Контактная информация|Архив журнала|Организации потребителей|карта сайта|rss|сделать стартовой
 
 

test.org.ua

Центр Экспертиз ТЕСТ

Помогаем делать правильный выбор!

Украина, Киев / среда / 25.04.18
Тесты и исследованияПолезно знатьО молоке начистотуЗнак КачестваОплата
Все тесты: А-Я
Разделы
Питание
Детское
Здоровье / Косметика
Авто / Вело
Электротехника
Стройка
Промтовары
Услуги
Идентификация тростникового и свекловичного сахара методом анализа стабильных изотопов углерода (Identification of cane and beet sugar by stable carbo 
УДК 664:661.666

Жукова Я.Ф., к.б.н., E-mail:yaroslava-zhukova@yandex.ru,
*Деміхов Ю.М., к.г.-м. н., E-mail: y_demikhov@ukr.net,
Петров П.І., filipp_petrov@mail.ua
Інститут продовольчих ресурсів НААН України, *Інститут геохімії навколишнього середовища НАН Украйни,  м.Київ, Україна.

ІДЕНТИФІКАЦІЯ ТРОСТИННОГО ТА БУРЯКОВОГО ЦУКРУ МЕТОДОМ АНАЛІЗУ СТАБІЛЬНИХ ІЗОТОПІВ ВУГЛЕЦЮ

На сьогодні відомо кілька видів цукру: тростинний, буряковий, пальмовий, солодовий, сорговий, кленовий. У світовому виробництві 65 % цукру складає тростинний, а 25 % - буряковий цукор. Оскільки ціна бурякового цукру (420-450$ за тону) більша, ніж тростинного (350-375$), то виникає можливість фальсифікації цукру та продуктів харчування (сиропів, соків, меду, напоїв тощо) шляхом додавання більш дешевого аналогу. Ця проблема особливо стосується країн, кліматичні умови яких не підходять для культивації цукрової тростини, зокрема, Туреччини, України, Росії та європейських країн. За даними Національної асоціації цукровиків України, імпорт тростинного цукру за період з вересня 2013 року по червень 2014 року склав 36 тонн. Оскільки білий рафінований цукор, отриманий з цукрового буряку або тростини, має однакові параметри якості, досить складно розрізнити їх за допомогою традиційних методів аналізу. Метою даної роботи був аналіз ізотопного складу вуглецю (13С/12С) цукрів,  виготовлених з різної сировини.
Показано, що метод аналізу стабільних ізотопів вуглецю є надійним та достовірним інструментом для розрізнення цукру з різної сировини – цукрового буряка або цукрової тростини. Діапазон значень  δ13С для рослин з С3-типом фотосинтезу становив від -20 до -37‰, з  С4-типом – -9 до -18‰, що дозволяло чітко ідентифікувати досліджуваний об’єкт. В Україні існують широкі можливості для застосування цього методу при аналізі цукру, овочевих та фруктових соків, меду та інших цукровмісних продуктів.
Ключові слова: мас-спектрометрія, стабільні ізотопи, δ13С, цукор, С3-фотосинтез, С4-фотосинтез, цукровий буряк, цукрова тростина.

УДК 664:661.666

Жукова Я.Ф., к.б.н., *Демихов Ю.Н., к.г.-м. н., Петров Ф.И.
Институт продовольственных ресурсов НААН Украины,
*Институт геохимии окружающей среды НАН Украины, г.Киев, Украина


Идентификация тростникового и свекловичного сахара методом анализа стабильных изотопов углерода

