Оценка потенциальной токсической опасности пищевых продуктов

3. 2. Оценка потенциальной токсической опасности пищевых продуктов.

Глобальный объем производства продуктов питания является ограничивающим фактором увеличения численности населения мира. Поэтому проблема питания и. качества питания является ключевой для экологической химии.

Оценка антропогенных химических веществ в продуктах питания основывается на исходных данных о том, какие нежелательные вещества содержатся в продуктах питания. Они могут оказаться обычными составляющими природных продуктов питания, а также природными загрязняющими веществами или примесями, вносимыми человеком преднамеренно.

Природные нежелательные или даже вредные вещества могут находиться не только в отдельных и несущественных видах пищи, но и основном исходном сырье для ее производства.

Три важнейшие продовольственные культуры на земле — рис, пшеница и кукуруза — содержат ингибиторы ферментов протеазы и амилазы, агглютинины, антивитамины, фитаты, бензопирен т. п.; в большинстве своем эти культуры содержат избыток лейцина и недостаток триптофана и ниазина, что может вызывать болезнь пеллагру. Картофель, который после злаковых имеет самое большое значение в качестве продовольственной культуры, наряду с ингибитором протеазы и агглютининами содержит до 150 идентифицированных к настоящему времени соединений, среди них алкалоид соланин, щавелевая кислота, мышьяк, танин и нитраты. Известны случаи смертельного отравления в результате потребления картофеля, содержащего алкалоид соланин, замедляющий реакции, катализируемые ферментом холинэстеразой.

Во многих продуктах питания содержатся амины биогенного характера, т. е. такие амины, которые служат для передачи нервных импульсов. К подобным веществам относится серотонин из бананов, лесных орехов и томатов, а также тирамин, содержащийся, в частности, в больших количествах в сыре. Важное физиологическое действие этих аминов заключается в том, что они повышают кровяное давление. У здоровых людей это практически остается незамеченным, но при повышенном кровяном давлении биогенные амины могут вызвать отрицательную реакцию, противодействуя терапевтическим препаратам, которые призваны снижать кровяное давление. Уже 20 г сыра, содержащего большие количества тирамина, могут значительно повысить кровяное давление. Тирамин также содержится в винах, особенно в кьянти, в меньших количествах в белых винах, а также в дрожжевом экстракте.

Некоторые составные части растений проявляют канцерогенные свойства. Так, например, эфирное масло три - и тетраплоидных разновидностей аира (Acorus calamus) при опытах на животных вызывали раковые заболевания. Этот эффект вызывает β-азарон, отсутствующий в диплоидной разновидности аира, которую поэтому только и можно использовать для изготовления микстуры при желудочных заболеваниях или в качестве вкусовой приправы.

Несмотря на наличие в продуктах питания вредных или даже ядовитых веществ, отравления происходят довольно редко, так как эти вещества разлагаются в процессе приготовления пищи. Относительно действия токсически сомнительных веществ, которые человек принимает с пищей, существует концепция „Safety in numbers" (безопасность — в многообразии) объяснения их безвредности, которая могла быть применена также и для ксенобиотиков.

Согласно этой концепции:

- устанавливаются нормальные концентрации в продуктах питания;

- токсичность веществ различной природы не суммируется;

- вредные воздействия ослабляются многочисленными антагонистическими влияниями.

- синергические эффекты наблюдаются очень редко (например, съедобный гриб-навозник с алкогольными напитками).

Загрязнение пищевых продуктов происходит членистоногими, например долгоносиком амбарным или мучными клещами. Микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности, несомненно, являются важнейшим источником природного загрязнения продовольствия. Микотоксинами называют токсичные продукты обмена веществ низших грибов. Уже в древности и в средние века бывали случаи массового отравления спорыньей — грибом, паразитирующим на зерновых („огонь Святого Антония"); в Германии алкалоиды спорыньи (типа лизергиновой кислоты) еще в 80-х годах XVIII в. явились причиной массовых отравлений.

В последнее время подвергаются глубоким исследованиям ядовитые вещества, образующиеся плесневыми грибами, которые могут содержаться во многих продуктах питания. Значение микотоксинов для оценки качества продовольствия становится особенно ясным, если учитывать тот факт, что афлатоксин B1 провоцирует рак печени.

