Экологические проблемы питания

Загрязнение пестицидами и гербицидаии

В настоящее  время ядохимикаты широко используются как эффективное средство борьбы с вредителями и болезнями растений, как средство защиты животных от эктопаразитов и т. д. Ядохимикаты также применяются для борьбы с грызунами, переносчиками заразных болезней (энцефалит, малярия, сыпной и возвратный тифы, сонная болезнь и многие другие). Причиной отравления человека и животных ядохимикатами является попадание их в пищевые продукты и воду. Особенно опасны для человека и животных те ядохимикаты, которые длительно сохраняются в почве, воде, растениях и некоторых других объектах. Минздравом РФ утверждены максимально допустимые уровни содержания остаточных количеств 298 пестицидов. По производственному назначению пестициды относятся к таким основным группам:

гербициды — вещества и препараты, уничтожающие сорняки (агалон, акрил, алахлор и многие другие);

инсектициды — убивают вредных насекомых (абат, алдрин, амбуш и др.);

фунгициды — уничтожают вредоносные грибы (афос, арцерид, бордоская жидкость и др.);

регуляторы  роста — стимулируют рост растений или тормозят рост в высоту (А-1, алар, гидрозит малеиновой кислоты, декстрел и др.);

протравители  семян — химические средства обеззараживания семенного материала (бронокот, гексахлорбензол, киномет 15 и др.);

дефолианты — вызывают опадение листвы у растений. Применяют их для облегчения машинной уборки хлопчатника и других сельскохозяйственных растений (гидрол, дропп, кампозан и др.);

фумиганты — пестициды, применяемые в газо- или парообразном состоянии (бромистый метил, дихлорэтан, метиллилхлорид и др.);

моллюскоциды — химические средства уничтожения улиток и слизней, повреждающих сельскохозяйственные культуры. Применяют для обработки зерновых и овощных культур, садов, пастбищ и водоемов (метальдегид и др.);

ратициды  — химические средства уничтожения мышей и крыс (препарат 242-хлорпикрин и др.);

репелленты — отпугивают преимущественно насекомых, грызунов, птиц. Наиболее широко их используют против кровососущих насекомых, мух и клещей (оксамат и др.). Максимально допустимые уровни содержания пестицидов в некоторых растительных и животных пищевых продуктах приведены в «Медико-биологических требованиях и санитарных нормах качества продовольственного сырья и пищевых продуктах», утвержденных 1.08.89 № 5061-89. Особенно строгий контроль должен быть за содержанием пестицидов в продуктах, предназначенных для детского и диетического питания.

