Влияние степени дисперсности пищевых добавок на совместную сорбцию свинца и кадмия Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Биология

Вестн ик Нижегородсрого университета им. Н.И. Лобачевского, 2009, N9 5, с. 113- 11 7

УДК 664.87: 543.42: 546.3

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ДИСПЕРСНОСТИ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК НА СОВМЕСТНУЮ СОРБЦИЮ СВИНЦА И КАДМИЯ

© 2009 г. В.Ф. Урьяш 1, Е.А. Степанова 1, Н.В. Гришатова2, А.Е. Груздева 2,

В.Т. Демарин3, А.Н. Туманова 3

1 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского 2 ЗАО «Биофит», г. Нижний Новгород 3 НИИ химии Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского

[email protected]

Поступила в редакцию 06.03.2009

Методами спектрального анализа изучен процесс сорбции свинца и кадмия из растворов их солей пищевыми добавками «Биофит» различной степени дисперсности. Исследовали как совместную сорбцию тяжелых металлов, так и по отдельности. Увеличение степени дисперсности криопорошков существенно влияет на их способность сорбировать свинец: последняя возрастает в 1.5-2 раза по сравнению с крупнодисперсными криопорошками. Способность сорбировать кадмий в пределах погрешности эксперимента остается неизменной. Исследование совместной сорбции обоих металлов из растворов их солей показывает, что между металлами существует антагонизм.

Ключевые слова: пищевые добавки, степень дисперсности, сорбция, свинец, кадмий.

Введение

В условиях высокой антропогенной нагрузки на окружающую природную среду в организм человека попадают не отдельные ксенобиотики, а целый набор вредных веществ. Это относится и к тяжелым металлам [1]. Поэтому при очистке организма человека от них приходится решать проблему влияния тяжелых металлов друг на друга при сорбции их энтеросорбентами. В связи с изложенным, нами была изучена сорбция свинца и кадмия из растворов их солей по отдельности и совместно мелкодисперсными криопорошками «Биофит».

Материалы и методы исследования

Растительные продукты (мята, малина, брусника, черника, клюква, черная смородина, арония, яблоко, свекла, топинамбур) получены в ЗАО «Биофит» (г. Нижний Новгород) путем криогенного измельчения высушенного в вакууме растительного сырья, причем разработанная технология переработки позволяла практически полностью сохранить весь биологически активный комплекс собранного растительного сырья [2]. Такие продукты предназначены для лечебно-профилактического питания взрослых и детей. Все продукты были воздушносухими, содержание остаточной воды в них составляло 4-7 мас.%. Размер частиц, определен-

ный в оптическом биологическом микроскопе МБД-1 с окулярным микрометром МОВ-1-15Х, для крупнодисперсных криопорошков равнялся ~500-600 мкм, а для мелкодисперсных - 5-40 мкм. В качестве примера на рис. 1 представлены гистограммы крупно- и мелкодисперсных образцов биологически активной добавки (БАД) клюквы. Содержание РЬ и Сё в исходных продуктах, определенное атомно-эмиссионным методом спектрального анализа [3], не превышало предельно допустимых концентраций (в соответствии с Г игиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов, Сан ПиН 2.3.2.560-9б). По использованной нами методике предел обнаружения РЬ и Сё в анализируемых образцах спектральным методом составлял 1.5 10-6 мас.%.

Тяжелые металлы брали в виде их солей РЬ(МО3)2 квалификации «ос. ч.» и 3Сё8О4-8Н2О -«х. ч.». В процессе приготовления образцов растительных продуктов с сорбированными ионами РЬ2+ или Сё2+ мы создавали условия (рН, время перемешивания), аналогичные таковым в желудке и кишечнике человека. Методика приготовления образцов подробно описана в работах [4-7]. Содержание свинца и кадмия в приготовленных образцах растительных продуктов определяли атомно-абсорбционным методом анализа [8] на спектрометре производства фирмы «Регкт-Е1тег», модель 603. Погрешность определения массы тяжелого металла составляла 10%.

При определении свинца и кадмия в пробах спектральными методами анализа пользовались рекомендациями соответствующих ГОСТов [9-11].

Результаты экспериментов и их обсуждение

В качестве примера в табл. 1 представлены результаты экспериментов по определению количеств свинца и кадмия, сорбируемых по отдельности и совместно из растворов их солей мелкодисперсным криопорошком мяты. В табл. 2 при-

ведены усредненные данные по сорбции для всех изученных продуктов.

