КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-73-10039

НазваниеНовые подходы для экологически безопасного и автоматизированного контроля качества пищевых продуктов, агро- и акваобъектов с применением глубоких эвтектических растворителей

РуководительШишов Андрей Юрьевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет", г Санкт-Петербург

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2025

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-205 - Аналитическая химия

Ключевые словаПищевые продукты, химический анализ, пробоподготовка, методы разделения и концентрирования, микроэкстракция, глубокие эвтектические растворители

Код ГРНТИ31.19.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В настоящее время невозможно представить ни одно современное технологическое производство пищевых продуктов без внедрения и использования оперативных и экспрессных методик химического анализа как используемой продукции и сырья для производства пищевых продуктов, так и самих получаемых продуктов. Строгий контроль всех стадий позволит получать высококачественный продукт, который будет полезен для конечного потребителя, и будет соответствовать всем установленным государственным стандартам качества. При этом, как пищевые продукты, так и используемые в технологиях их производства агро- и аква объекты являются сложными комплексными объектами анализа, контроль качества которых невозможно представить без использования как высокотехнологичных аналитических инструментальных приборов таких как хроматографические, спектральные и электрохимические устройства, так и без использования современных методов пробоподготовки, разделения и концентрирования, для выделения определяемых аналитов с целью получения достоверной информации о химическом составе исследуемых объектов. При этом, стадия пробоподготовки остаётся одной из самых длительных, трудоемких, и трудно реализуемых с точки зрения автоматизации химического анализа. Но именно высококачественное выполнение всех этапов стадии пробоподготовки необходимо для получения достоверной и оперативной информации о составе конечного объекта. В настоящее время большая часть используемых процедур химического анализа не отвечает стандартам экологичности, и автоматизируемости. Это приводит к необходимости выполнения продолжительных, трудоемких процедур подготовки образца с использованием экологически небезопасных, а порой токсичных органических растворителей, что наносит вред как химикам лаборантам, так и окружающей среде. А если принять во внимание что химический анализ пищевых продуктов является одним из самых масштабных химических анализов, то можно получить представление о том огромном количестве генерируемых токсичных отходов, которые требуют специальной утилизации и могут нанести вред окружающей среде. Всё это приводит к необходимости разработки новых, автоматизированных и экологически безопасных процедур химического анализа пищевых продуктов без потери селективности и точности анализа. Для решения вышеуказанных задач, в рамках данного проекта планируется разработать комплекс высокоэффективных, экологически безопасных и автоматизированных процедур для контроля качества пищевых продуктов, аква- и аграрных объектов. В качестве универсальный автоматизированный платформы планируется использовать уже внедряемые в современную аналитическую практику проточные методы анализа, которые хорошо себя зарекомендовали при анализе различных объектов, в том числе пищевых. А для повышения экологичности химического анализа в рамках предлагаемого проекта планируется внедрить в аналитическую практику химического анализа пищевых продуктов, агро- и аква объектов использование новых, перспективных, экологически безопасных растворителей – глубоких эвтектических растворителей. При этом следует отметить, что в научной литературе все представленные методики автоматизации химического анализа на принципах поточных методов анализа с применением глубоких эвтектических растворителей предложены авторами данного проекта, и в настоящее время не имеют аналогов за границей. В рамках данного проекта планируется разработать комплекс высокоэффективных экологически безопасных процедур химического анализа пищевых продуктов и агро- и аква объектов с использованием экологически безопасных растворителей. При этом ряд процедур планируется автоматизировать с применением проточных методов анализа, что позволит, с одной стороны, радикально понизить расход как самих объектов, в случае если это необходимо без потери представительности пробы, так и используемых растворителей и реагентов, что существенно повысит производительность химического анализа. В качестве объектов химического анализа планируется использовать как твердофазные, так и жидкофазные пищевые продукты, такие как мясо, растительная пища, молоко, пищевые масла. Кроме того, планируется разработать аналитические процедуры для химического анализа используемых в производстве пищевых продуктов почв, и воды для полива, что также позволит минимизировать загрязнение конечных пищевых продуктов. В качестве аналитов планируется использовать широкий круг как органических, так и неорганических веществ. В качестве неорганических аналитов будут использованы тяжёлые металлы, содержание которых недопустимо как в природной воде, так и в почвах, и в конечных продуктах питания. В качестве органических аналитов будут рассмотрены различные классы таких соединений как пестициды, канцерогены, красители, фенольные соединения, антибиотики. Универсальность предлагаемых подходов планируется продемонстрировать за счёт комбинации разрабатываемых процедур подготовки с различными современными высокоэффективными методами химического анализа, такими как высокоэффективная жидкостная хроматография, электрохимические, и спектральные методы анализа. Использование широкого круга объектов анализа, аналитов, методов детектирования, позволит, с одной стороны, разработать комплекс высокоэффективных процедур химического анализа как пищевых продуктов, так и продемонстрировать универсальность данных подходов, что позволит в дальнейшем масштабировать данные технологии для решения более локальных конкретных аналитических задач определения уже конкретных аналитов в других объектах анализа. При этом, кроме непосредственной разработки аналитических процедур для решения широкого спектра задачи химического анализа, в рамках выполнения данного проекта планируется более детальное изучение природы самих глубоких эвтектических растворителей для более детального понимания процессов разделения и концентрирования аналитов с их использованием. Это в дальнейшем позволит на основе используемых растворителей разрабатывать более эффективные процедуры химического анализа различных пищевых продуктов и других объектов анализа для внедрения данных технологий в реальную аналитическую практику для решения всё большего круга задач. Таким образом проект преследует как практические, так и более фундаментальные задачи.

