Ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) разработали простой, чувствительный и быстрый метод определения содержания ядовитого вещества афлатоксин-В1 в продуктах питания. Полученные результаты помогут обеспечить безопасность пищевых продуктов. Исследование опубликовано в научном журнале Journal of Food Composition and Analysis.
Афлатоксин-В1 представляет собой ядовитое для человека и животных химическое соединение, которое выделяют некоторые виды микроскопических плесневых грибов. Он вызывает злокачественные опухоли (рак) и цирроз печени, а также снижает иммунитет. При сильном отравлении афлатоксином-В1 наблюдаются отек мозга и острая печеночная недостаточность, что обычно приводит к смерти.
Грибы, выделяющие афлатоксин-В1, естественным образом содержатся во многих продуктах питания: молоке и молочных продуктах, сухофруктах, семечках подсолнуха, орехах, кукурузе, арахисе, кофе, какао, злаках и специях. Чрезмерное размножение этих грибов, приводящее к опасной концентрации афлатоксина-В1, возможно до и во время сбора урожая, а также в процессе хранения и обработки пищевых продуктов. Предельное содержание афлатоксина-В1 в пище регулируется законодательством разных стран и составляет от 4 мкг/л (Европа) до 20 мкг/л (США). Проверка продуктов питания на наличие афлатоксина-В1 обязательна в России и других странах.
Афлатоксин-В1 активно исследуется с 1961 года, когда он стал причиной массовой гибели индеек в Англии. За несколько десятилетий было разработано множество методик его выявления. Самые распространенные на сегодняшний день – жидкостная хроматография, иммуноферментный анализ и использование фотоэлектрохимических биосенсоров. Ученые НИЯУ МИФИ предложили новый метод, не менее точный, но более простой и дешевый. Другие преимущества нового способа – высокий коэффициент обогащения исследуемой субстанции афлатоксином-В1, минимальное использование органического растворителя и его малое влияние на оптические свойства комплекса.
"На первом этапе мы связываем афлатоксин-В1 с флуоресцеином посредством иона цинка. Затем создаем в растворе завихрения, чтобы выделить образовавшийся комплекс в достаточной концентрации и исследовать его оптические спектры. Это позволяет определять наличие афлатоксина-В1 в пищевых продуктах. Наш метод в несколько раз производительнее и дешевле других. Он чувствителен к афлатаксину-В1 в концентрации от 3 мкг/л, что ниже законодательно установленных предельно допустимых концентраций", – рассказал РИА Новости доцент Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ Константин Катин.
По словам ученых, огромную роль в работе сыграли методы моделирования, которые позволили в несколько раз уменьшить количество экспериментов и интерпретировать экспериментально полученные результаты.
Ученые отказались от последовательного подбора наилучших условий эксперимента, когда на каждом этапе оптимизируется значение только одной переменной (pH раствора, концентрация цинка, объем растворителя, концентрация хелатообразующего раствора, время закручивания раствора). Вместо этого они одновременно меняли все переменные в рамках математической модели, учитывающей взаимозависимость переменных и выделяющей самые важные из них. Это позволило оптимизировать значение пяти параметров, проведя всего 46 экспериментов при разных условиях.
Кроме того, для выбора подходящих химических агентов использовались квантово-химические расчеты, которые позволили заранее предсказать эффективность комплекса "афлатоксин-В1 – ион цинка – флуоресцеин" и рассчитать его структурные, электронные и оптические характеристики.
Полученные результаты позволяют обеспечить безопасность продуктов питания.
Экспериментальная часть исследования была проведена в Турции, а теоретическая – в России. Исследование было ориентировано на нужды турецкой пищевой промышленности: метод был опробован на сыром и жареном фундуке, изюме и сушеном инжире. Турция – крупнейший мировой производитель этих продуктов и поэтому больше всего заинтересована в результатах исследования. Однако метод может быть полезен и другим странам, производящим или закупающим продукты питания.
Исследование показывает, как теоретические квантово-химические методы, развиваемые в НИЯУ МИФИ, оказались полезными для прикладных исследований в интересах пищевой промышленности. Ученые планируют продолжить исследования для модернизации систем контроля безопасности пищевых продуктов в разных странах.