Определение содержания химических элементов в образцах мёда с использованием нейтронно-активационного анализа

АННОТАЦИЯ

Методом нейтронно-активационного анализа определен элементный состав и количественное содержание 25 макро- и микроэлементов в образцах мёда из разных регионов Узбекистана и Кыргызстана.

ABSTRACT

The method of neutron activation analysis determined the elemental composition and quantitative content of 25 macro- and microelements in honey samples from different regions of Uzbekistan and Kyrgyzstan.

Ключевые слова: макро- и микроэлементы, мёд, нейтронно-активационный анализ.

Keywords: macro- and microelements, honey, neutron activation analysis.

Мёд–это пищевой продукт, который производят и трансформируют медоносные пчелы (Apis mellifera) из нектара цветов. Вид Apis mellifera относится к семейству Apidae. Медоносные пчёлы разводят для получения различных продуктов пчеловодства: воска, мёда, яда, прополиса, пергии других. Мёд являясь здоровым и легкоусвояемым натуральным продуктом, полон углеводами, витаминами, минералами, аминокислотами, белками и ферментами[1,2]. Также в составе мёда обнаружены различные летучие компоненты, фенольные соединения и флавоноиды[1]. Виды мёда имеют разнообразную окраску и цвет, от почти бесцветного до темно-коричневого, а его вкус варьирует от восхитительно мягкого до отчётливого жирного, поскольку как вкус, так и цвет формируются под влиянием типа нектара, собранного пчёлами из различных цветов. Обычно светлый цвет указывает на более мягкий вкус, в то время как тёмный мёд имеет более крепкий вкус и содержит больше минералов. Качественный мёд редко состоит на 100 % из одного цветочного нектара, но являются смесью с преобладанием одного типа цветов. Минеральный состав меда во многом зависит от его ботанического происхождения, а также от климатических условий и географического региона, где он был произведен. Мёд уменьшает сердечно–сосудистые факторы риска, а также является мощным ингибитором Helicobacter pylori. Эта cпиралевидная грамотрицательная бактерия, которая инфицирует различные области желудка и двенадцатиперстной кишки[3]. Более того, мёд проявляет антимутагенную активность против рака мочевого пузыря и карциномы молочной железы[1]. Исследования также указывают на то, что уникальный состав мёда в дополнение к естественному питательному подсластителю делает его полезным в качестве антимикробного агента и антиоксиданта. Мёд также уменьшает воспаление кожи, отеки и экссудацию, а также способствует заживлению ран, уменьшает размер рубца и стимулирует регенрацию тканей[1]. В зависимости от распространения растительности состав мёда значительно варьирует от региона к региону. Мед поступает из самых разных географических районов и может иметь различные химические и органолептические свойства. Поэтому очень важно иметь методы для характеристики различных сортов меда.Целью данной работы является изучение макро- и микроэлементного состава различных образцов мёда с различных регионов Республик Узбекистана и Кыргызстана.

Материалы и методы исследования. Образцы представляли наиболее распространенные виды меда, которые легко доступны для потребителей в Узбекистане. Проанализированные образцы были классифицированы в соответствии с их географической распространенностью. Образцы пронумерованы в следующим порядке: 1-образц - мёд горный (Узбекистан, Наманганская область); 2-образец - мёд лесной (Кыргызстан, Узгенский район Ошской области); 3-образц - мёд псоралейный (Узбекистан, Джизакская область); 4-образц - мёд с верблю́жьей колю́чки (янтак – узб., Alhagi – лат. – род пустынных растений семейства бобовых; Узбекистан, Сырдарьинская область); 5-образц - мёд хлопковый (Узбекистан, Джизакская область); 6-образец - мёд цветочный (Узбекистан, Алтарыкский район Ферганской области).