Нитраты и нитриты

Нитраты и нитриты  содержатся в растениях в качестве нормальных метаболитов или накапливаются  в результате нерационального использования  азотных удобрений. За последние  годы неоднократно наблюдались случаи цианоза (метгемоглобинемии) у грудных детей, которых кормили свежим или консервированным шпинатом. Отмечены серьезные токсикации при употреблении арбузов, земляники, редиса, огурцов с высоким содержанием нитратов. В литературе встречается успокаивающая информация, что для взрослого организма нитраты не представляют особого риска. Содержание нитратов в пищевых продуктах для детей не должно превышать 50 мг/кг, а для взрослого организма — от 70 до 1400 мг/кг. Но ведь дети не питаются отдельно от взрослых. Особенно часто появляется диспепсия, вызванная нитратным отравлением, у грудных детей. Однократное введение 100—150 мг нитритов вызывает у человека покраснение кожи лица, снижение артериального давления, учащение пульса, ощущение шума в голове. При введении 300 мг отмечается обильное потение, синюшность кожи, одышка, головокружение, а иногда — преходящее расстройство зрения. Нитрит и нитрат калия или натрия применяются как добавка при посоле мяса и мясных продуктов для сохранения красного цвета. При посоле красный мясной краситель — миоглобин, превращающийся при кипячении в серо-коричневый метмиоглобин, реагирует с нитритами, образуя красный нитрозомиоглобин. Это соединение, придающее мясным изделиям типичный красный цвет соленого мяса, не изменяется при кипячении и более устойчиво, нежели миоглобин, к воздействию кислорода воздуха. Наряду со стабилизацией окраски нитраты и нитриты совместно с поваренной солью оказывают консервирующее действие. Их применяют исключительно в виде так называемых посолочных смесей, состоящих из поваренной соли и небольших количеств нитритов и нитратов. Наблюдались тяжелые, иногда групповые, интоксикации различными колбасными изделиями, содержавшими, вследствие ошибочного применения, большие концентрации нитритов — от 200 до 6570 мг/кг продукта. Описаны случаи нитритной метгемоглобинемии при употреблении рыбы, обработанной нитритом натрия. Описаны также случаи острых отравлений нитратами, связанных с ошибочным употреблением их вместо поваренной соли. Существует мнение, что нитриты могут вызывать развитие опухолей, а также, что нитриты, уменьшая содержание витаминов в органах, снижают устойчивость организма к действию онкогенных факторов. При введении нитратов через желудочно-кишечный тракт организм человека в 2,5 раза более чувствителен, чем многие лабораторные модельные животные. Поэтому результаты исследований по токсичности нитратов и нитритов на организмы животных неадекватны для организма человека. Было установлено, что длительное применение нитратов во время беременности приводило к аномалии развития плода: гематомы, нарушение развитие костной ткани. С помощью радиобиохимических исследований установлено, что мишенью действия больших доз нитратов являются ядра печеночных клеток и нуклеиновый обмен. В таблице 20 приведены медико-биологические требования по содержанию нитратов и нитритов в пищевых продуктах.

