Экология продуктов питания

 

Кадмий широко применяется в различных отраслях промышленности. В воздух кадмий поступает вместе со свинцом при сжигании топлива на ТЭЦ, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих кадмий. Загрязнение почвы происходит при оседании кадмий аэрозолей из воздуха и дополняется внесением минеральных удобрений: суперфосфата (7,2 мг/кг), фосфата калия (4,7 мг/кг), селитры (0,7 мг/Кг). Заметно содержание кадмия в навозе, где он обнаруживается в результате следующей цепи переходов: воздух-почва-растения-травоядное животное-навоз.

Возможны загрязнения пищи кадмием, применяемым для окрашивания  пластмасс.

Содержание кадмия в продуктах  (в мкг/кг):горох 15-19, картофель 12-50, помидоры 10-30, растительное масло 10-50, грибы 100-500, молоко 2,4. Установлено, что примерно 80 % кадмия поступает в организм человека с пищей, 20% - через легкие из атмосферы или при курении (в одной сигарете 1,5-2,0 мкг кадмия). С рационом получаем до 150 мкг/кг и выше кадмия в сутки. Подобно ртути и свинцу кадмий не является жизненно необходимым элементом. Попадая в организм, кадмий проявляет сильное токсичное действие, главной мишенью которого являются почки. Отмечены канцерогенный, мутагенный и тератогенный эффекты кадмия. ДСД – 1 мкг/кг массы тела.

Анализируют в продуктах питания  методами атомной абсорбции, нейтронной активации и химико спектральным.

 

Алюминий.  Первые данные о токсичности – 70-е годы ХХ века. Это было неожиданностью. Алюминий нашел широкое применение в технике и в быту. Поставщиками алюминия в организм человека является алюминевая посуда, если она контактирует с кислой или щелочной средой, вода, которая обогащается ионами алюминия при обработке ее сульфатом алюминия на очистительных станциях. Не следует злоупотреблять содержащими гидрооксид алюминия лекарствами (например, понижающими кислотность желудочного сока).

При нарушении деятельности почек  происходит накапливание алюминия, сопровождающееся ростом хрупкости костей, развитием  различных форм анемии. Кроме того, были обнаружены и более грозные проявления токсичности алюминия: нарушения речи, провалы в памяти, нарушение ориентации. Все это позволяет приблизить «безобидный», считавшийся нетоксичным  до недавнего времени алюминий к «мрачной тройке» супертоксикантов: ртуть, свинец, кадмий.

Мышьяк как элемент в чистом виде ядовит только в высоких концентрациях. Он принадлежит к тем микроэлементам, необходимость которых для жизнедеятельности организма человека не доказана, а его соединения, такие как мышьяковистый ангидрид, арсениты и арсенаты, сильно токсичны.

Нормальный уровень содержания мышьяка в продуктах питания  не должен превышать 1 мг/кг. Повышенное содержание мышьяка отмечается в  рыбе, ракообразных. ДСД – 0,05 мг/кг массы  тела.В зависимости от дозы мышьяк может вызывать острое и хроническое отравление, разовая доза 30 мг – смертельна для человека.

Селен -  один из наиболее токсичных элементов таблицы Менделеева. (на животных – канцерогенность); разрушает стенки мембран эритроцитов;

• антиканцерогенное действие (снижает риск рака желудка, легких, предстательной железы) – но это один из факторов;
• радиопротекторное действия (даже спустя время после облучения);
• влияет на репродукцию (нормализует развитие сперматозоидов)
• защитное действие в отношении мышьяка, кадмия, меди; в присутствии витамина Е снижает токсичность свинца)

Организму нужен органический селен.

(См. селен)

 

Хром. Является мутагенным металлом. Исследуют разнообразными физическими методами: эмиссионная спектрскопия, атомная абсорбция, нейтронная активация и физикохимическим: фотометрически с дифенилкарбазидом.

 

Отбор методик идентификации и  определения токсичных веществ  проводится путем сравнения их метрологических  характеристик и с учетом реального  оснащения и возможностей лабораторий.

Радиоактивное загрязнение

Источники радиоактивности, как и  другие загрязнители, являются компонентами пищевых цепей: атмосфера-ветер-дождь-почва-растения-животные-человек. Анализируя данные о взаимодействии радионуклидов с компонентами природной  среды и организмом человека, необходимо отметить следующее. Радионуклиды естественного происхождения постоянно присутствуют во всех объектах неживой и живой природы, начиная с момента образования нашей планеты. При этом радиационный фон в различных регионах Земли может отличаться  в 10 и более раз. (радионуклиды естественного происхождения  ³H, ⁷Be, ¹⁴C, ²²Na, ²⁴Na, ⁴⁰K, ²³⁸U, ²³²Th.

