Характеристика качества продуктов питания. Часть 2. Загрязняющие вещества в продуктах питания: Методические указания к практической работе

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практической работе «Характеристика качества продуктов питания» для выполнения практических работ по курсу «Экология» для студентов всех форм обучения Часть 1. Загрязняющие вещества в продуктах питания

Тюмень, 2001

1

Утверждено редакционно-издательским Советом Тюменского государственного нефтегазового университета

Составитель: к.т.н. профессор кафедры «ПромЭко» Старикова Г. В., ассистент Машкина О. В.

© Тюменский государственный нефтегазовый университет 2001 г.

2

Цель работы: Познакомиться с загрязнителями продуктов питания 1. Теоретическая часть Загрязнение окружающей среды может нанести вред организму человека или других обитателей нашей планеты различными путями, один из них – через продукты питания. Поэтому как исходные продукты, так и готовые продукты питания должны подвергнуться анализу на содержание вредных веществ, чтобы качество этих продуктов не вызывало сомнений. Существуют многочисленные примеры того, как токсины самыми разнообразными путями проникают в продукты питания. Нитраты и нитриты. Уже в процессе выращивания растений при чрезмерном внесении азотсодержащих удобрений нитраты могут накапливаться в растениях и через них попадать в организм. К числу растений, особенно склонных к накоплению нитратов, относятся сахарная свекла (особенно листья), шпинат, морковь (особенно плоды), салат и капуста. Проникая вместе с пищей, нитраты микробиологически восстанавливаются до нитритов, в результате в крови образуются нитрозил-ионы. Они окисляют железо, входящее в состав гемоглобина, что приводит к возникновению кислородной недостаточности, вызывающей цианоз (синюху). При окислении в гемоглобине 60-80% железа наступает смерть. Особенно чувствительно на нитрозил-ионы реагируют грудные младенцы в первые недели своей жизни, к тому же шпинат и морковь являются важнейшими компонентами детского питания. У взрослых организм не так остро реагирует на присутствие нитратов и нитритов. Тем не менее и взрослые должны избегать чрезмерных количеств нитратов и нитритов. Нитриты расширяют сосуды и образуют в кислой среде желудка азотистую кислоту и нитрозамины, обладающие мутагенным действием: R1 +H+ R1 NH + NO2 N − N=O R2 -H2O R2 К тому же нитраты и нитриты вызывают острые отравления, нарушение обмена веществ, аллергию, нервные расстройства, злокачественные новообразования. В Европе и Америке появился необычный недуг и на его счету уже немало жертв. Речь идёт о так называемой хот-договой головной боли. Оказывается, в горячих бутербродах, которыми иностранцы часто перекусывают на скорую руку, содержится рекордное число нитритов, которые и вызывают неприятные ощущения. Отнеситесь с подозрением к блюдам и напиткам, в состав которых входят особые органические соединения – так называемые биогенные амины (самый «злостный» из них – небезызвестный жертвам мигрени тирамин). Организм сам вырабатывает их для своих 3

нужд в процессе обмена веществ. Однако всё хорошо, как известно, в меру. При «переборе» биогенных аминов в пище кровь насыщается ими больше чем нужно, а сосуды головного мозга начинают вести себя необычно: сначала сужаются, затем расширяются, отзываясь пульсирующей болью. Потенциальными источниками страданий являются: сыр, уксус и содержащие его приправы, маринады, горчица, кетчуп, майонез, субпродукты, свинина и любая жирная пища, копчёные мясо и рыба, шпинат, лук, фасоль, соя, помидоры, сельдерей, цитрусовые, сливы, ананасы, авокадо, орехи, сливки, сметана, шоколад, какао. Откажитесь от продуктов, содержащих нитриты, которые добавляют в мясные изделия, чтобы придать им тонкий вкус и аппетитный бледнорозовый цвет. Это вещество расширяет сосуды мозга, лица и внутренних органов у особо восприимчивых людей. Через 30 минут после еды, содержащей эту добавку, человек густо краснеет и начинает жаловаться на пульсирующую боль в висках. Аналогичные ощущения после приёма нитроглицерина, который помогает при сердечном приступе В каких продуктах возможно содержание красителя-нитрита? Это ветчина фабричного производства, солонина, бекон, всевозможные биг-маки, гамбургеры и хотдоги, салями, копчёная колбаса и рыба. Некоторые растения, например, клубника не накапливают нитраты. Зелёный чай способен нейтрализовать нитраты, содержащиеся в организме. Тяжёлые металлы. К тяжелым металлам относятся химические элементы с относительной плотностью более 5 г/см3. Таких элементов более сорока. К наиболее опасным из них относятся ртуть, свинец, кадмий, кобальт, никель, цинк, олово, сурьма, медь, молибден, ванадий, мышьяк. Попадают металлы в биосферу при высокотемпературных технологических процессах (металлургии, сжигании топлива, обжиге цемента и др.) в виде газов, и аэрозолей (возгонка металлов), пылевидных частиц и жидком виде (технологические сточные воды). Они способны мигрировать в окружающей среде и попадать в растения. В глобальных масштабах происходит процесс, называемый сегодня «металлическим прессом на биосферу» Остро стоит проблема загрязнения окружающей среды свинцовыми соединениями ( Pb ) из-за применения этилированного бензина в двигателях внутреннего сгорания в автомобилях. При этом растения собирают больше свинца с помощью листьев, чем с помощью корневой системы. Свинец и его соединения используется в промышленности для изготовления некоторых сплавов, аккумуляторов, химической аппаратуры, защитных средств от ионизирующего излучения, в производстве хрусталя, в качестве красок (свинцовые белила), глазури для гончарных изделий и пр. Возможно отравление свинцом в быту при употреблении пищевых продуктов, хранящихся в посуде, покрытой изнутри свинцовой глазурью, при употреблении консервов, хранящихся в банках с добавлением свинца. По4