Консерванты и антиокислители

Стремление обеспечить людей максимально широким ассортиментом  пищевых продуктов независимо от времени и места производства вызвало необходимость создания различных способов обработки сырья  и готовых продуктов с целью  предупреждения порчи и удлинения  сроков хранения. Особенно остро эта проблема стала при появлении импортных продуктов питания с увеличенным сроком хранения. В России ограниченно использовались консерванты и антиокислители, но с появлением большого разнообразия импортных продуктов, в особенности из слаборазвитых стран (Чили, ЮАР, Турция, Польша и др.), где нормативы содержания консервантов и антиокислителей значительно занижены, на нашем рынке оказались пищевые продукты, не соответствующие требованиям Минздрава России. Консерванты воздействуют, прежде всего, на микроорганизмы. Но в желудочно-кишечном тракте человека также находятся полезные микроорганизмы (бифидобактерии), которые обитают в толстом кишечнике и, гидролизуя гемицеллюлозы, поставляют в наш организм другие (кроме глюкозы) биологически активные моносахариды. Длительное применение пищевых продуктов с консервантами приводит к угнетению бифидобактерий и способствует развитию у человека дисбактериоза. В качестве консервантов применяются неорганические соединения, органические кислоты и их производные, а также специальная группа консервантов. К неорганическим консервантам относят борную кислоту и ее производные. Борная кислота и бораты (бура) еще несколько лет назад были разрешены в отдельных странах для консервирования отдельных пищевых продуктов. Следы боратов встречаются не только в почвах, минеральных водах, но и в меде, винах, фруктах и других растительных продуктах. Консервирующее действие борной кислоты и боратов основывается на нарушении метаболизма фосфатов и интенсивном блокировании декарбоксилирования аминокислот в микроорганизмах. В России наличие борной кислоты и ее солей в пищевых продуктах не регламентируется. Перекись водорода обладает бактерицидными свойствами, в особенности при кислой реакции субстрата. Она используется для обеззараживания питьевой воды, а также для консервирования молока, рыбных продуктов (студня), крабов, пива, а также как добавка ко льду при перевозке морских рыб и при брожении теста. Минздравом России разрешается применять перекись водорода при заготовках белых кореньев и лука-полуфабриката для консервной промышленности, однако остатка ее в готовых полуфабрикатах не допускается. Двуокись серы и ее производные широко применяются для консервирования плодоовощной продукции. Антимикробная активность двуокиси серы и сульфитов заключается в том, что, наряду с ингибирующим свойством, они восстанавливают дитиогруппы микробных ферментов. Они активно действуют на плесневые грибы, дрожжи и аэробные бактерии, однако значительно меньшее влияние оказывают на анаэробные бактерии. Лучше всего двуокись серы действует в кислой среде. Двуокись серы и сульфиты разрешены для применения в производстве большого числа пищевых продуктов и полуфабрикатов. Кроме того, они используются для дезинфекции бутылок, бочек и других емкостей для хранения пищевых продуктов. Минздравом России допускается содержание диоксида серы в плодово-ягодном пюре — полуфабрикате до 1000—3000 мг/кг, в сушеной капусте до 600 мг/кг, в сушеном картофеле до 400 мг/кг, в томат-пюре из сульфитированной массы до 380 мг/кг и в вине столовом — до 300 мг/кг. Органические кислоты и их производные. Бензойная кислота и ее соли ингибируют действие каталазы и пероксидазы, в результате чего в клетках микроорганизмов накапливается перекись водорода. Уже в небольших количествах она тормозит рост аэробных микробов, тогда как для подавления дрожжевых и плесневых грибов необходимы более высокие концентрации. Присутствие белков ослабляет активность бензойной кислоты, в то время как неорганические соли (фосфаты, хлориды) ее усиливают. Бензойная кислота наиболее эффективна в кислой среде, а в нейтральных и щелочных растворах ее действие почти не ощущается. Поэтому недостаточно кислые пищевые продукты нельзя консервировать с применением консервантов на основе бензойной кислоты. Так как в организме кумуляции бензойной кислоты не происходит, то ее рассматривают как относительно безвредное соединение. Бензойная кислота встречается в различных растениях как в свободном виде, так и в виде эфиров или амидов. В небольшом количестве (менее 0,1%) она встречается также и в некоторых фруктах и ягодах, например в чернике, малине, смородине, сливах, а также в гвоздике, анисовом масле и др. Бензойная кислота и ее натриевые или калиевые соли, наряду с двуокисью серы, нашли широкое применение. Эффективные концентрации колеблются в пределах 0,1—0,4%. Например, максимальная добавка бензойной кислоты, а также ее натриевых или калиевых солей к маргарину составляет 1000 мг/кг, а при использовании их в комбинации с сорбиновой кислотой дозировку рекомендуется уменьшить. Бензойная кислота применяется также для консервирования лекарственных и косметических средств. n-Оксибензойная кислота и ее эфиры — соединения растительного происхождения. Они входят в состав алкалоидов и растительных пигментов. Сама же кислота содержится в созревающем сыре. n-Оксибензойная кислота как консервант менее эффективна, чем ее эфиры. Бактерии, дрожжи и плесневые грибы гибнут в растворе n-оксибензойной кислоты только при концентрации 0,86%. Этиловый и пропиловый эфиры n-оксибензойной кислоты разрешены для консервирования большого числа пищевых продуктов. Муравьиная кислота и ее производные. Муравьиная кислота, в отличие от уксусной, в организме человека окисляется медленно и не полностью. Ее действие на слизистую оболочку желудка зависит от концентрации. Она может вызвать нарушение функции почек и печени. Муравьиная кислота в свободном виде встречается в растениях (хвое, крапиве); в виде следов ее находят в плодово-ягодных соках, вине, меде и некоторых минеральных водах. Незначительное количество муравьиной кислоты в качестве нормальной составной части содержится в моче человека. Она находит применение в консервной промышленности многих стран. Ее применяют в большинстве случаев при консервировании овощных соков, безалкогольных напитков и кислой капусты. Пропионовая кислота и ее соли. В организме человека пропионовая кислота метаболируется почти без остатка. Путем окисления она превращается в пировиноградную кислоту. Комиссия Кодекс Алиментариус рекомендовала пропионовую кислоту в качестве консерванта в производстве сыров из расчета 3 г/кг. При этом допускается применять пропионовую и сорбиновую кислоты (или их соли) в комбинации. Сорбиновая кислота и ее соли. В последние годы сорбиновая кислота и ее соли были разрешены почти во всех странах в качестве консервантов в концентрациях от 0,01 до 1,2%, в основном для маргарина, сыра, яичного желтка, овощных и фруктовых изделий, а также печенья и вина с повышенным содержанием остаточного сахара. В сравнении с другими консервантами при производстве рыбных и мясных изделий ее применение предпочтительнее. Сорбиновая кислота встречается в природе в ягодах рябины.