В результате производственной деятельности человека, связанной с добычей  полезных ископаемых, сжиганием органического  топлива, созданием минеральных удобрений и т.п., произошло обогащение атмосферы естественными радионуклидами, причем естественный радиационный фон постоянно меняется.

С момента овладения человеком  ядерной энергией в биосферу начали поступать радионуклиды, образующиеся на АЭС, при производстве ядерного топлива и испытаниях ядерного оружия. Таким образом, встал вопрос об искусственных радионуклидах и особенностях их влияния на организм человека. Среди радионуклидов искусственного происхождения выделяют 21 наиболее распространенный, 8 из которых составляют основную дозу внутреннего облучения населения: ¹⁴C, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ⁸⁹Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce, ¹³¹I, ⁹⁵Zr.

Облучение нарушает химические, биохимические  процессы, происходящие в клетках; разрушают  клеточные мембраны. Одновременно возможны все виды мутаций: геномные, хромосомные, генные.

Важнейшим фактором предотвращения накопления радионуклидов в организме людей  является питание. Это и употребление в пищу определенных продуктов и  их отдельных компонентов. Особенно это касается защиты организма от долгоживущих радионуклидов, которые способны мигрировать по пищевым цепям, накапливаться в органах и тканях, подвергать хроническому облучению костный мозг,,,, костную ткань и т.п. Установлено, что обогащение рациона рыбой, кальцием, фтором, витаминами А, Е, С, которые являются антиоксидантами, а также неусвояемыми углеводами (пектин) способствует снижению риска онкологических заболеваний.   (Se)

 

Диоксины и диоксинподобные  соединения  (полихлорированные  ароматические соединения)

 

К полихлорированным ароматическим соединениям (ПАС) относятся полихлорированные дибензо-п-диоксаны (ПХДД), дибензофураны (ПХДФ), бифенилы (ПХБ), имеющие в структуре молекул бензольные кольца с атомами хлора в количестве от 1 до 8:

 

 

 

 

 

В настоящее время идентифицировано 75 изомеров ПХДД, 135 изомеров ПХДФ и 209 изомеров ПХБ с молекулярной массой 186-456. Все эти соединения обладают сходными структурными особенностями, физико-химическими, медико-биологическими свойствами и механизмом токсического действия. ПАС – твердые, бесцветные вещества с Тпл. 170 – 340⁰С, нелетучие, плохо растворимые в воде, хорошо растворимые в жирах и органических растворителях, хорошо адсорбируются почвами и донными отложениями. ПАС не взаимодествуют с сильными кислотами и щелочами, не гидролизуются водой, не окисляются кислородом воздуха, термически стабильны. Эти вещества чрезвычайно устойчивы в объектах окружающей среды. ПАС при хроническом и остром воздействии вызывают различные патологические изменения в организме. При отравлении, у людей наблюдаются пищеварительные растройства, головная и мышечная боли. В случае острых отравлений одним из ранних признаков является прогрессирующее снижение массы тела. При хроническом воздействии образуется редкая опухоль – саркома мягких тканей. Для этих соединений характерна высокая кумулятивность, обуславливающая возникновение и развитие хронических поражений в организме человека и животных.

 

Диоксины – высокотоксичные  соединения, обладающие мутагенными, канцерогенными и тератогенными свойствми. Они  представляют серьезную угрозу загрязнения пищевых продуктов, включая воду.

Диоксины являются побочными продуктами производства пластмасс, пестицидов, бумаги, дефолиантов (вызывают опадение листьев  у растений; применяются для предуборочного удаления листьев, с целью облегчения механизированной уборки урожая). В ходе Вьетнамской войны (1962-1971) самолетами американских ВВС было распылено на территории Южного Вьетнама 57 тыс. тонн дефолианта – «оранжевого реагента», в котором в виде примеси содержалось 170 кг диоксина (0,0003%); в результате у участников этих событий были отмечены многочисленные заболевания, в том числе и онкологические. Именно последствия этой войны привели к пониманию той грозной опасности, какой являются диоксины.

Диоксины обнаружены в составе  отходов металлургии, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Они образуются при уничтожении отходов в мусоросжигательных печах, на ТЭС; присутствуют в выхлопных газах автомобилей, при горении  синтетических покрытий и масла, на городских свалках. Таким образом, проблема диоксинов приобрела глобальный  характер.

Группа диоксинов объединяет сотни  веществ, каждое из которых содержит специфическую гетероциклическую  структуру с атомами хлора (брома) в качестве заместителей. Структура 2,3,7,8-тетрахлордибензопара-диоксина (ТХДД) включает два ароматических кольца, связанных между собой кислородными мостиками:

 

 

 

 

 

 

 

ТХДД – так называемый классический диоксин, действие которого сильнее  цианидов, зомана, зорина. ТХДД выбран за эталон онкотоксичности, отличается высокой стабильностью, не поддается гидролизу и оксилению, устойчив к высокой температуре (разлагается лишь при 750⁰С), устойчив к действию кислот и щелочей, хорошо растворим в органических растворителях.

