Экология продуктов питания

ЭКОЛОГИЯ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

 

Кроме пищевых веществ в продуктах  питания содержатся различные пищевые  добавки: консерванты, антиоксиданты, эмульгаторы, красители и др., количество которых регламентировано рядом  нормативных документов. В условиях загрязнения окружающей среды различными химическими, в том числе радиоактивными веществами, а также в результате микробиологических процессов состав продуктов может существенно изменяться. В пищевых продуктах часто встречаются пестициды, токсические металлы, радионуклиды, токсины, нитраты, нитрозоамины, ароматические и полициклические ароматические углеводороды. Они неблагоприятно действуют на организм человека, если их содержание превышает установленные санитарным законодательством максимально допустимые количества. Таким образом, исходя из химического состава продуктов питания их анализ включает в себя две главные задачи:

- определение качественного состава  продуктов питания (белки, углеводы  и пр.)

- определение вредных веществ  в продуктах питания, т.е. определение  безопасности продуктов питания.

 

Чужеродные химические вещества могут  попадать в пищу случайно в виде контаминантов-загрязнителей, например из окружающей среды или в процессе технологической обработки при  контакте с оборудованием; иногда их вводят специально в виде пищевых добавок, когда это связано с технологической необходимостью. Кроме того, в пищевом сырье и готовых продуктах питания могут содержаться природные компоненты, оказывающие вредное влияние на здоровье человека. 

В целом, вредные и посторонние  вещества в сырье, питьевой воде и продуктах питания можно разделить на три основные группы:

1. Природные компоненты пищи, оказывающие вредное воздействие (обычные компоненты в необычно высоких количествах; компоненты с выраженной фармакологической активностью; токсические компоненты).
2. Вещества из окружающей среды, оказывающие вредное воздействие (контаминанты)  (Антропогенные (химичекие); биологические (природные).
3. Вещества, специально вносимые по технологическим соображениям (Пищевые добавки).

Несмотря на то, что окружающая среда остается главным источником загрязнения сырья и пищевых продуктов, в настоящее время появляются новые и модифицируются традиционные технологии получения продуктов питания, которые часто связаны с применением жестких видов воздействия на сырье и полупродукты, что, в свою очередь, является не всегда оправданным и приводит к возниконовению токсичных веществ. Кроме того, получили широкое распространение разнообразные виды непроверенных пищевых добавок и новых упаковочных материалов; появилось большое число малых предприятий, технологический процесс и качество выпускаемых проуктов питания на которых плохо контролируется или вообще не котролируется.

Загрязнение продовольственного сырья  и пищевых продуктов чужеродными  веществами или ксенобиотиками напрямую зависит от степени загрязнения окружающей среды.

В результате хозяйственной деятельности человека в биосфере циркулирует  огромное количество различных ксенобиотиков  как неорганической, так и органической природы, обладающих исключительной токсичностью. Антропогеннная токсикация приобрела настолько значительные масштабы, что наносит ощутимый, реальный вред здоровью человека и грозит перерасти в экологическую катастрофу. Ксенобиотики, попадая в окружающую среду в результате деятельности человека, способны накапливаться в почвах, водоемах, с атмосферными и водными потоками распространяться на тысячи километров. Передвигаясь по пищевым цепям, ксенобиотики попадают в организм человека и вызывают серьезные нарушения здоровья – до острых отравлений с летальным исходом до заболеваний, проявляющихся порой только через годы.

 

Количественная характеристика токсичности  веществ достаточно сложна и требует  многостороннего подхода. Судить о  ней приходится по результатам воздействия  вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная реакция, поскольку в группе испытуемых животных присутствуют более или менее восприимчивые к действию изучаемого токсина индивидуумы.

Существуют две основные характеристики токсичности – ЛД₅₀  и ЛД₁₀₀. ЛД – аббревиатура летальной дозы, т.е. дозы, вызывающей при однократном введении гибель 50 или 100% экспериментальных животных. Дозу обычно определяют в размерности концентрации. Токсичными считают те вещества, для которых ЛД мала.

Кроме ЛД, времени выведении токсина в токсикологических экспериментах принято еще указывать и время 100 или 50% гибели объектов. Но для этого такие эксперименты должны проводится в течение многих месяцев и лет, а при существующем непродолжительном контроле можно отнести к малотоксичным веществам – высокотоксичные, но проявляющие свое негативное, губительное действие лишь через длительное время.

Кроме того, необходимо учитывать  еще ряд факторов. Это индивидуальность различных экспериментальных животных, и различное распределение токсинов в органах и тканях, и биотрансформация токсинов, которая затрудняет их определение в организме.