На сегодняшний день известно несколько видов сахара: тростниковый, свекловичный, пальмовый, солодовый, сорговый, кленовый. В мировом производстве 65% сахара составляет тростниковый, а 25% - свекловичный. Поскольку цена свекловичного сахара (420-450 $ за тонну) больше, чем тростникового (350-375 $), то возникает возможность фальсификации сахара и продуктов питания (сиропов, соков, меда, напитков и т.п.) путем добавления более дешевого аналога. Эта проблема особенно касается стран, климатические условия которых не подходят для культивации сахарного тростника, в частности, Турции, Украины, России и европейских стран. Согласно данным Национальной ассоциации сахаропроизводителей Украины, импорт тростникового сахара за период с сентября 2013 года по июнь 2014 составил 36 тонн. Поскольку белый рафинированный сахар, полученный из сахарной свеклы или тростника, имеет одинаковые параметры качества, довольно сложно различить их с помощью традиционных методов анализа. Целью данной работы был анализ изотопного состава углерода (13С/12С) сахаров, изготовленных из различного сырья.
Показано, что метод анализа стабильных изотопов углерода является надежным и достоверным инструментом для идентификации сахара из различного сырья – сахарной свеклы или сахарного тростника. Диапазон значений δ13С для растений с С3-типом фотосинтеза составлял от -20 до -37 ‰, с С4-типом – -9 до -18 ‰, что позволило четко идентифицировать исследуемый объект. В Украине существуют широкие возможности для применения этого метода при анализе сахара, овощных и фруктовых соков, меда и других сахаросодержащих продуктов.
Ключевые слова: масс-спектрометрия, стабильные изотопы, δ 13С, сахар, С3-фотосинтез, С4-фотосинтез, сахарная свекла, сахарный тростник.

UDC 664:661.666

Zhukova Y.F., *Demikhov Y.M., Petrov P.I.
Food resources institute of National academy of agricultural sciences of Ukraine, *Institute of environmental geochemistry of National academy of sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine


Identification of cane and beet sugar by stable carbon isotopes method

Today, there are several types of sugar: cane sugar, beet sugar, palm sugar, malt sugar, sorghum sugar, maple sugar. Sugar cane composes 65% of the world production, and beet sugar is 25%. As the price of sugar beet ($ 420-450 per ton) more than cane ($ 350-375), there is a possibility of falsification of sugar and foodstuffs (syrups, juices, honey, beverage, etc.) by adding the cheaper analog. This is true for countries where climatic conditions are not suitable for the cultivation of sugar cane, in particular, Turkey, Ukraine, Russia and European countries. According to the National Association of Sugar Producers of Ukraine, the import of cane sugar for the period from September 2013 to June 2014 amounted to 36 tons. Since white refined sugar obtained from sugar beets or cane has the same quality parameters, it is difficult to distinguish between them using traditional analysis methods. The aim of this work was to analyze the isotopic composition of carbon (13С/12С) in sugars produced from various raw materials.
It is shown that the method of analysis of stable carbon isotopes is a reliable and valid tool to distinguish sugar from various raw materials – sugar beet or sugar cane. The range of values for δ13С plants with C3-type photosynthesis varied  from -20 to -37 ‰, with C4-type – -9 to -18 ‰, which made it possible to clearly identify the object under study. In Ukraine, there is ample scope for the application of this method in the analysis of sugar, fruit and vegetable juices, honey and other sugar-containing products.
Keywords: mass-spectrometry, stable isotopes, δ13C, sugar, C3-type photosynthesis, C4-type - photosynthesis, sugar beet, sugar cane.

Вступ.
За даними Продовольчої та сільськогосподарської організації ООН (FAO) у розвинутих країнах цукор складає 10 %, калорійності щоденного раціону людини, а у країнах що розвиваються – 6 %. Тому, цукор є невід’ємним елементом харчування. На сьогодні відомо кілька видів цукру: тростинний, буряковий, пальмовий, солодовий, сорговий, кленовий. У світовому виробництві 65 % цукру складає тростинний, а 25 % - буряковий цукор [1].

Оскільки ціна бурякового цукру (420-450$ за тону) більша, ніж тростинного (350-375$), то виникає можливість фальсифікації цукру та продуктів харчування (сиропів, соків, меду, напоїв тощо) шляхом додавання більш дешевого аналогу. Ця проблема особливо стосується країн, кліматичні умови яких не підходять для культивації цукрової тростини, зокрема, Туреччини, України, Росії та європейських країн. За даними Національної асоціації цукровиків України, імпорт тростинного цукру за період з вересня 2013 року по червень 2014 року склав 36 тонн. Оскільки білий рафінований цукор, отриманий з цукрового буряку або тростини, має однакові параметри якості, досить складно розрізнити їх за допомогою традиційних методів аналізу [2].  