При попадании в окружающую среду  диоксины интенсивно накапливаются в почве, водоемах, активно мигрируют по пищевым цепям.

В организм человека диоксины попадают в основном с пищей. Среди основных продуктов опасные концентрации диоксинов обнаруживаются в рыбе, животных жирах, в мясе, молочных продуктах (содержание диоксинов будет определяться жирностью этих продуктов, т.к. диоксины – жирорастворимые соединения)

 В коровьем молоке содержание  диоксинов в 40-200 раз превышает  их наличие в тканях животного.  Источниками диоксинов могут  быть и корнеплоды (картофель, морковь и др.)

Для диоксинов не существует таких  норм, как ПДК – эти вещества токсичны при любых концентрациях. Признано недопустимым присутствие  диоксинов в продуктах питания, в воздухе и питьевой воде. Диоксины обладают широким спектром биологического действия на человека и животного. В малых дозах диоксины вызывают мутагенный эффект, отличаются кумулятивными свойствами. Их опасность очень велика и не случайно диоксины и диоксинподобные соединения относят к группе суперэкотоксикантов.

В целом, установление санитарных норм по диоксину в различных странах базируется на различных критериях. В Европе как основной принят показатель онкогенности (то есть за основу берут возможность возникновения раковых опухолей), в США – показатель иммунотоксичности (то есть угнетение иммунной системы). Расчет ДСД ведется таким образом, чтобы за 70 лет жизни в организм человека поступило не более 10^-11 г/кг (10 пг/кг) в сутки.

Следует отметить явление синергизма – эффекта воздействия, превышающего сумму эффектов воздействия каждого из факторов. Такими синергистами по отношению к диоксину могут являться: радиация, кадмий, свиней, ртуть, нитраты, хлорфенолы, соенинения серы (II).

 

Определяют – биологическим  и флуоресцентным методом.

Полициклические ароматические углеводороды

 

ПАУ представляют собой обширный класс  химических соединений (более 200 представителей). Они широко распространены в объектах окружающей среды . стабильны в течение  длительного времени. ПАУ обладают канцерогенной и мутагенной активностью. Наиболее распространенным представителем класса ПАУ является 3,4-бенз(а)пирен. ПДК в воде 5х10^-6 мг/л, в почве 0,02 мг/кг.

 

Канцерогенная активность реальных сочетаний  ПАУ на 70-80% обусловлена бенз(а)пиреном. Поэтому по присутствию бенз(а)пирена в пищевых продуктах и других объектах можно судить об уровне их загрязнения ПАУ и степени онкогенной опасности для человека.

Большая часть ПАУ поступает  в биосферу за счет техногенных источников  (сгорание нефтепродуктов, угля, дерева, мусора, пищи, табака, причем, чем ниже температура, тем больше образуется ПАУ).

В пищевом сырье, полученном из экологически чистых растений, концентрация бенз(а)пирена 0,03-1,0 мкг/кг. Условия термической  обработки значительно увеличивают  его содержание до 50 мкг/кг и более. Полимерные упаковочные материалы могут играть немаловажную роль в загрязнении пищевых продуктов ПАУ, например, жир молока экстрагирует до 95 % бенз(а)пирена из парафинобумажных пакетов или стаканчиков. Высока концентрация бенз(а)пирена и в табачном дыме.  Бенз(а)пирен попадает в организм человека с такими пищевыми продуктами, в которых до настоящего времени существование канцерогенных веществ не предполагалось. Он обнаружен в хлебе, овощах, фруктах, маргарине, в обжаренных зернах кофе, копченостях, жаренных мясных продуктах. Причем его содержание значительно колеблется в зависимости от способа технологической и кулинарной обработки  или от степени загрязнения окружающей среды.

Определение бензапирена в пробах продуктов питания, воздуха и  почвы проводят флуоресцентным методом. Методика основана на экстракции ПАУ из проб, фракционировании экстрактов методом ТСХ с последующей идентификацией и количественным определением бензапирена по спектрам флуоресценции при температуре жидкого азота. Предел обнаружения 10^-5 мг/кг.

 

Загрязнения веществами, применяемыми в сельском хозяйстве

 

Остатки сельскохозяйственных ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. В эу группу входят пестициды (бактериоциды, фунгициды, инсектициды, гербициды и др.), удобрения, регуляторы роста растений, средства, ускоряющие созревание плодов и др. Рассмотрим основные из них.