падая в организм, свинец накапливается во многих органах и тканях, создавая депо: большая часть его накапливается в костях, вытесняя соли кальция из костной ткани; он депонируется в мышцах печени, почках, селезёнке, головном мозге, сердце и лимфатических узлах. Из депо свинец выделяется медленно, иногда в течение нескольких лет после прекращения контакта с ним. Для свинцовой интоксикации характерна так называемая «свинцовая колика», характеризующаяся резким спазмом сосудов, повышением артериального давления, спастико-атоническими явлениями в кишечнике, появлением судорожных припадков, характерным также является развитие гипохромной анемии. Ртуть ( Hg ), в отличие от свинца, который попадает в организм человека по цепи питания от растительной пищи через печень и почки жвачных животных, в основном накапливается в организмах рыб и моллюсков, а также в печени и почках млекопитающих. Так, в 1953 г. в Японии у 121 жителя побережья в бухте Минамата было обнаружено заболевание, сопровождающееся ломотой в суставах, нарушением слуха и зрения. Это заболевание, вошедшее в литературу под названием «болезнь Минамата», закончилось смертью почти для трети больных. Интенсивное расследование установило, что на ацетиленовом производстве ртутные отходы сбрасывались в реку, впадающую в бухту Минамата. Ртуть, о чём первоначально не подозревали, микробиологическим путём превращалась в метилртуть, которая через планктон, моллюсков и рыб в конце концов попадала на стол. В этом цикле ртуть постепенно концентрировалась и в конце цепи, дойдя до человека, достигала токсичной концентрации. Клиническая картина связана с необратимыми изменениями в нервной системе вплоть до летальных исходов. Такого рода кумуляция возможна тогда, когда токсин поступает в организм быстрее, чем выводится из организма. Биологический период полувыведения ртути составляет для большинства тканей организма человека 70-80 дней. Кадмий ( Cd ) попадает в цепь питания за счёт того, что он может замещать цинк в цинкосодержащих ферментах (гидроксилазах). После этого фермент становится неактивным, а организмы, в которые попал кадмий, могут служить пищей для других организмов, таким образом кадмий внедряется в цепь питания. Растения и грибы поглощают до 70% кадмия из почвы и 30% из воздуха. Кадмий попадает в организм человека с растительной, мясной (потроха) пищей и съедобными грибами. Воздействие кадмия на организм приводит к нарушению работы почек и вызывает необратимые изменения в скелете. Кадмий представляет собой один из самых опасных токсикантов среды. Он опасен в любой форме – доза 30-40 мг может оказаться смертельной. Поскольку кадмий ядовит в малой дозе, то даже питьё лимонада из сосудов, материал которых содержит кадмий, чревато опасностью. Из-за того, что однажды поглощённое количество кадмия выводится из человеческого организма чрезвычайно медленно 5

(0,1% в сутки), легко может произойти хроническое отравление организма. Самые ранние симптомы – поражение почек, нервной системы, половых органов. Позднее возникают острые костные боли в спине и ногах. Типично также нарушение функции лёгких. Болезнь, возникающая при отравлении кадмием называется итаи-итаи, выражается в болезненном скручивании костей, анемии и почечной недостаточности. Аккумуляцию кадмия в организме тормозит достаточное количество железа в крови, а большие дозы витамина Д действуют как противоядие при отравлении кадмием. Для кадмия период полувыведения составляет более 10 лет, поэтому даже следам кадмия, если они систематически попадают в организм следует уделять самое серьёзное внимание. Мышьяк (As ) является не менее опасным. Помимо острого отравления, характеризующегося появлением металлического вкуса во рту, рвотой, сильными болями в животе, развитием острой сердечно-сосудистой и почечной недостаточности и появлением судорог, возможны хронические интоксикации. Так, потребление воды, содержащей более 0,1 мкг/л мышьяка, вызывает гиперпигментацию, кератоз и даже рак кожи. В заключение темы о тяжёлых металлах в продуктах питания, следует поговорить о посуде, в которой готовится еда. Речь в данном случае пойдёт о лёгком металле – алюминии. Казалось бы, что может быть безобидней обычной алюминиевой кастрюли. Увы, это заблуждение, которое смогли развеять лишь недавно. Алюминий ( Al ), как известно, в воде вызывает слабоумие, а у людей с болезнью почек, конвульсии и смерть. Алюминий, высвобождённый из почвы кислотными осадками, может вызвать некоторые формы старческого слабоумия, включая болезни Паркинсона и Альцгеймера. Болезнь Альцгеймера (особенно опасная форма слабоумия) затронула до 3 млн. американцев и является 4-ой по числу смертей в старости. Но те же процессы происходят и на кухне. Например, сваренные в алюминиевой кастрюле щи образуют с органическими кислотами ядовитые соли со всеми вытекающими отсюда последствиями. «Посуда для бедных», как окрестили алюминиевые кастрюли и сковородки журналисты, делает своё дело. Самой безопасной посудой призвана эмалированная посуда и традиционные деревенские чугунки, применяемые ещё нашими бабушками. Вообще тяжёлые металлы представляют особую опасность для организма вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обуславливающими большой период полувыведения, т.е. время, в течение которого выделяется или разрушается половина усвоенного организмом вещества. Несмотря на единообразные первичные условия протекания биохимических процессов, различные тяжёлые металлы оказывают разное действие на организм, вызывая те или иные симптомы заболеваний, что в первую очередь связано с различиями в характере распределе6