В продуктах питания могут содержаться токсины ботулизма бактериальные яды, представляющие белковые вещества, которые относятся к наиболее сильным из известных в настоящее природных ядов.

До последнего времени весьма остро стояла проблема загрязнения природы свинцовыми соединениями из выхлопных газов автотранспорта. При этом растения собирали больше свинца с помощью листьев, чем с помощью корневой системы. Сейчас эта проблема в значительной степени потеряла остроту, и загрязнение свинцом снизилось с переходом на новые сорта моторного топлива, не содержащие ТЭС.

В то время как свинец попадает в организм человека по цепи питания от растительной пищи через печень и почки жвачных животных, ртуть в основном накапливается в организмах рыб и моллюсков и также в печени и почках млекопитающих. В 1970-е годы, когда ртутьсодержащие препараты широко использовались при протравливании семян, были зарегистрированы несчастные случаи при работе с протравленным семенным материалом. Ртуть проникает в организм в основном в виде метил содержащих соединений. Принято, что годовая доза для взрослого человека составляет 18 мг ртути или 10 мг метилртути; фактическая доза в ФРГ составляет около 5,7 мг в год.

Кадмий попадает в организм человека с растительной, мясной (потроха) пищей, а также съедобными грибами. Допустимая норма для человека составляет 0,5 мг в неделю. В ФРГ средняя величина потребления составляет 0,24 мг в неделю.

Таблица 5.

Распространенность тяжелых металлов в некоторых продуктах питания (в мг/кг или мг/л)

Элемент:	Ртуть	Свинец	Кадмий
Продукты питания	Пределы содержания	Норма	Пределы содержания	Норма	Пределы содержания	Норма
Яйца	0,0008-0,24	0,03	0,0002-0,869	0,2	0,0005-0,0871	0,05
Свинина	0,001-0,18	0,05	0,01-0,6	0,3	0,001-0,099	0,1
Свиная печень	0,001-1,434	0,1	0,007-1,488	0,8	0,0025-1,61	0,8
Пресноводная рыба	0,0005-2,74	1,0	0,0005-1,08	0,5	0,0005-0,8035	0,05
Морская рыба	0,0035-1,78	1,0
Зелень	0,00025-0,033		0,0025-9,136	1,2	0,001-0,3875	0,1
Корне-плоды	0,00025-0,0125		0,0005-1,54	0,5	0,0005-0,116	0,05
Зерно	0,0005-0,642	0,03	0,01-0,61	0.5	0,004-0,8	0,1
Картофель	0,0005-0,0154	0,02	0,0015-0,391	0,2	0,001-0,202	0,1
Вино			0,005-3,08	0,3	0,0005-0,03	0,1
Питьевая вода	0,00002-0,002	0,004	0,0021-0,0225	0,04	0,0004-0,0044	0,006
Молоко			0,001-0,0835	0,05	0,001-0,007	0,0025

Эти металлы могут серьезно нарушать состояние здоровья человека (см. таблицы 6,7). Поэтому следует избегать поступления в организм токсичных металлов.

Преднамеренно вносят химические вещества при выращивании (удобрения, пестициды) и переработке (добавки) продовольственных культур. Большинство вредных химических веществ из почвы и воды попадает в организм растений, а затем животных и, обладая низшим периодом полувыведения, аккумулируются в них. Высокотоксичными в этих случаях могут стать зерновые культуры, продукты шельфовой зоны, мясо крупного рогатого скота. Высокий коэффициент кумуляции многих химических веществ, попадающих с продуктами питания в организм человека, способствует накоплению их в организме тех групп населения, которые проживают в химически загрязненных районах. Превышение максимально недействующих доз (МНД), к которым человеческий организм

Таблица 6

Токсичные металлы: Свинец: источники, эффекты, защитные средства.