Водночас, існують суттєві відмінності між цукрами з різної сировини, пов’язані з відмінностями протікання фотосинтезу. Фотосинтез у цукровому буряку відбувається за С3-шляхом (з утворенням трьохвуглецевих проміжних сполук), а у цукровій тростині – за С4-шляхом (з утворенням чотирьохвуглецевих сполук). Це обумовлює різний ізотопний профіль цукрів, отриманих з цих рослин, в результаті різної кількості в них важкого ізотопу вуглецю – 13С. Для ідентифікації сировини для виготовлення цукру можна застосовувати метод аналізу стабільних ізотопів вуглецю.

Аналіз останніх досліджень показав, що даною проблемою активно займаються в багатьох країнах, де розроблюються відповідні нормативні документи. Метод аналізу стабільних ізотопів для ідентифікації цукрів у складі фруктових та овочевих соків та напоїв, меду застосовано у таких документах: DD ENV 13070:1998, DD ENV 12140:1997, AOAC № 991.41.   

Метою даної роботи був аналіз ізотопного складу вуглецю (13С/ 12С) цукрів,  виготовлених з різної сировини.
Матеріали та методи. Дослідження аналізу ізотопного складу вуглецю зразків тростинного та бурякового цукру проводився на мас-спектрометрі МИ-1201СГ відносно внутрішнього стандарту PEF-1 (Німеччина) [2]. Аналітичною формою слугував вуглекислий газ, який виділявся під час реакції зразка з окисом міді (CuO) у вакуумованому до 5Па реакторі при температурі 550оС. В якості контрольного зразка було використано зовнішній  стандарт поліетиленової плівки PEF-1.

Результати дослідження. В основі методу аналізу стабільних ізотопів лежить різне молярне відношення більш важких ізотопів до легких в рослинах з різним типом фотосинтезу - С3 та С4. Для аналізу стабільних ізотопів використовують  метод мас-спектрометрії. В даному випадку мова йде про відношення стабільного ізотопу вуглецю 13С до 12С у складі цукрів. Для ідентифікації цього відношення застосовується певний стандарт,  в якому молярне співвідношення важкого ізотопу до легкого є фіксованим та постійним. У випадку аналізу стабільних ізотопів вуглецю це стандарт PDB (Pee Dee Belemnite – викопні рештки белемнітів, розташовані в формації Піді в Південній Кароліні, США). Ізотопний склад вуглецю представляють як δ13С, що являє собою відносне відхилення ізотопних відношень 13С/12С зразка від ізотопних відношень 13С/12С стандарту PDB і подається у проміле (‰) [7;8]. Дану величину обчислюють за формулою:



де С – вуглець, R1 – це молярне відношення 13С/12С в досліджуваному об’єкті, R2– молярне співвідношення важких ізотопів до легких у стандарті [3; 10]. Якщо в зразку R1 відношення ізотопів менше ніж у стандарті (відношення ізотопів в якому дорівнює 0,0112372 [10]), то значення δ13С виражають зі знаком «-», а якщо відношення ізотопів R1 більші, ніж у стандарті – то зі знаком «+».

Різні співвідношення 13С/12С в різній цукровій сировині пов’язане з різними типами фотосинтезу у рослинах.
Виділяють 3 типи фотосинтезу:
  1. За циклом Кальвіна, або С3 –шлях (притаманний для 85% рослин; первинними продуктами циклу є трьохвуглеводні сполуки:  3-фосфогліцеринова кислота, 3 фосфогліцериновий альдегід та фосфодіооксиацетон; значення δ13С = -20 до -37‰, в середньому від -24 до -27 ‰) [3, с.53].
  2. За циклом Хетча і Слека, або С4 –шлях (притаманний 500 видам рослин переважно тропічного та субтропічного походження, які фото синтезують при значних високих температурах та посушливих умовах  - кукурудза, просо, сорго, цукрова тростина та інші; первинними продуктами є чотирьохвуглеводні сполуки: яблунева та аспарагінова кислоти; значення δ13С дорівнюють -9 до  18‰, в середньому  від -12 до -16 ‰) [3, с.53].
  3. За типом кислотного метаболізму товстянкових рослин (САМ - Crassulacean Acid Metabolism), який поєднує в собі риси С3 - та С4 – циклів (характерний для рослин –суккулентів з Родини Товстянкових, залежить від забезпеченості водою; значення δ13С = від -23 до -12 ‰) [3, с.53]. В даній статті не розглядається.
Різна рослинна сировина навіть з однаковим типом фотосинтезу може відрізнятися (табл..1)  

