Н.Н. Роева
Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания
Учебно-практическое пособие. – М., МГУТУ, 2009
Глава 3. Классификация контаминантов-загрязнителей и их токсиколого-гигиеническая характеристика
3.1. Контаминанты-загрязнители антропогенного происхождения
3.1.1. Тяжелые металлы
Медь и цинк
– элементы, характеризующиеся высокой биохимической активностью и являющиеся
главными составляющими многих металлоферментов.
Цинк присутствует во многих пищевых продуктах и
напитках, особенно в продуктах растительного происхождения.
Суточная потребность организма в меди – 4-5 мг.
Однако, при нормальном содержании в пище молибдена и цинка – физиологических
антагонистов меди – по оценке экспертов ФАО, суточное потребление меди может
составлять не более 0,5 мг/кг массы тела (до 30 мг в рационе). Ее дефицит
приводит к анемии, недостаточности роста, и возникновению заболеваний. В
организме имеются различные механизмы биотрансформации меди. При длительном
воздействии высоких концентраций меди разрушаются механизмы адаптации
организма, приводящие к интоксикации и специфическому заболеванию.
Цинк как кофактор входит в состав около 80 ферментов,
участвуя тем самым в многочисленных реакциях обмена веществ. Типичными
симптомами недостаточности цинка являются замедление роста у детей, половой инфантилизм
у подростков, нарушение вкуса (гипогезия) и обоняния (гипосмия) и др.
Суточная потребность в цинке взрослого человека
составляет 15 мг, при беременности и лактации – 20-25 мг. Цинк, содержащийся в
растительных продуктах, менее доступен для организма, поскольку фитин растений
и овощей связывает цинк (10% усвояемости). Цинк из продуктов животного
происхождения усваивается на 40%. Содержание его в пищевых продуктах
составляет: в мясе – 20-40 мг/кг, рыбопродуктах – 15-30 мг/кг, устрицах –
60-1000 мг/кг, яйцах – 15-20 мг/кг, фруктах и овощах – 5 мг/кг, картофеле, моркови
– около 10 мг/кг, орехах, зерновых – 25-30, муке высшего сорта – 5-8, молоке –
2-6 мг/л. В суточном рационе взрослого человека содержание цинка составляет
13-25 мг.
Никель и кобальт. Эти
металлы являются биологически активными и канцерогенными. В отличие от других
тяжелых металлов для никеля и кобальта склонность к комплексообразованию
выражена менее ярко.
Суточная норма поступления никеля и кобальта в
организм человека с пищей составляет 0,3-0,6 мг.
Источниками загрязнения никелем и кобальтом пищевых
продуктов могут являться почва и применяемое в пищевой промышленности оборудование.
Свинец – один из самых распространенных и опасных токсикантов.
Механизм токсического
действия свинца определяется по двум основным направлениям:
-
блокада функциональных SH-групп
белков, что приводит к ингибированию многих жизненно важных ферментов. Наиболее
ранний признак свинцовой интоксикации (сатурнизма) – снижение активности
гидротазы – аминолевулиновой кислоты – фермента, катализирующего процесс
формирования протобилиногена и гемсинтетазы;
-
проникновение свинца в нервные и
мышечные клетки, образование лактата свинца путем взаимодействия с молочной
кислотой, затем фосфатов свинца, которые создают клеточный барьер для проникновения
в нервные и мышечные клетки ионов кальция. Развивающиеся на основе этого
парезы, параличи служат признаками свинцовой интоксикации. Основными мишенями
при воздействии свинца являются кроветворная, нервная, пищеварительная системы
и почки. Отмечено отрицательное влияние на половую функцию организма (угнетение
активности стероидных гормонов, гонадотропной; активности, нарушение сперматогенеза
и др.).
Дефицит в рационе кальция, железа, пектинов, белков
или повышенное поступление кальциферола увеличивают усвоение свинца, а
следовательно, его токсичность, что необходимо учитывать при организации
диетического и лечебно-профилактического питания.
Взрослый человек получает ежедневно с пищей 0,1-0,5
мг свинца, с водой – около 0,02 мг. Экспертами ВОЗ было зафиксировано увеличение
содержания свинца в продуктах питания до 2 мг/кг, прежде всего в листовых и
стеблевых овощах. Общее его содержание в организме составляет 120 мг. В
организме взрослого человека усваивается в среднем 10% поступившего свинца, у
детей – 30-40%. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости, где
депонируется в виде трифосфата. Биологический период полувыведения свинца из
мягких тканей и органов около 20 дней, из костей – до 20 лет.