Сравнение полученных результатов по сорбции мелкодисперсными криопорошками с данными для крупнодисперсных БАД, полученными нами ранее [4-6], показывает, что увеличение степени дисперсности существенно влияет на способность БАД сорбировать РЬ2+. Она значимо увеличивается в 1.5-2 раза. Способность сорбировать Сё2+ в пределах погрешности эксперимента остается неизменной независимо от степени дисперсности. По-видимому Сё2+ проникает в сорбент и занимает все

Таблица 1

Данные опытов по определению способности мелкодисперсного криопорошка мяты сорбировать по отдельности и совместно свинец и кадмий из водных растворов их солей

Соль Способ отделения твердого остатка Масса вводимого металла, мг Масса криопорошка, г Масса сухого остатка, г Масса металла в сухом остатке, мг Массовая доля металла, сорбированного сухим остатком, мас.% Средняя массовая доля металла, мас.%

РЬ(Ж>з)2 Центрифу- 18.8 1.8001 1.28 15.1 80 82

гирование 9.63 1.8001 8.00 83

РЬ(КОз)2 Фильтро- 20.0 1.7996 1.33 18.1 90 95

вание под 9.57 1.8012 9.50 99

вакуумом

зсаБо4- Центрифу- 18.4 1.8032 1.38 14.8 80 78

8Н2О гирование 8.68 1.8057 6.5 75

зсаБо4- Фильтро- 17.8 1.8009 1.33 13.5 76 78

8Н2О вание под вакуумом 8.40 1.8037 6.80 81

РЬ(КОз)2 Центрифу- 3.13 1.8057 1.33 2.80 89 89

+ гирование

зсаБо4- 2.70 1.24 46 46

8Н2О

РЬ(Ж>з)2 Фильтро- 3.13 1.8046 1.29 2.85 91 91

+ вание под

зсаБо4- вакуумом 2.70 1.28 47 47

8Н2О

Таблица 2

Усредненные данные по способности мелкодисперсных криопорошков «Биофит» сорбировать РЬ и Си

(по отдельности и совместно)

Образцы Масса сухого остатка, г Сорбция РЬ, мас.% Сорбция Сіі, мас.% Совместная сорбция, мас.%

РЬ са

Мята 1.32 88±8 78±7 90±8 46±4

Арония 0.93 84±7 77±6 87±8 45±3*

Черника 0.95 71 ±6 64±5 89±8 24±2

Малина 0.89 61±5 64±5 71±6 20±1

Черная смородина 0.74 62±5 58±5 81±7 24±2

Клюква 0.66 33±2 52±4 42±3 12±1

Брусника 0.56 35±2 22±2 54±4 14±1

Яблоко 0.49 34±2 58±5 58±4* 19±1*

Свекла 0.44 51±4 22±2 43±4 32±2*

Топинамбур 0.33 70±5 68±6 80±8 17±1*

* Статистически значимые различия совместной сорбции по сравнению сорбцией по отдельности (р < 0.05).

Доля частиц, % 50403020 100

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Диаметр частиц, мкм а

0

Доля частиц, %

30-,

25- Т 20151050-

W-

20 40 60 80 100

Диаметр частиц, мкм б

Рис. 1. Гистограммы распределения числа частиц по размерам в крупно- (а) и мелкодисперсных (б) образцах клюквы

СЕ, мг/г

Масса сухого остатка, г

Рис. 2. Изменение сорбционной емкости (СЕ) крупнодисперсных БАД для РЪ2+ в зависимости от массы сухого остатка. Масса введенной в раствор соли, мг: 1 - 30; 2 - 15. Уравнения регрессионной зависимости сорбционной емкости БАД от массы сухого остатка для РЪ2+: 1 - у = 10.37 + 5.0х, Я2 = 0.41, р = 0.12; 2 - у = 2.72 + 1.73х, Я2 = = 0.37, р = 0.14, где х - масса сухого остатка (г), у - сорбционная емкость (мг/г)

Масса сухого остатка, г

Рис. 3. Изменение сорбционной емкости крупнодисперсных БАД для С(12+ в зависимости от массы сухого остатка. Масса введенной в раствор соли, мг: 1 - 30; 2 - 15. Уравнения регрессионной зависимости сорбционной емкости БАД от массы сухого остатка для С(12+: 1 - у = 5.22 + 1.97х, Я2 = 0.69, р = 0.02; 2 - у = 2.63 + 0.96х, Я2 = 0.64, р = 0.03

Масса сухого остатка, г

Рис. 4. Изменение сорбционной емкости мелкодисперсных БАД для РЪ2+ в зависимости от массы сухого остатка. Масса введенной в раствор соли, мг: 1 - 30; 2 - 15. Уравнения регрессионной зависимости сорбционной емкости БАД от массы сухого остатка для РЪ2+: 1 - у = 0.56 + 6.74х, Я2 = 0.72, р = 0.0075; 2 - у = 0.33 + 4.24х, Я2 = 0.62, р = 0.01

Масса сухого остатка, г

Рис. 5. Изменение сорбционной емкости мелкодисперсных БАД для С(12+ в зависимости от массы сухого остатка. Масса введенной в раствор соли, мг: 1 - 30; 2 - 15. Уравнения регрессионной зависимости сорбционной емкости БАД от массы сухого остатка: для С(12+: 1 - у = -0.68 + 7.24х, Я2 = 0.91, р = 0.001; 2 - у = 0.4 + 2.75х, Я2 = 0.64, р = 0.01

доступные ему активные центры в твердых остатках, независимо от их дисперсности, тогда как для РЪ2+ в крупнодисперсных БАД не все активные центры доступны. При увеличении степени дисперсности доступность активных центров для РЪ2+ возрастает. Факт, что БАД яблоко менее, чем другие сорбирует свинец, можно объяснить тем, что в его состав входит железо, которое составляет конкуренцию свинцу, не давая ему абсорбироваться частицами добавки (содержание железа в яблоке составляет 30 мг/кг).