ИСТОЧНИКИ
— выбросы авиационных двигателей — масляные краски на свинцовой основе; - пыль и частицы от красок на свинцовой основе — автомобильные аккумуляторы — удобрения из костной муки — керамические покрытия на фарфоре — дым сигарет	— инсектициды — трубы из свинца или со свинцовым покрытием — процесс получения свинца из руды — автомобильное топливо с повышенным содержанием свинца (выхлопные газы) — овощи, выращенные вблизи автомагистрали — припои
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
— спастические боли в области живота — анемия — артрит — повышенная возбудимость — перенапряжение — влияние на синтез гемоглобина — нарушение детородной функ­ции у женщин — параличи	— нарушение роста и развития новорожденных — влияние на синтез витамина D — поражение почек — поражение печени — психические заболевания — потеря аппетита — неврологические нарушения — общая слабость — ослабление иммунитета
ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА
— витамины группы В; — витамин С; — витамин D — кальций — магний — цинк — пектиновые соединения — альгинат натрия различные сорта капусты

Таблица 7

Ртуть: источники, эффекты, защитные средства.

ИСТОЧНИКИ
— химические удобрения — загрязненные виды крупных рыб — пломбы из амальгамы — пестициды — взрывчатые вещества — фотопленки — промышленные отходы	— мази — некоторые косметические средства (особенно кремы для смягчения кожи) — лекарства — фунгициды — пластмассы — водоэмульсионные краски
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ
— Разнообразные аллергические реакции — артрит — потеря веса — врожденные дефекты — нарушения мозговой деятельности — нарушение структуры соединительной ткани локтевого и коленного суставов — ухудшение зрения, катаракта, слепота	— поражение почек — депрессивные состояния — неврологические нарушения, приводящие к эпилепсии, инсульту и обширному склерозу — ослабление иммунной системы — вредное воздействие на развитие плода — уменьшение количества лейкоцитов

приспособился в ходе естественной эволюции, приводит к срыву защитных механизмов и развитию патологии.

Антропогенные химические вещества, попадающие в окружающую среду, могут быть индифферентными, нежелательными или даже вредными.

Антропогенные факторы оказывают на человека не только непосредственное влияние, изменяя химический состав вдыхаемого воздуха и питьевой воды, но и опосредованное, вызывая нарушения экологического равновесия в природе. В свою очередь, перенос и рассеивание загрязнений в биосфере обусловлены не только абиотическими факторами (циркуляция атмосферы, течения в океане и др.), загрязнения поглощаются живыми организмами и, перемещаясь по пищевым цепям, увеличивают свою концентрацию. В трофических цепях экосистем химические вещества концентрируются. Так установлено, что по мере перемещения ДДТ по цепям питания, его концентрация увеличивается более, чем в 10 раз.

Антропогенное вмешательство может влиять либо на повышение концентрации природных веществ, либо привносит новые посторонние для окружающей среды вещества.

В различных государствах критерии оценки антропогенных загрязнений в продуктах питания различны. Поэтому международные научные организации и общества, такие, как Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO) и Всемирная организация здравоохранения ООН — ВОЗ (WHO), Организация экономического сотрудничества и развития (OECD), Европейское сообщество и Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) также занимаются этими проблемами. Объединенные экспертные группы FAO и WHO уже в течение последних 30 лет занимаются исследованиями с целью установления норм предельно допустимых концентраций в продуктах питания, прежде всего пестицидов, добавок тяжелых металлов, а также многих других посторонних для окружающей среды веществ.

Современные технологии изготовления продуктов питания зачастую предполагают применение консервантов, эссенций, которые могут вредить здоровью покупателей. На этикетках качественных товаров производители указывают индекс, представленный буквой Е и трехзначной цифрой. Каждый индекс соответствует веществу, которое может нанести вред.

Об опасности говорят индексы: Е 102, Е 110, Е 120, Е 124, Е 127. Очень опасны товары с индексом Е 123. К товарам с сомнительными качествами относятся продукты с индексом Е 104, Е 122, Е 141, Е 150, Е 151, Е 161, Е 173, Е 180. Запрещены товары с индексами Е 103, Е 106, Е 111, Е 121, Е 125, Е 126, Е 130, Е 131, Е 152, Е181. На товарах, содержащих канцерогены, нанесены индексы: Е 217, Е 239, Е 330. Продукты с индексами Е 250, Е 251 противопоказаны при гипертонии. Вызывают сыпь продукты с индексами Е311,Е312. На товарах с повышенным содержанием холестерина имеются индексы Е 320, Е 321. Продукты с индексами Е 221 — 226; Е 338, Е 340, Е 407, Е 450, Е 461, Е 462, Е 463, Е 465, Е 468, Е 477 вызывают нарушение пищеварения. Если на этикетке имеются цифры или индексы, не вошедшие в этот перечень, товар безупречен. Наличие перечисленных компонентов укладывается в стандарты качества, но потребитель должен сам решать — употреблять такой продукт или нет, так как от употребления его можно ожидать любых последствий Вопросы консервирования и упаковки продуктов, в отличие от проблем их производства, все больше выходят на передний план с ростом численности населения городов, поскольку отдаленность потребителей от мест производства продуктов заставляет задумываться о сохранности и возможностях доставки продуктов.

