Лекции по "Пищевая химия"

Пестициды – вещества различной химической природы, применяемые в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от вредителей и болезней. В настоящее время в мировой практике используют около 10 тыс. наименований пестицидных препаратов. Наиболее распространены следующие: хлорорганические, фосфорорганические, карбаматы, ртутьорганические, синтетические пиретроиды и медьсодержащие фунгициды.

Пестициды классифицируют:

• по токсичности при однократном поступлении через желудочно-кишечный тракт пестициды делятся на сильнодействующие ядовитые вещества (ЛД₅₀ до 50 мг/кг), высокотоксичные (ЛД₅₀ от 50 до 200 мг/кг), среднетоксичные (ЛД₅₀ от 200 до 1000 мг/кг), малотоксичные (ЛД₅₀ более 1000 мг/кг);
• по стойкости пестициды делятся на очень стойкие (время разложения на нетоксичные компоненты свыше 2 лет), стойкие (от 0,5 до 1 года), умеренно стойкие (от 1 до 6 месяцев), малостойкие (1 месяц).

Нарушения гигиенических  норм хранения, транспортировки и  применения пестицидов, низкая культура работы с ними приводят к их накоплению в кормах, продовольственном сырье и пищевых продуктах, а способность аккумулироваться и передаваться по пищевым цепям – к их широкому распространению и негативному влиянию на здоровье человека.

Нитраты, нитриты, нитрозамины. Нитраты широко распространены в природе, они являются нормальными метаболитами любого живого организма (в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах более 100 мг нитратов). Однако при потреблении в повышенном количестве нитраты (NO₃^-) в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (NO₂^-), которые взаимодействуют с гемоглобином крови с образованием метгемоглобина, неспособного связывать и переносить кислород. Хроническое воздействие нитритов приводит к снижению в организме витаминов А, Е, С, некоторых витаминов группы В. Кроме того, из нитритов в присутствии различных аминов могут образовываться N-нитрозамины, 80% из которых обладают канцерогенным, мутагенным, тератогенным действием.

Основными источниками  поступления нитратов и нитритов в организм человека являются, в первую очередь, растительные продукты. Помимо растений, источниками нитратов и нитритов для человека являются мясные продукты, а также колбасы, рыба, сыры, в которые добавляют нитрит натрия или калия в качестве пищевой добавки – как консервант или для сохранения привычного красного цвета мясопродуктов.

Регуляторы роста растений. Регуляторы роста растений (РРР) – это соединения, применяемые в сельском хозяйстве с целью увеличения урожайности, улучшения качества растениеводческой продукции, а в некоторых случаях для увеличения сроков хранения растительных продуктов.

Регуляторы роста растений можно разделить на две группы: природные и синтетические. Первые являются естественными компонентами растений и не представляют опасности для организма человека. Вторые, аналоги природных фитогормонов оказывают негативное влияние на организм человека как ксенобиотики. Однако они технологически эффективнее и лучше сохраняются.

 

2 Загрязнение веществами, применяемыми в животноводстве

С целью повышения продуктивности сельскохозяйственных животных, профилактики заболеваний, сохранения качества кормов в животноводстве широко применяются различные лекарственные и химические препараты. Это антибактериальные вещества (антибиотики, сульфаниламиды), гормональные препараты, транквилизаторы, антиоксиданты и другие.

Антибиотики, встречающиеся в пищевых продуктах могут иметь следующее происхождение:

1. естественные антибиотики. К ним относятся природные компоненты некоторых пищевых продуктов с выраженным антибиотическим действием (яичный белок, молоко, мед, лук, чеснок, фрукты, пряности).
2. искусственные, попадающие в пищевые продукты в результате лечебно-ветеринарных мероприятий. Антибиотики способны переходить в мясо животных, яйца птиц, другие продукты и оказывать токсическое действие на организм человека.
3. искусственные, попадающие в пищевые продукты при использовании их в качестве биостимуляторов для улучшения усвояемости кормов и стимуляции роста животных.
4. искусственные, применяемые в качестве консервирующих веществ в продуктах питания с целью предупреждения порчи последних. Для этой цели, как показали многочисленные исследования, наиболее приемлемы антибиотики из группы тетрациклинов В некоторых странах применение антибиотиков в качестве консервантов запрещено.

Сульфаниламиды. Антимикробное действие сульфаниламидов менее эффективно, чем действие антибиотиков, но они дешевы и более доступны для борьбы с инфекционными заболеваниями животных. Сульфаниламиды способны накапливаться в организме животных и птицы и загрязнять животноводческую продукцию. Наиболее часто обнаруживаются следующие сульфаниламиды: сульфаметазин, сульфахиноксазалин.

