Identification of Microplastic Particles in Dry Milk and Whey Using Optical and Electron Microscopy

Применение полимерных материалов в различных отраслях промышленности, в том числе в пищевой, обуславливает рост риска загрязнения продуктов питания частицами микропластика (МП). Кроме того, неконтролируемые процессы утилизации, сбора и переработки полимерных отходов также негативно сказываются на ухудшении экологических аспектов и безопасности пищевой продукции. В работах отечественных и зарубежных ученых подтверждено присутствие частиц микро- и нанопластика (НП) в объектах окружающей среды, однако вопросы их обнаружения и идентификации в пищевых продуктах, а также оценки потенциального воздействия на организм человека остаются недостаточно изученными. Анализ существующих методов показал, что их применение для качественного и количественного определения МП в пищевых матрицах без дополнительной пробоподготовки ограниченно. Повышение эффективности анализа и достоверности идентификации возможно при использовании специализированных методов, включая удаление органических веществ и дополнительные этапы фильтрации. В данной работе рассмотрена принципиальная возможность идентификации частиц МП в сухом обезжиренном молоке и сыворотке, полученных из двух самых распространенных материалов упаковки: полиэтилентерефталата (ПЭТ) и полиэтилена (ПЭ). Представленный эксперимент проведен в условиях моделирования. Были получены композиции, состоящие из смеси сухих продуктов и МП в концентрации 0,1 и 1,0%. Для идентификации применяли оптический метод анализа с использованием микроскопа Nikon Eclipse E200 MV R (Nikon Corporation, Япония) с цифровой камерой для микроскопа Lumenera Infinity 1-5С (Lumenera Corporation, Канада) и метод SEM (растровый электронный микроскоп Vega 3 (Tescan, Чехия) с детектором для МРСА с дисперсией по энергии X-Act (Oxford Instruments, Великобритания). Анализ представленных данных показал, что частицы МП могут быть идентифицированы визуально. Присутствующие в видимом поле идентификации частицы сухого молока и сухой сыворотки, а также частицы лактозы не мешают идентификации. Проведенные исследования образцов сухого молока и сыворотки с внесением частиц МП на основе ПЭ и ПЭТ методом SEM показали, что данный метод может быть применим для визуальной идентификации МП в выбранном диапазоне размера частиц до 100 мкм. При этом следует отметить, что для достоверной идентификации частиц МП в пробе необходима расширенная выборка образцов, так как при малых концентрациях в пробе вероятность попадания частиц МП и НП в поле зрения микроскопа существенно падает. The use of polymer materials in various industries, including the food industry, increases the risk of food contamination with microplastic (MP) particles. Additionally, uncontrolled processes of waste disposal, collection, and recycling of polymer materials also have a negative impact on the environmental aspects and safety of food products. While studies by both domestic and foreign researchers have confirmed the presence of micro- and nanoplastics (NP) in environmental samples, the detection and identification of these particles in food products, as well as their potential impact on human health, remain understudied. An analysis of existing methods has shown that their application for the qualitative and quantitative determination of MP in food matrices without additional sample preparation is limited. It is possible to increase the efficiency of analysis and the reliability of identification by using specialized methods, including the removal of organic substances and additional filtration steps. This paper discusses the feasibility of identifying MP particles in dry skim milk and whey obtained from two of the most common packaging materials: PET and PE. The presented experiment was conducted under simulated conditions. Compositions consisting of a mixture of dry products and MP at concentrations of 0.1% and 1.0% were obtained. For identification, an optical analysis method was used with a Nikon Eclipse E200 MV R microscope (Nikon Corporation, Japan), a Lumenera Infinity 1-5C digital camera for the microscope (Lumenera Corporation, Canada), and an SEM method (Vega 3 scanning electron microscope (Tescan, Czech Republic) with an X-Act energy-dispersive X-ray detector (Oxford Instruments, United Kingdom). The analysis of the presented data showed that MP particles can be identified visually. The particles of dry milk and dry whey, as well as lactose particles, present in the visible identification field do not interfere with identification. The studies conducted on samples of dry milk and whey with the addition of MP particles based on PE and PET using the SEM method showed that this method can be applied for the visual identification of MP in the selected particle size range up to 100 μm. It should be noted that an extended sample selection is necessary for reliable identification of MP particles in the sample, as the probability of MP and NP particles being visible under a microscope decreases significantly at low concentrations.