По данным Министерства сельского хозяйства РФ, в нашей стране ежегодно растут объемы производства сырого молока. Если в 2022 году отечественные фермеры поставили на рынок 32 млн тонн продукта, то к концу 2024 года этот показатель достиг уже 34 млн тонн. Вместе с тем увеличился и спрос населения на питьевое молоко и товары на его основе. Как подсчитали аналитики Россельхозбанка, в 2022-м каждый россиянин в среднем покупал 241 кг такой продукции в год, а к 2025-му потребление увеличилось до 250 кг.

Один из параметров, за которым следят специалисты по контролю качества молока, — содержание в нем кальция (Ca). Этот макроэлемент участвует во многих важных для человека биологических процессах: в свертывании крови, сокращении и расслаблении мышц, передаче нервных импульсов. Недостаток кальция может приводить к хрупкости костей и нарушению работы сердечно-сосудистой системы, избыток — вызывать проблемы с желудком и почками. При этом в организме макроэлемент не синтезируется, основным его источником для людей выступает именно молоко.

Проверять, сбалансировано ли в напитке содержание кальция, сегодня помогают специальные химические методы. Однако чаще всего для их проведения требуются серьезные временные и энергозатраты, а также сложное, дорогое и громоздкое оборудование. Преодолеть эти проблемы удалось ученым СПбГУ. Они разработали для установления количества кальция в молоке новый способ, который отличается оперативностью, экономичностью и мобильностью.

Подготовка пробы способом, разработанным химиками СПбГУ, имеет сразу несколько преимуществ. Во-первых, для ее реализации, в отличие от аналогов, не требуется нагревать образцы молока до больших температур. Следовательно, не нужно закупать дорогостоящие и немобильные печи, равно как и расходовать большое количество электроэнергии.

Во-вторых, предложенный учеными Университета вариант пробоподготовки позволяет исключить применение концентрированных минеральных кислот, окислителей и токсичных хлорорганических растворителей. Это делает разработку более безопасной как для пользователей, так и для экологии. В-третьих, процесс выделения Ca в отдельную фазу занимает 45–60 минут. Это в шесть раз меньше, чем требуется на обработку проб другими способами.

В-четвертых, все используемые на первой стадии материалы широко распространены на отечественном рынке и имеют невысокую стоимость. Например, трихлоруксусную кислоту можно приобрести в среднем по цене 10–20 тыс. рублей за килограмм. Такого объема реактива хватит на анализ более чем 800 проб. Следовательно, стоимость кислоты для каждой пробы составит примерно 25 рублей. Общая же стоимость всех реактивов не превышает 35 рублей на пробу.

В-пятых, предложенный способ выделения кальция отличается экономным расходом реагентов и исследуемого продукта. В частности, для получения корректных результатов достаточно четырех миллилитров молока или молочной смеси.

И наконец, выбранное исследователями вещество для окраски кальция не образует связей с другими макроэлементами. Как следствие, в фазу с ионами Ca не попадают частицы, способные исказить результат. Это обеспечивает способу, разработанному учеными Университета, повышенную точность.

Вторая стадия анализа, разработанного учеными СПбГУ, — определение доли кальция в полученной окрашенной фазе. Для этой цели химики Университета предлагают использовать цифровую колориметрию.

Колориметрический бокс для выполнения этого этапа легко собрать из подручных средств. Ученые СПбГУ, например, сконструировали его из картонного короба и нескольких дополнительных материалов вроде поролона, пластилина и скотча.

Для фотографирования же подойдет любой смартфон — как с операционной системой Android, так и с iOS. При его отсутствии снимки допустимо делать на планшет или фотоаппарат. Приложение для распознавания цветов пользователь также может выбрать на свое усмотрение из всех доступных на рынке вариантов, в том числе бесплатных.

Дополнительные плюсы второй стадии анализа заключаются в том, что выполнять ее допустимо даже человеку без химического образования, а весь процесс занимает не более 10 минут. Это время можно дополнительно сократить, если автоматизировать решение уравнения с цветовыми координатами. Для этого подойдет любой сервис для работы с электронными таблицами — например, Microsoft Excel. В него достаточно ввести подобранную учеными СПбГУ формулу. Людям, проводящим анализ, останется лишь вносить в программу значения цветовых координат различных проб для получения результата. Отдельное программное обеспечение для подсчетов создавать не потребуется.

Работоспособность нового способа ученые СПбГУ проверили на практике. Они успешно установили содержание кальция в бутилированном коровьем и овсяном молоке разной жирности, а также в сухих молочных смесях для детского питания. Корректность полученных результатов была подтверждена с помощью независимого метода.

Испытания также показали, что созданный способ отличается большой чувствительностью и позволяет выявлять кальций в любой форме: как в свободных ионах, так и в составе соединений с другими веществами. Таким образом, химики Университета доказали, что их разработку можно эффективно применять при проверке качества молочной продукции. Причем не обязательно в стенах лаборатории: новый способ возможно использовать в любом удобном месте, поскольку он не требует применения стационарного и громоздкого оборудования.

Новый способ проведения анализа на содержание кальция уже сейчас готов к применению. Внедрить его не составит труда: для это не потребуются особые финансовые, временные или трудозатраты.

Разработка будет полезна в первую очередь молочным фермам. В России, по данным Министерства сельского хозяйства на 2024 год, насчитывалось более 2000 таких предприятий. И их число продолжит расти, так как Правительство Российской Федерации к 2030 году распорядилось увеличить объемы производства сырого молока с 34 млн тонн до 38 млн тонн. Способ проверки, предложенный исследователями СПбГУ, позволит сотрудникам ферм быстро и легко определять содержание кальция в каждой партии продукции и корректно указывать этот показатель при продаже товара.

Анализ будет востребован и у производителей питьевого молока и молочной продукции, в том числе детских смесей, сыров, творога, йогуртов. Всем им важно отслеживать уровень кальция в закупаемом сырье, поскольку этот показатель серьезно влияет на качество конечной продукции.

Новый способ также пригодится санитарно-эпидемиологическим службам, государственным и частным лабораториям, отвечающим за контроль качества пищевых продуктов.