Аннотация

Молочная продукция является одной из основных составляющих в питании населения. Поэтому контроль качества и безопасности данной продукции имеет большее значение. Одним из эффективных инструментов такого контроля является масс-спектрометрия. Цель работы заключалась в исследовании возможности применения газового масс-спектрометрического анализа для оценки состава и качества образцов различной молочной продукции на примере промышленных йогуртов.
Объектами исследования являлись 11 образцов «свежих» и «ускоренно просроченных» йогуртов с разными пищевыми добавками. Состав и качество данных образцов оценивали с помощью разработанного в ИАП РАН малогабаритного квадрупольного газового масс-спектрометра МС7-200 с ионизацией «электронным ударом». При этом использовали методику отбора газовых выделений анализируемых образцов и используемых для их упаковки материалов, а также методику «ускоренного закисления» образцов. Проводили «интеллектуальную» математическую обработку полученных данных с использованием методов многомерного статистического анализа.
В ходе исследования вышеупомянутые образцы удалось достоверно дифференцировать (по соотношениям интенсивностей пиков при m/z = 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 64, 67, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 84, 85 и 88 Да на масс-спектрах испарений этих образцов) не только по степени их «свежести», но и по составу и качеству использованных при изготовлении этих образцов микробиологических заквасок, молочного сырья, пищевых добавок, упаковочных материалов и т. п. При этом, исходя из оценки интенсивностей пиков в масс-спектрах испарений материалов, использованных для упаковки анализируемой продукции, был выявлен ряд упаковок, изготовленных из материалов низкого качества с повышенной потенциальной токсичностью.
Таким образом, газовая масс-спектрометрия, дополненная специально разработанными нами для анализа молочной продукции методиками (методикой отбора газовых выделений анализируемых образцов и используемых для их упаковки материалов, методикой «ускоренного закисления» образцов, методикой «интеллектуальной» математической обработки получаемых данных и т. д.), обладая целым рядом преимуществ (экспрессностью, высокой чувствительностью, селективностью и экономичностью анализа, доступностью для широкого применения и т. д.), может эффективно применяться для контроля состава и качества молочной продукции, а также материалов, использованных для упаковки этой продукции.

Ключевые слова

Молочная продукция, йогурты, пищевые добавки, упаковочные материалы, контроль качества, масс-спектрометрия, метод главных компонент, полиэтилентерефталат

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Эта работа выполнялась в ИАП РАН в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Минобрнауки России) № 075-01157-23-00.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Усенко Н. И., Яковлева Л. А., Отмахова Ю. С. Информационная асимметрия и особенности потребительского поведения на рынке молочной продукции // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 41. № 2. С. 156–163. https://www.elibrary.ru/TWZOQF
2. Shemchuk MA, Komarcheva OS, Shadrin VG. Marketing communication barriers and how to overcome them. Food Processing: Techniques and Technology. 2023;53(2):294–308. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2023-2-2433; https://www.elibrary.ru/VLDPOJ
3. Komarova ON, Havkin AI. Cultured milk foods in children’s nutrition: Nutritional and biological value. Russian Bulletin of Perinatology and Pediatrics. 2017;62(5):80–86. (In Russ.). https://doi.org/10.21508/1027-4065-2017-62-5-80-86; https://www.elibrary.ru/ZRPYMB
4. Shiby VK, Mishra HN. Fermented milks and milk products as functional foods – A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2013;53(5):482–496. https://doi.org/10.1080/10408398.2010.547398
5. Amarowicz R. Squalene: A natural antioxidant? European Journal of Lipid Science and Technology. 2009;111(5):411–412. https://doi.org/10.1002/ejlt.200900102
6. Асафов В. А., Танькова Н. Л., Искакова Е. Л. Функциональный высокобелковый напиток с гидролизатом казеина и белковыми фракциями молозива // Инновации и продовольственная безопасность. 2018. Т. 20. № 2. С. 51–54. https://www.elibrary.ru/XOVJNB
7. Donskaya GA, Drozhzhin VM, Bryzgalina VV. Fermented drinks supplemented with whey proteins and water-soluble antioxidants. Vestnik of MSTU. Scientific Journal of Murmansk State Technical University. 2018;21(3):471–480. (In Russ.). https://doi.org/10.21443/1560-9278-2018-21-3-471-480; https://www.elibrary.ru/YLAMAX
