Загрязнение тяжелыми металлами. Беологическая безопасность. 1. загрязнение пищевых продуктов тяжелыми металлами
 Скачать 31.64 Kb.
|
1. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИОсновные различия химических свойств металлов и неметаллов заключаются в том, что электроны неметаллов легко заполняют валентные уровни, образуя общие электронные пары или принимая электроны других атомов. С ростом числа валентных электронов свойства металлов ослабевают, а неметаллов - усиливаются. Свойства металлов усиливаются также с увеличением количества электронных уровней. Таким образом, свойства элементов периодической системы изменяются с увеличением количества валентных электронов слева направо по рядам и с ростом числа электронных уровней сверху вниз по группам. Следовательно, четкой границы между металлами и неметаллами не существует. Элементы, находящиеся на границе, обладают амфотерными свойствами. Элементы этой промежуточной группы - металлоиды (бор, кремний, германий, мышьяк, селен, сурьма и теллур). В тканях человеческого организма присутствует большинство металлов в различных количествах. Это неудивительно, так как в нашей пище содержатся самые разнообразные металлы, что обусловлено их наличием в окружающей среде. В почве, где выращиваются растения, содержатся металлы различного происхождения, они попадают из почвообразующих горных пород, а также из удобрений, сточных вод и других веществ, вносимых в почву в процессе сельскохозяйственной деятельности. Металлы вносятся и с обломками горных пород, промышленными отходами, с пылью и дымом от сгорания топлива и другими видами атмосферных загрязнений. Вода также может быть источником загрязнения почвы. Количество металлов в почве зависит от ее вида, степени минерализации и других факторов. Распределение металлов в атмосфере чаще отражает промышленную деятельность людей, ч€:м геологическую структуру, хотя в некоторых случаях, например, близость к морю, приводит к повышению содержания натрия в воздухе. В Великобритании было изучено содержание тридцати микроэлементов в атмосфере. Выяснилось, что даже отдаленные промышленные районы влияют на содержание металлов в воздухе сельских местностей. Например, в воздухе промышленного Ноттингемшира содержится 380 мг/кг свинца, а у сельского озера Виндермер - 139 мг/кг свинца, 0,09 и 415 мг/кг соответственно ртути и цинка содержится в Ноттингеме и 0,13 и 132 мг/кг - у озера Виндермер. Результаты исследований показали, что в Японии и США концентрация многих металлов более чем в 10 раз превышает их концентрацию в Англии. Однако атмосфера в Виндермере, в свою очередь, по уровню содержания различных металлов превосходит сельские районы Канады. Концентрация металлов в воде может быть обусловлена как наличием промышленных предприятий, так и составом горной породы и почвы местности. Содержание металлов в воде может возрастать в результате контакта с трубами. Содержание металлов в пищевых продуктах животного и растительного происхождения зависит от многих факторов: условий обитания и произрастания, их приготовления и обработки. В пищевых продуктах одного происхождения вариации содержания металлов могут быть значительными. Например, в гидробионтах количество цинка может изменяться от 5 мг/кг до 1000 мг/кг, а никеля в мясе может быть от 0 до 4,5 мг/кг. Содержание металлов может быть различным в отдельных частях одного и того же продукта. Например, пшеничный зародыш содержит 7,4 мг/кг меди, а эндосперм - менее 2 мг/кг. Уровень цинка в желтке яйца может достигать 35,5 мг/кг, а в белке - только 0,3 мг/кг. Подобные различия могут быть обусловлены способом обработки продукта. Так, нешлифованный рис содержит 0,16 мг/кг хрома, а шлифованный - только 0,04 мг/кг. При помоле пшеницы содержание железа уменьшается почти на 76 %, марганца - на 86 и кобальта - на 89 %. Технологическая обработка может привести к существенным изменениям содержания металлов в пищевых продуктах. Например, способ обезвоживания молока и детских смесей влияет на содержание железа. В молоке его содержание варьирует от 0,66 до 