При совместной сорбции РЪ2+ и Сё2+ выявлено антагонистическое влияние металлов (табл. 2). У аронии, яблока, топинамбура значимо снижается сорбция Сё2+ по сравнению с

сорбцией по отдельности. Сорбционная способность для РЬ2+ остается неизменной. В случае яблока при совместной сорбции значимо увеличивается сорбция РЬ2+. Обращает на себя внимание факт невысокой способности сорбировать свинец у клюквы, брусники, а также кадмия у брусники и свеклы. Такое неоднозначное взаимное влияние металлов объясняется, по-видимому, сложным многокомпонентным составом БАД.

Из полученных результатов видно, что для мелкодисперсных криопорошков, как и для крупнодисперсных [4-7], существует корреляция между массой сухого остатка и эффективностью сорбции тяжелых металлов. На рис. 2-5 представлены графики зависимости сорбцион-

ной емкости БАД по отношению к РЪ+2 и Сё+2 от массы сухого остатка. Нами был проведен регрессионный анализ зависимости сорбционной емкости от массы сухого остатка. Из приведенных под рис. 2-5 уравнений видно, что у мелкодисперсных БАД для РЪ2+ и Сё2+ линейная зависимость сорбционной емкости БАД от массы сухого остатка является значимой (для обеих масс соли) в отличие от крупнодисперсных, у которых значимой является зависимость лишь для кадмия. Наибольшая сорбция и, соответственно, большая масса сухого остатка наблюдаются у мяты, аронии и черники. Исключением является топинамбур. При малой массе сухого остатка у него наблюдается высокая способность сорбировать свинец и кадмий. Очевидно, требуются дополнительные более детальные исследования по выявлению веществ, определяющих сорбционную способность пищевых добавок.

В результате проведенных исследований производителям было рекомендовано использовать мелкодисперсные БАД для увеличения эффективности их воздействия на организм человека.

Список литературы

1. Ершов Ю.А., Плетнева Т.В. Механизм токсического действия неорганических соединений. М.: Медицина, 1989. 272 с.

2. Груздева А.Е., Потемкина Е.В., Гришато-ва Н.В., Крот А.Р. Способ получения пищевой до-

бавки из растительного сырья. Патент РФ. № 2110194. 10.05.98. Приоритет от 3.06.97.

3. Спектральный анализ чистых веществ / Под ред. Х.И. Зильберштейна. СПб.: Химия, 1994. 336 с.

4. Урьяш В.Ф., Груздева А.Е., Плетнева Н.Б. и др. Изучение процесса сорбции свинца и кадмия рядом продуктов из растительного сырья // Химия, технология и пром. экология неорганич. соедин.: Сб. науч. тр. Пермь: ПГУ, 1999. Вып. 2. С. 56-59.

5. Урьяш В.Ф., Степанова Е.А., Гришатова Н.В. и др. Исследование процесса сорбции тяжелых металлов пищевыми добавками «Биофит» // Вестник Нижегородского университета. Сер. биология. 2004. № 3(5). С. 85-91.

6. Степанова Е.А., Урьяш В.Ф., Силкин А.А. и др. Исследование сорбции и выведения свинца биологически активными добавками к пище в опытах in vitro и in vivo // Поволжский экологический журнал. 2005. № 1. С. 71-75.

7. Маркова М.Е., Степанова Е.А., Урьяш В.Ф. и др. Сорбция тяжелых металлов высшими грибами и хитином разного происхождения в опытах in vitro // Вестник Нижегородского университета. 2008. № 6.

С. 118-124.

8. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. М.: Мир, 1976. 355 с.

9. ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсических элементов.

10. ГОСТ 26932-86. Сырье и продукты пищевые. Метод определения свинца.

11. ГОСТ 26933-86. Сырье и продукты пищевые. Метод определения кадмия.

THE INFLUENCE OF DISPERSITY DEGREE OF FOOD ADDITIVES ON JOINT SORPTION

OF LEAD AND CADMIUM

V.F. Uryash, E.A. Stepanova, N.V. Grishatova, A.E. Gruzdeva, V.T. Demarin, A.N. Tumanova

The sorption of lead and cadmium from their salt solutions by food additives «Biofit» of various degree of disper-sity has been studied by spectral analysis methods. Both the joint sorption of heavy metals and individual ones have been investigated. An increase in the cryopowder dispersity substantially affects cryopowder ability to sorb lead. It becomes 1.5-2 times higher than that of coarsely-dispersed cryopowders. The ability to sorb cadmium remains invariable within the experimental uncertainty. The joint sorption study has shown the existence of antagonism between the metals.

Keywords: food additives, degree of dispersity, sorption, lead, cadmium.