30 ноября 2021

Без вреда: учёные МГУ нашли безопасный способ извлечения пищевых красителей

Сотрудники химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова создали эффективный и экологически безопасный способ выделения пищевых красителей из продуктов питания с помощью ионных растворителей. Разработка поможет контролировать качество содержащих красители продуктов и степень загрязнённости объектов окружающей среды.

 

Зелёная смерть

В 1862 году, в течение шести недель, в семье лондонского каменщика Ричарда Тёрнера умерли трое детей. Врачи предполагали, что причиной стала дифтерия — опасное инфекционное заболевание, передающееся воздушно-капельным путём. От дифтерии на тот момент ещё не было лекарств, а выжить удавалось лишь единицам заболевших. Поэтому, когда заболел четвёртый ребёнок отчаявшихся Тёрнеров трёхлетняя Энн Амели, они вызвали Томаса Ортона — лучшего врача в городе.

Доктор Ортон сразу заподозрил неладное. Симптомы девочки действительно напоминали дифтерию. Но никто из соседей не заразился, родители тоже были здоровы, а это совсем не характерно для такого агрессивного заболевания. Поэтому доктор принялся изучать квартиры Тёрнеров и их соседей на предмет токсинов. И внимание его привлекли лишь модные зелёные обои, на которые не скупилась ни одна уважающая себя британская семья.

Дело в том, что в те годы зеленый краситель изготавливался с добавлением мышьяка, ядовитого для человека вещества. Иначе насыщенного изумрудно-зелёного, который так любили британцы, было просто не достичь. А об опасности мышьяка в то время никто не думал.

Спустя месяц болезни Энн Амели умерла. Чтобы узнать истинные причины, родители дали разрешение на вскрытие. Оно показало, что причиной смерти стало именно отравление мышьяком. Дело семьи вызвало бурную реакцию и со стороны граждан, и со стороны правительства. Ведь если причина в краске, производства потерпят огромные убытки. Но проведённый по этому поводу суд не признал результат вскрытия верным и постановил, что дети умерли по естественным причинам.

Тем не менее, причинно-следственные связи между болезнями и наличием токсина в окружающих людей вещах становились всё более явными. Например, руки работников текстильной промышленности были покрыты язвами из-за постоянного контакта с красителями. Но как только люди увольнялись с опасных производств, их состояние улучшалось.

Сегодня красители активно используются вообще везде, в том числе и в пищевой промышленности. Большинство из них синтетические, то есть искусственно созданные человеком. Популярностью они пользуются из-за большого разнообразия цветов, яркости, предсказуемости «поведения» в различных условиях и относительно невысокой стоимости. И несмотря на то, что создавали их специально для еды, они не безопасны на сто процентов. Ведь далеко не все компоненты красителей и процессы их усвоения в организме изучены. А регулярное употребление продуктов с красителями или их слишком высокое содержание в каком-то блюде может стать причиной отравлений и аллергий.

 

Бесконтрольное производство

Первый синтетический краситель, который создавался в промышленных количествах, изобрёл английский химик Уильям Перкин в 1856 году. Тогда учёному было всего 18 лет, и искал он вовсе не краску. Он исследовал варианты получения хинина, которым в то время активно лечили малярию.

В процессе экспериментов учёный обратил внимание на то, как взаимодействуют бихромат калия и сульфат анилина. И то и другое — токсичные вещества, до сих пор применяемые при изготовлении красителей. Тогда в результате их соединения на дне колбы образовался осадок чёрного цвета. Из него Перкину и удалось выделить вещество, обладающее красящими свойствами. Оно имело розовато-лиловый, или пурпурный, цвет, а названо было в честь цветка мальвы — мовеин.

Уильям Перкин сразу сообразил, что сделал ценнейшее открытие, ведь до него краситель такого цвета добывался из моллюсков багрянок. Для производства одного грамма этого красителя нужно было переработать до десяти тысяч моллюсков. И позволить его себе могли только очень обеспеченные люди. Поэтому уже через год молодой и предприимчивый Перкин развернул масштабное производство мовеина. Его доступность привела к так называемой «сиреневой эпохе» в мире моды.

Появление мовеина повлекло за собой промышленное производство красящих добавок в том числе и для еды. Например, был синтезирован сине-фиолетовый краситель, или индиго, который раньше добывался из растений индигоноски. Проблема заключалась в том, что на тот момент ещё не существовало органов и документов, контролирующих безопасность таких предприятий и производимых на них продуктов. Поэтому отравления красителями были не редкостью, а некоторые из них имели летальный исход. 

Только к середине ХХ века отдельные страны начали регулировать производство и применение пищевых красителей. Например, в США существовал список разрешённых добавок. В него входили только те красители, которые соответствовали нормам по содержанию в них тяжёлых металлов. А допускали эти нормы лишь тысячные доли процента. Кроме того, существовало ограничение на количество используемого в пище красителя.