Соединения, образующиеся при  хранении и переработке  пищевых продуктов

Количество химических реакций, которые могут протекать  при хранении, переработке и приготовлении пищевых продуктов, бесконечно. При длительном хранении пищевых продуктов, либо под воздействием высоких температур, основные компоненты продуктов питания (белки, жиры, углеводы, витамины) могут вступать в химические взаимодействие между собой или под воздействием органических кислот — разрушаться. При этом за счет уменьшения содержания сахаров, белков снижается пищевая ценность продуктов питания и увеличивается их загрязненность. Наиболее изученными соединениями являются продукты реакции Майяра. На первой стадии этой реакции происходит взаимодействие сахаров с аминокислотами (например, лизин) с образованием комплексных соединений и дальнейшим их разрушением. В результате образуются такие соединения как ацетальдегид, глицеральдегид, метиоглиоксаль, бензальдегид, фурфурол, оксиметилфурфурол, ацетон, диацетил, мальтол и многие другие. Вторая стадия меланоидинообразования до конца еще не изучена. Известно, что она включает в себя реакции полимеризации и конденсации карбонильных соединений при участии аминокислот. В пищевых продуктах из всех этих соединений определяется содержание только оксиметилфурфурола. Присутствие оксиметилфурфурола в пищевых продуктах нежелательно по следующим причинам: фурановые производные являются ядами, большие дозы их вызывают судороги и паралич, малые дозы угнетают нервную систему. Максимально допустимое содержание оксиметилфурфурола в пищевых продуктах, главным образом в высокоинвертных сиропах, не должно превышать 100 мг/л продукта. Однако в пчелином меде, поскольку он относится к лечебным продуктам, содержание оксиметилфурфурола по стандарту не должно превышать 25 мг/кг. Многие пищевые продукты подкрашиваются продуктами разрушения сахаров — жженый сахар (коньяк, бренди, кока-кола, пепси-кола, Байкал и др. напитки), в котором обнаруживается высокое содержание оксиметилфурфурола. Однако содержание оксиметилфурфурола в напитках почему-то до сих пор не регламентируется. Биологически активные амины. Пищевые продукты содержат большое количество физиологически активных аминов. Большинство из них — это органические основания с низкой молекулярной массой, которые не представляют опасности для человека, если не употребляются в большом количестве, а также при условии, что катаболические механизмы не имеют генетических отклонений и не ингибируются лекарствами. В пищевых продуктах находятся многие физиологически активные производные гистамина, тирамина и фенетиламина, включая триптамин и его гидроксилированное производное серотонин, которые обнаруживаются в помидорах, бананах, фруктах и фруктовом соке. Эти вещества применяются в качестве нейромедиаторов, однако их потребление с продуктами, вероятно, оказывает незначительное влияние на центральную нервную систему. С другой стороны, при значительном потреблении некоторые естественные амины влияют на центральную нервную систему (действующие как стимуляторы, такие как кофеин, теофиллин и теобромин в кофе и чае; действующие как депрессанты, например, этиловый спирт и диоскорин; тропановые алкалоиды в мясе; как галлюциногены, например, в мускатном орехе). Однако в настоящее время эти соединения не относят к загрязняющим. Окисленные жиры. Химические реакции, протекающие при нагреве жиров и масел, могут привести к образованию различных гидрокси-, эпокси- и пероксисоединений, причем некоторые из них, предположительно, отличаются токсичностью из-за высокой реактивности по отношению к составным частям клеток организма человека. Проведенные исследования на животных не выявили до сих пор канцерогенного действия этих соединений, но вопрос об опасности для человека остается открытым из-за неполноты наших знаний о химических и биологических свойствах многих продуктов окисления липидов. Нитрозамины. Нитриты, которые появляются в рационе питания человека из-за распространенности в природе или преднамеренного добавления, при определенных условиях могут реагировать с вторичными аминами и образовывать нитрозамины. Нитрозамины для организма человека являются канцерогенами, то есть веществами, вызывающими раковые заболевания. Нитрозирование происходит при жарении бекона нитритного посола, а также в пищеварительном тракте. В качестве источников нитрозаминов называют следующие продукты: копченую колбасу, жареный бекон, ветчину, салями, сыровяленные колбасы, копченую сельдь и другую рыбу, сыр, молоко, муку, пшеницу и грибы. Кроме того, нитрозамины обнаружены в последнее время в пиве и виски.