1,88 мг/кг, в смесях - от 0,82 до 19,01 мг/кг. Пределы содержания других металлов не так велики, но все же существенны. Поскольку окружающая среда, воздух, вода, пища, содержат большое разнообразие металлов, то не удивительно, что все эти металлы в различных концентрациях попадают в организм человека. Большая часть металлов поступает с пищей. Однако не все металлы остаются в организме. Одна часть выделяется с калом, мочой и потом, а другая часть концентрируется в волосах и коже. Количество металла, адсорбированного человеческим организмом из пищи, зависит от общего состояния здоровья, генетической природы, содержания витаминов в пищевых продуктах и частично от выбора диеты. Не учитывая широкие колебания концентраций металлов, можно проанализировать данные по среднему поступлению металлов с пищей в человеческий организм и их выведению В организме металлы распределяются неравномерно. Одни аккумулируются только в определенных тканях и органах, другие - сразу в нескольких частях организма. Например, в организме человека массой 55 кг кадмий аккумулируется преимущественно в почках (12 мг) и меньше в крови (0,76 мг); свинца в почках будет содержаться 0,12 мг, а в крови - 1,3 мг. Хром концентрируется преимущественно в мышцах (2,4 мг), а в почках едва достигает 0,019 мг. Из металлов, содержащихся в человеческом организме, лишь некоторые необходимы для нормальной жизнедеятельности. Отсутствие этих металлов приводит к появлению характерных патологических симптомов. Необходимые для человеческого организма металлы можно разделить по их количественному содержанию на два класса (табл. 15). Калий, магний, кальций и натрий относят к макроэлементам, остальные - к микроэлементам. В последнее время точка зрения на состав второй группы микроэлементов изменилась. Двадцать лет назад только 5 или 6 микроэлементов рассматривались как жизненно необходимые. Но после разработки современных методов анализа, проведения исследований стало известно, что значительно большее количество металлов является жизненно необходимыми. Недостаток макроэлементов ведет к нарушению обмена веществ, однако доказать необходимость микроэлементов не так просто. Нельзя исключать определенные металлы из пищи человека, чтобы экспериментально установить, к каким последствиям это приведет. Подопытные животные, над которыми проводят эксперименты с пищевыми веществами, очень чувствительны к содержанию макро- и микроэлементов в пище. Поэтому очень трудно получить очищенную и сбалансированную пищу с достаточным, но довольно низким содержанием металла, что позволило бы исследовать его роль. Окружающая среда, металлические клетки, в которых содержат опытных животных, и неизбежные следы микроэлементов в реактивах аналитической степени чистоты приводят к загрязнению пищи в количестве, удовлетворяющем суточную потребность животного в этом металле. Таким образом, процесс установления того факта, является ли металл действительно необходимым макро- и микроэлементом, может быть очень длительным, а иногда эта проблема становится неразрешимой Поэтому классификация металлов, приведенная в табл. 15, не является общепринятой. Вероятно, некоторые перевели бы никель и олово в третью группу, а ванадий - во вторую. Кроме жизненно необходимых, есть металлы, которые присутствуют в небольших количествах в живой ткани. Вероятно, некоторые из них участвуют в жизнедеятельности организма, однако их отсутствие не вызывает видимых симптомов болезни. Некоторые диетологи называют их «благотворными элементами». Возможно, что необходимость этих металлов для организма будет доказана, однако может оказаться, что потребность в них настолько мала, что их количество очень трудно определить. Макро- и микроэлементы в организме выполняют три основные функции: - входят в состав костей и зубов; - в виде растворимых солей участвуют в регулировании состава жидкостей и клеток организма; - являются кофакторами многих ферментов и входят в состав функциональных белков. Макроэлементы необходимы при выполнении первых двух функции, а микроэлементы в основном выполняют