Для сохранения продуктов используют их окуривание с помощью пропиленоксида, который с небольшими количествами НС1 образует хлорпропанол, оказывающий на некоторые виды бактерий мутагенное действие. Распространенным консервирующим агентом служит сложный эфир н-гидроксибензойной кислоты.

Чаще всего применяют метиловый и пропиловый эфиры, которые обладают бактерицидными и фунгицидными свойствами. Продукты питания должны содержать не более 0,1% эфира. Консерванты, обладающие благодаря наличию фенольной группы высоким консервирующим эффектом, оказывают и определенное побочное физиологическое действие на человека. Отмечается дурманящее (анестезия) локальное действие, расширение сосудов, появление судорог. Не следует, однако, переоценивать опасность применения этих средств консервирования.

Сложнее обстоит дело с сернистой кислотой, точнее с солями, которые выделяют сернистую кислоту. Сернистую кислоту используют для придания устойчивости винам, ее добавка в количестве До 20 мг/л уже препятствует образованию плесени. При концентрации сернистой кислоты более 40 мг/л (для индивидуумов с повышенной чувствительностью 25 мг/л) она может вызывать головную боль. Допустимая граница добавления сернистой кислоты Для сохранения вин составляет 30 мг/л, т. е. выходит за пределы воздействия при повышенной чувствительности к ней. Запрещено повышать стойкость мяса и рыбы с помощью сернистой кислоты (сернистая кислота устраняет гнилостный запах мяса, даже если начался микробиологический процесс его разложения).

Во многих странах для стерилизации пищи и консервирования используют гамма-излучение. Для стерилизации, например, цыпленка требуется доза облучения рад. При облучении в продуктах не образуется никаких радионуклидов в обнаруживаемых количествах, и метод можно считать совершенно безопасным. Правда, необходимо учитывать, что при облучении происходит некоторое уменьшение количества витаминов. Кроме того, гамма-излучение вызывает образование высокоактивных ОН - радикалов, которые реагируют с ферментами и нуклеиновыми кислотами, т. е. обладают мутагенным действием. Недаром применимость этого метода оспаривается и в ФРГ он до сих пор еще не принят.

Загрязнения пищевых продуктов могут быть вызваны не только при консервировании, стерилизации и других методах обеспечения их сохранности. Вредные вещества могут содержаться и в упаковочном материале. К ним относятся пластификаторы пластмасс и незаполимеризованный мономер винилхлорид в поливинилхлориде. В организме винилхлорид под действием оксигеназы превращается в хлорэпоксиэтилен, обладающий канцерогенным действием. В настоящее время удалось значительно снизить содержание винилхлорида в поливинилхлориде. Кроме того, в ФРГ поливинилхлорид почти не применяют в качестве упаковочного материала для продуктов питания. Однако в других областях поливинилхлорид находит широкое применение. Поэтому и впредь надо обращать особое внимание на то, чтобы в готовом поливинилхлориде не оставалось следов непрореагировавшего винилхлорида.

Упаковочный материал из бумаги и картона, а также импрегнированный картон содержат нитриты и нитраты, если в эти материалы добавлялся NaNO3 в качестве наполнителя. Из упаковочного материала соли переходят в пищевые продукты, после чего Концентрация нитритов в последних может достигать 14,5—19 промилле, а концентрация нитратов — 1,5 —млн -1.

