ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА НЕЙТРОННО-АКТИВАЦИОННОГО АНАЛИЗА

АННОТАЦИЯ

Изучение питания и здоровья человека требует большего сведения о видах и содержаниях микроэлементов в пищевых продуктах. Правильное распространение достоверной информации дает потребителям осознанный выбор, позволяет промышленности наилучшим образом использовать пищевые продукты и добавки. Зерновые на сегодняшний день являются наиболее важными сельскохозяйственными культурами из-за распространенности в рационе человека во всем мире и в качестве пищевых продуктов, важных для питания и хорошего самочувствия человека в целом — белков, пищевых волокон и олигоэлементов. Дефицит незаменимых микроэлементов и избыток токсичных металлов в злаках, важных пищевых продуктах для питания человека, может представлять опасность для здоровья населения. Целью настоящего исследования являлась изучение возможности определения содержании химических элементов зерновых культур. В этой статье приведены краткий обзор работ различных авторов и наши результаты полученные по исследованиям зерновых культур с использованием инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА).

ABSTRACT

The study of human nutrition and health requires more information about the types and contents of trace elements in foods. Proper dissemination of reliable information gives consumers informed choices and allows the industry to make the best use of foods and additives. Cereals are by far the most important crops today due to their prevalence in the human diet throughout the world and as foods important for human nutrition and well-being in general - proteins, dietary fibers and trace elements. Deficiency of essential micronutrients and an excess of toxic metals in cereals, important foods for human nutrition, can pose a risk to public health. The purpose of this study was to study the possibility of determining the content of chemical elements of grain crops. This article provides a brief overview of the work of various authors and our results obtained from studies of grain crops using instrumental neutron activation analysis (INAA).

Ключевые слова: микроэлементы, здоровье человека, олигоэлементы, зерновые культуры.

Keywords: microelements, human health, oligoelements, grain crops.

Введение

В работе [1] были проанализированы контрольное просо и пшеница по стандартам МАГАТЭ, вместе с образцами для контроля и гарантия качества. Данные показали, что результаты для стандартов IAEA 336 хорошо согласуются с его аттестованными значениями, а количество токсичных элементов в местных культурах просо и пшеница различаются в определенной степени. Выбранный для исследования метод ИНАА оказался простой, точный с минимальной обработкой образца для одновременного определение токсичных и питательных элементов в просе и пшенице. Следующая работа [2], посвящённая к исследованиям зерна были собраны образцы почвы и двух сортов пшеницы — Triticum aestivum L. (Jordão/мягкая пшеница) и Triticum durum L. (Marialva/твердая пшеница) из области Эльваш, Португалия, и проанализированы содержания As, Cr, Co, Fe, K, Na, Rb и Zn с использованием ИНАА. Они изучили содержания Cr, Fe, Zn в почвах, содержания As, Co и Cr в корнях, соломе и колосе. Они обнаружили, что перенос элементов из почвы в растение уменьшается по мере увеличения роста растения [2]. Очередная работа, посвященная исследованиям по определению микроэлементов в алжирской пшенице методом ИНАА [3]. Целью данного исследования являлась количественное определение микроэлементов в образцах зерна пшеницы местного производства из разных возделываемых провинций Алжира. Результаты показали, что содержание микроэлементов в исследованных образцах находились в пределах нормы безопасности для всех проанализированных элементов, рекомендованных ВОЗ/ФАО, за исключением кобальта в провинции Эль-Харрах. Результаты анализа показали, что хром не обнаруживается во всех образцах, кроме провинций Константин, Айн-Млила и Сетиф. Однако содержание циркония в нескольких пробах превышало допустимый уровень[3]. Авторами работы [4] выполнена исследования по определению содержания  Br, Na и K в шести образцах пшеницы методом ИНАА в Араке,  Иране. В этом методе в качестве типа анализа использовался миниатюрный реактор Исфахан в качестве источника нейтронов и относительный метод НАА. В образцах пшеницы Сардари, Амир, Алванд, МВ-17, Батава, Карадж-2 определяли содержанию таких микроэлементов, как Br, K и Na. Их сравнивали с результатами других отчетов. Данное исследование было проведено впервые для данного региона[4]. В работе [5] приводится результаты исследования элементной характеристики  сортов пшеницы методом инструментального нейтронно-активационного анализа. Они вместе с его компонентами, а именно пшеница, рисовая мука и бобовые были проанализированы на наличие 12 второстепенных и микроэлементов с помощью ИНАА и гамма-спектрометрии высокого разрешения. Работа [6] посвящена мультиэлементному определению риса, пшеницы и ячменя с использованием инструментального нейтронно-активационного анализа. Был использован метод ИНАА для определения Na, Mg, Al, Cl, K, Se, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, As, Se, Br, Rb, Sr, Mo и W в зернах риса, пшеницы и ячменя, которые были собраны с разных полей в Ирака. Было достигнуто хорошее соответствие между полученными результатами авторов и рекомендуемыми значениями. Точность и предел обнаружения определяли для всех элементов во всех типах зерна. В работе [7] приводиться результаты многоэлементного анализа вегетарианских рационов человека и пищевых компонентов методом нейтронной активации. Два образца вегетарианской диеты, характерной для Индийского субконтинента, были приготовлены (в сыром виде) методом пропорционального смешивания для подростков и взрослых возрастных групп. Капуста Боуэна также была проанализирована для проверки точности метода. Содержания Br, Co, Cu, Fe, K, Mn и P сопоставимы с невегетарианскими диетами американцев и европейцев. Концентрация цинка, однако, ниже, чем рекомендуемые диетические нормы (RDA) и западные невегетарианские диеты.