третью функцию. Некоторые белки являются биологическими катализаторами и обладают каталитическими свойствами сами по себе. Большинство становятся таковыми в присутствии небелковых компонентов. Если небелковый компонент отделяется, то он называется коферментом. Кофермент может представлять собой органическую молекулу, в состав которой входит микроэлемент, или она может состоять из одного микроэлемента. В последнем случае, если металл способен отделяться от белковой части, он называется активатором. Например, железо и медь содержатся в коферментах многих ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. В других ферментах внутриклеточного окисления коферментом является молибден. Цинк и марганец функционируют как активаторы некоторых ферментов. Большинство микроэлементов имеет аналогичную функцию, поэтому их часто называют металлоферментами. Неорганические микроэлементы найдены также и в других соединениях организма, в том числе гормонах и витаминах. Так, цинк входит в состав инсулина. Гемоглобин, участвующий в транспорте кислорода в крови, содержит железо. Атомы кобальта образуют молекулы кобала- мина (витамина В12). Не всегда возможно установить различие между жизненно необходимыми и токсичными металлами. Воз металлы могут проявить токсичность, если они потребляются в избыточном количестве. Действительно, иногда грань между токсичностью и нетоксичностью очень мала, как, например, для селена. Кроме того, трудно рассматривать токсичность металла, взятого отдельно. Обычно металлы в организме взаимодействуют между собой. Например, физиологическое воздействие кадмия на организм, в том числе его токсичность, зависит от количества присутствующего цинка, а функции железа в клетках определяются присутствием меди, кобальта и в некоторой степени молибдена и цинка. Поскольку известны и другие подобные взаимодействия металлов в организме, следует осторожно подходить к вопросу о токсичности того или иного микроэлемента. Тем не менее можно отличить жизненно необходимые элементы от тех, которые проявляют сильно выраженные токсикологические свойства при самых низких концентрациях и не выполняют какой-либо полезной функции. К токсичным элементам относятся ртуть, кадмий и свинец. Это наиболее часто встречающиеся в пищевых продуктах токсичные металлы. Другие металлы, особенно радиоактивные, такие, как искусственный плутоний, также не выполняют полезной функции в человеческом организме и являются чрезвычайно опасными даже при низких концентрациях. Токсичные металлы не являются жизненно необходимыми и благотворными, но способны даже в малых дозах приводить к нарушению нормальных метаболических функций организма, не всегда объяснимому. Патологические последствия и опасная доза ионно-металлического отравления трудно определимы, изменчивы и зависят от многих факторов, особенно от таких, которые могут влиять на уровень потребления металла и регулировать вызываемый металлом метаболизм. Изготовители и поставщики пищевых продуктов должны учитывать, чтобы в продуктах отсутствовали токсичные металлы, а жизненно необходимые - были в безопасных количествах. Кроме того, они должны гарантировать, что пищевые продукты полностью соответствуют требованиям нормативных документов, следить за тем, чтобы в продуктах не содержались металлы, которые вызывают прогоркание или другие дефекты. Поскольку следы металлов могут влиять на цвет, консистенцию и качество продуктов, следует учесть возможность случайного загрязнения металлами из непищевых источников, например упаковки. Под действием микроэлементов во время приготовления пищевых продуктов происходит изменение цвета. Даже при концентрациях в несколько миллиграмм на килограмм образуются комплексы между ионами металлов и растительными пигментами, вызывая изменения цвета, что не всегда желательно. Например, по традиции зеленые овощи готовили в медной посуде, при этом пища имела ярко-зеленый цвет. Однако вишня от меди темнеет и даже чернеет. Потемнение пищевых продуктов может быть вызвано присутствием в них железа, олова и алюминия. Например, железо