Таблиця 1
Ізотопний склад вуглецю різних рослин  та рослинної сировини [4,5]
Об’єкти з С4-типом фотосинтезу δ13С, ‰ Об’єкти з С3-типом фотосинтезу δ13С, ‰
Тростинний цукор -11,99 Буряковий цукор -25,62
Тростинний цукор (темно-коричневий) -11,75 Цукроза з буряку Від -26,4 до -24,3
Тростинний цукор (світло-коричневий) -11,63 Кленовий цукор -23,81
Кукурудза Від -13 до -8 Рисовий сироп Від -27,4 до -26,1
Сахароза з кукурудзи Від -12,2 до -10,3   Соя -25,01
Кукурудзяний сироп -10,22 Пшениця Від -26,5 до -23,5  

Дослідження ізотопного складу вуглецю 7 зразків цукру з різної сировини (буряку чи цукрової тростини) та різного походження, проведене в Росії, підтвердило чітке диференціювання ізотопного складу вуглецю цукру в залежності від сировини, з якого він виготовлений (табл..2).

Таблиця 2
Ізотопний склад цукрів з різної  сировини, 2011 р. [6]
№ п/п Різновид цукру Країна-виробник δ13С, ‰
1 Цукор коричневий тростинний Росія -13,87±0,1
2 Цукор тростинний Франція -12,88±0,1
3 Цукор тростинний Перу -14,44±0,1
4 Цукор тростинний Демерара Росія -12,84±0,1
5 Цукор-сирець з тростини Судан -13,44±0,1
6 Цукор-пісок Росія -25,14±0,1
7 Цукор пресований Росія -26,84±0,1

В країнах, які вироблять цукор з цукрового буряку, наприклад, в Туреччині, зіткнулися з проблемою фальсифікації бурякового цукру тростинним, що пов’язано з меншою ціною останнього. Тому дуже актуальними стають методи, які дозволяють достовірно розрізняти  цукри різного походження. В одному з досліджень, проведеному в Туреччині, дослідники вивчали ізотопний склад вуглецю цукрів, зразки якого відбиралися протягом трьох сезонів з 33 цукрових заводів з метою виявити фальсифікації тростинним цукром. В результаті, з 381 дослідженого зразка (які маркувалися як буряковий цукор) 263 зразки були тростинним цукром (69 %) [2]. Таким чином, метод аналізу стабільних ізотопів  дозволив чітко розрізнити фальсифікації цукру.

Дослідження ізотопного складу 8 зразків цукру, виготовлених з різної сировини і різного походження було проведено в 2014 році на базі Інституту геохімії навколишнього середовища НАН України, м.Київ (табл..3).

Таблиця 3
Ізотопний склад цукрів з різної сировини, 2014 р.
№ п/п Зразок Країна-виробник δ13С,‰
1 Цукор тростинний "Демерара" Україна -10,4±0,2
2 Цукор тростинний Білорусь -11,7±0,2
3 Цукор тростинний ТМ "Sun Sugar"  Маврікій -12,2±0,2
4 Цукор тростинний ТМ "Golden Cane" Маврікій -11,5±0,2
5 Цукор тростинний "Bio Planet"  Польща -12,0±0,2
6 Цукор тростинний Білорусь -16,9±0,2
7 Цукор буряковий "Вигідна ціна" Україна -25±0,2
8 Цукор–пісок  Україна -25,2±0,2
9 Цукор буряковий "Повна Чаша" Україна -24,8±0,2

Метод аналізу стабільних ізотопів можливо використовувати не тільки для ідентифікації сировини для цукрів. Наприклад, дослідження меду на предмет домішок тростинного чи кукурудзяного сиропу. Результати такої роботи, проведеної в Туреччині, показали, що більшість меду в цьому регіоні продукується з рослин з С3-типом фотосинтезу [9]. δ13С для такого меду дорівнювало щонайбільше -23,5‰. Для виявлення фальсифікації меду використовувалась різниця між значеннями δ13С у зразку меду та у білку, екстрагованого з цього меду. Наприклад, значення δ13С для зразку меду дорівнювало -25,782‰, а для білку з нього – -25,911‰. Різниця дорівнювала 0,129‰. Якщо різниця була більше 1‰, то це свідчило про фальсифікацію.

