Специалисты из Санкт-Петербургского государственного университета разработали способ более оперативной и надежной диагностики молока коровьего происхождения на наличие антибиотиков. Новизна подхода заключается в использовании экологически чистого супрамолекулярного растворителя. К достоинствам этой разработки относят высокую точность результатов, удобство применения и минимальное потребление химических веществ с образованием незначительного объема отходов. О деталях проекта корреспонденту «Научной России» поведал руководитель научной группы, доцент кафедры аналитической химии СПбГУ, кандидат технических наук Алексей Сергеевич Почивалов.

Для поддержания здоровья сельскохозяйственных животных часто используют антибиотики. Эти препараты применяются не только для борьбы с болезнями и их предотвращения, но также чтобы ускорить рост скота и повысить эффективность усвоения корма. Однако широкое и нередко бесконтрольное использование медикаментов приводит к накоплению остаточных количеств антибиотиков в мясе, молоке и других продуктах животноводства. Это представляет опасность для людей: регулярное поступление препаратов может вызывать негативное воздействие на организм, провоцировать аллергические реакции и способствовать развитию устойчивости бактерий к антибиотикам.

Контроль за наличием антибиотиков в продуктах питания осуществляется посредством химического анализа, который предполагает выделение лекарственного вещества из продукта и его последующую идентификацию. Однако традиционные методы часто требуют использования опасных для здоровья человека и экологии соединений.

«В аналитической химии давно применяются органические растворители, которые нередко являются летучими и потенциально опасными веществами. Это создает угрозу как для специалистов-химиков, так и для экологии. В связи с этим становится важной задачей поиск современных альтернативных растворителей», — отметил А.С. Почивалов. — В число перспективных экстрагентов (соединений, предназначенных для извлечения целевых компонентов из исследуемого образца – прим. ред.) В структуру этих растворителей входят супрамолекулярные соединения. Они формируются в мицеллярных средах с использованием поверхностно-активных веществ. Суть метода заключается в следующем: к исследуемой смеси добавляется ПАВ. Благодаря амфифильной природе молекул (наличию как полярной, так и неполярной частей), они способны объединяться в сферические структуры – мицеллы. Под воздействием определенных факторов, таких как повышение температуры или добавление другого компонента, эти мицеллы концентрируются в отдельный слой, формируя фазу, при этом захватывая растворенные аналиты (искомые соединения. — Примеч. корр.)благодаря тому, что поверхностно-активные вещества (ПАВ) имеют структуру с участками различной полярности, позволяющую им взаимодействовать с разнообразными соединениями. Жидкая среда, содержащая мицеллы ПАВ, формирует супрамолекулярный растворитель – замену традиционным экстракционным агентам, используемым в аналитической химии».

Традиционно используемые супрамолекулярные растворители часто содержат устойчивые и потенциально опасные синтетические поверхностно-активные вещества, что представляет угрозу для экологии. Поэтому поиск безопасной замены является актуальной задачей.

Решением этой проблемы стала разработка экологически чистого супрамолекулярного растворителя специалистами из Санкт-Петербургского государственного университета. Данная технология позволяет проводить анализ коровьего молока на наличие антибиотиков пенициллиновой группы, обеспечивая при этом безопасность для окружающей среды благодаря использованию биоразлагаемого поверхностно-активного вещества – кокоилглутамата натрия.

«Данное анионное ПАВ образует отрицательно заряженные частицы в водной среде. Кокоилглутамат натрия получают из жирных кислот и аминокислот, которые, в свою очередь, обычно производятся из растительных масел (например, пальмового) с применением методов микробиологического синтеза – это компоненты натурального происхождения», — пояснил он. А.С. Почивалов. — Натриевая соль кокоилглутамата – это биоразлагаемое вещество, которое способно к естественному распадению без негативного воздействия на экологию. Кроме того, данное поверхностно-активное соединение считается безопасным для специалистов в области химического анализа. Из-за своей деликатности кокоилглутамат натрия широко используется, включая сферу производства косметических средств.

Проверка результативности методики проводилась с использованием ампициллина и амоксициллина – распространенных лекарственных препаратов для лечения крупного рогатого скота. Разработанная технология позволила извлечь антибиотики из молока различной жирности всего за десять минут. Для анализа полученных экстрактов применяли высокоэффективную жидкостную хроматографию с масс-спектрометрическим детектированием. Исследования осуществлялись в Научном парке СПбГУ.

«Первоначально требуется удалить белки и жиры – главные составляющие молока, которые препятствуют анализу. Необходимо не только разрушить связи этих веществ с целевыми соединениями, но и разработать способ их удаления, так как попадание белков и жиров в измерительный прибор может привести к его поломке», — отметил А.С. Почивалов. — Поэтому на начальном этапе мы добавляем кислотный раствор в образец для дестабилизации эмульсии – формы, которую представляет собой молоко. В результате белки и жиры выпадают в осадок вниз, а сверху остается прозрачный кислый слой. Мы выяснили, что при добавлении этого кислого раствора к щелочному раствору поверхностно-активного вещества его способность растворяться уменьшается, тем самым формируя фазу супрамолекулярного растворителя, куда переходят необходимые нам аналиты. Именно эту фазу затем вводят в хроматограф».

В процессе тестирования новая методика дала возможность выявлять амоксициллин в молоке коровьего происхождения при минимальной концентрации от одного микрограмма на грамм, и ампициллин – начиная с 0,3 микрограммов на килограмм. Эти показатели значительно ниже установленного максимального уровня в четыре микрограмма на килограмм, что составляет уменьшение во столько раз для амоксициллина и тринадцать — для ампициллина.

Результаты исследования представлены в журнале Analytica Chimica Acta. Проект был одобрен Российским научным фондом ( №25-73-00060).

Разработанный сотрудниками из Санкт-Петербурга метод станет полезным для учреждений ветеринарного контроля, организаций, осуществляющих проверки качества продукции и предприятий молочной промышленности. Существует вероятность того, что технологию удастся модифицировать для выявления пенициллинов и других органических соединений в различных сложных образцах (например, в биологических жидкостях, таких как моча или сыворотка), особенно содержащих большое количество белков.

«Для применения данной разработки с целью определения антибиотиков в иных типах биологических сред потребуется проведение дополнительных научных работ. Удаление белковых соединений важно при анализе множества образцов, включая биомедицинские (плазма крови и т.п.). Поэтому существует вероятность того, что наша методика может быть использована для целей диагностики заболеваний», — подытожил А.С. Почивалов. — Помимо этого, проводится анализ и других биоразлагаемых амфильных веществ (соединений, структура которых включает участки, притягивающие воду (полярные) и отталкивающие ее (неполярные). – Прим. ред.), которые могут найти применение в создании сложных растворителей нового типа. Это позволит повысить безопасность проведения химических исследований не только для специалистов, но и для экологии.

Следует подчеркнуть, что разработка супрамолекулярных растворителей – перспективное направление научной деятельности сотрудников Санкт-Петербургского государственного университета. Так, совсем недавно исследователи представилиЭто направление исследований дает возможность определять концентрацию лекарственных препаратов группы пенициллинов, присутствующих в теле пациента.

Материал создан при содействии Министерства науки и образования Российской Федерации.

Фото на превью: summer78 / фотобанк 123RF.