Работа [8] посвящена к активационному анализу белка пшеницы быстрыми нейтронами. С использованием потока нейтронов с энергией 14 МэВ, генерируемого линейным ускорителем Кокрофта-Уолтона, разработана экспресс-нейтронно-активационная методика определения количества азота в зерне пшеницы. Методика позволяет определить непосредственно содержание белка, так как между ними существует прямая пропорция. Методика может быть использована для анализа всех видов зерна и зернопродуктов. Погрешность определения содержания азота экспресс-методом при времени измерения около 5 мин не превышает погрешности химического метода Кьельдаля, являющегося эталоном в мировой практике. Работа [9] посвящена исследованиям нейтронно-активационного анализа микроэлементного состава хлебобулочных изделий функционального назначения.  Авторами разработана методика нейтронно-активационного анализа хлебобулочных изделий. Определены оптимальные параметры методики: время облучения, остывания и измерения для определения максимального количества элементов. Показано что, содержание некоторых эссенциальных элементов,  повышено в 3  и более раз, чем суточные нормативы.

В работе [10] приводятся результаты исследования аналитической спектрометрии мгновенного гамма-излучения захвата нейтронов (PGAA метод) для экспрессного определения концентрации азота в зерне и зерновых продуктах. Разработаны рабочий макет экспериментальной установки на базе маломощного радионуклидного ²⁵²Cf-источника   нейтронов и методика определения концентрации азота в зерновых продуктах. На основе определения концентрации азота показано возможности оценки качества зерна и зерновых продуктов. В работе [11] питательная ценность тайского риса и бобов с точки зрения содержания второстепенных и микроэлементов была оценена с использованием ИНАА. В рамках данного исследования были изучены 6 сортов риса и 6 сортов фасоли, купленных на трёх местных рынках в 2006-2007 гг. Элементный состав определяли компараторным методом. Также были расчитаны прецизионность, точность и предели обнаружения каждого найденного элемента. Три в этих тайских продуктах были определены минорные (Са, К, Mg) и микроэлементов (Al, As, Br, Cu, Fe, Mn, Zn). На сегодняшний день нами исследованы такие зерновые культуры, как пшеница, кукуруза и рис местного происхождения. Статистическую обработку данных проводилась с помощью пакета программ MicrosoftExcel 2007 и Statistica 6.0.  в таблице приведены результаты анализов и их сравнение с суточной нормой употребления.

Таблица 1.

Результаты определения содержания элементов в зерне и зерновых культурах, в mkg/g

Полученные данные позволили рассчитать средние значения содержания макро- и микроэлементов в исследуемых объектах. Как  можно  увидеть, что содержание эссенциальных элементов, таких как марганец, цинк, железа, медь, калий  в пшенице  выше чем в других зерновых культурах, и в сравнении с суточной нормой пшеница может покрыть суточную потребность тех или иных элементов.  По результатам в рисе содержание железа, цинка и натрия значительно высокое и в сравнении с суточной потребностью они превышает норму. А количество калия, кальция, цинка, меди, натрия и железа больше в значительной степени в кукурузе.  

