ГУО «Средняя школа №1 г. Сенно им. »
Пути загрязнения
продовольственного сырья
и пищевых продуктов
к с е н о б и о т и к а м и
химического и биологического
происхождения
Выполнила ученица
ученица «11 «А» класса
Руководитель: учитель
Сенно 2012
Введение
В 2009 году мы занимались исследованием рационов питания учащихся нашей школы, выяснили влияние количества некоторых нутриентов на метаболизм в клетке. В этом году мы решили продолжить тему питания. Нас заинтересовал вопрос качества продуктов питания и пищевого сырья. Известно, что ряд химических веществ, находящихся в продуктах, вызывает быструю интоксикацию, другие – яды замедленного действия.
Мы поставили цель:
– выяснить пути загрязнения продовольственного сырья и продуктов питания;
– узнать влияние чужеродных химических веществ (ЧХВ) на здоровье человека.
Для этого необходимо решить несколько задач:
Определить, что является пищевым продуктом? Ответить на вопросы:– что относится к ксенобиотикам;
– каково их происхождение и влияние на здоровье человека.
Овладеть методикой выращивания культур некоторых микроорганизмов. Вырастить культуры микроскопических грибов. Изучить особенности их метаболизма. Провести анализ колодезной и водопроводной воды в г. Сенно на предмет наличия нитратов. Определить изменения метаболизма в клетках человека при попадании в них ЧХВ. Довести до сведения учащихся школы и родителей результаты проделанных исследований.I ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Воспитание экологической культуры, а также нравственно-эстетической позиции у взрослых может оказаться лишь абстрактным понятием, если не будет каждому из нас внушена с детства простая и убедительная мысль: «Человек - это часть природы»! Лозунгов, лекций, книг, фильмов недостаточно для формирования экологического сознания, Необходим процесс деятельности.
В настоящее время в ряде стран существует проблема – голод. Всё более актуальной становится проблема чистой питьевой воды и экологически чистых продуктов питания, так как нередко в погоне за прибылью производители используют пищевое сырьё сомнительного качества. На прилавках магазинов, особенно в сельской местности, всё ещё можно встретить продукты с истёкшим сроком хранения.
Пищевые продукты представляют собой сложные многокомпонентные системы, состоящие из сотен химических соединений.
Эти соединения можно условно разделить на следующие группы:
Соединения, имеющие алиментарное значение. Это необходимые организму нутриенты: белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества. Вещества, участвующие в формировании вкуса, аромата, цвета, предшественники и продукты распада основных нутриентов, другие биологически активные вещества. Они носят условно не алиментарный характер. К этой группе относят также природные соединения, обладающие антиалиментарными (препятствующие обмену нутриентов, например, антивитаминами; вещества, обладающие токсическим действием: фазан – в фасоли, салонин – в картофеле и т. д.). Чужеродные, потенциально опасные соединения антропогенного или природного происхождения, согласно принятой терминологии их называют контаминатами, ксенобиотиками или чужеродными химическими веществами (ЧХВ). Эти соединения могут неорганической или органической природы, в том числе микробиологического происхождения.ЧХВ – загрязнители продуктов питания и продовольственного сырья. Основные пути их проникновения в пищевые продукты:
– использование неразрешённых красителей, консервантов, антиокислителей или применение разрешённых веществ, но в высоких концентрациях;
– загрязнение с/х культур и продуктов животноводства пестицидами, используемыми для борьбы с вредителями растений и ветеринарной практике для профилактики заболеваний животных;
– нарушение гигиенических правил использования удобрений в растениеводстве, оросительных вод, твёрдых и жидких отходов промышленности и животноводства, коммунальных и других сточных вод, остатков очистительных сооружений;
– использование в животноводстве и птицеводстве неразрешённых кормовых добавок, консервантов, стимуляторов роста, профилактических и лечебных медикаментов или применение их в повышенных дозах;
– образование в пищевых продуктах эндогенных токсических соединений в процессе теплового воздействия (кипячения, жарения, облучения);
– несоблюдение санитарных норм в технологии производства и хранения пищевых продуктов, что приводит к образованию токсинов;
– поступление в продукты питания токсических веществ, в том числе радионуклидов из окружающей среды – атмосферного воздуха, почвы, водоёмов.