ния отдельных металлов в организме. При этом избирательно повреждаются различные органы и ткани. Так, например, кадмий преимущественно отлагается в костях, метилртуть – в клетках нервной системы, хром (VI) блокирует многие ферменты печени. Наряду с этими предпочтительными органами воздействия присутствие тяжёлых металлов можно установить и во многих других тканях. У растений устойчивость к действию тяжёлых металлов выше, чем у людей и животных. У растений тяжёлые металлы могут отлагаться в клеточных стенках (целлюлоза) или в клеточных вакуолях. В этих случаях тяжёлые металлы становятся физиологически неактивными. Поэтому необходимо обращать особое внимание на содержание тяжёлых металлов в растениях, употребляемых в пищу. Растения могут нормально развиваться благодаря их специфическому механизму обеззараживания и даже при таких концентрациях тяжёлых металлов, которые для человека являются токсичными. Таблица 1 Предельно допустимые концентрации тяжёлых металлов в пищевых продуктах Металлы ПДК, мг/кг 1 2 Зерно, мука, продовольственные крупы Ртуть 0,001 Свинец 0,08 Мясо, птица, мясопродукты Свинец 0,5 Ртуть 0,03 Рыба и рыбопродукты Свинец 1,0 Мышьяк 1,0 Ртуть 0,2-0,7 Молоко и молочные продукты Ртуть 0,005 Свинец 0,05 Кадмий 0,01 Фрукты, цитрусовые, овощи свежие, замороженные, сухие Свинец 0,4-0,5 Мышьяк 0,2 Фруктовые соки и компоты Свинец 0,4 Мышьяк 0,2 Медь 5,0 Кадмий 0,02 Жиры и масла Свинец 1,0 Кадмий 0,05 Медь 0,5 (животный жир) 0,4 (масло растительное) 7

0,1 (масло растит., раф., маргарин) 0,5 (животный жир) 10,0 (масло растительное, марга-

Цинк

рин) Безалкогольные напитки Свинец 0,4 Алкогольные напитки Свинец 0,3-1,0 Кадмий 0,05 Мышьяк 1,0 Соусы Свинец 3,0 (кетчуп) Соевые белки Ртуть 0,03 Кадмий 0,2 Свинец 2,0 Цинк 60,0 Мышьяк 1,0 Медь 30,0 Продукты, законсервированные в жестяную тару Олово 100-200 Продукты детского и диетического питания Ртуть 0,005 Свинец 0,1 Кадмий 0,01 Медь 2,0 Цинк 5,0 Продукты детского питания на фруктовой и овощной основах Ртуть 0,01 Кадмий 0,03-0,05 Мышьяк 0,1 Медь 5,0 Цинк 30 Зерно для детского и диетического питания (пшеница, рис, овёс, кукуруза, гречиха) Ртуть 0,01 Свинец 0,2 Кадмий 0,02 Медь 5,0 Цинк 10,0 (гречиха), 25,0 Молотые продукты для детского и диетического питания (крупа, мука, молоко) Ртуть 0,01 Свинец 0,2 Кадмий 0,02 Медь 4,0, 10,0 (гречневая крупа) Цинк 20,0

8

Диоксины. Диоксины недаром называют «химическим СПИДом», они появляются везде, где хлор вступает во взаимодействие с каким-либо органическим соединением. Тетрахлордибензолпарадиоксин Тетрахлордибензофуран (2, 3, 7, 8 – ТХДД) (2, 3, 7, 8 - ТХДФ)

Диоксины являются типичными и очень стойкими ксенобиотиками, т.е. веществами, неприемлемыми для живых организмов. Они способны проникать в ядра клеток живых организмов, вызывая, с одной стороны, ускоренное разрушение гормонов, витаминов, лекарств и др., а с другой – активацию канцерогенов, нейротоксических ядов и даже превращение многих безвредных соединений в чрезвычайно токсичные. В природной среде диоксины чрезвычайно эффективно переносятся по цепям питания, выносятся в атмосферу, мигрируют в почве и накапливаются в воде. Это способствует поражению аэробных организмов во всех нишах экосистемы и может, при определённых условиях, разрушить экоценоз. Нечто подобное происходит во Вьетнаме, где с 1961 по 1970 гг. армия США под предлогом борьбы с партизанами распылила 57 тыс. т яда «Оранж» для уничтожения растительности. Впоследствии, когда обнаружились массовые необратимые заболевания у участников событий, рождение у них детей-уродов, эти обработки были прекращены. Но, как было установлено, в составе яда выброшено около 170 кг диоксина, который и явился причиной этих бед. До сих пор 10-15% рождающихся во Вьетнаме детей имеют необратимые генные отклонения. Подобные катастрофы были и ранее, но предписывались они воздействию чистого хлора и даже болезнь называлась «хлоракне»: 1949 г. – штат Вирджиния, США, фирма «Нитро» (32 человека умерших); 1953 г. – ФРГ, фирма BACF (55 человек); 1968 г. – Япония, пищевое отравление (24 человека). Самый известный случай – г. Севезо, Италия, июль 1976 г., когда вследствии аварии на фирме, производящей пестициды, пришлось эвакуировать весь город. Появление диоксинов следует ожидать при сжигании любых полимерных плёнок и материалов, пластиков, техногенной (пропитанной синтетическими клеями, пестицидами и т.п.) древесины, резины и т.д. Очень опасны пожары трансформаторов (горение полихлорвиниловой изоляции) и вагонов (пластики), сжигание мусора, листьев и т.п. отбеливание целлюлозы хлором на бумажных предприятиях и выбросы химических предприятий. Применение хлористых ядохимикатов в сельском хозяйстве при определённых условиях может вызвать поражение растительности и людей диоксинами. Избыточное хлорирование воды 9

– важный источник диоксинов в наших домах. Но против этого найдено противоядие: специальные сорбенты, которые удаляют до 85-95% диоксинов, уже внедрены в Уфе и Москве. Диоксины практически не выводятся из почвы и водной среды. Они чрезвычайно токсичны для человека и животных даже в очень низких концентрациях, могут проникать в грудное молоко. Вызывают поражение почек, печени, подавление иммунной системы, оказывают канцерогенное (злокачественные опухоли), тератогенное (искажение гена) и эмбриотоксичное действие. Чтобы снизить отрицательное воздействие диоксинов через воду, врачи-токсикологи советуют воду отстаивать, кипятить и на каждые 5 литров добавлять по 0,5 г аскорбиновой кислоты (витамин С). Полезно также почаще посещать парную баню или сауну, заниматься физической работой и спортом, так как многие вредные вещества, в том числе диоксин, выводится с потом. Ядохимикаты. Человек создал много химических препаратов для защиты сельскохозяйственных растений от вредителей, болезней и сорняков, а также для уничтожения паразитов сельскохозяйственных животных, вредных грызунов и др. – пестицидов. Пестициды (от лат. pestis – зараза) делятся на гербициды (от лат. herba – трава), инсектициды, фунгициды, акарициды, зооциды, арборициды и др.