По данным ФАО, допустимая суточная доза (ДСД) свинца
составляет около 0,007 мг/кг массы тела, его ПДК в питьевой воде ‑ 0,05
мг/л.
ГОСТ 2874-82 лимитирует содержание свинца в
водопроводной воде не выше 0,03 мг/кг, в атмосферном воздухе – 1,5 мг/м3.
Содержание свинца в продуктах питания
оценивается на уровне концентраций, представленных в табл.8.
Таблица 8
Содержание свинца в продуктах питания
Продукт
|
Концентрационный диапазон содержания свинца, мг/кг
|
Среднее содержание свинца, мг/кг
|
Мясо
Молоко
Хлебобулочные изделия
Рыба
Крупы
Овощи
Фрукты
|
0,01 - 0,78
0,01 - 0,10
0,03 - 0,82
0,01 - 0,78
0,03 - 3,00
0,02 - 1,60
0,01 - 0,60
|
0,16
0,027
0,16
0,16
0,21
0,19
0,1
|
Кадмий склонен к активному биоконцентрированию, что приводит
в достаточно короткое время к накоплению этого элемента в избыточных биодоступных
концентрациях. Поэтому кадмий по сравнению с другими тяжелыми металлами
является наиболее сильным токсикантом почв (Cd > Ni > Cu > Zn).
Кадмий не образует собственных минералов, а
присутствует в основном в виде примесей. В отличие от цинка, большая часть его
в почвах представлена обменными формами (56-84%). Главная отличительная
особенность его поведения в почвах заключается в том, что он практически не
связывается гумусовыми веществами.
В результате накопления кадмия в почвах
происходит его биоконцентрирование в продовольственном сырье и пищевых
продуктах растительного и животного происхождения. В нормальных геохимических
регионах с относительно чистой экологией содержание кадмия в зерновых культурах
составляет 28-95 мкг/кг; хлебе – 2-4,3 мкг/кг, горохе – 15-19 мкг/кг, фасоли –
5-12 мкг/кг, картофеле – 12-60 мкг/кг, капусте – 2-26 мкг/кг, помидорах – 10-30
мкг/кг, салате – 17-23 мкг/кг, фруктах – 9-42 мкг/кг, растительном масле –
10-60 мкг/кг, сахаре – 6-31 мкг/кг. Среднее содержание кадмия в продуктах
животного происхождения составило: в молоке – 2,4 мкг/кг, твороге – 6 мкг/кг,
яйцах – 23-260 мкг/кг.
В организме человека с пищей поступает
примерно 80% кадмия, 20% ‑ через легкие из атмосферы и при курении. С
рационом взрослый человек получает в сутки 30-160 и более мкг кадмия на 1 кг
массы тела, а в кадмиевых геохимических районах – 300 мкг/кг. Попадая в
организм, он находится в органах и тканях в ионной форме или в комплексе с
низкомолекулярным белком – металлотионеином.
В виде этого соединения кадмий не токсичен, поэтому
синтез металлотионеина является защитной реакцией организма при поступлении
небольших количеств кадмия. Здоровый организм человека содержит около 50 мг
кадмия. В организме новорожденных он отсутствует и появляется к 10-ому месяцу
жизни.
Ртуть является самым токсичным элементом в природных экосистемах. По токсикологическим
свойствам соединения ртути классифицируются на следующие группы: элементная
ртуть, неорганические соединения, алкилртутные (метил- и этил-) соединения с
короткой цепью и другие ртутьорганические соединения, а также комплексные
соединения ртути с гумусовыми кислотами.
Загрязнение пищевых продуктов ртутью может происходить
в результате:
·
естественного процесса ежегодного
ее испарения из земной коры в количестве 25-125 тыс.т;
·
использования ртути в народном
хозяйстве – производство хлора и щелочей, амальгамная металлургия,
электротехническая промышленность, медицина и стоматология, сельское хозяйство,
например, применение каломели (HgCl2) в
качестве антисептика, раствора сулемы (HgCl2) – для дезинфекции, ртутной серной мази – при кожных
заболеваниях, фунгицидов (алкилированные соединения ртути) – для протравливания
семян.