Токсины можно подразделить по происхождению на природные и антропогенные, Наибольшую опасность с точки зрения распространения и токсичности имеют следующие контаминаты природного происхождения:
–токсины микроорганизмов.
К антропогенным токсинам относятся:
– токсические металлы (тяжёлые металлы);
– пестициды;
– нитраты, нитриты, нитрозамины;
– радионуклиды;
– пищевые добавки (подсластители, ароматизаторы, красители, стабилизаторы искусственного получения).
Остановимся на влиянии некоторых из них на здоровье человека.
Пестициды – вещества химического и биологического происхождения, использующиеся для уничтожения сорняков, насекомых, грызунов, возбудителей болезней и для регуляции роста. Нарушение гигиенических норм хранения, транспортировки и применения пестицидов, низкая культура работы с ними приводит к накоплению их в кормах, продовольственном сырье, пищевых продуктах.
Попадая в организм человека, пестициды оказывают разностороннее токсическое действие. В последние годы возросло содержание пестицидов в таких продуктах, как картофель, лук, капуста, помидоры, огурцы, рыба, молоко. В них обнаруживается наиболее широкий спектр этих веществ. Одним из препаратов, который постоянно обнаруживается в продуктах питания, остаётся хлорэтан.
Нитраты – соли азотной кислоты (NH4NO3, NaNO3). Широко используются в качестве азотных удобрений, в пищевой промышленности для придания мясным продуктам розового цвета. Нитраты при длительном контакте вызывают утолщение кожи, которое со временем может трансформироваться в раковую опухоль. Наиболее опасны нитраты тем, что в организме человека (или животного) имеют способность восстанавливаться в нитриты (соли азотистой кислоты). Последние, превращаясь в нитрозамины, оказывают на организм канцерогенное действие, т. е. способствуют образованию опухолей.
Нитраты + вторичные амины = нитрозамины
К сожалению, вторичные амины могут образовываться в любом продукте, содержащем белок. При хранении продукта идёт разложение белков с образованием аминокислот, аминов, H2S.
Кроме того нитраты имеют способность сильно расширять сосуды, приводя тем самым к падению артериального давления, переводят гемоглобин в метгемоглобин (очень прочное соединение), нарушающий тканевое дыхание и приводящий к гипоксии тканей.
Согласно санитарно-гигиеническим нормам существует допустимое содержание вышеперечисленных веществ в продуктах питания и продовольственном сырье, но ситуация осложняется тем, что эти вещества могут уже содержаться в живом организме, которое употребляет их. В таком случае возникает эффект суммарного воздействия на организм, превышающий на несколько порядков прогнозируемое воздействие. В результате происходит отравление с последующим разрушением.
Тяжёлое пищевое отравление вызывают микотоксины – вторичные метаболиты микроорганизмов. В основном это токсины, выделяемые плесневыми грибами и бактериальные токсины. Из кормов и продуктов питания выделено около 30 тысяч видов плесневых грибов, большинство из которых продуцируют высококачественные метаболиты, в частности, более 120 микотоксинов. С биологических позиций, микотоксины выполняют в обмене микроскопических грибов функции, направленные на их выживание и конкурентоспособность в борьбе за выживание, за место в экологической нише. С гигиенических позиций – это особо опасные токсические вещества, загрязняющие корма и пищевые продукты. Более 10% пищевых продуктов и кормов стоимостью более 30 млрд. руб. ежегодно теряется вследствие поражения плесневыми грибами. В таблице 1 (приложение 1) приводим сведения о микотоксинах, продуктах их жизнедеятельности и характере токсического действия.
