Люминисцентный анализ при определении качества продуктов питания

  Весьма  полезным может быть люминесцентный анализ для исследования огнестрельных повреждений. Практически каждое входное отверстие  от  пули можно определить по голубоватому свечению следов оружейной смазки. Дело в том, что пуля, проходя через ствол оружия, захватывает некоторое количество смазки и оставляет его на краях отверстия при встрече с препятствием. Если следы смазки растворить в эфире и измерить яркость люминесценции, то можно без труда установить последовательность выстрелов. До сих нор не предложено более убедительного и доступного метода для такой экспертизы.

  Помогает  люминесценция и при исследовании волос (окраску которых можно  определить но характеру свечения их поперечных срезов), и при распознавании застарелых пятен крови. Пятно, предположительно содержащее кровь, обрабатывают концентрированной серной кислотой. Присутствие крови выдает яркое оранжево-красное свечение. Незаменим люминесцентный анализ и в определении срока пребывания костей в земле по различиям в цвете свечения. По цвету свечения могут быть разделены кости погребенных и сожженных трупов.

  Если  на ручки дверей складских помещений, сейфов незаметно нанести порошок  люминофора, то на руках похитителя останутся следы, хорошо видимые  в свете УФ-лампы. «Меченому» преступнику  остается лишь признать себя виновным.

  А вот еще несколько любопытных примеров. Один из простейших приемов люминесцентного анализа — осмотр в УФ-лучах используется для обнаружения фальшивых документов. Именно так чаще всего выявляют следы удаленного текста, следы клея и крахмала на местах перенесенного оттиска печати, незаметные при обычном освещении.

  Этот  же прием применяется и экспертами, устанавливающими автора картины или следы ее реставрации. Так, исследуя люминесценцию картины «Бурное море», приписываемой кисти И. К. Айвазовского, в 1928 г. обнаружили рядом с его якобы подписью светящиеся линии подписи другого автора, не видимые при обычном освещении. То же и в археологии, где исследование подписей и старинных рукописей в УФ-свете дает возможность читать на них стертые, попорченные места.

  Прием люминесцентной метки весьма популярен в среде геологов и гидротехников. Для проектирования морских портов, дамб и речных пристаней важно знать направление и интенсивность перемещения песка в водоеме. Данные   об  этом   получают,   используя песок,   меченный люминофором. Меченый песок получают при перемешивании обычного песка с суспензией люминофора в водном растворе агар-агара. Затем смесь высушивают, что приводит к закреплению люминесцирующей  тонкой пленки на поверхности песчинок. Меченый песок опускают на дно водоема и ждут некоторое время, а затем отбирают пробы грунта. Отбор проб производят в разных местах водоема, так что по числу меченых песчинок легко оценить характер перемещения песчаных массивов.

  Менее трудоемко применение водорастворимых люминофоров в гидрогеологии для измерения емкости различных водоемов, определения скорости течений в реках, канализационных трубах и т. д. Люминофоры начали выступать в этой роли намного раньше, чем радиоактивные изотопы, которые сейчас также применяют для подобных целей. Вот один из примеров. В 1960 г. в определенных местах Балтиморской бухты (США) в воду вылили раствор ярко люминесцирующего красителя — родамина В. На борту специального судна был сконструирован нехитрый прибор (флуориметр), регистрирующий люминесценцию воды, взятой за бортом с нужной глубины. Таким образом, двигаясь по заданному маршруту, судно давало непрерывную информацию об изменении содержания люминофора в исследуемой воде. В результате была составлена подробная картина циркуляции воды в Балтиморской бухте.

  Трудно  представить себе современную аналитическую  химию без люминесцентного анализа. С его помощью можно определить около 50 элементов периодической  системы Д.И. Менделеева. Люминесцентный анализ применяют и тогда, когда интересующее химика-аналитика соединение не люминесцирует. Необходимо лишь подыскать такой реактив, который, взаимодействуя с исследуемым соединением, образует люминесцирующие продукты. Эта возможность была использована для надежного определения озона в пробах стратосферы (общее количество озона в пробе было ниже 10-7 г). Широкое применение в аналитике нашли люминесцентные индикаторы, изменяющие при титровании в точке эквивалентности цвет или интенсивность свечения титруемого раствора. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ПРИ КОНТРОЛЕ КАЧЕСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ 

  1. Продукты животного  происхождения. 