Второй тип круговорота, связанный с метилированием
неорганической ртути, является наиболее опасным, поскольку приводит к
образованию метилртути, диметилртути, других высокотоксичных ее соединений,
поступающих в пищевые цепи. Метилирование ртути осуществляют аэробные и
анаэробные микробы, а также микромицеты, обитающие в почве, в верхнем слое
донных отложений водоемов. Предполагают, что метилирование ртути микроорганизмами
может осуществляться при определенных условиях в кишечнике животных и человека.
Фоновое содержание ртути в съедобных частях
сельскохозяйственных растений составляет от 2 до 20 мкг/кг, редко до 50-200
мкг/кг. Среднее содержание в овощах – 3-59 мкг/кг, фруктах – 10-124 мкг/кг,
бобовых – 8-16 мкг/кг, зерновых – 10-103 мкг/кг. Наибольшая концентрация ртути
обнаружена в шляпочных грибах – 6-447 мкг/кг, в перезрелых – до 2000 мкг/кг. В
отличие от растений, в грибах может синтезироваться метилртуть.
Фоновое содержание ртути в продуктах животноводства
составляет: в мясе – 2-5 мкг/кг, яйца – 2-15 мкг/кг.
Мясо рыбы отличается наибольшей концентрацией ртути и
ее соединений, которые активно аккумулируются в организме из воды и корма,
содержащих другие гидробионты, богатые ртутью. В мясе хищных пресноводных рыб
уровень ртути составляет 107-509 мкг/кг, нехищных – 79-200 мкг/кг, океанских –
300-600 мкг/кг. Организм рыбы способен синтезировать метилртуть, которая
накапливается в печени при достаточном содержании в корме цианкобаламина
(витамина В). У некоторых видов рыб в мышцах содержится белок ‑ металлотионеин,
с которым ртуть и другие металлы образуют комплексные соединения и накапливаются
в организме. У таких рыб содержание ртути достигает 500-20000 мкг/кг
(рыба-сабля) или 5000-14000 мкг/кг (тихоокеанский марлин). При загрязнении рек,
морей и океанов ртутью ее уровень в гидробионтах намного увеличивается и
становится опасным для здоровья человека.
При варке рыбы и мяса концентрация ртути в них
снижается, при аналогичной обработке грибов – остается без изменений. Это
различие объясняется тем, что в грибах ртуть связана с аминогруппами азотсодержащих
соединений, в рыбе и мясе – с серосодержащими аминокислотами.
Безопасным уровнем содержания ртути в крови считают
50-100 мкг/л, волосах – 30-40 мкг/г, моче – 5-10 мкг/сут. Человек получает с
суточным рационом 0,045-0,060 мг ртути, что примерно соответствует
рекомендуемой ФАО/ВОЗ по ДСП – 0,05 мг. ПДК ртути в водопроводной воде, идущей
для приготовления пищи, составляет 0,005 мг/л, международный стандарт – 0,01
мг/л (ВОЗ, 1974).
Олово.
Необходимость олова для организма человека не доказана. Вместе с тем пищевые
продукты содержат этот элемент до 1-2 мг/кг, организм взрослого его участия в
обменных процессах.
Неорганические соединения олова малотоксичны, а
органические – более токсичны. Они находят применение в сельском хозяйстве в
качестве фунгицидов, в химической промышленности – как стабилизаторы
поливинилхлоридных полимеров. Основным источником загрязнения пищевых продуктов
оловом являются консервные банки, фляги, железные и медные кухонные котлы,
другая тара и оборудование, которые изготавливаются с применением лужения и гальванизации.
Активность перехода олова в пищевой продукт возрастает при температуре хранения
выше 20о С, высоком содержании в продукте органических кислот, нитратов
и окислителей, которые усиливают растворимость олова.
Имеются данные, что токсичная доза олова при его
однократном поступлении – 5-7 мг/кг массы тела, т.е. 300-500 мг. Отравление
оловом может вызвать признаки острого гастрита (тошнота, рвота, и др.) и
снижение активности пищеварительных ферментов.
Железо.
Занимает четвертое место среди наиболее распространенных в земной коре
элементов (5% земной коры по массе).
Этот элемент необходим для жизнедеятельности как
растительного, так и животного организма. У растений дефицит железа проявляется
в желтизне листьев, у человека вызывает железодефицитную анемию, поскольку
двухвалентное железо – кофактор в гемсодержащих ферментах, участвует в
образовании гемоглобина. Железо выполняет целый ряд других жизненно важных
функций: перенос кислорода, образование эритроцитов, обеспечивает активность
негемовых ферментов – альдолазы, триптофаноксигеназы и т.д.