Пестициды при контакте с организмом могут привести как к хронической интоксикации, так и к острым отравлениям. Пестициды являются ядом не только для вредителей, но и для полезных животных и микроорганизмов, которые либо гибнут, либо накапливают в своих организмах этот яд, передавая его по пищевым цепям консументам более высокого порядка вплоть до человека. Такой процесс накопления вредного вещества в организме и передача его по пищевым цепям, при котором концентрация яда увеличивается с каждым звеном трофической цепочки на несколько порядков, называется биоаккумуляцией. В результате биоаккумуляции концентрация яда может оказаться смертельной. Хлорорганические (например, ДДТ) и фосфорорганические ядохимикаты, поступая в организм с продуктами питания, через дыхательные пути, слизистые и кожные покровы могут вызвать острые отравления, проявляющиеся рвотой, резкими болями в животе, повышением артериального давления, явлениями почечной и сердечно-сосудистой недостаточности, нарушениями со стороны 10

ЦНС. Из организма они могут выделяться с грудным молоком матери младенцу. Считают, что именно с развитием химизации сельского хозяйства, в результате чего в пищу стали попадать ядохимикаты, получили широкое распространение аллергические заболевания. Радионуклиды. Большую группу опасных загрязнений составляют радионуклиды. Источниками внешнего облучения являются космическое излучение и естественные радионуклиды, содержащиеся в почве, воде и воздухе, а также рентгенодиагностические процедуры, цветные телевизоры, мониторы, полёты на самолётах на больших высотах и др. Природные радиоактивные элементы содержатся в строительных материалах, особенно в бетонных конструкциях. Плохая вентиляция, может увеличить дозу облучения за счёт распада газа радона, который образуется при естественном распаде радия, содержащегося в почве и строительных материалах. Использование в сельском хозяйстве фосфорных удобрений, содержащих естественные радионуклиды рядов урана и тория, является дополнительным фактором облучения организма человека. Эти радионуклиды накапливаются в почве, затем с пылью и продуктами питания попадают в организм. Могут выбрасывать в атмосферу радиоактивную золу тепловые электростанции. Выпадающие на поверхность почвы радионуклиды на протяжении многих лет остаются в её верхних слоях. Если почвы бедны кальцием, калием, натрием, фосфором, то возникают благоприятные условия для миграции радионуклидов в самих почвах и по цепи почва – растение. В первую очередь это относится к дерново-подзолистым и песчано-суглинистым почвам. Так, например, лишайники в тундре на почвах, бедных минеральными компонентами, захватывают цезий – 137 в 200-400 раз больше, чем травы. Это обстоятельство способствует накоплению в организме северных оленей повышенного количества радионуклидов. В черноземных почвах подвижность радионуклидов крайне затруднена. Аккумулятором радионуклидов является лес, особенно хвойный, который содержит в 5-7 раз больше радионуклидов, чем другие природные экоценозы. При пожарах сконцентрированные в лесной подстилке, коре радионуклиды поднимаются с дымовыми частицами в воздух и попадают в тропосферу и даже в стратосферу. В растительной пище особенно часто можно встретить Sr–89, Sr-90, I-131, Cs-137, Ba-140, K-40, C-14, H-3 (тритий). Принципиально все радионуклиды могут быть усвоены различными организмами и таким образом попасть в продукты питания. Перечисленные радионуклиды либо вступают в прочное взаимодействие с органическими соединениями, либо заменяют элементы в клетках, выполняя ту же функциональную роль. Для долгоживущих радионуклидов устанавливается постоянная концентрация в живых организмах. Среди естественных радионуклидов первенствующая роль (около 90% суммарной активности) принадлежит К- 40, который со11

ставляет определённый процент в продуктах, содержащих калий. Обычно он попадает в организм с растительной пищей или с молоком (содержание калия составляет 1,4 г в 1 л). Остающиеся 10% активности радионуклидов естественного происхождения попадают на долю С-14, который содержится во всех органических соединениях, а также на радионуклиды некоторых других элементов. Среди радионуклидов антропогенного происхождения главную роль играют Sr-90, I-131, Cs-137. После аварии на Чернобыльской АЭС (апрель 1986 г) прежде всего было обнаружено сильное загрязнение радионуклидом I-131 – источник β- и α - излучений. Период полураспада у него составляет 8 дней, однако его физиологическое действие на человека продолжается в течение 60 дней. Радиоактивный иод попадает в организм человека вместе со свежим молоком, свежими овощами и яйцами. Попавший в организм иод накапливается в щитовидной железе, загрязняя её в более значительной степени, чем остальные органы. Значительно дольше проявляется действие на окружающую среду α излучателей Cs-137 и Sr-90 с периодом полураспада 30 и 28 лет соответственно. Физиологическое действие цезия сходно с действием калия, поэтому он быстро циркулирует по пищевым цепям. После сорбции корнями элемент распределяется между всеми частями растения. Радиоактивный цезий накапливается и некоторыми видами грибов (в том числе, белыми грибами). В организм человека цезий попадает главным образом с молочными и мясными продуктами, а также с хлебом. В кишечнике цезий почти полностью десорбируется. Для части, отложившейся в мышечных тканях, характерен биологический период полувыведения 50-200 дней, у детей в возрасте 6-16 лет 46-57 дней, у новорождённых – 10 дней. При повторном поступлении радиоактивный цезий накапливается в организме, причём поражение может достичь значительных размеров, поскольку, хотя α - излучение действует на ткани только на глубину нескольких миллиметров, его ионизирующая способность значительно больше, чем у рентгеновских лучей. Имея биологический период полувыведения около 50 лет, Sr-90 значительно дольше удерживается в организме. Биологическое поведение стронция сходно с поведением его химического аналога кальция. В организм человека Sr-90 попадает преимущественно с растительной пищей, молочными продуктами и яйцами. Поскольку Sr-90 вместе с кальцием отлагается главным образом в костях, то основная нагрузка при поражении организма приходится на костный мозг, ответственный за работу кровеносной системы. В первую очередь Sr-90 (вернее Sr-90/Y-90) вызывает лейкемию. Радиационное поражение организма стронцием-90 увеличивается за счёт его дочернего продукта иттрия-90 (Y-90), период полураспада которого составляет 64 часа. Наличие в организме паров Sr-90/Y-90 может вызвать поражение половых желез, гипофиза и поджелудочной же12