Таким чином, перспективою подальших досліджень є розроблення методик для ідентифікації цукрових домішок у продуктах харчування.

Висновки
1.    Показано, що для розрізнення цукру з різної сировини – цукрового буряка або цукрової тростини доцільно застосовувати метод аналізу стабільних ізотопів вуглецю.
2.    Діапазон значень  δ13С для бурякового цукру (С3-тип фотосинтезу) становить від -20 до -37‰, для тростинного цукру (С4-тип  фотосинтезу ) – -9 до -18‰, що дозволяє чітко ідентифікувати досліджуваний об’єкт.
3.    В Україні існують широкі можливості для застосування цього методу при аналізі цукру, спирту, овочевих та фруктових соків, меду та інших цукровмісних продуктів.


Література

  1. Cagatay Selim Restructuring sugar beet market in Turkey: increasing transfer efficiency via decreasing distortion / Selim Cagatay, Ozgur Teoman // New medit. – 2006. – №3. – P.4-15
  2. Gerstenberg H. Report on the Intereomparison for the Isotope Standards KH-2 and PEF-1 / H. Gerstenberg,  H.Herrman. – 18 p.
  3. Leblebici M. Jale Identification of origin of sugar samples in Turkey by determination of carbon isotope ratio / M. Jale Leblebici // Sugar Industry/Zuckerindustrie. – 2009. – № 134. – P.629-632.
  4. Талибова А. Оценка качества и безопасности пищевой продукции методом изотопной масс-спектрометрии / А. Талибова, А. Колеснов // Аналитика. – 2011. – №1. – С.44-48.
  5. Elflein Lutz Improved detection of honey adulteration by measuring differences between 13C/12C stable carbon isotope ratios of protein and sugar compounds with a combination of elemental analyzer-isotope ratio mass spectrometry and liquid chromatography-isotope ratio mass spectrometry (δ13С-EA/LC-IRMS) /Lutz Elflein, Kurt-Peter Raezke // Apidologie – 2008. – № 39. – P.574-587.
  6. Jahren A. Hope An isotopic method for quantifying sweeteners derived from corn and sugar cane / A. Hope Jahren, Christopher Saudek, Edwina H. Yeung, WH Linda Kao, Rebecca A. Kraft, Benjamin Caballero //  The American Journal of Clinical Nutrition. – 2006. – № 84. – P.1380-1384. 
  7. Колеснов А.Ю. Масс-спектрометрические исследования состава стабильніх изотопов углерода 13С и 12С в сахарах различного происхождения /А.Ю. Колеснов, М.Б. Мойсеяк, А.Г.Талибова // Сахар. – 2011. – № 8. – С.39-45
  8. Соботович Э.В. и др. Справочник по изотопной геохимии / Э.В. Соботович – Москва, Энергоиздат. – 1982. – 140 с.
  9. Yücela Pelin K. Measurment of carbon isotope ratios of honey samples from turkey by EA-IRMS / Pelin K. Yücela, Hülya Güçlüa, Yüksel Merta, Okan Oktara, Turhan Köseoğlua, Bahri Yilmazba. XXXXIII International Apicultural Congress. – 2013.
  10. Ghidini S. Stable isotopes determinarion in food authentication: a review / S. Ghidini, A. Ianieri, E. Zanardi, M. Conter, T. Boschetti, P. Iacumin, P.G. Bracchi // Ann. Fac. Medic. Vet. di Farma. – 2006. – Vol.XXVI. – P.193-204.
Коллеги, друзья и партнеры
Copyright©НИЦНПЭ ТЕСТнаписать намперейти вверх
 
 
TopList www.webmoney.ru
Проверить аттестат