При хронической интоксикации решающее значение приобретает способность  вещества проявлять кумулятивные свойства, т.е. накапливаться в организме и передаваться по пищевым цепям. Необходимо также учитывать комбинированное действие нескольких чужеродных веществ при одновременном или последовательном поступлении в организм и их взаимодействие с макро- и микронутриентами пищевых продуктов (т.к. человек может получать в течение всей жизни вместе с пищей целый комплекс чужеродных веществ либо в виде загрязнителей, либо в виде добавок к пищевым продуктам).

Комбинированный эффект является результатом  физических или химических взаимодействий, индукции или ингибирования ферментных систем. Действие одного вещества может быть усилено или ослаблено под влиянием других веществ (антагонизм – эффект воздействия двух или нескольких веществ, при котором одно вещество ослабляет действие другого вещества, например, действие ртути и селена в организме животных и человека;  синергизм – эффект воздействия, превышающий сумму эффектов воздействия каждого фактора (например, комбинированное воздействие хлорсодержащих соединений, фосфорорганических пестицидов, комбинированное воздействие ксенобиотиков и некоторых медикаментов).

В связи с хроническим воздействием посторонних веществ на организм человека и возникающей опасностью отдаленных последствий, важнейшее  значение приобретают канцерогенное (возникновение раковых опухолй); мутагенное (качественные и количественные изменения в генетическом аппрате клетки) и тератогенное (аномалии в развитии плода, вызванные структурными, функциональными и биохимическими изменениями в организме матери и плода) действия ксенобиотиков.

На основе токсикологических критериев (с точки зрения гигиены питания) международными организациями ООН – ВОЗ, ФАО и др., а также органами здравоохранения отдельных государств приняты следующие базисные (основные) показатели: ПДК, ДСД и ДСП.

ПДК (предельно-допустимая концентрация) – предельно-допустимые количества чужеродных веществ в атмосфере, воде, продуктах питания с точки зрения безопасности их для здоровья человека. ПДК в продуктах  питания – установленное законом предельно-допустимое с точки зрения здоровья человека количество вредного (чужеродного вещества). ПДК – это такие концентрации, которые при ежедневном воздействии не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в жизни настоящего и последующих поколений.

ДСД (допустимая суточная доза) – ежедневное поступление вещества, которое не оказывает влияния на здоровье человека в течение всей жизни.

ДСП (допустимое суточное потребление) – величина, рассчитываемая как  произведение ДСД на среднюю величину массы тела (60 кг).

Однако, как правило, применение критерия ПДК не обеспечивает необходимую  степень безопасности живых организмов.

Недостатки ПДК:

1. ПДК отражает токсичность только для конкретного типа организма и поэтому не является универсальным критерием безопасности вещества. – различие в метаболических превращениях веществ-загрязнителей у разных организмов.
2. Реально в продуктах питания может присутствовать сложная смесь исходных веществ и веществ вторичного происхождения, возникающих как продукты исходных реакций. Это приводит к обесцениванию ПДК применительно к одному индивидуальному веществу: очевидно, что содержание каждого из компонентов такой смеси в концентрациях, ниже ПДК не гарантирует ее безопасности.
3. Дороговизна установления одной нормы ПДК. Согласно американским данным, стоимость составляет около миллиона долларов. Российские авторы назвали меньшие оценочные суммы, хотя тоже довольно значительные – от 43 до 200 тыс. рублей.

 

 

 

Токсичные элементы

 

Токсичные элементы (в частности, некоторые тяжелые металлы) составляют обширную и весьма опасную в токсикологическом отношении группу веществ. Обычно рассматривают 14 элементов: ртуть, свинец, кадмий, олово, цинк, алюминий, берилий, железо, медь, барий, хром, таллий. Разумеется, не все перечисленные элементы являются ядовитыми, некоторые из них необходимы для нормальной жизнедеятельности человека и животных. Поэтому часто трудно провести четкую границу между биологически необходимыми и вредными для здоровья человека веществами.

В большинстве случаев  реализация того или иного эффекта зависит от концентрации. При повышении оптимальной физиологической концентрации элемента в организме может наступить интоксикация, а дефицит многих элементов в пище и воде может привести к достаточно тяжелым и трудно распознаваемым явлениям недостаточности.

Для большинства продуктов  установлены ПДК токсичных элементов, к детским и диетическим продуктам  предъявляются более жесткие  требования.

Наибольшую опасность из вышеназванных  элементов представляют ртуть, свинец и кадмий.

Ртуть – одни из самых опасных и высокотоксичных элеметнов, обладающий способностью накапливаться в растениях, т.е. является ядом кумулятивного действия. Механизм токсичного действия ртути (органич. соединения) связан с ее взаимодействием  с сульфгидрильными группами белков. Соединения ртути нарушают обмен аскорбиновой кислоты, кальция, меди, цинка, селена, обмен белков, токоферолов и др.

Защитным эффектом при воздействии  ртути на организм обладают цинк и, особенно, селен. Предполагают, что  защитное действие селена обусловлено деметилированием ртути и образованием нетоксичного соединения – селено-ртутного комплекса.