Ожидаемые результаты
В ходе реализации проекта планируется, с одной стороны, разработать комплекс высокоэффективных аналитических процедур с применением глубоких эвтектических растворителей для химического анализа пищевых продуктов, агро- и акваобъектов, с другой стороны планируется более детально изучить свойства, строение, устойчивость и экстракционные свойства нового класса экологически безопасных растворителей – глубоких эвтектических растворителей. Для анализа твердофазных пищевых продуктов планируется разработать серию аналитических процедур с использованием глубоких эвтектических растворителей в качестве эффективных экстрагентов. Для определения пестицидов в растительном сырье планируется разработать процедуру, в ходе которой глубокий эвтектический растворитель будет генерироваться in-situ. В качестве его прекурсоров будут использованы жирные кислоты получаемые непосредственно из объекта анализа. Для этого на предварительной стадии пробоподготовки будет проводиться щелочной гидролиз пищевого продукта для перевода триглицеридов жирных кислот в свободные кислоты. Затем, при добавлении к полученной смеси природных экологически безопасных терпеноидов, таких как тимол или ментол, будет происходить образование эвтектического соединения между кислотами и терпенами с одновременным извлечением пестицидов в фазу образующегося эвтектического соединения. После разделения подобной смеси экстрагент будет проанализирован методом газовой хроматографии для определения концентрации пестицидов. Использование данного подхода позволит минимизировать затраты для предварительного синтеза эвтектичсекого растворителей, а также повысит эффективность извлечения пестицидов в фазу образующегося эвтектического соединения в силу их высокой растворимости в жирных кислотах. Это позволит разработать простую, экологически безопасную и эффективную процедуру для определения пестицидов без использования органических токсичных растворителей. Для определения красителей в пищевых продуктах планируется разработать экстракционную процедуру их извлечения аналитов в гидрофобные эвтектические растворители. Данные растворители будут предварительно диспергированны в водном растворе, который будет использоваться в качестве эффективного экстрагента для выделения водонерастворимых канцерогенных красителей, таких как судановые красители. Данные красители в силу своей дешевизны и устойчивости часто добавляются для придания пищевым продуктам окраски, однако они обладают канцерогенными свойствами, что приводит к необходимости контроля их содержания в пищевых продуктах. Для решения данной задачи будут синтезированы гидрофобные водоустойчивые эвтектические растворители, после чего они будут диспергированны в водном растворе для создания их эмульсии, которая будет применяться в качестве эффективного экстрагента для извлечения красителей из пищевых продуктов. После смешивания пробы и экстракционной смеси будет происходить извлечение аналитов в фазу эмульсии. Данная эмульсия будет разделяться центрифугированием, и содержание аналитов будет определяться в фазе эвтектического растворителя. Это позволит существенно сконцентрировать аналиты и использовать разрабатываемую процедуру для определения даже микроконцентраций. Для определения канцерогенов, таких как амид акриловой кислоты в твердофазных пищевых продуктах планируется разработать процедуру парофазной микроэкстракции с выделением аналита в газовую фазу, с последующим его поглощением в эвтектический растворитель. Для реализации данной задачи будут использованы эвтектические растворители на основе экологически безопасных соединений таких как холин хлорид, лимонная, щавелевая, винная, малоновая, яблочная кислоты. Использование растворителей на основе водорастворимых соединений позволит полностью избежать использования органических растворителей на всех стадиях пробоподготовки, что позволит говорить о процедуре с точки зрения зелёной аналитической химии. Для определения тяжелых металлов в пищевых маслах планируется впервые объединить предварительную стадию жидкостной экстракции и выделения аналитов в фазу эвтектического растворителя с непосредственным определением металлов потенциометрическим методом в фазе в эвтектического растворителя. Следует отметить, что в настоящее время метод прямой потенциометрии ещё не был реализован с использованием эвтектических растворителей, и будет впервые реализован в ходе выполнения данного проекта. Данная процедура будет автоматизирована на принципах проточных методов анализа. Для экологического мониторинга и анализа природных и технологических вод, используемых в аграрном и аквахозяйстве, планируется разработать процедуру одновременного автоматизированного извлечения и детектирования таких аналитов как фенол и его производные, тяжёлые металлы, антибиотики различных классов таких как тетрациклины, сульфаниламиды, фторхинолоны, на одном аналитическом устройстве. Это позволит интегрировать его в систему контроля водных сред для решения различных технологических задач. Схема устройства будет заключаться в использовании специального вращающегося диска модифицированного глубокими эвтектическим растворителем для выделения различных классов аналитов в зависимости от решаемой задачи. Проба воды будет непрерывно подаваться через экстракционное устройство при этом аналиты будут эффективно извлекаться на вращающемся диске. После этого, в зависимости от аналита они могут быть детектированы непосредственно на диске либо после элюирования в экстракте соответствующим подходящим инструментальным методом. Для анализа аграрных объектов, такие как почвы, планируется разработать эффективные процедуры для извлечения как органических аналитов, таких как как нефтепродукты или производные фенола, так и неорганических аналитов, таких как тяжелые металлы. Следует отметить, что в настоящее время в литературе не представлены возможности реализации химического анализа почв и аграрных объектов с применением глубоких эвтектических растворителей. Это также впервые будет реализовано в рамках данного проекта. Таким образом, в рамках данного проекта, будут предложены новые, экологически безопасные и эффективные процедуры химического анализа пищевых продуктов, аграрных и акваобъектов.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---