реагирует с антоцианами некоторых фруктов, придавая им черный цвет. Следствием загрязнения микроэлементами может быть прогоркание жиров. Следы меди, железа и некоторых других металлов действуют как катализаторы в реакции окисления ненасыщенных связей в липидах, что вызывает резкое ухудшение качества масел, используемых при приготовлении пищи и самих пищевых продуктов, если они содержат жиры. 2. Загрязнение пищи веществами применяемыми в животноводстве в том числе методы профилактики 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, нитрофураны), гормональные препараты, транквилизаторы, антиоксиданты и другие. Антибиотики. Встречающиеся в пищевых продуктах антибиотики могут иметь следующее происхождение: 1. естественные антибиотики; 2. образующиеся в результате производства пищевых продуктов; 3. попадающие в пищевые продукты в результате лечебно-ветеринарных мероприятий; 4. попадающие в пищевые продукты при использовании их в качестве биостимуляторов; 5. применяемые в качестве консервирующих веществ. К первой группе относятся природные компоненты некоторых пищевых продуктов с выраженным антибиотическим действием. Например, яичный белок, молоко, мед, лук, чеснок, фрукты, пряности содержат естественные антибиотики. Эти вещества могут быть выделены, очищены и использованы для консервирования пищевых продуктов и для лечебных целей. Ко второй группе относятся вещества с антибиотическим действием, возникающие при микробно-ферментативных процессах. Например, при ферментации некоторых видов сыров. Третья группа — антибиотики, попадающие в пищевые продукты в результате лечебно-ветеринарных мероприятий. В настоящее время около половины производимых в мире антибиотиков применяются в животноводстве. Антибиотики способны переходить в мясо животных, яйца птиц, другие продукты и оказывать токсическое действие на организм человека. Особое значение имеет загрязнение молока пенициллином, который очень широко используется для терапевтических целей в борьбе со стафилококковой инфекцией. Четвертая группа — антибиотики-биостимуляторы, которые добавляют в корм для улучшения усвояемости кормов и стимуляции роста. При этом улучшается баланс азота и выравнивается дефицит витаминов группы В. В качестве биостимуляторов чаще всего используют хлортетрациклин и окситетрациклин: Действие антибиотиков заключается не в прямой стимуляции роста, а в снижении различных факторов, препятствующих росту, например в подавлении бактерий, мешающих усвоению кормов. К пятой группе относятся антибиотики-консерванты, которые добавляют в пищевые продукты с целью предупреждения порчи последних. Для этой цели, как показали многочисленные исследования, наиболее приемлемы антибиотики из группы тетрациклинов (хлортетрациклин, террамицин). Кроме того, предлагается использовать пенициллин, стрептомицин, левомицитин, грамицидин при следующих видах обработки: · орошение или погружение мяса в раствор антибиотика (так называемая акронизация); · инъекции (внутривенно и внутримышечно); · использование льда, содержащего антибиотик, — при транспортировке и хранении (используется в основном для рыбной продукции); · добавка растворов антибиотиков к различным пищевым продуктам (молоку, сыру, овощным консервам, сокам, пиву); · опрыскивание свежих овощей. 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: мясо, молоко, яйца. Наиболее часто обнаруживаются следующие сульфаниламиды: сульфаметазин, сульфадиметоксин, сульфаметозин, сульфахиноксазалин. Допустимый уровень загрязнения мясных продуктов препаратами этого класса — менее 0,1 мг/кг, молока и молочных продуктов — 0,01 мг/кг. Нитрофураны. Наибольшую антибактериальную активность проявляют 5-нитро-2-замещенные фураны. Считается, что остатки этих лекарственных препаратов не должны содержаться в пище человека. В связи с этим отсутствуют ПДК этих препаратов. Однако имеются данные о загрязнении продуктов животноводства такими препаратами, как фуразолидон, нитрофуран, нитрофазол 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 (анаболики — химические соединения, действие