О высокой токсичности ртути  свидетельствуют и очень низкие значения ПДК: 0,0003 мг/м³ в воздухе и 0,0005 мг/л в воде. Безопасным уровнем содержания ртути в крови считают 50-100 мкг/л. Человек получает с суточным рационом 0,05 мг ртути, что соответствует рекомендациям ВОЗ.

В организм человека ртуть поступает  в наибольшей степени с рыбопродуктами, в которых ее содержание может  многократно превышать ПДК. Мясо рыбы отличается наибольшей концентрацией ртути и ее соединений, поскольку активно аккумулирует их из воды и корма, богатых ртутью. Например, хищные  пресноводные рыбы могут содержать от 107 до 509 мкг/кг, нехищные пресноводные рыбы от 78 до 200 мкг/кг, а океанские нехищные рыбы от 300 до 600 мкг/кг ртути. Организм рыб способен синтезировать метилртуть, которая накапливается в печени. У некоторых видов рыб в мышцах содержится белок – металлотионеин, который с различными металлами, в том числе и с ртутью, образует комплексные соединения, способствуя тем самым накапливанию ртути в организме и передаче ее по пищевым цепям. У таких рыб содержание ртути достигает очень высоких концентраций: рыба сабля содержит от 500 до 20 000 мкг/кг. Для других продуктов характерно следующее содержание ртути (мкг/кг). В продуктах животноводства: мясо – 6-20, печень 20-35, почки 20-70, молоко 2-12, сливочное масло 2-5%в съедобных частях сельскохозяйственных растений: овощи 3-59, фрукты 10-124, зерновые 10-103; в шляпочных грибах 6 –447, в перезрелых до 2000 мкг/кг, причем в отличие от растений в грибах может синтезироваться метилртуть. При варке рыбы и мяса концентрация ртути в них снижается, при аналогичной обработке грибов остается неизменной. Это различие объясняется тем, что в грибах ртуть связана с аминогруппами азотсодержащих соединений, в рыбе и  мясе – с серосодержащими аминокислотами.

Наилучшие результат определения  дает метод атомной абсорбции, а  также фотометрия тетрайодмеркуриата меди.

 

Свинец  один из самых распространенных и опасных токсикантов. История применения его очень древняя, что связано с относительной простотой его получения и большой распространенностью в земной коре. Соединения свинца – Pb₃O₄  и PbSO₄ – основа широко применяемых пигментов: сурика и свинцовых белил. Глазури, которые используются для покрытия керамической посуды, также содержат соединения свинца. Металлический свинец со времен Древнего Рима применяют при прокладке водопроводов. В настоящее время перечень областей его применения очень широк: производство аккумуляторов, электрических кабелей, химическое машиностроение, атомная промышленность, производство эмалей, замазок, лаков, хрусталя, спичек, пластамасс и т.п. В результате производственной деятельности человека в природные воды ежегодно попадает 500-600 тыс. т, а в атмосферу около 450 тыс. т, подавляющее большинство которого оседает на поверхности Земли. Основной источник загрязнения атмосферы – выхлопные газы автотранспорта  (260 тыс.т) и сжигание каменного угля (около 30 тыс. т). В тех странах, где использование бензина с добавлением тетраэтилсвинца сведено к минимуму, содержание свинца в воздухе удалось многократно снизить. Следует подчеркнуть, что многие растения накапливают свинец, который передается по пищевым цепям и обнаруживается в мясе и молоке сельскохозяйственных животных, особенно активное накопление свинца происходит вблизи промышленных центров и крупных автомагистралей.

Ежедневное поступление свинца в организм человека с пищей – 0,1 –0,5 мг, с водой – 0,02 мг. Содержание свинца в различных продуктах таково: фрукты 0,01-0,6, овощи 0,02-1,6, мясо и рыба 0,01 – 0,78, молоко 0,01-0,1 (мг/кг). В организме человека усваивается в среднем 10% поступившего свинца, у детей – 30-40%. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости, где депонируется в виде трифосфата.

Основными мишенями при воздействии  свинца являются кроветворная, нервная  и пищеварительная системы, а  также почки. Свинцовая интоксикация  может приводить к серьезным  нарушениям здоровья, проявляющимся  в частых головных болях, головокружении, утомляемости, ухудшении сна,  в наиболее тяжелых случаях к параличам, умственной отсталости. Неполноценное питание, дефицит в рационе кальция, фосфора, железа, пектинов, белков увеличивают усвоение свинца. ДСД свинца – 0,007 мг/кг; ПДК в питьевой воде – 0,05 мг/л.

Для анализа используют различные  методы, чаще методы атомной абсорбции, эмиссионной спектроскопии, рентгеновской  флуоресценции. Для анализа продуктов  питания на содержание свинца и кадмия используют также метод переменнотоковой  полярографии с ртуным капельным электродом.