лезы. Исследования показали, что радиоактивный стронций может находиться в костях у новорождённых. Через плаценту он проходит в течение всего периода беременности, причём в последний месяц перед рождением в скелете его накапливается столько же, сколько аккумулировалось за все предыдущие восемь месяцев. Накопление радионуклидов в определённых органах и тканях приводит к более опасным последствиям, чем их равномерное распределение по всему организму. Это является одной из причин того, что С-14 и тритий Н3 рассматриваются как сравнительно «безвредные» радионуклиды. Тем не менее оба этих радионуклида имеют большие периоды полураспада (5570 лет у С-14 и 12,3 года у Н-3), что обеспечивает им длительность пребывания в цепи питания. Хлебопродукты являются ведущим поставщиком радионуклидов в организм – от одной трети до половины их общего поступления. На втором месте по значимости стоит молоко, на третьем – картофель, овощи и фрукты, затем мясо, рыба, яйца. Мало радиоактивных веществ попадает в рацион с пищевыми продуктами морского происхождения, так как из-за высокой минерализации морской воды продукты моря очень слабо загрязнены стронцием и цезием. По-другому обстоит ситуация с рыбой пресноводных водоёмов, особенно северных районов нашей страны, где воды поверхностных водоёмов слабоминерализованы. Здесь накопление радионуклидов у рыб разных пород даже в одном и том же водоёме могут различаться в 2-3 раза. Для хищных рыб (щука, окунь и др.) характерны минимальные показатели накопления стронция-90 и максимальные – цезия-137. Растительноядные рыбы (карп, карась и др.) наоборот накапливают стронция больше, а цезия в несколько раз меньше, чем хищники. На накопление радионуклидов в тканях рыб влияет тепловое загрязнение водоёмов. Согласно данным, полученным в ходе лабораторных исследований, установлено, что уровни накопления цезия-137 в тканях карпа, обитавшего в воде с температурой 25° С вдвое выше, чем при обитании этой рыбы в воде с температурой 12-15° С. Ядерная частичка, попадая в организм, действует там как миниреактор. В связи с длительным воздействием, даже самые малые дозы способны вызывать в клетках организма изменения, приводящие к генетическим нарушениям, злокачественным новообразованиям и разнообразным расстройствам обменных процессов организма, его пищеварительных, кроветворных и других функций. Могут быть другие неприятные последствия: ослабление сексуальной потребности, нарушение жизнеспособности потомства, раннее старение, уменьшение продолжительности жизни. К ранним признакам лучевой болезни относятся чувство слабости и недомогания, головные боли и головокружение, повышенная возбудимость центральной нервной системы, бессонница. Нарушается пищеварение в виде потери аппетита и диспепсических жалоб (тошнота, рвота, тяжесть и боль 13

под ложечкой, кишечные колики, нарушение стула). Возможны функциональные расстройства сердечно-сосудистой системы, снижение кровеносного давления, нарушения деятельности почек, печени, повышение температуры, кровотечения. Некоторые вещества обладают профилактическим радиозащитным действием или способностью связывать и выводить из организма радионуклиды. К ним относятся полисахариды (пектин – студенистое вещество, хорошо заметное в варенье или желе, приготовленных из плодов; декстрин), фенольные и фитиновые соединения (прополис, в составе которого есть фенольные компоненты; мандарины, черноплодная рябина, облепиха, боярышник, пустырник, бессмертник, солодка), галлаты, серотонин, этиловый спирт, некоторые жирные кислоты, микроэлементы, витамины (в первую очередь это относится к витаминам группы В и С) , ферменты, гормоны. Радиоустойчивость организмов повышают некоторые антибиотики (биомицин, стрептоцин), наркотики (нембутал, барбамил). Доказано, что скорлупа куриных яиц является прекрасным средством для выведения радиоактивного стронция из организма, а перепелиные яйца – эффективное средство при лечении малых доз облучения. К тому же в числе факторов, способных снижать усвоение радиоактивного стронция входит потребление хлеба из тёмных сортов муки, содержащей фитин. Существуют растения и плоды, не накапливающие радиоактивные элементы. К ним относится топинамбур. По соображениям охраны здоровья людей для различных пищевых продуктов были установлены нормативы допустимого содержания радионуклидов, хотя предельные концентрации при этом не всегда достаточно биологически обоснованы. Так, например, для I-131 предельно допустимая концентрация в молоке составляет 500 Бк/л. Но эта принятая за норму величина в меньшей степени предохраняет ребёнка, чем взрослого, так как в связи с потребностями роста у детей при потреблении литра молока щитовидная железа испытывает в 8 раз большую нагрузку, чем у взрослого. Этот пример показывает, что существующие нормативы нуждаются в подробном и тщательном обсуждении. Влияние обработки пищевых продуктов на здоровье населения При промышленном изготовлении пищевых продуктов в основные продукты вносят различные добавки, а при кулинарных процессах (жарение, варка, сушка и п.) происходят химические превращения веществ, в ходе которых образуются новые соединения. При нагревании жиров образуются токсичные вещества, что было установлено в опытах на животных. При жарке продуктов при температуре примерно 160 °С происходит множество различных реакций, которые трудно перечислить в виду их сложности. В этих реакциях участвуют и жирные кислоты с образованием летучих альдегидов, наблюдаются реак14