В мясных продуктах, содержащих естественные амины и амиды, особенно при жарении и варке возникает опасность образования нитрозоаминов. При обработке мяса и рыбы, а также при изготовлении сыра могут образовываться нитрозамины, если одновременно с процессом приготовления пищевых продуктов в кислой среде находятся нитраты. Мясные продукты и колбасы могут содержать от 0,5 до 15 мкг/кг нитрозаминов. Ежедневно в организм с пищей поступает 0,1—1 мкг нитрозаминов. К этому надо добавить то неопределенное количество, которое образуется непосредственно в пищеварительном тракте.

Еще несколько лет назад при пивоварении происходило образование нитрозаминов при просушке проросшего ячменя, когда зерно непосредственно соприкасалось с пламенем. При тщательной защите просушиваемого материала от прямого воздействия пламени содержание нитрозаминов в ходе брожения было доведено. до незначительных следов.

Распространенным напитком является кофе, содержащийся в нем кофеин может вызвать нежелательные побочные явления. Поэтому часть продажного кофе выпускается без кофеина: Раньше для этого кофе-бобы обрабатывали органическими растворителями, например дихлорметаном, после предварительной обработки водяным паром. Остатки растворителя испаряли, однако это не обеспечивало его полного удаления. В многих опытах, в том числе на млекопитающих, было установлено мутагенное действие дихлорметана. В некоторых случаях, например при опытах с крысами-самцами, было установлено канцерогенное действие дихлорметана; возможны также и другие его токсические проявления. Если при удалении кофеина в кофе остаются совершенно незначительные количества растворителя, то все равно вопрос о применимости этого метода остается спорным, так как согласно действующему законодательству предельное содержание всех хлорсодержащих растворителей не должно превышать 25 мкг/л. В США для извлечения кофеина из кофе используют дихлорэтан. В ФРГ используют не вызывающий сомнений метод экстракции, основанный на обработке СО2 при температуре 70—90°С и давлении 100—200 атм.

Пример описания продуктов в аналитической части курсовой работы.

Таблица 8

Содержание потенциально опасных компонентов в пищевых продуктах

№ п/п	Группа товаров	Кол-во отобранных проб	Количество продуктов, содержащих потенциально опасные компоненты
шт	%
1.	Напитки, соки	16	8	50
2.	Мясные полуфабрикаты	26	21	81
3.	Рыбные полуфабрикаты	12	11	92
4.	Птица	3	2	67
5.	Соусы	14	12	86
6.	Молочные продукты	29	17	59
7.	Кондитерские изделия	12	5	42
8.	Конфеты, шоколад	14	20	83
9.	Супы, каши быстрого приготовления	7	6	86
10.	Чипсы, сухарики, орешки	7	4	57
11.	Жевательные резинки	5	4	80
12.	Зубная паста	5	5	100

Таблица 9

Потенциально опасные компоненты в пищевых продуктах

№ п/п	Группа товаров	Код добавки	Наименование добавки
1	2	3	4
1.	Напитки, соки ( можно указывать конкретное наименование товара и приводить его полный состав)	Е 211 Е 330 Е 338 Е 950 Е 951 Е 952 Е 954	Бензоат натрия Лимонная кислота Ортофосфорная кислота Ацесульфам калия Аспартам калия Цикломат сахарин
Продолжение таблицы 9
1	2	3	4
2	Мясные полуфабрикаты	Е 211 Е 250 Е 450 -	Бензоат натрия Нитрит натрия пирофосфат Растительный белок
3	Рыбные полуфабрикаты	Е 120 Е 171 Е 211 Е 239 Е 407 Е 450 Е 621 -	кармин диоксид титана Бензоат натрия гексаметилентетрамин каррагинан пирофосфат глутамат натрия Растительный белок
4	Птица	Е 450 Е451 Е 452 -	пирофосфат трифосфаты полифосфаты Растительный белок
5	Соусы	Е 330 Е 954 -	Лимонная кислорта сахарин Модифицированный крахмал
6	Молочные продукты	Е 251 Е 330 Е 339 Е 407 Е 452 Е 476 -	Нитрат калия Лимонная кислота Фосфат калия каррагинан полифосфаты эфиры полиглицерина Соевый белок
7	Кондитерские изделия	Е 200 Е 282 Е 322 Е330	Сорбиновая кислота Пропионат кальция Лецитин Лимонная кислота
8	Конфеты, шоколад	Е 131 Е 171 Е 330 Е 406 Е 476 -	Синий патентованный Диоксид титана Лимонная кислота Агар-агар Эфиры полиглицерина модифицированный крахмал
9	Супы, каши быстрого приготовления	Е 320 Е 450 Е 621 -	бутилгидроксилнизол пирофасфаты глутамат натрия модифицированный крахмал
Окончание таблицы 9
1	2	3	4
10	Чипсы, сухарики, орешки	Е 621 -	Глутамат натрия Модифицированный крахмал Гидролизированный овощной белок
11	Жевательные резинки	Е 131 Е 171 Е 320 Е 321 Е 322 Е 950 Е 951 Е 954	Синий патентованный Диоксид титана бутилгидроксилнизол бутилгидрокситолуол лецитин ацесульфам калия аспартам сахарин
12	Зубная паста	Е 171 Е 407	Сахаринат натрия Диоксид титана каррагинат