  Но  с каких продуктов начать? Существует известное латинское выражение , которое означает  «с самого начала». Иногда употребляется и дословный  перевод— «от яйца».   Воспримем   эту   рекомендацию буквально, и для начала  обратимся к люминесцентному контролю качества куриных яиц.

  Еще в 30-х годах был разработан оригинальный метод санитарной оценки свежести яиц  без вскрытия скорлупы. Дело в том, что люминесценция содержимого яйца, видимая через скорлупу, меняется с красной на голубую в зависимости от сроков и способов его хранения. Особенно полезным  оказался  люминесцентный   анализ   при  выявлении яиц, зараженных светящимися бактериями Pseudomonas flourescens  (подробнее о люминесценции микроорганизмов будет сказано далее). Пигмент пиовердин, вырабатываемый размножающимися бактериями, люминесцирует настолько ярко, что яичная скорлупа - не преграда для наблюдения его свечения. Подробное исследование поведения этих занятных бактерии показало, что вначале они образуют колонии на внутренней стороне скорлупы, а через   1—8  дней  проникают  в   белок,  который  также начинает   люминесцировать.   При   люминесценции   всего белка   бактерии   размножаются   до   гигантской   цифры —10⁷-10⁹ в одном грамме.

  Но  люминесцентный контроль качества продуктов питания начался все-таки не с яиц, а с таких продуктов, как мясо, рыба, жиры и молоко. Именно наблюдением   их   собственного   свечения   под   действием УФ-света и занимались в своих пионерских работах советские   специалисты — энтузиасты  люминесцентного   метода  в  санитарии — Р.Я.   Гасуль,  И.М.  Меньшиков  и Г.Д. Лесков. Они обнаружили, что цвет и интенсивность собственной люминесценции изменяются при хранении и ухудшении качества  пищевых   продуктов.   Несмотря  на некоторое непостоянство результатов (на характер свечения сильно влияли случайные примеси и продукты жизнедеятельности  микроорганизмов),  первые  работы  показали  перспективность  предложенного  направления.

  В наше время люминесцентный анализ широко используют в санитарии не только для оценки качества продуктов, но и для выявления таких примесей, как следы химических консервантов, лекарственных веществ, антиокислителей, вкусовых и ароматизирующих добавок, пестицидов, пищевых красителей.

  Наибольшее  число работ, где люминесцентным методом изучалось соответствие пищевых продуктов требованиям санитарии, посвящено рыбе, мясу и изделиям из них. Специалисты обнаружили, что в ряде случаев люминесцентный метод позволяет обнаруживать порчу рыбы на ранних стадиях, когда она еще неуловима органолептическими методами. Вот основные из полученных результатов:

• свежая рыба почти не люминесцирует;
• на ранних стадиях порчи поверхность и мясо рыбы обладают голубым свечением;
• появление желтой и красной люминесценции говорит о значительной степени разложения рыбы;
• после кулинарной обработки изделия из рыбы сохраняют характер свечения сырого продукта.

   Откуда  же берется люминесценция у подпорченной рыбы? Большинство ученых связывают ее появление с развитием в рыбе способных к люминесценции микроорганизмов.

  Биолюминесценция  — явление довольно распространенное в органическом мире. Всем знакомо с детства свечение светляков или гнилушек. Хотя биолюминесценция впервые описана в 1742 г., указания на свечение представителей животного мира можно встретить уже у Аристотеля (384—322 гг. до н. э.) и у Плиния (23—79 гг.). Помимо бактерий (Pseudomonas, Bact. Phosphoreus), биолюминесценция обнаружена у грибов (Armillaria mellea, pleurotus olearius и др.), некоторых высших растений в состоянии роста, многих животных (ракообразные, жуки и т. д.). По своему происхождению биолюминесценция — типичная хемилюминесценция, черпающая энергию в реакциях окисления с участием кислорода.

  А пока вернемся к люминесцентному  анализу пищевых продуктов.

