В наше время люминесцентный анализ широко используют в санитарии не только для оценки качества продуктов, но и для выявления таких примесей, как следы химических консервантов, лекарственных веществ, антиокислителей, вкусовых и ароматизирующих добавок, пестицидов, пищевых красителей.
Наибольшее число работ, где люминесцентным методом изучалось соответствие пищевых продуктов требованиям санитарии, посвящено рыбе, мясу и изделиям из них. Специалисты обнаружили, что в ряде случаев люминесцентный метод позволяет обнаруживать порчу рыбы на ранних стадиях, когда она еще неуловима органолептическими методами. Вот основные из полученных результатов:
· свежая рыба почти не люминесцирует;
· на ранних стадиях порчи поверхность и мясо рыбы обладают голубым свечением;
· появление желтой и красной люминесценции говорит о значительной степени разложения рыбы;
· после кулинарной обработки изделия из рыбы сохраняют характер свечения сырого продукта.
Откуда же берется люминесценция у подпорченной рыбы? Большинство ученых связывают ее появление с развитием в рыбе способных к люминесценции микроорганизмов.
Биолюминесценция — явление довольно распространенное в органическом мире. Всем знакомо с детства свечение светляков или гнилушек. Хотя биолюминесценция впервые описана в 1742 г., указания на свечение представителей животного мира можно встретить уже у Аристотеля (384—322 гг. до н. э.) и у Плиния (23—79 гг.). Помимо бактерий (Pseudomonas, Bact. Phosphoreus), биолюминесценция обнаружена у грибов (Armillaria mellea, pleurotus olearius и др.), некоторых высших растений в состоянии роста, многих животных (ракообразные, жуки и т. д.). По своему происхождению биолюминесценция — типичная хемилюминесценция, черпающая энергию в реакциях окисления с участием кислорода.
А пока вернемся к люминесцентному анализу пищевых продуктов.
Применение люминесценции для санитарной оценки качества мяса так же, как и в случае рыбы, ограничено непостоянством характера свечения. Как правило, мышечная ткань свежего парного мяса не люминесцирует, а соединительная ткань имеет светло-голубое свечение. По мере хранения и начинающейся порчи ранее нелюминесцирующие участки приобретают свечение, что связано с деятельностью бактерий и окислительно-ферментативными процессами. Объективным показателем непригодности мяса к употреблению служит появление красной люминесценции, характерной для порфиринов – продуктов распада гемоглобина и других аналогичных веществ. Возникновение при хранении на поверхности мяса светящихся пятен с различной окраской может быть связано с присутствием микроорганизмов, плесеней и грибов.
Собственная люминесценция животных масел и жиров не дает однозначной информации о степени их свежести. Несмотря па это, люминесцентный анализ прекрасно зарекомендовал себя при обнаружении примесей и загрязнений в них. Еще в 1928 г. люминесцентным методом удалось отличить чистое коровье масло от масла с примесью 8% маргарина.
Наиболее часто встречающиеся в животных и растительных маслах загрязнения — минеральные масла. Их обычно очень немного — до 1—2%, но это как раз тот случай, когда ложка дегтя способна испортить бочку меда. К счастью, минеральные масла легко обнаруживаются даже в малых концентрациях благодаря своему характерному свечению.
Немецкий исследователь Ф. Шенберг более 30 лет назад разработал интересный и довольно перспективный метод установления свежести жира. Он на удивление прост: проба жира обрабатывается очень разбавленным (~0,1%-ным) раствором люминесцентного красителя конго красного, и в зависимости от степени свежести наблюдаются изменения в характере свечения образца. Но, к сожалению, этот метод не получил еще должного признания у специалистов-практиков.
2. Продукты растительного происхождения.
Среди пищевых продуктов, санитарная пригодность которых определялась люминесцентным методом, наибольший эффект получен, пожалуй, для растительных продуктов — овощей, фруктов, растительных масел и т. д. Продемонстрируем возможности люминесцентного анализа па примере оценки пищевой пригодности картофеля.
В начале 50-х годов ленинградские исследователи В.П. Гиренко и М.И. Голланд предложили новый оригинальный метод обнаружении заболеваний картофеля. Ведь к чему сводится обычная оценка качества картофеля? Только к поверхностному осмотру, а следовательно, она зависит от индивидуального подхода агронома, эксперта-товароведа и дает большие отклонения от истинного состояния качества поступающего продукта. Кроме того, даже при самом внимательном осмотре невозможно обнаружить картофель, пораженный заболеванием на начальной стадии, когда внешние признаки недоброкачественности еще не видны при обычном освещении.