ции полимеризации, образование канцерогенного бенз(а)пирена. Считают, что пероксирадикалы и полимеризаты жирных кислот, находящихся в масле, при нагревании до высокой температуры, либо при многократном нагревании вызывали у подопытных животных раздражение пищеварительного тракта, увеличение размеров печени и замедление роста. Недостаток витамина Е усиливает проявление этих симптомов. Продукты, связанные с использованием жирных кислот и их химическим превращением, не причиняют особо значительного ущерба здоровью человека, если только не употреблять их систематически. При копчении и поджаривании мяса оно постоянно находится в дыме над продуктами сгорания, что придаёт пище своеобразный аромат. Устойчивость мяса после копчения обуславливается присутствием веществ фенольного характера. При копчении образуются и полициклические углеводороды, которые вместе с дымом оседают на мясе. При холодном копчении в дыме содержания бенз(а)пирена всегда ниже, чем при горячем копчении (60-120 °С). Среднее содержание бенз(а)пирена в копчёностях составляют 2-8 мкг/кг. При поджаривании на древесном угле содержание бенз(а)пирена составляет около 50 мкг/кг и превосходит их содержание после поджаривания инфракрасным облучением (0,2-8 мкг/кг). Если подобрать оптимальное расстояние от нагревателя или вести холодное копчение при температурах 12-24°С, то можно свести содержание бенз(а)пирена в мясных копчёностях до минимума. Следует отметить, что бенз(а)пирен помимо канцерогенного действия оказывает мутагенное и тератогенное (искажение гена) действие. При попадании в организм полициклические углеводороды под действием ферментов образуют эпоксисоединение, реагирующее с гуанином (см. рис.1), что препятствует синтезу ДНК, вызывает нарушения или приводит к возникновению мутаций, несомненно способствующих развитию раковых заболеваний. Все полициклические соединения имеют углубления в структуре молекулы, так называемую «Вау»-область, характерную для многих канцерогенных веществ.

Рис. 1.Метаболическое превращение бенз(а)пирена и его взаимодействие с гуанином. 15

При обработке мяса или 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 неопределённое количество, которое образуется непосредственно в пищеварительном тракте. За счёт механической обработки сырых продуктов (мытьё, чистка) можно устранить значительное количество содержащихся в них радионуклидов. У моркови, свеклы, репы и других корнеплодов рекомендуется срезать на 1-1,5 см верхнюю часть головки, у капусты целесообразно удалять верхний слой листьев и не использовать в пищу кочерыжку. Любой отваренный продукт теряет при варке до половины радионуклидов. Мясо и рыбу, другие продукты (если можно) нужно вымочить в воде с добавлением уксуса. Бульон после варки мяса лучше вылить. Если нужен именно бульон, залить мясо холодной водой, поварить мясо минут 10 и слить воду. Налить свежей воды и доварить бульон до готовности. Этот метод обеспечивает двукратное снижение радиоактивных веществ. Молоко, загрязнённое цезием-137 и другими короткоживущими радионуклидами, легко обезвредить, превратив его в нескоропортящиеся продукты (сгущённое и порошкообразное молоко, сыр, масло) и подвергнув их соответствующей выдержке. Практически отсутствуют радиоактивные элементы в крахмале, сахаре, рафинированном растительном масле. При изготовлении вин образуются высшие спирты. В то время как пропиловые спирты в общем безвредны для человека, амиловые спирты (пентанолы) вызывают головную боль и угнетающе действуют на нервную систему в меньших концентрациях, чем этанол. Наряду с состоянием возбуждения и бессонницей могут наблюдаться цветные галлюцинации. Амиловые спирты удаляются из крови только через 15-30 часов. С ростом молекулярной массы растёт растворимость спиртов в жирах и их кумуляция (накопление) в мозге, одновременно замедляется их выведение из организма. При выдержке вин в них образуются амилвалерианат, амилацетат, амилбутират, различные альдегиды и сложные эфиры валерьяновой кислоты, которые не только придают винам аромат, но и усиливают их последствие, которое выражается в головокружении, приливе крови к голове и сердцебиении. Амиловые спирты в больших количествах (до 50 мг на 100 л) содержатся в коньяках, наливках и других высокоароматизированных алкогольных напитках. Этанол в больших количествах также наносит значительный вред здоровью. Концентрация этанола в крови 1,4 промилле (промилле от лат. pro mille – за тысячу, тысячная часть числа, обозначается 0/00) соответствуют острому отравлению, 4-5 промилле приводят к летальному исходу. В меньших концентрациях этанол подавляет активность нейронов, действуя как угнетающе, так и возбуждающе на 16