Количественное определение макро- и микроэлементов в образцах мёда осуществляли с использованием инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА) в аналитической лаборатории института ядерной физики Академии Наук Республики Узбекистан(ИЯФ АН РУз). В качестве источника нейтронов использовали ядерный реактор ВВР-СМ ИЯФ АН РУз. Поток нейтронов в каналах облучения составляет 5х10¹³ нейтрон/см² сек. Временные режимы облучения t_обл и «остывания» t_охл выбирали в зависимости от группы радионуклидов.

• короткоживущие радионуклиды: t_обл-15 с, t_охл-10 мин; период полураспада (Т_½) - от нескольких минут до нескольких часов;
• среднеживущие: t_обл-15 ч, t_охл-10 сут; Т_½ - от несколько дней до несколько недель;
• долгоживущие: t_обл-15 ч, t_охл-30 сут, Т_½ - от нескольких недель до нескольких месяцев.

Для регистрации наведенной активности использовали детектор из германия высокой чистоты (V=120 см³) с разрешением 1,8 КэВ по гамма-линии Co-60 и гамма-спектрометр с компьютерным програмным обеспечением. Обработку данных проводили по программе GENIE-2000. Максимальная погрешность активационного метода определения элементов не превышала 15%, что вполне отвечает требованиям исследований биологических образцов. Проведенные исследования позволили определить 25 химических элементов.

Определен также рН образцов мёда: 1-образeц - рН=5.2; 2-образец - рН=4.8; 3-образeц - рН=5.5; 4-образeц- рН=4.5; 5-образeц- рН=4.7; 6-образeц- рН=4.2.

Результаты и обсуждение. Количественные данные по содержанию элементов в проанализированных образцах мёда приведены в таблице 1. Во всех 6 образцах были получены данные по 25 элементам. Обнаруженные элементы относятся ко всем восьми группам периодический системы элементов. Из них Na, К, Mg, Ca, Sr и Ва относятся к s семейству; Аl, Ga, Si, Ge, P, Sb, Cl, F, J, Se к р-семейству; Cu, Au, Zn, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni k d-семейству периодической системы элементов. Среди элементов I группы обнаружены Na, K, Cu u Ag. Из них K и Na являются макроэлементами, диапазон содержания этих элементов в 1 г образца мёда составляет соответственно 325 - 364 мкг и 81.8 - 96.4 мкг. По литературным данным концентрация К варьирует от 350 до 7030 мкг[2,4,5], а концентрация Na от 16.17 до 261.43 мкг на 1 г мёда[2,6]. Уровень содержания Cu в мёде находится в диапазоне 0.23 - 2.41 мкг на 1г мёда[2,7-9]. В наших опытах содержание Cu составило 3,05 – 4,44 мкг на 1г мёда. Содержание Аg составляет 0.25 - 0.33 мкг на 1г мёда. Элементы II группы наиболее широко представлены в исследованных образцах мёда. Содержание Мg и Ca, относящихся к макроэлементам, равно соответственно 66.8 - 93.6 мкг и 174 - 217 мкг на 1г мёда. По литературным данным концентрация Мg и Ca составляет соответственно 19.7-65.8[2,4] и 8.04-254 мкг на 1г мёда[4,9]. Содержание Zn варьирует в пределах 7,45 – 8,80 мкг на 1г мёда. Согласно литературе концентрация Zn составляет 0.55 - 6.27 мкг на 1 г мёда[4]. Щелочно-земельные металлы Sr и Ba в указанных образцах мёда имеют соответственно следующие концентрации 0.29 - 0.51 мкг и 0.79 - 0.94 мкг на 1 г. По данным литературы содержание Sr составляет 0.03 - 1.45 мкг[10], а Ba 0 - 0.900 мкг[11] на 1 г мёда. Из элементов III группы обнаружены Аl и Ga. Концентрация Аl лежит в пределах 21.3 - 28.3 мкг, а Ga имеет очень низкие концентрации от 0.016 - 0.028 мкг на 1г мёда. По литературным источникам концентрация Аl лежит в пределах 0 - 46.7 мкг на 1г мёда[11]. Элементы IV группы представлены Si и Ge. Концентрация Si составляет 4.68 - 5.25 мкг, а концентрация Ge имеет самую низкую концентрацию из всех обнаруженных 25 элементов от 0.009 до 0.17 мкг на 1 г мёда. P,V и Sb относятся к V группе. Фосфор относится к макроэлементам, содержание его варьирует от 223 до 275 мкг на 1г мёда. По литературным данным содержание фосфора варьирует в пределах 35.7 - 696 мкг на 1 г мёда[2,12]. Содержание Sb и V составляет соответственно 1.25 - 1.65 мкг и  0.04 - 0.06 мкг на 1 г мёда. Se и Сr представляют элементы VI группы. Содержание Сr в анализируемых образцах варьирует от 0.84 до 0.94 мкг на 1 г. Концентрация Сr в сортах мёда составляет 0.002-6.7 мкг на 1г мёда[12,13]. Концентрация Se составляет от 0.16 до 0.28 мкг на 1 г. В турецких образцах мёда содержание селена варьирует в диапазоне 0.038–0.159 мкг на 1 г мёда[4,7]. Галогены F, Cl, I и Mn представляют элементы VII группы. Содержание F, Cl и I соответственно составляет 103 - 133 мкг, 169.5 - 185.3 мкг и 3.04 - 3.65 мкг на 1 г. По литературным данным содержание хлора составляет 59 - 460 мкг[11]. В Египетских образцах содержание фтора составляет 4.8-12.5, йода 0.62-0.87 мкг на 1 г мёда (сухой вес)[14]. Концентрация марганца варьирует в пределах 3.25-4.21 мкг на 1 г мёда. Концентрация Mn сопоставима с концентрациями приведёнными в литературе, которая равна 0.125–16.72 мкг на 1 г мёда[11,15]. Из элементов VIII группы обнаружены Fe, Co и Ni. Содержание Fe составляет 6.64-9.05 мкг на 1г мёда. Наблюдаемые концентрации Fe составляют 1.265-10.2 мкг на 1г мёда[7,8]. Содержание Ni и Co в анализированных образцах составило 0.26-0.42 мкг и 0.15-0.34 мкг на 1 г мёда. Согласно литературным данным концентрации Ni и Co соответственно составляет 0.010-1.7[11] и 0.0048-0.062 мкг на 1 г мёда[5].