Новый метод, разработанный учеными и основанный на осмотре картофеля под УФ-светом, лишен всех этих недостатков. Ученые начали с наблюдения люминесценции клубней здорового картофеля. Оказалось, что цвет свечения зависит от сорта картофеля. Так, разрез клубней сорта «Камераз» люминесцирует ярко-желтым цветом, сорта «Калев» — серо-желтым, сорта «Берлихенген» — серовато-коричневым и т. д. Всего было просмотрено 70 сортов картофеля. Картина свечения срезов клубней резко менялась, если картофель был подморожен или заражен фитофторой. Подмороженные клубни люминесцировали бледно-голубым цветом, а больные фитофторой имели ярко-голубое свечение.
Таким образом, люминесцентный метод позволяет быстро и своевременно производить экспертизу картофеля, дает возможность более правильно определять его качество и лежкостойкость.
Было обнаружено, что клубни, зараженные грибком Rhizoctonia, люминесцируют лишь в очагах поражения. Картофель сорта «берлихенген», полученный с растения, больного морщинистой мозаикой (вирусное заболевание), имеет беловато-голубое свечение, распространяющееся от периферии к сердцевинной части среза клубня. Клубни картофеля всех сортов, проросшие в темноте, люминесцируют так же, как и не проросшие, а картофель, проросший па свету, имеет под оболочкой слой с оранжевой люминесценцией.
Но почему только картофель? Разве качество других-овощей не может быть оценено люминесцентным методом? Как выяснилось, может.
По одному из первых наблюдений специалисты нашли, что изменение люминесценции огурцов, бобов, белой и красной капусты позволяет выявить начало гниения на такой ранней стадии, когда оно неуловимо другими методами. Такое наблюдение было использовано при изготовлении овощных консервов, причем с большой эффективностью: брак консервов снизился, как минимум, в 2 раза.
Сложнее обстояло дело с обнаружением плодов огурца, лука и других овощей, пораженных вирусом мозаики. Здесь уже недостаточным оказалось наблюдение собственного свечения срезов. Пришлось привлечь прием обработки люминофорами с последующим рассматриванием образцов в люминесцентный микроскоп. Было испытано четыре люминесцентных красителя, а лучшие результаты достигнуты при использовании 0,1%-ного водного раствора акридинового оранжевого. После обработки срезов овощей этим красителем вирусные включения люминесцировали ярким зеленым цветом, а ядра клеток — зеленовато-синим.
Конечно, для практических целей, т. е. для применения на овощных предприятиях, описанная методика слишком сложна. Но для сельскохозяйственной науки люминесцентное определение вирусных заболеваний представляет несомненный интерес.
Как ни эффективен люминесцентный метод для санитарной оценки качества овощей, все же большее распространение он получил для выявления недоброкачественных фруктов, особенно мандаринов, апельсинов и лимонов. И виновато в этом жаркое южное солнце, под которым произрастают эти фрукты. Каким образом? Вспомним, что для наблюдения люминесценции нужен постоянный источник УФ-лучей. Обычно это ртутная лампа, снабженная специальным светофильтром для отсечения лучей видимой части спектра.
Если лучи южного солнца пропустить через фильтры, то выделенного УФ-излучения вполне достаточно для наблюдения люминесценции. По этому принципу почти 50 лет назад в Крыму (в Ялте) была оборудована первая лаборатория для люминесцентного анализа фруктов, в окна которой вставлены не прозрачные стекла, как в обычных домах, а светофильтры.
В.Н. Гиренко и М.И. Голланд предложили новый метод обнаружения недоброкачественного картофеля. Именно ими на Ленинградском фруктовом комбинате была создана специальная установка, представляющая собой деревянную кабину, окрашенную изнутри в черный цвет. В верхней части кабины помещался источник УФ-света (ртутно-кварцевая лампа ПРК-2), а вдоль нее скользила тележка, па которой размещались испытуемые фрукты. Это нехитрое сооружение позволяло легко и быстро проводить отсортировку заболевших плодов и отбор здоровых фруктов для длительного хранения. Особенно ценно, что люминесцентный метод дает возможность выявить начальные стадии заболевания, когда они еще не видны при обычном свете.
Есть ли ощутимая разница в поведении здоровых и зараженных фруктов при облучении их УФ-светом? Да, есть: обычно мандарины люминесцируют темно-оранжевым цветом, но стоит лишь появиться ничтожному количеству голубой плесени Penicillium italicum, как в центре поражения возникает темно-синее светящееся пятно с голубым ободом и широким желтым окаймлением. Подмороженные мандарины имеют бледно-голубые светящиеся пятна на темно-оранжевом фоне.
Также ведут себя и апельсины. Для них гнилые места обнаруживаются по появлению светлых люминесцирующих пятен на темном фойе. Участки с коричневой пятнистостью имеют яркое сине-фиолетовое свечение, а с черной плесенью (Alternaria citri) — темно-оливковое свечение.
Примерно то же самое получено и для лимонов.
Благодаря простоте и доступности новый метод сортировки плодов быстро завоевал популярность не только на складах, но и на предприятиях по первичной обработке фруктов.