Гормональные препараты. Гормональные препараты используют в ветеринарии и животноводстве для улучшения усвояемости кормов, стимуляции роста животных, ускорения полового созревания. Ряд гормональных препаратов обладают ярко выраженной анаболитической активностью.

В настоящее время созданы  синтетические гормональные препараты, которые по анаболитическому действию значительно эффективнее природных гормонов и поэтому широко применяются. Однако, в отличие от природных аналогов, многие синтетические гормоны оказались более устойчивыми, они накапливаются в организме животных в больших количествах, передаются по пищевым цепям и, поступая в организм с пищей, способны вызывать дисбаланс в обмене веществ человека.

 

3 Бактериальные токсины

Природные токсины представляют огромный риск для здоровья населения планеты, так как они широко распространены и оказывают очень высокую нагрузку на организм человека, сопоставимую с антропогенными ксенобиотиками. Наибольшую опасность представляют бактериальные токсины. Бактериальные токсины загрязняют пищевые продукты и являются причиной острых пищевых интоксикаций.

Staphylococcus aureus – грамположительные бактерии, являются причиной стафилококкового пищевого отравления (27 – 45% всех пищевых токсикоинфекций). Наиболее благоприятной средой для роста и развития стафилококков являются молоко, мясо и продукты их переработки, а также кондитерские кремовые изделия. Энтеротоксины S. aureus термостабильны и инактивируются лишь после 2 – 3 часового кипячения.

Бактерицидным действием  по отношению к стафилококкам  обладают уксусная, лимонная, фосфорная, молочная кислоты при рН до 4,5. Жизнедеятельность S. aureus прекращается при концентрации соли (NaCl) – 12%, сахара – 60-70%, вакуумная упаковка также ингибирует рост бактерий. Все это необходимо учитывать в различных технологиях консервирования, как в промышленном масштабе, так и в домашних условиях.

Clostridium botulinum продуцирует высокоопасные токсины. Палочка ботулизма может развиваться и накапливать токсины в рыбных, мясных продуктах, фруктовых, овощных и грибных консервах при недостаточной тепловой обработке и в условиях резкого снижения содержания кислорода (герметично закупоренные консервы). Кроме того, ботулотоксины характеризуются высокой кислот, но инактивируются под влиянием щелочей и высоких температур (80°С – 30 мин; 100°С – 15 мин).

Патогенные штаммы Escherichia coli являются продуцентами термостабильных токсинов, способных вызывать как острые токсиноинфекции, так и являться причиной хронической интоксикации.

Сырое мясо и мясные продукты, молоко, а также вода могут быть причиной возникновения заболеваний, связанных с присутствием патогенных штаммов Е. coli.

 

4 Микотоксины

Микотоксины (от греч. mukes – гриб и toxicon – яд) – это метаболиты микроскопических плесневых грибов. С гигиенических позиций – это особо опасные токсические вещества, загрязняющие корма и пищевые продукты. Высокая опасность микотоксинов выражается в том, что они обладают токсическим эффектом в чрезвычайно малых количествах и способны весьма интенсивно диффундировать вглубь продукта (заплесневевший хлеб).

Наибольшую опасность  представляют следующие виды микотоксинов.

Афлатоксины продуцируются некоторыми штаммы микроскопических грибов Aspergillus flavus (Link.) и Aspergillus parasiticus (Speare).

Афлатоксины или их активные метаболиты действуют практически  на все компоненты клетки, что приводит к так называемому метаболистическому хаосу и гибели клетки. В первую очередь происходит поражение печени.

В природных условиях чаще и в наибольших количествах афлатоксины  обнаруживаются в арахисе, кукурузе, семенах хлопчатника. Кроме того, в значительных количествах они могут накапливаться в различных орехах, семенах масличных культур, пшенице, ячмене, зернах какао и кофе.

Охратоксины – это соединения высокой токсичности, с ярко выраженным тератогенным эффектом.

Продуцентами охратоксинов являются микроскопические грибы рода Aspergillus и Penicillium.

Охратоксины входят в группу микотоксинов, преимущественно поражающих почки. При остром токсикозе, вызванном охратоксинами, патологические изменения выявляются в печени и в желудочно-кишечном тракте.

Основными растительными субстратами, в которых обнаруживаются охратоксины, являются зерновые культуры и среди них, в первую очередь, кукуруза, пшеница, ячмень.