Таблица 1.

Содержание макро-и микроэлементов в образцах мёда натурального, мкг/г.

В составе образцов мёда из макроэлементов определено содержание калия, кальция, магния, натрия, фосфора и хлора, отсутствует только сера. Из эссенциальных или жизненно необходимых микроэлементов определены содержания железа, йода, меди, цинка, кобальта, хрома, никеля, ванадия, селена, марганца, фтора, кремния. Среди них отсутствует молибден, мышьяк, литий, бор и бром. Токсичные элементы ртуть, кадмий, свинец и таллий  отсутствуют, а концентрация алюминия находится  в пределах допустимого. В целом содержание элементов в составе изученных медов соответствует литературным данным. По содержанию элементы можно отнести к следующим группам: 1) от 100 мкг и выше – K, P, Ca, Cl; F; 2) от 1 мкг до 100 мкг – Na, Mg, Al, Fe, Si, Mn, I, Sb [14].  3) ниже 1 мкг  – Cr, Ba, Ni, Sr, Se, Ag, Co, V, Ga, Ge.  Определены рН образцов мёда, которые находятся в пределах от   4.2-5.5.

Выводы: Согласно полученным результатам, узбекские и киргизские сорта мёда являются ценным пищевым продуктом, не только снабжающим организм  значительным количеством энергии и витаминами, но также необходимым количеством макро- и микроэлементов таких, как Mg, K, Ca, Zn, Cu, Fe и Mn. Относительно большее содержание селена по сравнению с турецкими образцами  повышает пищевую ценность узбекского мёда, так как есть данные, что селен связывает свободные радикалы.С учётом дефицита йода в природных объектах Республики можно рекомендовать мёд как средство прфилактики эндокринных заболеваний, поскольку местные сорта содержат относительно большее количество йода по сравнению с другими регионами Токсичные элементы в образцах мёда не обнаружены.