В отличие от стран Запада, где были разрешены несколько десятков синтетических красителей, в СССР были разрешены всего два: синий краситель индигокармин и жёлтый тартразин. Сегодня на этикетках товаров мы можем встретить их как Е132 и Е102 соответственно. И,  несмотря на такой строгий контроль, даже эти добавки далеко не безвредны. При нарушении технологии производства индигокармин, например, может вызывать проблемы с сердцем, тошноту и даже приступы удушья у людей, страдающих астмой, а тартразин в редких случаях может провоцировать аллергические реакции в виде сыпи.

Список допустимых сегодня синтетических красителей гораздо длиннее. Но многие из разрешённых в России добавок запрещены в других странах. Например, диоксид титана, древесный уголь, синий патентованный V и другие. Поэтому, чтобы избежать возникновения у потребителей негативных реакций, за количеством красителей в продуктах питания активно следят. А учёные ведут непрерывную работу над совершенствованием способов контроля качества.

 

Новый уровень контроля

Специалистам химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова удалось разработать экологически чистый способ извлечения пищевых красителей для оценки качества продуктов. В частности, учеными был создан новый вид растворителей. Он не только намного более эффективен, в отличие от существующих, но и абсолютно нетоксичен.

Современные красители извлекают из продуктов путем экстракции. Это метод разделения, выделения и концентрирования, то есть извлечения отдельных веществ из раствора или сухих смесей с помощью растворителя. Растворитель, в свою очередь – это жидкость, которая способна растворять в себе другие твердые, жидкие или газообразные вещества, практически не смешиваясь с исходным продуктом.

Процесс экстракции состоит из следующих этапов: смешивание продукта с растворителем; расслаивание продукта на отдельные фазы в результате реакции и их механическое разделение (например с помощью разделительной воронки); удаление растворителя из полученных веществ путем дистилляции (испарения жидкости и конденсации паров), выпаривания, кристаллизации и других способов. Проблема в том, что используемые сейчас органические растворители нельзя назвать безопасными. К ним относятся, например, разные виды спирта. То есть это летучие, горючие и токсичные соединения, которые напрямую влияют не только на качество конечного продукта, но и на экологию.

Чтобы решить эту проблему, специалисты химического факультета МГУ во главе с профессором Игорем Владимировичем Плетнёвым изучили экстракционные системы нового поколения и комбинированные растворители и предложили собственный вариант таких составов.

К комбинированным растворителям относятся жидкости, в составе которых есть как минимум два типа частиц: молекулы и ионы. Молекула — это наименьшая частица вещества, определяющая его свойства и способная к самостоятельному существованию. Она не имеет заряда, потому что состоит из электрически нейтральных атомов. А вот ион — это молекула или атом, которые имеют или положительный (катион), или отрицательный (анион) заряд.

Составная природа комбинированных растворителей даёт им серьёзное преимущество: свойства таких растворителей можно бесконечно варьировать, подстраиваясь под различные задачи. К гибким комбинированным растворителям относятся, например, жидкие при комнатной температуре расплавы органических солей.

Идея московских учёных состоит в том, чтобы в качестве растворителей использовать необычные гидрофильно-гидрофобные ионные жидкости. Необычные они потому, что совмещают в себе казалось бы противоположные свойства. Они не смешиваются с водой и практически в ней не растворяются, но при этом сами содержат много растворённой воды. Учёные называют их «увлажнёнными» растворителями и утверждают, что они отлично подходят для экстракции гидрофильных, любящих воду, соединений.

Отдельно специалисты отмечают проблему количественного определения содержащегося в продукте красителя. Сейчас в пищевой химии активно используются сульфоазокрасители (например, тартразин). Некоторые из них имеют мутагенные свойства, то есть провоцируют формирование необратимых структур в организме человека. И проявить себя эти патологии могут лишь спустя десятилетия после попадания в организм. Проконтролировать количество такого красителя с помощью традиционного молекулярного растворителя в пище сложно, поскольку он хорошо растворяется в воде и присутствует в водных растворах в анионной форме. А значит, нужны не только активные растворители, но и дополнительные реагенты-противоионы, дополнительные химические реакции. И даже при этом достичь эффективной экстракции удаётся не всегда. В то время как гидрофильно-гидрофобная ионная жидкость уже способна к ионообменной экстракции, благодаря чему процесс извлечения красителя из продукта и его количественное определение упрощаются.

Определение красителя и его количества полезно не только для оценки качества пищевой продукции. Таким же способом можно определять степень загрязненности окружающей среды. Например, в сточных водах предприятий пищевой промышленности содержится совсем немного красителей, но они имеют свойство накапливаться в окружающей среде. А повышенная концентрация красителей может причинять вред биосистемам и ухудшать качество воды.

Свою работу на достигнутом учёные МГУ не останавливают. Они уже ведут изучение свойств разработанных жидкостей и ищут новые растворители. 

 

Автор: Анна Добровольская

Фото: https://www.flickr.com

По материалам: https://nauka.tass.ru/nauka/11455497

 

 

 

Далее

Во имя безопасности: на базе МГУ им. Ломоносова разработали умную систему контроля дорожного движения

Все
новости