Для определения концентрации используют большое количество разных методов анализа, в том числе масс-спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой и атомно-абсорбционную спектроскопию. Это довольно точные методы, но у них есть слабое место — этап пробоподготовки, который вносит в общую процедуру анализа наибольшую погрешность.
Один из самых распространённых методов — микроволновая минерализация, при котором пробу растворяют в окислительной смеси, чаще всего азотной кислоте и перекиси водорода. Это приводит к ряду недостатков и ограничений, связанных с угрозой для окружающей среды: непосредственно в процессе подготовки проб выделяются опасные пары, например, оксиды азота. Помимо прочего, нужно утилизировать большие объёмы кислотных отходов. А из-за использования концентрированных реагентов полученные растворы нужно разбавлять, что приводит к снижению чувствительности методик. К тому же этот процесс требует большого количества времени и расхода энергии.
Российские химики разработали альтернативный вариант определения тяжёлых металлов в мясе, при котором вместо микроволнового излучения металлы извлекаются под действием ультразвука, в среде глубоких эвтектических растворителей (ГЭР). Эти растворители состоят из экологически безопасных природных веществ, а именно винной, малоновой, гликолевой, молочной, яблочной и лимонной кислот. Они нетоксичны и легко перерабатываются без выбросов вредных веществ в атмосферу.
Остатки меди, мышьяка и других тяжёлых металлов могут быть обнаружены в мясе курицы
У этих безопасные смесей из двух или более компонентов температура плавления существенно ниже температур плавления исходных веществ, благодаря чему их можно использовать при комнатной температуре. Учёные рассказали, что эффективность экстракции (извлечение вещества из раствора) предложенным способом составляет 85–95%.
Новый способ хорошо показал себя на курином мясе и говяжьей печени, но в дальнейшем его можно будет использовать и при исследовании других пищевых продуктов, например, при анализе состава овощей и молочной продукции.
«Проведённые эксперименты позволили сравнить различные варианты извлечения металлов и доказали, что наш способ позволяет безопасно определять содержание металлов на уровне предельно допустимой концентрации в пищевых продуктах», — рассказал профессор кафедры аналитической химии СПбГУ Андрей Шишов.
В России на федеральном уровне принята «Стратегия повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года», включающая расширение набора простых и экспрессных методов анализа продуктов не только для специализированных лабораторий, но и для бытовых нужд. Кроме того, естественной потребностью человека является желание знать, что он ест и пьёт.
Исследование проведено по нацпроекту «Наука и университеты» и поддержано грантом Российского научного фонда».
Егор Петров