которых направлено на образование и обновление структурных частей клеток, тканей и мышечных структур). Это и белковые, и полипептидные гормоны, а также стероидные гормоны, их производные и аналоги. Естественным следствием применения гормонов в животноводстве является проблема загрязнения ими продовольственного сырья и пищевых продуктов. В настоящее время созданы синтетические гормональные препараты, которые по анаболитическому действию значительно эффективнее природных гормонов. Этот факт, а также дешевизна их синтеза определили интенсивное внедрение этих препаратов в практику животноводства. Однако, в отличие от природных аналогов, многие синтетические гормоны оказались более устойчивыми, они плохо метаболизируются, накапливаются в организме животных в больших количествах и передаются по пищевым цепям. Следует особо отметить, что синтетические гормональные препараты стабильны при приготовлении пищи и способны вызывать дисбаланс в обмене веществ и физиологических функциях организма человека. Медико-биологическими требованиями определены следующие допустимые уровни содержания гормональных препаратов в продуктах питания (мг/кг, не более): мясо сельскохозяйственных животных, птицы (продукты их переработки) — эстрадиол 17β — 0,0005; тестостерон — 0,015; молоко, молочные продукты, казеин — эстрадиол 17 β — 0,0002; масло коровье — эстрадиол 17 β — 0,0005. Транквилизаторы. Успокаивающие средства, транквилизаторы, седативные и гипнотические препараты применяются с целью предупреждения стрессовых состояний у животных, например при транспортировке или перед забоем. Их применение должно проводиться под строгим контролем, так как они способны оказывать негативное воздействие на организм человека. Для того чтобы мясо не содержало остатков этих препаратов, они должны быть отменены не менее, чем за 6 дней до забоя животного. Антиоксиданты в пище животных. Различные синтетические вещества добавляют в корм животных для защиты окисляемых компонентов, причем в каждом конкретном случае их выбирают специально в зависимости от особенностей корма и степени окислительных процессов. Например: бутилгидроксианизол является наиболее применяемым антиоксидантом в неевропейских странах. Так, 50% производимого в США свиного жира содержит это вещество; его используют в качестве пропитывающего вещества упаковочных материалов для хлопьев из зерновых, шоколадных изделий, кексов и др. (0,5 г на 1 кг упаковочного материала). Нередко бутилгидроксианизол применяют в смеси с другими антиокислителями: бутил-гидрокситолуолом, пропилгаллатом, лимонной кислотой. Экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам установил ДСП (для группы из 4 антиоксидантов) — 3 г/кг массы тела. Систематическое употребление продуктов питания, загрязненных антибиотиками, сульфаниламидами, гормональными препаратами, транквилизаторами и другими препаратами, приводит к возникновению резистентных форм микроорганизмов, является причиной дисбактериозов. Поэтому очень важно обеспечить необходимый контроль остаточных количеств этих загрязнителей в продуктах питания, используя для этого быстрые и надежные методы. 3. Загрязнения пищевых продуктов микроорганизмами и их метаболитамиЗагрязнение продуктов питания микроорганизмами происходит в процессе их переработки и транспортировки. Источниками микроорганизмов могут быть оборудование, обслуживающий персонал, воздух, вода и вспомогательные материалы. Наличие в пищевых продуктах некоторых микроорганизмов или их метаболитов может вызвать инфекционные заболевания человека. Инфекционные заболевания - это обширная группа заболеваний, обусловленная присутствием патогенных бактерий, вирусов, простейших и гельминтов. Самостоятельными разделами в инфекционных заболеваниях являются: - заболевания, вызванные бактериями; - заболевания, вызванные микроскопическими грибами; - заболевания, вызванные вирусами; - паразитарные заболевания, вызванные простейшими и гельминтами. Инфекционные заболевания, связанные с употреблением пищевых продуктов и обусловленные бактериями, вирусами и микроскопическими грибами условно делят на две группы: 1 - пищевые инфекции, 2 - пищевые отравления. Пищевые инфекции (токсикоинфекции) - заболевания, при которых пищевой продукт является лишь передатчиком патогенных микроорганизмов; в продукте они обычно не размножаются. Пищевые инфекции вызывают вирусы, энтеропатогенные кишечные палочки, энтерококки, патогенные галлофилы и т.