центральную нервную систему. При систематическом употреблении наблюдаются ожирение и цирроз печени с необратимыми нарушениями обмена веществ, заканчивающимися летальным исходом. Особенная сложность при алкогольных отравлениях заключается в том, что этот токсин не выделяется из организма, а метаболизируется. Если, несмотря на систематическое употребление алкоголя, печень незначительно затронута циррозом, то при отказе от алкоголя может произойти регенерация её функций. Поражение клеток центральной нервной системы является необратимым процессом. Другим распространённым напитком является кофе. Он содержит алкалоиды: кофеин, теофиллин и теобромин. Больше всего в нём кофеина. Допустимая разовая доза кофеина – 0,1 г. Это пограничная доза между действующей на мозг (0,05 г) и сильно возбуждающей сердце (0,2 г), а 0,3 г уже вызывает отравление организма. Следует помнить, что кофеин не столько усиливает работу сердца, сколько учащает сердцебиение. Поэтому усиление сердцебиения – сигнал о необходимости ограничить употребление кофе. Если вы ежедневно получаете с напитками больше 0,435 г кофеина, головная боль обеспечена, да не простая, а с эхо-эффектом, из-за которого страдание может продлиться 5-6 дней с того момента, как вы сделали последний глоток вызвавшего его питья. В умеренных дозах кофеин повышает умственную работоспособность, улучшает настроение, снимает сонливость и усталость (недаром турки свои кофейни называли «школами мудрецов», а англичане – «дешёвыми университетами»). Людям с сильным типом нервной системы, спокойным и уравновешенным это полезно. Однако по словам профессора В. Прозоровского: «Если вы раздражаетесь по пустякам, если не можете спокойно постоять в очереди за вечерней газетой, если теряетесь и плачете при столкновении с трудностями, то лучше вам кофе пить весьма умеренно или вовсе не пить». Примерно три чайные ложки без верха молотого кофе содержат допустимую дозу кофеина (0,07-0,15 г), т. к. в товар его перейдёт 0,05-0,1 г. Растворимый кофе содержит алколоидов в несколько раз больше, поэтому доза его 0,5 чайной ложки на чашку. Какао содержит до 0,05 г, стакан пепси- и кока-колы – 0,015-0,03 г. Людям, страдающим неврозами, гипертонией, глаукомой, кофе противопоказан. Мнение о полезности кофе при пониженном давлении ошибочно – видимый полезный эффект достигается не повышенным давлением, а общей работоспособностью. Попытка повысить кровяное давление путём увеличения потребления кофе и чая приводит к привыканию, а затем и к отравлению организма. Одновременный приём кофе и алкоголя крайне нежелателен, так как резко учащается сердцебиение, что приводит к аритмии. Кофе с коньяком и ликёром при частом употреблении может вызвать серьёзные заболевания, т.к. 17

этот напиток сильно тонизирует желудок. При ослаблении активности пищеварения это полезно, но при повышенной кислотности недопустимо. При небольшом повышении кислотности немного кофе пить можно, но лучше с молоком, т.к. оно нейтрализует отрицательное действие кофеина. К тому же, как уверяют знатоки, если в кофе добавить щепотку мускатного ореха и пару зёрен кардамона, то его можно употреблять в любом количестве, не боясь инфаркта. Из-за нежелательных побочных явлений, которые вызывает кофеин, часть продажного кофе выпускается без кофеина. Раньше для этого кофебобы обрабатывали органическими растворителями, например, дихлорметаном, после предварительной обработки водяным паром. Остатки растворителя испаряли, однако это не обеспечивало его полного удаления. Во многих опытах, в том числе и 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. В США для извлечения кофеина из кофе используют дихлорэтан. В ФРГ используют не вызывающий сомнений метод экстракции, основанный на обработке углекислым газом при температуре 70-90°С и давлении 100-200 атм. К тому же наша промышленность выпускает много кофезаменителей, которые изготовляют из овса, ржи, цикория, плодовых косточек и даже желудей. Иностранцы этому удивляются, но зато такой «кофе» практически безопасен для здоровья, так как кофеина не содержит или содержит в минимальном количестве. Чай содержит кофеина больше, чем кофе (2-3,3 %), но для заварки чая берут меньше, поэтому и его концентрация много меньше. Ограничить потребление крепкого чая следует при развитом атеросклерозе, стенокардии, коронарной недостаточности, гипертонии. Исключать из рациона чай следует при гастритах с повышенной кислотностью и язвенной болезни. Вторым биологически активным веществом чая являются дубильные вещества – чайные танины. Они придают чаю вяжущий вкус, краснокоричневую или золотистую окраску, улучшают пищеварение. К дубильным веществам относятся и чайные катехины – вещества, обладающие свойствами витамина Р, укрепляющие стенки кровеносных сосудов, снижающие их проницаемость. Танины хорошо растворяются в горячей воде и плохо в холодной. С солями железа танины образуют вещество чёрного цвета, поэтому нельзя заваривать чай водой, содержащей железо, или в железных чайниках. Аромат чая обусловлен содержанием летучих эфирных масел. Они накапливаются в листах чайного куста в процессе их обработки – ферментации. Вещества эти легко испаряются, поэтому нельзя кипятить чайную заварку и не следует её долго хранить горячей. 18

Чай содержит витамины: С, В1, В2, Р, РР, пантотеновую кислоту и др. Значительная часть витаминов переходит в заварку и хорошо сохраняется. Ещё 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.

2. Практическая часть Контрольные вопросы: 1. Какие чужеродные вещества могут оказаться в составе современных продуктов питания ? 2. Перечислить возможные последствия употребления нитратсодержащих продуктов для организма человека. 3. Какими путями происходит попадание тяжёлых металлов в продукты питания ? 4. Как проявляется так называемая свинцовая колика ? Почему в больших городах наблюдается повышенное содержание свинца в почве ? 5. Какое вещество получило название «химический СПИД» ? Почему ? Где следует ожидать появление этого вещества ? 6. Какие существуют источники внешнего радиоактивного облучения ? 7. Как влияет тепловое загрязнение водоёмов на концентрацию радионуклидов в организмах гидробионтов ? 8. Перечислить продукты питания, являющиеся поставщиками радионуклидов в организм человека по степени убывания. 9. Укажите существующие недостатки в нормировании содержания радионуклидов в продуктах питания. 10. Перечислить методы снижения радионуклидов в продуктах питания. 11. Образованием каких веществ сопровождаются процессы копчения и поджаривания мяса ? Как образующиеся вещества влияют на организм человека ? 12. В чём состоит сложность выведения составляющих алкогольных напитков из организма человека ? 13. Каков механизм действия кофеина на организм ? 14. Какие вещества способны снижать отрицательное действие кофеина на организм человека ? 15. Какие существуют промышленные методы удаления кофеина из кофе ?