8. Zobkova ZS, Fursova TP, Zenina DV, Gavrilina AD, Shelaginova IR, Drozhin VM. Selection of the sources of biologically active substances for functional fermented milk products. Dairy Industry. 2018;(3):59–62. (In Russ.). https://doi.org/10.31515/1019-8946-2018-3-59-62; https://www.elibrary.ru/YORRFF
9. Vásquez-Mazo P, Loredo AG, Ferrario M, Guerrero S. Development of a novel milk processing to produce yogurt with improved quality. Food and Bioprocess Technology. 2019;12:964–975. https://doi.org/10.1007/s11947-019-02269-z
10. Agarkova EYu, Ryazantseva KA, Kruchinin AG. Anti-diabetic activity of whey proteins. Food Processing: Techniques and Technology. 2020;50(2):306–318. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-2-306-318; https://www.elibrary.ru/NJTHXE
11. Yankovskaya VS, Dunchenko NI, Mikhaylova KV. New structured dairy products based on quality complaints and risk qualimetry. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(1):2–12. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-2-12; https://www.elibrary.ru/HMLJKW
12. Wishart DS. Metabolomics: Applications to food science and nutrition research. Trends in Food Science and Technology. 2008;19(9):482–493. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2008.03.003
13. Sibirtsev VS. Fluorescent DNA probes: Study of mechanisms of changes in spectral properties and features of practical application. Biochemistry (Moscow). 2007;7:887–900. https://doi.org/10.1134/S0006297907080111
14. Sibirtsev VS, Naumov IA, Kuprina EE, Olekhnovich RO. Use of impedance biotesting to assess the actions of pharmaceutical compounds on the growth of microorganisms. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2016;50:481–485. https://doi.org/10.1007/s11094-016-1473-3
15. Duan Y, Wang L, Gao Z, Wang H, Zhang H, Li H. An aptamer-based effective method for highly sensitive detection of chloramphenicol residues in animal-sourced food using real-time fluorescent quantitative PCR. Talanta. 2017;165:671–676. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.12.090
16. Sibirtsev VS. Biological test methods based on fluorometric genome analysis. Journal of Optical Technology. 2017;84(11):787–791. http://doi.org/10.1364/JOT.84.000787
17. Xie Y, Hu Q, Zhao M, Cheng Y, Guo Y, Qian H, et al. Simultaneous determination of erythromycin, tetracycline, and chloramphenicol residue in raw milk by molecularly imprinted polymer mixed with solid-phase extraction. Food Analytical Methods. 2018;11:374–381. https://doi.org/10.1007/s12161-017-1008-x
18. Kokina MS, Frioui M, Shamtsyan MM, Sibirtsev VS, Krasnikova LV, Konusova VG, et al. Influence of pleurotus ostreatus β-glucans on the growth and activity of certain lactic acid bacteria. Scientific Study and Research: Chemistry and Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2018;19(4):465–471.
19. Юрова Е. А. Особенность контроля молочной продукции по показателям качества и безопасности // Переработка молока. 2019. Т. 234. № 4. С. 6–9. https://www.elibrary.ru/KLXMWE
20. Sibirtsev VS, Uspenskaya MV, Garabadgiu AV, Shvets VI. An integrated method of instrumental microbiotesting of environmental safety of various products, wastes, and territories. Doklady Biological Sciences. 2019;485:59–61. https://doi.org/10.1134/S001249661902011X
21. Sibirtsev VS, Garabadgiu AV, Shvets VI. New method of integrated photofluorescence microbiotesting. Doklady Biological Sciences. 2019;489:196–199. https://doi.org/10.1134/S0012496619060103
22. Chiesa LM, DeCastelli L, Nobile M, Martucci F, Mosconi G, Fontana M, et al. Analysis of antibiotic residues in raw bovine milk and their impact toward food safety and on milk starter cultures in cheese-making process. LWT. 2020;131:109783. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109783
23. Sibirtsev VS, Nechiporenko UYu. Method of electrochemical biotesting for comparative analysis of probiotic and antibiotic properties of various plant extracts. Fine Chemical Technologies. (In Russ.). 2020;15(6):34–43. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2020-15-6-34-43; https://www.elibrary.ru/QLRRRX
24. Sibirtsev VS, Nechiporenko UYu, Kabanov VL, Kukin MYu. Electrochemical and optical microbiological testing: A comparative study on properties of essential oils. Food Processing: Techniques and Technology. 2020;50(4):650–659. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-4-650-659; https://www.elibrary.ru/GKIXML