Таблица 10.

Характеристика потенциально токсически опасных технологических пищевых добавок

№ п/п	Функцио-нальная группа	Код добавки	Наименование и химическая. формула	Токсическое действие на человека
1	2	3	4	5
1	красители	Е120	Кармин С22Н20О13	Аллергические реакции
2	Е131	Синий патентованный V C27Н31N2O7S2Na(Ca)	Воздействие на обмен веществ Канцерогенное действие
3	Е171	Диоксид титана TiO2	Вызывает болезни печени и почек
4	Консерван-ты	Е200	Сорбиновая кислота С6Н8О2	Аллергические реакции [54]
5	Е211	Бензоат натрия С7Н5О2Na	Растройство кишечниках Канцерогенное действие
6	Е239	Гексаметилентетрамин С6Н12N4	Аллерген, мутагенное действие
7	Е250	Нитрит натрия Na NO2	Образует нитрозоамины, которые обладают канцерогенным действием
8	Е251	Нитрат калия КNO3	Метагемоглобинемия [24]
9	Е282	Пропионат кальция С6Н10О4Са	Комплекс испытаний не завершен
Окончание таблицы 10
1	2	3	4	5
10	Антиокси-данты	Е320	Бутилгидроксианизол С11Н16О2	Комплекс испытаний не завершен, вызывает болезни ЖКТ, печени и почек
11	Е321	Бутилгидрокситолуол С15Н24О	Аналогично Е 320
12	Е322	Лецитин, (фосфатиды)	Аналогично Е 320
13	Е330	Лимонная кислота С6Н8О7*Н2О	Канцерогенное действие
14	Е338	Ортофосфорная кислота Н3РО4	Изымает кальций из организма, заболевания ЖКТ
15	Е339	Фосфаты натрия Na H2PO4*2H2O	Аналогично Е338
16	Стабили-заторы	Е406	Агар	Оказывает легкое слабительное действие
17	Е407	Каррагинан и его соли	Уменьшают скорость всасывания компонентов пищевых продуктов, способствуют образованию нарывов, канцерогенны
18	Е450	Пирофосфаты Na2H2P2O7	Выводят кальций из организма, заболевания ЖКТ
19	Е451	Трифосфаты Na5O10P3	Аналогично Е 450
20	Е452	Полифосфаты	Аналогично Е 450
21	Е476	Эфиры полиглицерина	Увеличение почек и печени
22	Усилители вкуса и запаха	Е621	Глутамат натрия С5Н8NaNO4*H2O	Слабость сердцебиения, потеря чувствительности в области затылка и спины, «синдром китайских ресторанов» , Снижает порог возбудимости нейронов, раздражает парасимпатическую нервную систему, вызывает головную боль.
23	Подслас-тители	Е950	Ацесульфам калия С4Н4КNO4S	Применяется в смеси с аспартамом
24		Е951	Аспартам С14Н18N2O5	Опухоли головного мозга, Противопоказан больным фенилкетонурией
25	Е952	Цикломаты C6H12NO3SNa*2H2O	Канцерогенное действие (опухоли мочевого пузыря)
26	Е 954	Сахарин	Мутагенное действие и канцерогенное действие