Быстрее и безопаснее проверять коровье молоко на содержание антибиотиков научились исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета. В основе технологии лежит новый экологичный супрамолекулярный растворитель. Преимущества разработки — точность, простота, а также небольшое количество реагентов и отходов. О проекте корреспонденту «Научной России» рассказал руководитель исследований, старший преподаватель кафедры аналитической химии СПбГУ, кандидат химических наук Алексей Сергеевич Почивалов.
Здоровье скота поддерживается с помощью антибиотиков, причем лекарства используются не только для лечения и профилактики заболеваний, но и для стимуляции роста и улучшения усвояемости корма. Из-за активного и подчас неконтролируемого применения препаратов в мясе, молоке и других продуктах животного происхождения накапливаются остаточные антибиотики. Это несет риски для здоровья людей, поскольку при частом попадании в организм препараты могут оказывать токсическое действие, вызывать аллергии и способствовать распространению антибиотикорезистентных штаммов бактерий.
Содержание антибиотиков в пище оценивается с помощью химического анализа, позволяющего выделить лекарство из продукта и идентифицировать его. Но для этого часто используются соединения, несущие опасность для человека и окружающей среды.
Старший преподаватель кафедры аналитической химии СПбГУ, кандидат химических наук Алексей Сергеевич Почивалов.
Фото: из личного архива Алексея Почивалова
«В аналитической химии традиционно используются органические растворители, которые часто представляют собой летучие и притом небезопасные вещества, что несет угрозу как для химика-аналитика, так и для окружающей среды. Поэтому в настоящее время обретает актуальность поиск растворителей нового поколения, — пояснил А.С. Почивалов. — В число перспективных экстрагентов (веществ, используемых для выделения нужных соединений из изучаемой среды. — Примеч. корр.) входят супрамолекулярные растворители. Они образуются в мицеллярных растворах поверхностно-активных веществ. Подход заключается в следующем: к пробе добавляется поверхностно-активное вещество (ПАВ). За счет того, что молекулы ПАВ состоят из полярной и неполярной частей, оно способно образовывать сферические агрегаты — мицеллы. И при определенном воздействии на систему (например, нагреве или введении другого соединения) эти мицеллы концентрируются в отдельный слой (фазу). При этом они могут “увлекать за собой” определяемые аналиты (искомые соединения. — Примеч. корр.) за счет того, что в молекулах ПАВ есть области с разной полярностью, способные связываться с различными веществами. Жидкая фаза, насыщенная мицеллами ПАВ, — и есть супрамолекулярный растворитель, представляющий собой альтернативу традиционным экстрагентам, применяемым в аналитической химии».
В уже существующие супрамолекулярные растворители нередко входят стойкие и токсичные синтетические поверхностно‑активные вещества, также небезопасные для окружающей среды. А значит, нужна альтернатива.
И она нашлась: «зеленый» супрамолекулярный растворитель представили исследователи из СПбГУ. Разработка помогает проверять коровье молоко на присутствие антибиотиков из группы пенициллинов. Чтобы решить проблему экобезопасности, ученые использовали биоразлагаемое поверхностно-активное вещество — кокоилглутамат натрия.
«Это анионное поверхностно-активное вещество, то есть в водных растворах оно образует отрицательно заряженные частицы. Кокоилглутамат натрия получают из жирных кислот и аминокислот. Жирные кислоты, в свою очередь, обычно производятся из пальмового масла, а для синтеза аминокислот применяют микробиологические методы, то есть это вещества природного происхождения, — рассказал А.С. Почивалов. — Кокоилглутамат натрия — биоразлагаемое соединение, то есть оно способно разлагаться в естественных условиях без вреда для окружающей среды. Более того, это ПАВ само по себе безопасно для химика-аналитика. Благодаря своему более мягкому действию кокоилглутамат натрия применяется во многих областях, включая косметическую промышленность».
Эффективность метода проверили на ампициллине и амоксициллине — одних из самых распространенных препаратов для лечения коров. Технология позволила выделить антибиотики из молока с разной жирностью всего за десять минут. Для анализа полученных экстрактов использовалась высокоэффективная жидкостная хроматография с масс‑спектрометрическим детектированием. Эксперименты проводились в Научном парке СПбГУ.
Разработанный химиками СПбГУ метод выделения пенициллинов из коровьего молока.
Изображение предоставлено Алексеем Почиваловым
«Сначала нам необходимо осадить белки и жиры — основные компоненты молока, мешающие анализу. Нам нужно не только разорвать связи этих веществ с аналитами, но и найти способ избавиться от них, потому что при попадании белков и жиров в аналитический прибор он может сломаться, — подчеркнул А.С. Почивалов. — Поэтому на первом этапе мы вводим в образец раствор кислот, нарушающий стабильность эмульсии, которую представляет собой молоко. В результате все белки и жиры осаждаются внизу, а сверху остается чистый кислый надосадочный слой. И мы обнаружили, что при введении этой кислой жидкости в щелочной раствор поверхностно-активного вещества растворимость ПАВ снижается и за счет этого как раз образуется фаза супрамолекулярного растворителя, в которую выделяются нужные нам аналиты. Именно эта фаза затем вводится в хроматограф».
Во время испытаний новая технология позволила обнаруживать в коровьем молоке амоксициллин с концентрацией от 1 мкг/г и ампициллин с концентрацией от 0,3 мкг/кг, что существенно ниже предельно допустимого значения в 4 мкг/кг — в четыре раза и в 13 раз соответственно.
Результаты исследования представлены в журнале Analytica Chimica Acta. Проект получил поддержку Российского научного фонда (№25-73-00060).
Подход петербургских ученых пригодится центрам ветеринарно-санитарной экспертизы, проверяющим организациям и молокоперерабатывающим предприятиям. Вероятно, технологию можно будет адаптировать для обнаружения пенициллинов и иных органических веществ в других сложных матрицах (например, в биологических жидкостях, таких как моча и сыворотка крови), особенно насыщенных белками.
«Для того, чтобы использовать разработку для определения антибиотиков в других биологических жидкостях, потребуются дополнительные исследования. Осаждение белков актуально при анализе многих матриц, включая биологические (плазму крови и т.п.). Поэтому вполне возможно, что наш метод можно применять для биомедицинских целей, — заключил А.С. Почивалов. — Кроме того, мы изучаем и другие биоразлагаемые амфифилы (вещества, чьи молекулы обладают гидрофильной (полярной) и гидрофобной (неполярной) частями. — Примеч. корр.), которые потенциально могут быть использованы для получения супрамолекулярных растворителей. Это поможет сделать химический анализ безопаснее не только для аналитиков, но и для окружающей среды в целом».
Стоит отметить, что супрамолекулярные растворители — активно развивающееся направление исследований химиков СПбГУ. Например, недавно ученые представили разработку в этой области, позволяющую оценивать количество антибиотиков в организме человека.
Фото на стоп-кадре видео: из личного архива Алексея Почивалова
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фото на превью: summer78 / фотобанк 123RF.
Источники изображений на странице: предоставлено Алексеем Почиваловым, из личного архива Алексея Почивалова.