Основную роль в механизме токсического действия токсинов плесневых грибов играет нарушение проницаемости мембраны субклеточных структур и подавление синтеза ДНК и РНК. Последнее приводит к нарушению синтеза митохондриальных белков и липидов, других обменных процессов, что проявляется в ряде серьёзных клинических заболеваний. Наряду с общетоксическим действием проявляется канцерогенная, мутагенная (генные и хромосомные мутации), гонадотоксическая и эмбриотоксическая активность этих веществ, что делает проблему их профилактики особо актуальной.
Продуцируемый пенициллами и аспергиллами патулин обнаруживается преимущественно в продуктах, полученных иззаплесневелых фруктов и ягод. В арахисе и арахисовой муке, бобовых и масличных культурах, молоке и мясе наблюдается развитие грибов Aspergilius flavus, токсин которых вырабатывается при влажности 85-90% и t 20-300С.
К плесневым грибам относится мукор, который развивается в зернопродуктах.
Рис. 1 - Мукор Рис. 2- Пеницилл
Алиментарно-токсическая алейкия вызывается продуцентами микроскопических грибов Fusarium. Болезнь поражает как людей, так и с/х животных. При заражении метаболитами этих грибов у человека количество лейкоцитов снижается до 1000 и менее 1 в мм3, количество эритроцитов повышается до 1800 тыс. Вспышки заболевания наблюдаются у людей после употребления хлеба, изготовленного из поражённого зерна.
При употреблении изделий из зерна, заражённого спорыньёй, возникает эрготизм. Соединения, выделяемые спорыньёй поражают нервную систему или нервно-сосудистый аппарат (гангренозная форма). Ядовитые соединения спорыньи устойчивы при термической обработке и хранении хлебопродуктов.
В продуктах питания и продовольственном сырье кроме вышеуказанного патулина ещё распространены: афлотоксины, охра - токсины. Афлотоксины встречаются в арахисе, молоке, яйцах. Смертельная доза для человека этих токсинов – 2 мг на 1 кг массы тела.
Кроме токсинов, вырабатываемых грибами, в продуктах питания обнаруживаются токсины бактерий. В качестве примера можно привести стафилококковые токсины. К ним относится энтеротоксин, продуцируемый бактерией Staphulococcus aurеus в период её роста в пищевых продуктах. Бактерия устойчива к нагреванию, сохраняет активность при t 700С в течение 30 мин., при t 800С – 10 минут. При температуре 4-60С размножение бактерии прекращается. Оптимальная температура для размножения стафилококков 22-370С.
Наиболее благоприятной средой для жизнедеятельности бактерий является молоко, мясо и продукты их переработки, поэтому именно эти продукты чаще всего вызывают стафилококковое отравление. В кисломолочных продуктах энтеротоксины отсутствуют. Загрязнение мяса и мясных продуктов может происходить во время убоя животных и переработки сырья. Последние не проникают и не растут в целях сырых яйцах. При обсеменении заварного крема в условиях температуры 22-370С образование токсинов наблюдается через 4 часа.
Широко распространены в природе Clostridium perfringens. Вегетативные клетки этих бактерий имеют вид прямых толстых палочек. Энтеротоксины высвобождаются из вегетативных клеток в период образования зрелых спор. Это может происходить как в пищевых продуктах, так и в кишечнике человека. Источником заболевания служат, в основном, продукты животного происхождения – мясные и молочные продукты при нарушении санитарно-гигиенических норм переработки и хранения сырья. Данные бактерии могут развиваться в морепродуктах, бобовых, макаронах с сыром и др.
Заражение пищевых продуктов может происходить бактериями рода Salmonella. Это заражение происходит как посредством животных, так и посредством человека. Сальмонеллы сохраняют жизнеспособность при охлаждении до 00С в течение 142 дней. При t100С – 115 дней. Нагревание до 600С приводит к гибели сальмонелл через 1 час. Особую роль в этиологии сальмонллеза играют прижизненно заражённые пище - продукты: яйца, мясо уток, гусей, кур, индеек.