Заключение. На основе проведенного анализа работ, посвященных к изучению элементного состава зерна пшеницы и зерновых продуктов, хлебобулочных  изделий и других зерновых культур с использованием современного инструментального метода нейтронно-активационного анализа можно делать вывод, что данный метод является более подходящим для этих исследований и данный метод выгодно отличается своими преимуществами такие как   многоэлементность, высокочувствительность, селективность и достоверность определения макро- и микроэлементов в образцах зерно и зерновых культур. Полученные нами данные позволили рассчитать средние значения содержания макро- и микроэлементов в исследуемых объектах.  

Список литературы:

1. Y.Abdullahi., Yusuf A.Ahmed., Yahaya Musa., Muhammad Tukur e.a. Multi-Elemental Analysis of Local Millet and Wheat by Instrumental Neutron Activation Analysis Using NIRR-1 facility.// International Journal of Multidisciplinary Sciences and Engineering, Vol. 4, No. 7, August 2013. PP.9-13.  https://www.researchgate.net/publication/259744412_. Multi-Elemental_Analysis_of_Local_Millet_and_Wheat_by_Instrumental_Neutron_Activation_Analysis_Using_NIRR-1_Facility.
2. C. Galinha , H.M. Anawar, M.C. Freitas, A.M.G. Pacheco , M. Almeida-Silva , J. Coutinho , B. Maçãs , A.S. Almeida . Neutron activation analysis of wheat samples. /J.Applied Radiation and Isotopes. Vol.69, Issue11, November 2011, -PP.1596-1604. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0969804311000765
3. B.Beladel, B.Nedjimi, A.Mansouri & M.E.A.Benamar. Trace elements determination in Algerian wheat by instrumental neutron activation analysis (INAA). / Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.   Вып.293, 2012 , pp.497-501. https://link.springer.com/article/10.1007/s10967-012-1784-0
4. R.Pourimani, K.Abasnejad, K.Ghanbarzadeh, M.R.Zare & M.Kamali . Determining the amount of Br,Na and K in six wheat samples with neutron activation analysis (NAA) method in Arak, I.R.Iran. / Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.   № 295, 2013, РР. 163-166. https://link.springer.com/article/10.1007/s10967-012-1867-y
5. С.Galinha, M.C.Freitas & A.M.G.Pacheco. Elemental characterization of bread and durum wheat by  instrumental neutron activation analysis.  / Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.   № 297, 2013, РР.221-226.  https://link.springer.com/article/10.1007/s10967-012-2368-8
6. S.M. Al-Jobori, K.M.Shihab, M.Jalil, A.Saad & A.Mohsin. Multielement Determination in Rice, Wheat, and Barley by Instrumental Neutron Activation Analysis. / Journal “Nuclear Analytical Methods in the Life Sciences”. 1989, December,   PP.637-645      https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4612-0473-2_69
7. D.L.Samudralwar & A.N.Gard. Multielemental analysis of vegetarian human diets and dietary components by neutron activation. / Fresenius’ Journal of Analytical Chemistry. № 348, Juli 1994, PP.433-438. https://link.springer.com/article/10.1007/BF00325308
8. Mukhamedov S., Khaydarov A., Osinskaya N.S., Barsukova E.G.  Fast neutron activation analysis of protein in wheat.   / “Uzbek Journal of Physics”, 2009,  Vol.11(№1),PP.79-83. https://inis.iaea.org/search/search.aspx?orig_q=RN%3a41028035 .
9. Курбанов Б.И., Хушвактов Н.Х., Данилова Е.А., Сафаров К.С., Курбанова Н.Б., Саидова Ю.Т. Нейтронно-активационный анализ микроэлементного состава хлебобулочных изделий функционального назначения. / Журнал «Медицинская физика», 2021, № 1, стр. 119-122.
10. Курбанов Б.И., Кист А.А., Курбанова Н.Б. Нейтронно-радиационная методика определения концентрации азота в зерне и зерновых продуктах. / “Uzbek Journal of Physics” , 2017, Vol.19(№5), РР.307-313.
11. С.Лаохаржанапанд, А.Бусамонгкол, С.Чайясит, С.Сриануджата. Элементный состав тайского риса и бобов по данным инструментального нейтронно-активационного анализа. / Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. Juli 2009г. , 281 (1) PP.69-73. DOI: 10.1007/s10967-009-0080-0