Трихотеценовые микотоксины являются метаболитами различных представителей микроскопических грибов рода Fusarium, которые вызывают гниение корней, стеблей, листьев, семян, плодов, клубней и сеянцев сельскохозяйственных растений.

Алиментарные токсикозы, вызванные потреблением в пищу пищевых продуктов и кормов, пораженных микроскопическими грибами, продуцирующими ТТМТ, можно отнести к наиболее распространенным микотоксикозам человека и сельскохозяйственных животных. Хорошо известен токсикоз «пьяного хлеба» – заболевание человека и животных, причиной которого является употребление зерновых продуктов (главным образом хлеба), приготовленных из зерна, пораженного грибами Fusarium graminearum (F. roseum).

ТТМТ являются ингибиторами синтеза белков и нуклеиновых  кислот, то есть они вызывают гибель клетки.

Зеараленон и его производные также продуцируются микроскопическими грибами рода Fusarium.

Зеараленон обладает выраженными  гормоноподобными (экстрогенными) свойствами. Кроме этого было доказано тератогенное действие зеараленона.

Наиболее часто зеараленон обнаруживается в кукурузе, комбикормах, а также в пшенице, овсе и ячмене.

Патулин продуцируется микроскопическими грибами Penicillium patulum и Penicillium expansu, которые поражают в основном фрукты и некоторые овощи, вызывая их гниение. Этот микотоксин распространен повсеместно и представляет реальную опасность для здоровья человека.

Патулин обнаружен в  яблоках, грушах, абрикосах, персиках, вишне, винограде, бананах, клубнике, голубике, бруснике, облепихе, айве, томатах. Патулин в высоких концентрациях обнаруживается и в продуктах переработки фруктов и овощей: соках, компотах, пюре и джемах. Особенно часто его находят в яблочном соке.

Предполагается, что патулин блокирует синтез ДНК, РНК и белков и в конечном итоге приводит к гибели клетки.

 

Все микотоксины, как правило, являются термоустойчивыми соединениями, что ещё больше увеличивает их опасность.

 

 

5 Метаболизм чужеродных соединений

Изучение  метаболизма чужеродных соединений, превращений, которые они претерпевают, попадая в организм человека, важны для выяснения химических и биохимических механизмов детоксикации, а также для оценки возможностей защитной системы организма по детоксикации чужеродных веществ.

Попадая в организм, определенная доза вещества всасывается, распределяется в крови и органах. В тканях и клетках ксенобиотик (чужеродное вещество) проходит через одну или несколько мембран, взаимодействуя с рецепторами, в результате возникает ответная реакция организма.

Метаболизм  ксенобиотиков протекает в виде двухфазного процесса:

1-я  фаза (метаболистические превращения)  – связана с реакциями окисления, восстановления, гидролиза и протекает при участии ферментов, главным образом ферментов печени.

Окисление. В осуществлении реакций окисления  решающее значение имеют микросомальные ферменты печени. Они катализируют не только окисление жирных кислот, гидроксилирование стероидов, окисление терпенов и алкалоидов, но и окисление различных лекарств, пестицидов, канцерогенных и других ксенобиотиков.

Восстановление. Чаще всего имеют место реакции  восстановления нитро- и азосоединений в амины, восстановление кетонов во вторичные спирты.

Гидролиз. Гидролизуются сложные эфиры и амиды, с последующей деэтерификацией и дезаминированием.

2-я  фаза (реакции конъюгации) – это реакции, собственно приводящие к детоксикации. Наиболее важные из них – это реакции связывания активных –ОН, –NH₂, –СООН и –SH-групп и метаболитов первичного ксенобиотика, которые протекают под действием ферментов трансфераз.

Функционирование  всех ферментов 2-ой фазы ограничивается тем, что они метаболизируют только те вещества, которые имеют функциональные группы, поэтому эти ферменты включаются после высвобождения или образования функциональных групп ферментами первой фазы метаболизма ксенобиотиков. В отличие от ферментов первой фазы трансферазы присутствуют во всех клетках; функционируют при любых путях поступления ксенобиотиков в организм; завершают детоксикацию, а иногда исправляют ошибки первой фазы.

В обеспечении нормального функционирования обеих фаз детоксикации имеет значение и соответствующий уровень эффективности антиоксидантной системы клетки, что определяется активностью антиоксидазных ферментов и уровнем низкомолекулярных антиоксидантов: токоферолов, биофлавоноидов, витамина С и других. Антиоксидантная система связывает активные формы кислорода (оксидрадикала, Н₂О₂), способных подавлять активность ферментов первой и второй фаз детоксикации.