Тяжёлое пищевое отравление – ботулизм – вызывается токсинами, выделяемыми Сlostridium botulinum. Эти бактерии широко распространены в природе. В виде спор они попадают в почву при удобрении её навозом, поэтому продукты растительного происхождения загрязняются спорами через почву. Споры при t 1000С сохраняют жизнеспособность в течение 360 мин., при t 1200С – 10 мин., прорастают при t 6-80С.
1.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Проведён ряд экспериментов по обнаружению микроорганизмов в продовольственном сырье и продуктах питания.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Опыт №1. Обнаружение гриба мукора в белой плесени.
Оборудование: кусочки белого хлеба, чашка Петри, химические стаканы, фильтровальная бумага.
Х о д р а б о т ы
Взяли 2 чашки Петри. В каждую из них положили фильтровальную бумагу в 3 слоя. На фильтровальную бумагу положили по кусочку белого хлеба. В первой чашке хлеб накрыли химическим стаканом, фильтровальную бумагу увлажнили. Во второй чашке хлеб не покрывали и не увлажняли. Температура – 220С.
Результат: через 4 дня в первой чашке хлеб покрылся белой и зелёной плесенью, во второй остался без изменения.
Вывод: грибы развиваются в хлебе при высокой влажности.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Опыт №2. Приготовление микропрепаратов зелёной и белой плесени.
Оборудование: кусочки хлеба, покрытого зелёной и белой плесенью, предметные стёкла, препаровальные иглы, микроскоп, вода.
Х о д р а б о т ы
С помощью препаровальной иглы положили на предметные стёкла немного белой и зелёной плесени, капнули воды. Полученные микропрепараты рассмотрели под микроскопом при малом увеличении.
Результат: на стекле, где была белая плесень, хорошо видны длинные гифы гриба, на конце гифов – чёрные головки спорангиев со спорами. На втором предметном стекле, где была зелёная плесень, обнаружены нити, на концах которых расположены расходящиеся веточки. Это гриб пеницилл-кистевик.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Опыт №3. Распространение спор и гифов грибов по объёму продукта.
Оборудование: овощи, стеклянные палочки, стеклянная ёмкость вместимостью 1 литр, сахар, уксусная кислота, поваренная соль, предметные стёкла, микроскоп, вода.
Х о д р а б о т ы
Сварили яблочно-томатное пюре, в 1 литр пюре добавили 1 ст. ложку уксусной кислоты, 1 ст. ложку сахара, 0,5 ложки поваренной соли. Пюре поместили в простерилизованную ёмкость (нагрели в духовом шкафу), закрыли пластмассовыми крышками, остудили и поставили в холодильник при t 40С. Через 14 дней наблюдали появление белой и зелёной плесени на поверхности пюре. С помощью стеклянной трубочки достали немного пюре из средней части ёмкости и поместили на предметное стекло, капнули воды. Содержимое рассмотрели под микроскопом при малом увеличении.
Результат: гифы и споры грибов выявлены на значительной глубине ёмкости.
Вывод: споры и гифы грибов распространяются по всему объёму продукта.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Опыт №4. Приготовление мясо-пептонного бульона (МПБ).
Оборудование: говяжий фарш, колбы, пробирки, 10% NaOH, пептон, (взяли в лаборатории ветстанции), 0,5% раствор хлорида натрия.
Х о д р а б о т ы
Мясной фарш залили дистиллированной водой в соотношении 1:2, выдержали в холодильнике 24 часа, затем варили 2 часа, доливая жидкость водой до первоначального объёма, профильтровали, разлили в пробирки, закрыли ватно-марлевыми пробками, простерилизовали в автоклаве, добавили 1% - ный пептон и 0,5% - ный раствор NaCl. Приготовленный бульон подщелочили 10% - ным раствором едкого натрия и прокипятили 3 минуты.
Результат: МПБ – среда для выращивания культур бактерий.
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Опыт №5. Определение белка в МПБ.
Оборудование: МПБ, 25% - ный раствор NaOH, 0,5% - ный раствор CuSO4.