25. Mou SA, Islam R, Shoeb M, Nahar N. Determination of chloramphenicol in meat samples using liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Food Science and Nutrition. 2021;9(10):5670–5675. https://doi.org/10.1002/fsn3.2530
26. Wu S-W, Ko J-L, Liu B-H, Yu F-Y. A sensitive two-analyte immunochromatographic strip for simultaneously detecting aflatoxin M1 and chloramphenicol in milk. Toxins. 2020;12(10):637. https://doi.org/10.3390/toxins12100637
27. Zhao M, Li X, Zhang Y, Wang Y, Wang B, Zheng L, et al. Rapid quantitative detection of chloramphenicol in milk by microfluidic immunoassay. Food Chemistry. 2021;339:127857. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127857
28. Vuran B, Ulusoy HI, Sarp G, Yilmaz E, Morgül U, Kabir A, et al. Determination of chloramphenicol and tetracycline residues in milk samples by means of nanofiber coated magnetic particles prior to high-performance liquid chromatography-diode array detection. Talanta. 2021;230:122307. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2021.122307
29. Kurchenko VP, Simonenko ES, Sushynskaya NV, Halavach TN, Petrov AN, Simonenko SV. HPLC identification of mare’s milk and its mix with cow’s milk. Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(2):402–412. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-2-402-412; https://www.elibrary.ru/SMTJTY
30. Chaplygina OS, Prosekov AYu, Vesnina AD. Determining the residual amount of amphenicol antibiotics in milk and dairy products. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(1):79–88. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-79-88; https://www.elibrary.ru/JOHIFZ
31. Anan'eva EP, Bogdanova OYu, Gurina SV, Sibirtsev VS. Using a conductometric method in microbiological control of natural excipients. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022;56:872–876. https://doi.org/10.1007/s11094-022-02721-z
32. Методика электрохимического микробиологического тестирования в применении к сравнительному анализу свойств различных растительных экстрактов / В. С. Сибирцев [и др.] // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Биология. 2023. Т. 16. № 1. С. 109–124. https://www.elibrary.ru/ZZYKWQ
33. Муратшин А. М., Шмаков В. С., Тырсин Ю. А. Определение природы этанола методом хромато-масс-спектрометрии // Пиво и напитки. 2005. № 6. С. 40–42. https://www.elibrary.ru/NDULCC
34. Мильман Б. Л., Конопелько Л. А. Современная масс-спектрометрия: пропорции развития // Масс-спектрометрия. 2006. Т. 3. № 4. С. 271–276. https://www.elibrary.ru/HVISDH
35. Dass C. Fundamentals of contemporary mass spectrometry. John Wiley & Sons; 2007. 610 p. https://doi.org/10.1002/0470118490
36. Mil’man BL, Zhurkovich IK. Mass spectrometric analysis of medical samples and aspects of clinical diagnostics. Journal of Analytical Chemistry. 2015;70:1179–1191. https://doi.org/10.1134/S1061934815100135
37. Метод масс-спектрометрической экспресс-диагностики по составу выдыхаемого воздуха / А. Г. Кузьмин [и др.] // Медицинский академический журнал. 2016. Т. 16. № 4. С. 106–107. https://www.elibrary.ru/XWQLQB
38. Manoilov VV, Kuzmin AG, Titov UA. Extraction of information attributes from the mass spectrometric signals of air. Journal of Analytical Chemistry. 2016;71:1301–1308. https://doi.org/10.1134/S1061934816140094
39. Lu H, Zhang H, Chingin K, Xiong J, Fang X, Chen H. Ambient mass spectrometry for food science and industry. TrAC – Trends in Analytical Chemistry. 2018;107:99–115. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.07.017
40. Возможности масс-спектрометрического контроля качества молочной продукции на примере промышленных йогуртов с различными добавками / В. С. Сибирцев [и др.] // Научное приборостроение. 2023. Т. 33. № 4. С. 101–110. https://www.elibrary.ru/UCSGXO
41. Методы обработки и исследование возможностей классификации масс-спектров выдыхаемых газов / В. В. Манойлов [и др.] // Научное приборостроение. 2019. Т. 29. № 1. С. 106–111. https://www.elibrary.ru/ZCTQYP
42. Manoilov VV, Novikov LV, Zarutskii IV, Kuz’min AG, Titov YuA. Methods for processing mass spectrometry signals from exhaled gases for medical diagnosis. Biomedical Engineering. 2020;53:355–359. https://doi.org/10.1007/s10527-020-09942-0
43. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ / Дж.-О.Ким [и др.]. М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.