19

Тесты: 1. К числу растений, особенно склонных к накоплению нитратов относятся: 1) шпинат; 2) помидоры; 3) морковь; 4) клубника; 5) капуста. 2. Болезнь Минамата – это отравление: 1) свинцом; 2) ртутью; 3) кадмием; 4) мышьяком. 3. Болезнь итаи-итаи – это отравление: 1) свинцом; 2) ртутью; 3) кадмием; 4) мышьяком. 4. К продуктам, содержащим большое количество биогенных аминов, относят: 1) сыр; 2) уксус; 3) горчица; 4) субпродукты; 5) копчёное мясо и рыба; 6) майонез; 7) цитрусовые; 8) шоколад. 5. Что может служить противоядием при отравлении кадмием: 1) постельный режим и лечение антибиотиками; 2) курс химиотерапии; 3) занятия спортом и высокие дозы витамина А; 4) высокий показатель гемоглобина и высокие дозы витамина Д. 6. Что является истиной, что абсурдом: 1) Биоаккумуляцией называют процесс накопления яда в организме и передачу его по пищевым цепям; 2) Озонирование воды – основной источник поступления диоксинов в организм человека; 3) Лиственные леса особенно склонны к накоплению радионуклидов; 4) Добавление молока в кофе нейтрализует отрицательное действие кофеина на организм. 7. Какие предположения истинны: 1) Уровень накопления радионуклидов в организмах морских обитателей низок из-за высокой минерализации морей; 2) Широкое распространение аллергических заболеваний связано с внедрением в продукты питания остаточных количеств пестицидов; 3) Топинамбур обладает способностью не накапливать нитраты; 4) Чай содержит больше кофеина, чем кофе. 8. Какие предположения абсурдны: 1) При пивоварении происходит образование нитрозаминов при контакте ячменя с открытым пламенем; 2) Малые дозы облучения вреда человеческому организму не наносят; 3) Чай следует заваривать в железных чайниках; 4) При систематическом употреблении алкогольных напитков наблюдается ожирение и цирроз печени с необратимым изменением обмена веществ, заканчивающихся летальным исходом. 9. Какие из приведённых утверждений истинны, а какие абсурдны: 20

1) Перепелиные яйца являются эффективным средством лечения при малых дозах облучения; 2) В процессе жарки продуктов образуется канцерогенный бенз(а)пирен, который также обладает мутагенным и тератогеным свойствами; 3) Алюминиевая посуда является абсолютно безвредной; 4) Употребление кофе полезно при пониженном давлении. 10. Какие утверждения истинны: 1) Бобовые растения способствуют естественному удобрению почвы азотом; 2) Радиоактивные Cs-137 и Sr-90 способны вытеснять из организма человека соответственно калий и кальций; 3) В продуктах детского питания не содержатся ксенобиотики; 4) В современном мире не существует экологически чистых продуктов. Литература 1. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию: Пер. с нем. – М.: Мир, 1997. – 232 с. 2. Гарин В. М., Клёнова И. А., Колесников В. И. Экология для технических вузов. Серия «Учебник для технических вузов». П/р В. И. Колесников. Ростов н/Д: Феникс, 2001. – 384 с. 3. Дёмина Т. А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды: Пособие для учащихся старших классов общеобразовательных учреждений. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Аспект Пресс, 1995. – 143 с. 4. Подшивалова В. А. Боремся с аллергией. – М.: Советский спорт, 1998. – 80 с. (Народная библиотечка здоровья). 5. Ковалёв Н. И., Усов В. В. Кухня, полная чудес. – Екатеринбург: Сред.-Урал. кн.изд-во,1992. – 256 с. 6. Российская газета, 18 июля, 1997 г., ст.: «Хищные вещи века». 7. Бондаренко Э. О. Советы молодой семье. – Калининград: Кн. изд-во, 1993. – 287 с. 8. Ямская слобода, 18 октября 2000 г., ст.: «Ужин на двоих с головной болью, или Техника пищевой безопасности». 9. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособие для вузов/ Д. А. Кривошеин, Л. А. Муравей, Н. Н. Роева и др.; Под ред. Л. А. Муравья. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000 г. – 447 с. 10. Российская газета, 28 января 2000 г., ст.: ««Чистые продукты»- рекламный трюк».

21

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практической работе «Характеристика качества продуктов питания» для выполнения практических работ по курсу «Экология» для студентов всех форм обучения Часть 1. Загрязняющие вещества в продуктах питания

Составитель: к.т.н. профессор кафедры «ПромЭко» Старикова Г. В., ассистент Машкина О. В.

ЛР № 020520 от 23.04.92 г. Подписано к печати Бум. писч. № 1 Заказ № Уч. изд. л. Формат 60х84 1/16 Усл. печ. л. Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж экз. ______________________________________________________________ Издательство "Нефтегазовый университет" Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Тюменский государственный нефтегазовый университет" 625000, г. Тюмень, ул. Володарского 38 Отдел оперативной полиграфии издательства "Нефтегазовый университет" 625000, г. Тюмень, ул. Володарского 38 Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего 22

профессионального образования

Тюменский государственный нефтегазовый университет

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по курсу "Экология" для студентов всех форм обучения Председатель РИСа ____________Перевощиков С.И.

Проректор _________________ "____" __________ 2001 г.

Рассмотрено на заседании кафедры Составители: "ПромЭко" Старикова Г. В. к.т.н., профессор кафедры Протокол № _____________ от "____" __________ 2001 г. «ПромЭко» Зав. кафедрой Машкина О. В. ______________ Шантарин В.Д. ассистент Рассмотрено на заседании методической комиссии ИГиГ Протокол № _____________ от "____" __________ 2001 г. Председатель методкомиссии ___________________________

Тюмень, 2001

23