Х о д р а б о т ы
В пробирку налили 1 мл МПБ, добавили 2 мл 25% - ного раствора NaOH и хорошо перемешали, затем добавили 5 капель раствора сульфата меди.
Результат: появилось красно-фиолетовое окрашивание. Свежеприготовленный гидрооксид меди(II) - реактив на белок.
Вывод: МПБ содержит белок, является питательной средой для бактерий.
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Опыт №6. Обнаружение бактерий в МПБ.
Оборудование: МПБ, проволочная петля, предметные стёкла, микроскоп.
Х о д р а б о т ы
Проволочной петлёй достали из пробирки немного МПБ. Пробирка предварительно с МПБ простояла открытой 4 дня при t 250С. Содержимое петли поместили на предметное стекло и рассмотрели под микроскопом.
Результат: обнаружили маленькие одиночные и соединённые по 2 шарики, кроме шариков просматривались утолщённые палочки. Шарики – стрептококки, палочки-клостридии.
Вывод: при наличии питательной среды (белок, углеводы) и температуры 22-250С происходит размножение бактерий в продуктах питания. Бактерии и их споры попали в МПБ из воздуха.
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
Опыт №7. обнаружение бактериальных клеток в коровьем молоке. Анализ проводился в лаборатории ветстанции г. Сенно.
Оборудование: анализатор соматических клеток в молоке – Екомилк АМВ – 1 – 03, молоко – 50 проб, дистиллированная вода.
Х о д р а б о т ы
Налили 15 мл дистиллированной воды в колбу. Анализатор взбалтывает несколько раз колбу с водой, после чего вода вытекает через капилляр. Далее взвесили 3,5 г «Екоприма» и насыпали в мерную колбу, добавили подогретую до 350С дистиллированную воду до метки, перемешали до полного растворения «Екоприма». Перед анализом молочную пробу тщательно перемешали и профильтровали. С помощью пипетки влили в колбу анализатора 5 мл приготовленного препарата «Екоприм», затем добавили 10 мл исследуемого молока. Анализатор автоматически взбалтывает пробу, затем измеряет время её вытекания через капилляр. Существует прямо пропорциональная зависимость между числом соматических клеток и вязкостью смеси молоко – «Екоприм». Чем медленнее вытекает проба, тем больше её вязкость, тем больше она содержит бактериальных клеток, вызывающих мастит у коров. Маститным считается молоко, проба которого вытекает за 30 секунд и более. В пробе такого молока содержится 1500000 соматических клеток и более. Такое молоко в пищу человеком не употребляется.
Результат: из 50 проб молока 10 заражено стрептококками, которые вызывают мастит у коров.
Вывод: молоко заражается от больных коров и к употреблению в пищу человеком не пригодно.
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
Опыт №8. Обнаружение стрептококков в маститном молоке.
Оборудование: колбы, предметные стёкла, пипетка, микроскоп, проба маститного молока.
Х о д р а б о т ы
На предметное стекло капнули несколько капель маститного молока. Рассмотрели под микроскопом.
Результат: обнаружили мелкие шарики стрептококка.
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Опыт №9. Определение нитратов в колодезной воде.
Оборудование: пробы колодезной воды, салициловокислый натрий, раствор NaOH, концентрированнаяH2SO4.
Х о д р а б о т ы
В три колбы налили по 10 мл колодезной воды из трёх колодцев г. Сенно, прибавили по 1 мл раствора салициловокислого натрия, выпарили на водяной бане досуха. После охлаждения остаток увлажнили 1 мл концентрированной H2SO4, растёрли стеклянной палочкой и оставили на 10 минут. Затем добавили 5 мл дистиллированной воды, перенесли в мерную колбу на 50 мл. Прибавили 10 н. раствор NaOH, довели дистиллированной водой до метки, перемешали.
Результат: во всех трёх колбах появилось жёлтое окрашивание, что свидетельствует о наличии в воде всех трёх колодцев нитратов.