Список литературы:

1. Alvarez-Suarez J.M,Tulipani S,Romandini S,Bertoli E,Battino M.Contribution of honey innutrition and human health: a review// Mediterranean Journal of Nutrition and Metabolism.-2010.-Vol.3.-P.15–23.
2. Fernàndez-Torres R,Pérez-Bernal J.L,Bello-López M.Á, Callejón-Mochón M, Jiménez-Sánchez J.C,Guiraúm-Pérez A. Mineral content and botanical origin of Spanish honeys//Talanta.-2005.-Vol.65.-P.686–691.
3. Marshall B.J.Unidentified curved bacilli on gastric epithelium in active chronic gastritis(англ.)//The Lancet: journal.Elsevier.-1983.-Vol.1.-№8336.-P.1273–1275.
4. Silici S.,Uluozlu O.D.,Tuzen M.,Soylak M.Assessment of trace element levels in rhododendron honeys of Black sea Region, Turkey.//Journal of Hazardous Materials.-2008.-Vol.156.-Р.612–618.
5. Golob Т., Dobersek U., Kump P, Nečemer M. Determination of trace elements and minor elements in Slovenian honey by total reflection X-ray fluorescence spectroscopy// Food Chemistry.-2005. -Vol.91. -P.593–600.
6. Silva L.R.,Videira R.,Monteiro A.P.,Valenta О.P.,Andrade P.B. Honey from Luso region (Portugal): physicochemical characteristics and mineral contents. //Microchemical Journal.-2009.-Vol.93.-Р.73–77.
7. Tuzen M, Silici S, Mendil D, Soylak M. Trace element levels in honeys from different regions of Turkey.//Food Chemistry.-2007.-Vol.103.-Р.325–330.
8. Buldini P.L.,Cavalli S.,Mevoli A.,Sharma J.L.Ion chromatographic and voltametric determination of heavy and transition metals in honey.//Food Chemistry.-2001.-Vol.73.-Р.487–495.
9. Pisani A, Protano G, Riccobono F.Minor and trace elements in different honey types produced in Siena County (Italy).//Food Chemistry.-2008.-Vol.107.-P.1553–1560.
10. Hernandez O.M., Fraga J.M.G., Jimenez A.I., Jimenez F., Arias J.J. Characterization of honey from the Canary Islands:determinationof the mineral content by atomic absorption spectrophotometry.//Food Chemistry.-2005.-Vol.93.-P.449–458.
11. Chudzinska M, Baralkiewicz D. Estimation of honey authenticity by multielements characteristics using inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) combined with chemometrics.//Food and Chemical Toxicology.-2010.-Vol.48.-P.284–290.
12. Grembecka M., Szefer P. Evaluation of honeys and bee products quality based on their mineral composition using multivariate techniques.//Environ Monit Assess.-2013.-Vol.185.-№ 5.-P.4033–4047
13. Aghamirlou M.H, Khadem M.,Rahmani A.,Sadeghian M, Mahvi A.H, Akbarzadeh A.,Nazmara Sh. Heavy metals determination in honey samples using inductively coupled plasma-optical emission spectrometry.//Journal of Environmental Health Science and Engineering.-2015.-Vol.13.-№1.P.1-8.
14. Rashed M.N., Soltan M.E..Major and trace elements in different types of Egyptian mono-floral and non-floral bee honeys.//Journal of Food Composition and Analysis.-2004.-Vol.17.-P.725–735.
15. Dżugan M., Zaguła G., Wesołowska M., Sowa P., PuchalskiCz. Levels of toxic and essential metals in varietal honeys from Podkarpacie.//J.Elem.-2017.-Vol. 22.-№3.-P.1039-1048.