Проблема  ГМО в России

Почти третья часть  пищевых продуктов, употребляемых  в европейских странах, являются «генетически модифицированными организмами» (ГМО), в США этот показатель достигает 60%. Что же подразумевается под этим термином? ГМО — любой живой организм, обладающий новой комбинацией генетического материала, полученной благодаря современной биотехнологии. Генная инженерия появилась в 1972 г. как новое направление в молекулярной биологии. Тогда в лаборатории американского профессора Станфордского университета Пола Берга была получена гибридная молекула ДНК, состоящая из фрагментов фаговой, бактериальной и вирусной ДНК.

В 1996 г. впервые  было начато коммерческое использование генетически модифицированных (ГМ) растений. С тех пор, по данным исследовательской организации Worldwatch Institute, площадь посева трансгенных культур только в Америке увеличилась (за период 1996-2000 гг.) в 25 раз и достигла 44.2 млн. га1. Посевы трансгенных растений существуют в 13 странах мира, крупнейшие поля этой продукции находятся в США, Канаде и Аргентине. К началу третьего тысячелетия годовая стоимость продукции, выпускаемой в США на основе генно-инженерных методов, достигла более 50 млрд.долларов.

Генномодифицированную продукцию выпускают и в России. По данным выборочного тестирования, от 30 до 40% продуктов, продаваемых в  Москве, содержат ГМ-компоненты. При  этом предприятия не информируют  покупателей о содержании ГМ-компонентов.

Многие ученые видят в генной инженерии средство решения глобальной продовольственной проблемы, особенно в развивающихся странах. С помощью новых биотехнологий можно также получать дешевые лекарства. С возрастанием генетического разнообразия, возможно, увеличится и устойчивость новых видов к различным вредителям, болезням, к изменениям среды обитания, климата. Во многих странах создают специальные так называемые «банки растений», где пытаются сохранить каждую травинку, семечко, — не исключено, что генетический фонд сыграет в будущем еще большую роль в решении продовольственной проблемы.

И все же широкое  применение генетически модифицированных продуктов опасно для здоровья человека, поскольку еще не выяснено их влияние  на здоровье нынешнего и будущих  поколений людей, а также и на окружающую природную среду. Генетически модифицированные продукты могут вызвать появление новых видов вредителей, вирусов. Интенсификация сельскохозяйственного производства за счет внедрения и расширения угодий, занятых ГМ-растениями, может привести к потере существующего естественного биоразнообразия.