Вывод: нитраты в колодезную воду могли попасть вследствие загрязнения колодца органикой, а также из грунтовых вод в результате бесконтрольного использования минеральных удобрений жителями г. Сенно.
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Опыт №10. Обнаружение нитратов в овощах (капуста, картофель, лук репчатый, яблоки).
Оборудование: вытяжки в виде соков картофеля, капусты, лука репчатого, яблок, 10 н. раствор NaOH, концентрированная H2SO4, салициловокислый натрий.
Х о д р а б о т ы
В 4 пробирки налили по 10 мл вышеуказанных соков. Для обнаружения нитратов использовали методику опыта №9. Результат приводим в таблице.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Поставленная цель достигнута. Изучены основные пути загрязнения пищевых продуктов и пищевого сырья. Можно сказать, что теперь я знаю врагов пищи в лицо. Если они враги пищи, значит и наши враги.
В процессе выполнения работы были приготовлены микропрепараты и питательные среды. Отсюда вытекает вывод, что бесконтрольно использовать разнообразные пестициды и даже органические удобрения нельзя. Их можно заменить компостами, сидератами (зелёная подкормка). В своих подворьях следует использовать натуральные корма, отказываясь от сложных кормовых смесей, включающих разнообразные синтетические добавки, антибиотики. Если мы хотим быть здоровыми, то необходимо более тщательно подходить к своему питанию.
Дома у себя каждый может вырастить экологически чистые продукты. Надо пропагандировать альтернативное земледелие. Экологически чистая продукция дешевой быть не может, она требует больше усилий, но здоровье стоит этих затрат.
В заключение хочется сказать, что современный продовольственный кризис ориентирует на то, что от расточительства следует перейти к экономии продовольствия, исключить его потери при хранении, которые зачастую значительны.
Надо заняться выращиванием овощей на пришкольном участке, используя альтернативные способы земледелия.
Список использованных источников
Питание. Здоровье. Двигательная активность. Киев – «Наук. Думка», 1990 г. Гигиенические основы питания, безопасность и экспертиза пищевых продуктов, «Новосибирск», 2002 г. , Общая гигиена. Москва – «ГЭОТАР-Медиа», 2006 г. , , Количественный анализ. Ленинград – «Госхимиздат», 1957 г. рактикум по биохимии. Минск – «Беларусь», 2002 г.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Микотоксины, продуцируемые микроскопическими грибами
Микотоксины | Природные субстраты | Основные продукты | Токсическое действие |
1 | 2 | 3 | 4 |
афлотоксины В1, В2,С1, С2, М1, М2 | А. flavus, A. parasiticus | арахис, кукуруза и другие зерновые, бобовые, семена хлопчатника, различные орехи, некоторые фрукты, овощи, специи, корма | гепатотоксическое и гепатоканцерогенное, мутагенное, тератогенное и иммунодепрессивное |
патулин | Р. рatulum, P. expansum, Р. cyclopium | различные фрукты, овощи и продукты их переработки (соки, пюре, джемы, компоты), корма | нейротоксическое, мутагенное, тератогенное, канцерогенное |
рокфортин | Р. rogueforti, mune | сыры, семена хлопчатника | нейротоксическое |
пеницилловая кислота | Р. рuberulum, P. cуclopium, P. virdicatum | кукуруза, бобовые, корма, табак | гепатотоксическое, мутагенное, канцерогенное |
спородисмин | Pithomyces chartarum | различные зерновые, дикорастущие злаки | гепатотоксическое, фотосесибилизи – рующее |
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Результаты исследований соков фруктов и овощей на предмет содержания нитратов
Наименование проб | Значение показателей качества по ТНПА | Единица измерения | Фактическое значение показателей по результатам испытаний |
яблоки | не более 60,0 | мг/кг | менее 29,7 |
картофель | не более 225,0 | мг/кг | 71,7 |
капуста | не более 800,0 | мг/кг | 580,0 |
лук репчатый | не более 160,0 | мг/кг | 71,7 |
