docraman w chemii radiacyjnej konserwacji żywności
download 
Reklamacja Transkrypt
raman w chemii radiacyjnej konserwacji żywności
Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej (LLSM) Instytut Techniki Radiacyjnej Politechnika Łódzka 93-590 Łódź Wróblewskiego 15 tel. (kier. 42)313175, fax. 42 6840043,[email protected] Zastosowanie spektroskopii Ramana w chemii radiacyjnej • Wpływ dawki promieniowania γ na produkty żywnościowe. Karotenoidy Wiadomo, że większość technik spektroskopowych wymaga specjalnego przygotowania próbki, np. w formie roztworu badanego w kuwecie lub w postaci sprasowanej w KBR pastylki. Jest to zawsze działanie destrukcyjne, bowiem zmienia naturalne otoczenie badanej substancji. Jest to szczególnie ważne w badaniach próbek biologicznych. Spektroskopia Ramana jest techniką in situ, bowiem próbka w dowolnym stanie i formie może być badana bez jakichkolwiek modyfikacji. 12000 intensywność 9000 6000 3000 0 1000 2000 liczba falowa [ cm -1 ] 3000 Rys.1 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Rys.2 Na rys. 1 przedstawiono widmo Ramana marchwi wyznaczone w naszym laboratorium. Widzimy dwa silne pasma odpowiadające drganiu rozciągającemu C=C (1525cm-1) oraz drganiu rozciągającemu C-C (1155cm-1) β-karotenu. Widmo Ramana marchwi jest więc czytelne i proste, choć układ biologiczny jakim jest marchew jest niezwykle skomplikowany. Ze spektroskopowego punktu widzenia, sama cząsteczka βkarotenu przedstawiona na rys.2 jest bardzo skomplikowana, zawiera bowiem 96 atomów, czyli charakteryzuje się 282 drganiami. Ponieważ należy do grupy symetrii C2h, z teorii grup wynika, że występuje 85 drgań typu Ag (Raman), 84 typu Bu (IR) w płaszczyźnie i 56 drgań typu Bg (Raman), 57 typu Au (IR) poza płaszczyznę. W marchwi oprócz β-karotenu, znajdują się również inne karotenoidy, takie jak α-karoten, likopeny, a ponadto karotenoidy w matrycy biologicznej, jaką jest marchew związane są z proteinami. Powinniśmy więc obserwować widma peptydów, lipidów, węglowodanów. Wszystkie te fakty razem wzięte sugerowałyby, że widmo powinno być przeładowane pikami i praktyczne możliwości interpretacji widma wibracyjnego marchwi zmalałyby do zera. Na szczęście, w przypadku gdy wywołamy tzw. rezonansowy efekt Ramana, widmo upraszcza się znacznie, jak to ma miejsce w tym przypadku. Rezonasowy efekt Ramana występuje wtedy, gdy poziom wirtualny, na którym zachodzi rozpraszanie leży bardzo blisko wzbudzonego poziomu elektronowego, czyli energia padającego fotonu ħωo jest bliska różnicy energii E1 - Eo. Niektóre poziomy elektronowe β-karotenu przedstawiono na rys. 3. Przejście elektronowe S0 (Ag)→S1 (Ag) jest zabronione ze względu na symetrię, zaś przejście S0 (Ag)→S2 (Bu) jest dozwolone i jest to przejście typu π → π *, a jego energia odpowiada zakresowi widmowemu 450-550 nm. Tak więc, używając lasera argonowego emitującego promieniowanie o długości 514 nm możemy obserwować rezonansowy efekt Ramana w widmie β-karotenu. W rezonansowym efekcie Ramana wzmocnieniu (nawet 105 razy) ulegają tylko te wibracje, które są sprzężone z elektronami danego przejścia elektronowego. W tym wypadku są to sprzężenia elektronów π wzdłuż łańcucha polienowego z wibracjami, czyli przede wszystkim z drganiami rozciągającymi C=C oraz C-C, które są wzmacniane w rezonansowym efekcie Ramana. Rys.3 Metoda wykorzystująca wzmocnienie obserwowane w rezonansowym efekcie Ramana okazała się przydatna do badania wpływu naświetlania żywności promieniowaniem γ. Wiadomo, że w wielu krajach promieniowania γ używa się do konserwacji żywności, np. truskawek, cebuli, ziół, mięsa. Ustalenie dawki bezpiecznej jest kluczowym problemem radiacyjnej konserwacji żywności. Z badań wykonanych innymi metodami ustalono bezpieczne dawki dla różnych produktów, które wahają się od dziesiątych części kGy do kilku kGy. 1-bez napromieniowania 2-1 kGy 3-4 kGy 4-10 kGy intensywność 24000 18000 12000 4 3 2 6000 1 0 1000 2000 liczba falowa [ cm -1 ] 3000 Rys.4 Na rys. 4 przedstawiono widmo Ramana marchwi w zależności od dawki promieniowania wyrażonej w kGy zmierzone w naszym laboratorium. Z rys.4 widać, że wraz ze wzrostem dawki maleje intensywność pasm wibracyjnych, jak również fluorescencja związana z przejściem elektronowym π → π *. Jednak dla dawek wyższych niż 10 kGy fluorescencja gwałtownie wzrasta, aby po około godzinie zmniejszyć się ponownie. Początkowe zmniejszanie intensywności pasm wibracyjnych, jak również fluorescencji związanej z przejściem π → π * można interpretować jako zmniejszanie ilości wiązań π (prawdopodobnie w wyniku ich zrywania). Wzrost intensywności fluorescencji dla dawek wyższych, i towarzyszące mu przesunięcie maksimum pasma fluorescencji w kierunku niższych częstości, oznacza prawdopodobnie, że dla dawek wyższych generowane są rodniki karotenoidów, które wykazują fluorescencję w podobnym zakresie spektralnym. Konieczne są dalsze badania mające na celu identyfikację produktów przejściowych generowanych w karotenoidach oraz badania potwierdzające wstępne wnioski. Gdyby wnioski sugerowane na podstawie wyników przedstawionych na rys.4 zostały potwierdzone w dalszych badaniach, oznaczałoby to, że naświetlanie marchwi nawet małymi dawkami powoduje niekorzystny efekt zmniejszania jej funkcji ochronnych jako antyutleniacza, który zmiata singletowy tlen O2* w stanie wzbudzonym będący silnie toksyczny dla zdrowych komórek. Przedstawione wyniki wskazują, że spektroskopia Ramana jest cenną metodą diagnostyczną, pozwalającą badać wpływ promieniowania γ w matrycach biologicznych in situ. Jeżeli Państwo jesteście zainteresowani korzystaniem z naszej pracowni w ramach prowadzenia badań naukowych lub korzystania z usług prosimy o kontakt Prof. dr hab.Halina Abramczyk Laboratorium Laserowej Spektroskopii Molekularnej (LLSM) Instytut Techniki Radiacyjnej Politechnika Łódzka 93-590 Łódź Wróblewskiego 15 tel. (kier. 42) 6313188, (kier.42)631375 fax. 6840043, email. [email protected]