д. Примером пищевой инфекции являются кишечные инфекции: дифтерия, брюшной тиф, паратифы А и Б, холера, сальмонеллез, бруцеллез, вирусный гепатит А (Боткина), псевдотуберкулез и др.; инфекции наружных покровов: сибирская язва, ящур и др. Пищевым отравлением, или пищевой интоксикацией, обычно называют болезнь, когда вызывающий ее токсин продуцируется микроорганизмом, развивающимся в продуктах. Патогенные микробы вырабатывают токсины двух видов: экзотоксины легко переходят из микробной клетки в окружающую среду. Они поражают определенные органы и ткани, с характерными внешними признаками, т.е. обладают специфичностью действия; эндотоксины не выделяются из микробной клетки во время ее жизнедеятельности, они высвобождаются только после ее гибели. 3.1.2. Классификация пищевых отравлений Согласно классификации пищевых отравлений, принятой в 1981 г. и построенной по этио-патогеннетическому принципу, пищевые отравления по этиологии (причины) разделяют на 3 группы: I. Микробные пищевые отравления: 1. Токсикоинфекции (вызываются условно-патогенными микроорганизмами): бактерии рода E. Coli, Proteus, спороносные анаэробы (сульфитредуцирующие клостридии или Clostridium perfringens), спороносные аэробы (Bacilus cereus); 2. Токсикозы (интоксикация): - бактериальные токсикозы (St. Aureus и Clostridium botulinum); - микотоксикозы (плесневые грибы: Aspergillius, Fusarium и др.); 3. Смешанной этиологии или миксты (комбинация микроорганизмов). II. Немикробные пищевые отравления: 1.Отравления ядовитыми растениями и тканями животных: а) Растениями, ядовитыми по своей природе: - ядовитые грибы (бледная поганка, мухомор и др.); условно-съедобные грибы, не подвергнутые правильной тепловой обработке (грузди, волнушки, волуй, сморчки и др.); дикорастущие и культурные растения (белина, вех ядовитый, дурман, бузина, красавка и др.); - дикорастущие растения (белена, дурман, болиголов, красавка и др.); семена сорняков, злаковых культур (софора, триходесма, гелиотроп и др.). б) Тканями животных, ядовитыми по своей природе: - органы некоторых рыб (усач, маринка, иглобрюх, севанская хромуля), - некоторые железы внутренней секреции убойных животных (надпочечники, поджелудочная железа и др.). 2. Отравления продуктами растительного и животного происхождения, ядовитыми при определенных условиях: а) Растительного происхождения: - ядра косточковых плодов (персика, абрикосов, вишни, миндаля), содержащие амигдалин; орехи (бука, тунга и др.); бобы сырой фасоли, содержащие фазин; проросший зеленый картофель, содержащий соланин. б) Животного происхождения: - печень, икра, молоки некоторых видов рыб в период нереста (щука, налим, скумбрия, тунец и др.); мидии; мед при сборе пчелами нектара с ядовитых растений. 3. Отравления примесями химических веществ: Пестициды, нитраты, бифенилы; соли тяжелых металлов; неразрешенные пищевые добавки; вещества, мигрирующие из оборудования, упаковок и др.; прочие примеси (гормоны, антибиотики и др.). Литература: 1. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. -М.:Высш. Школа 1991-288 с 2. Донченко, Л.В. Безопасность пищевого сырья и продуктов питания/ Надык-та, В.Д.-М:Пищепромиз-дат, 1999.-352 с. 3. Демин, С. Ю. Продовольственная безопасность: сущность, проблемы, подходы, решения/ Баганов, В. Ю.-Иркутск: 2004-180 с 4. https://studopedia.ru/7_188183_tema--zagryazneniya-nitratami-nitritami.html 5. 256452/matematika_himiya_fizik/zagryaznenie_pischevyh_produktov_tyazhelymi_metallami Министерство образования и науки России Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» Предмет: Биологическая безопасность пищевых систем Реферат на тему: ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ К азань 2022 г. |