В организме взрослого человека содержится около 4,5 г
железа. Содержание железа в пищевых продуктах колеблется в пределах 0,07-4
мг/100 г. Основным источником железа в питании являются печень, почки, бобовые
культуры (6-20 мг/100 г). Потребность взрослого человека в железе составляет около
14 мг/сут, у женщин в период беременности и лактации она возрастает.
Железо из мясных продуктов усваивается организмом на
30%, из растений – 10%. Последнее объясняется тем, что растительные продукты
содержат фосфаты и фитин, которые образуют с железом труднорастворимые соли,
что препятствует его усвояемости. Чай также снижает усвояемость железа в
результате связывания его с дубильными веществами в труднорастворимый комплекс.
Мышьяк.
Мышьяк широко распространен в окружающей среде. Он содержится во всех объектах
биосферы: морской воде – около 5 мкг/кг, земной коре – 2 мг/кг, рыбах и
ракообразных – в наибольших количествах. Природный мышьяк находится в
элементном состоянии, в виде арсенидов и арсеносульфидов тяжелых металлов.
Наиболее распространенными неорганическими
соединениями мышьяка являются оксид трехвалентного мышьяка (III) As2O3 и оксид пятивалентного мышьяка (V) As2O5 .
По степени токсичности соединения мышьяка
располагаются в следующий ряд: AsН3> As3+> As5+> RАsX.
В результате широкого распространения в окружающей
среде и использования в сельском хозяйстве мышьяк присутствует в большинстве
пищевых продуктов. Обычно его содержание в пищевых продуктах достаточно мало –
менее 0,5 мг/кг и редко превышает 1 мг/кг, за исключением некоторых морских
организмов, которые аккумулируют этот элемент. При отсутствии значительных
загрязнений, содержание мышьяка в хлебных изделиях составляет до 2,4 мг/кг,
фруктах до 0,17 мг/кг, напитках до 1,3 мг/кг, мясе до 1,04 мг/кг, молочных
продуктах до 0,23 мг/кг. В морских продуктах содержится больше мышьяка, обычно
на уровне 1,5-15,3 мг/кг.
Фоновый уровень мышьяка в продуктах питания из
нормальных геохимических регионов составляет в среднем 0,5-1 мг/кг: в овощах и
фруктах – 0,01-0,2 мг/кг, зерновых ‑ 0,006-1,2 мг/кг, говядине и свинине
– 0,005-0,05 мг/кг, яйцах ‑ 0,003-0,03, коровьем молоке и кисломолочных
продуктах – 0,005-0,01 мг/кг, твороге – 0,003-0,03 мг/кг. Высокая концентрация
мышьяка, как и других химических элементов, отмечается в печени, пищевых
гидробионтах, в частности морских. В организме человека обнаруживается около
1,8 мг мышьяка.
По данным экспертов
ФАО/ВОЗ, суточное поступление мышьяка в организм взрослого человека составляет
в среднем 0,05-0,42 мг, т.е. около 0,007 мг/кг массы тела, и может достигать 1
мг в зависимости от его содержания в потребляемых продуктах питания и его
проникновения из других объектов окружающей среды, а допустимая суточная доза
мышьяка составляет для взрослого человека около 3 мг/сутки.
Хром и алюминий. Хром в небольших количествах находится во
многих пищевых продуктах и напитках. Средне суточное потребление хрома с пищей
составляет приблизительно 50-80 мкг. По данным отечественного гидромониторинга
алюминий содержится в природных водах в концентрациях 0,001-10 мг/л. В промышленных
стоках его концентрация достигает 1000 мг/л.
Продукты растительного происхождения
содержат алюминия 10-100 мг/кг, редко – 300 мг/кг, продукты животного
происхождения – 1-20 мг/кг. По данным исследований, в суточных рационах в разных
городах России и странах СНГ содержится алюминия 18,8-85 мг, а в среднем – 25
мг.
Отечественными токсикологами установлено,
что даже растворимые соли алюминия отличаются слабым токсическим действием.
Поступление алюминия в организм человека в дозе 0,5 мг/кг массы тела не
оказывает на него негативного воздействия.
|