Zastosowanie techniki ICP MS w ocenie zawartości pierwiastków

Zastosowanie techniki ICP MS w ocenie zawartości
pierwiastków śladowych w żywności
Justyna Wojcieszek
Kierująca pracą: dr inż. Lena Ruzik
Wprowadzenie
We współczesnym świecie każdy człowiek powinien wiedzieć, jaki jest skład
odżywczy produktów, które kupuje i spożywa. Konieczne jest ciągłe prowadzenie badań,
mających na celu potwierdzanie autentyczności informacji podawanych przez
producentów żywności. Bardzo popularne w dzisiejszych czasach jest stosowanie
suplementów diety, czyli skoncentrowanego źródła witamin i składników mineralnych.
Ważne jest, aby w preparatach tych kontrolować zawartość pierwiastków śladowych, gdyż
zarówno ich niedobór, jak i nadmiar mogą być niebezpieczne dla człowieka. Konieczna
jest także identyfikacja form, w jakich badane pierwiastki występują. W celu oznaczenia
zawartości pierwiastków śladowych w żywności konieczne jest stosowanie technik
analitycznych o wysokiej czułości i wyjątkowo niskich granicach wykrywalności.
Technika spektrometrii mas z plazmą indukcyjnie sprzężoną jest bardzo często
stosowana do oznaczania pierwiastków śladowych, gdyż umożliwia ich wykrycie nawet na
poziomie pg/L. W celu określenia form, w jakich pierwiastek występuje, wykorzystuje się
techniki sprzężone, łączące efektywne rozdzielenie wybranych związków od innych
składników próbki oraz czułą technikę detekcji.
Wyniki i dyskusja
Celem pracy było oznaczenie całkowitej zawartości wybranych pierwiastków
w różnych rodzajach jagód, stosowanych jako suplementy diety – badane były jagody acai,
goji, czarne oraz miechunki. Do oznaczenia całkowitej zawartości pierwiastków
zastosowano technikę spektrometrii mas z plazmą indukcyjnie sprzężoną (ICP MS).
Najlepsze wyniki uzyskano w przypadku oznaczania manganu w badanych jagodach.
Wyniki niezgodne z przeprowadzonym przeglądem literaturowym mogą być
spowodowane stratą pierwiastków na etapie mineralizacji lub podczas przygotowywania
próbek do analizy. Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że jagody
acai charakteryzują się największą zawartością manganu (4 mg/g) oraz cynku (0,5 mg/g) w
porównaniu do pozostałych jagód, które były badane. Jagody goji odznaczają się
największą zawartością żelaza (około 1 mg/g), wykryto w nich także duże ilości cynku
(190 μg/g) oraz kobaltu (28 μg/g). Jagody czarne charakteryzują się największą
zawartością kobaltu (33 μg/g) oraz selenu (4,8 μg/g) spośród badanych owoców,
wyróżniają się także wysoką zawartością manganu (około 1 mg/g). W miechunce znajdują
się najmniejsze ilości cynku (3 μg/g) oraz manganu (118 μg/g) w porównaniu do
pozostałych jagód, jednak wykryto w niej, w przeciwieństwie do jagód goji i acai,
obecność selenu (4,4 μg/g).
Następnie przeprowadzano frakcjonowanie grupy związków metali z badanych
próbek żywności – badane były ekstrakty wodne i buforowe. Do frakcjonowania
określonych grup związków z jagód wykorzystana była technika sprzężona. Rozdzielenie
związków przeprowadzono za pomocą chromatografii wykluczania (SEC), natomiast
detekcję oparto na ICP MS. Zastosowanie wody i buforu jako ekstrahenta pozwoliło na
wyodrębnienie z analizowanych próbek związków rozpuszczalnych w wodzie, peptydów,
aminokwasów oraz cukrów. W każdej z badanych jagód wykryto połączenia wybranych
pierwiastków ze związkami o masie cząsteczkowej 1,4 – 17,1 kDa. W przypadku jagód
acai i czarnej wykryto także połączenia manganu z małocząsteczkowymi związkami
o masie poniżej 200 Da. W jagodzie czarnej, w ekstrakcie buforowym zaobserwowano
obecność połączenia selenu z aminokwasem – selenometioninę. W przypadku kobaltu
można zauważyć, że woda jest w stanie wyekstrahować inne związki niż bufor z badanych
próbek – różnice w otrzymanych pikach świadczą o różnorodności wyekstrahowanych
związków. W miechunce wykryto prawdopodobnie obecność kobalaminy, czyli witaminy
B12, której miechunka jest jedynym, naturalnym źródłem roślinnym. W celu identyfikacji
związków należy przeprowadzić dalsze badania.
Wnioski
Oznaczenie całkowitej zawartości wybranych pierwiastków pozwoliło określić,
jaka jest ich zawartość w badanych jagodach i czy jest ona zgodna z obowiązującymi
normami. Badane jagody charakteryzują się największą zawartością manganu, żelaza oraz
cynku. Metale szkodliwe dla zdrowia człowieka wykryto w ilości poniżej poziomu
toksycznego dla człowieka.
Wykryte połączenia pierwiastków ze związkami o masie cząsteczkowej
1,4 – 17,1 kDa to najprawdopodobniej kompleksy metali z hydrofilowymi białkami oraz
wielocukrami. Połączenia manganu ze związkami o masie poniżej 200 Da to
prawdopodobnie kompleksy tego pierwiastka z kwasami organicznymi, tzw. kwasami
owocowymi. W celu dokładniejszej identyfikacji tych związków należałoby
przeprowadzić badania przy użyciu odpowiednich wzorców. Aby określić biodostępność
pierwiastków z badanych suplementów diety dla organizmu człowieka, potrzebne są dalsze
badania określające trwałość badanych połączeń podczas trawienia ludzkiego.
Literatura
1. J. Gawęcki, L. Hryniewiecki (pod red.), ‘Żywienie człowieka; Podstawy nauki
o żywieniu’, tom 1, PWN, 2003
2. materiały z wykładu prof. dr hab. inż. Marii Balcerzak, 2011
3. B. Michalke, J. Chromatogr. A, 1050, rok 2004, str. 69-76
4. E. Lipiec, K. Połeć-Pawlak, R. Ruzik, Y. Zhou, M. Jarosz, ‘Bioinorganic speciation
analysis as an efficient tool for the estimation At naturional value of some food products’,
ISBEETS, Białowieża, 2006