  Применение  люминесценции для санитарной оценки качества мяса так же, как и в  случае рыбы, ограничено непостоянством характера свечения. Как правило, мышечная ткань свежего парного мяса не люминесцирует, а соединительная ткань имеет светло-голубое свечение. По мере хранения и начинающейся порчи ранее нелюминесцирующие участки приобретают свечение, что связано с деятельностью бактерий и окислительно-ферментативными процессами. Объективным показателем непригодности мяса к употреблению служит появление красной люминесценции,   характерной   для   порфиринов – продуктов распада гемоглобина и других аналогичных веществ. Возникновение при хранении на поверхности мяса светящихся пятен с различной окраской может быть связано с присутствием микроорганизмов, плесеней и грибов.

  Собственная люминесценция животных масел и  жиров не дает однозначной информации о степени их свежести. Несмотря па это, люминесцентный анализ прекрасно  зарекомендовал себя при обнаружении примесей и загрязнений в них. Еще в 1928 г. люминесцентным методом удалось отличить чистое коровье масло от масла с примесью 8% маргарина.

  Наиболее  часто встречающиеся в животных и растительных маслах загрязнения — минеральные масла. Их обычно очень немного — до 1—2%, но это как раз тот случай, когда ложка дегтя способна испортить бочку меда. К счастью, минеральные масла легко обнаруживаются даже в малых концентрациях благодаря своему характерному свечению.

  Немецкий  исследователь Ф. Шенберг более 30 лет назад разработал интересный и довольно перспективный метод установления свежести жира. Он на удивление прост: проба жира обрабатывается очень разбавленным (~0,1%-ным) раствором люминесцентного красителя конго красного, и в зависимости от степени свежести наблюдаются изменения в характере свечения образца. Но, к сожалению, этот метод не получил еще должного признания у специалистов-практиков. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  2. Продукты растительного  происхождения.

  Среди пищевых продуктов, санитарная пригодность которых определялась люминесцентным методом, наибольший эффект получен, пожалуй, для растительных продуктов — овощей, фруктов, растительных масел и т. д. Продемонстрируем возможности люминесцентного анализа па примере оценки пищевой пригодности картофеля.

  В начале 50-х годов ленинградские  исследователи В.П. Гиренко и М.И. Голланд предложили новый оригинальный метод обнаружении заболеваний картофеля. Ведь к чему сводится обычная оценка качества картофеля? Только к поверхностному осмотру, а следовательно, она зависит от индивидуального подхода агронома, эксперта-товароведа и дает большие отклонения от истинного состояния качества поступающего продукта. Кроме того, даже при самом внимательном осмотре невозможно обнаружить картофель, пораженный заболеванием на начальной стадии, когда внешние признаки недоброкачественности еще не видны при обычном освещении.

  Новый метод, разработанный учеными и  основанный на осмотре картофеля  под УФ-светом, лишен всех этих недостатков. Ученые начали с наблюдения люминесценции клубней здорового картофеля. Оказалось, что цвет свечения зависит от сорта картофеля. Так, разрез клубней сорта «Камераз» люминесцирует ярко-желтым цветом, сорта «Калев» — серо-желтым, сорта «Берлихенген» — серовато-коричневым и т. д. Всего было просмотрено 70 сортов картофеля. Картина свечения срезов клубней резко менялась, если картофель был подморожен или заражен фитофторой. Подмороженные клубни люминесцировали бледно-голубым цветом, а больные фитофторой имели ярко-голубое свечение.

  Таким образом, люминесцентный метод позволяет быстро и своевременно производить экспертизу картофеля, дает возможность более правильно определять его качество и лежкостойкость.

  Было  обнаружено, что клубни, зараженные грибком Rhizoctonia, люминесцируют лишь в очагах поражения. Картофель сорта «берлихенген», полученный с растения, больного морщинистой мозаикой (вирусное заболевание), имеет беловато-голубое свечение, распространяющееся от периферии к сердцевинной части среза клубня. Клубни картофеля всех сортов, проросшие в темноте, люминесцируют так же, как и не проросшие, а картофель, проросший па свету, имеет под оболочкой слой с оранжевой люминесценцией.

  Но  почему только картофель? Разве качество других-овощей не может быть оценено  люминесцентным методом? Как выяснилось, может.

  По  одному из первых наблюдений специалисты  нашли, что  изменение  люминесценции  огурцов,  бобов, белой   и красной  капусты позволяет выявить начало гниения на такой ранней стадии, когда оно неуловимо другими  методами. Такое наблюдение было использовано при изготовлении овощных консервов, причем с большой эффективностью: брак консервов снизился, как минимум, в 2 раза.