Джерела, шляхи і механізми забруднення харчових продуктів металами і металоїдами.

Вступ

Тема: Метали в організмі людини

Навколишнє середовище — повітря, вода і земля мають у своєму складі ціле розмаїття хімічних елементів. Оскільки рослини їх активно вбирають, то з них хімічні елементи потрапляють в їжу, а разом з нею в організм людини — це і є основним шляхом їх надходження. Деяка кількість хімічних елементів проникає через легені або в процесі вживання чи використання води. Іони металів можуть проникати в організм людини з розчинів через шкіру, якщо вона контактує з такими розчинами. Навмисне і контрольоване введення іонів певних металів через шкіру з розчину під дією постійного електричного струму називається електрофорезом і використовується і використовується з лікувальною метою.

Різні тканини і органи людини по-своєму акумулюють ті чи інші елементи. Так, Кадмій накопичується переважно в нирках, Хром - в м'язах серця, Барій — у пігментній оболонці ока, Натрій, Кальцій, Магній — у плазмі крові і лімфі, Ферум — в еритроцитах, Кобальт — складовий елемент вітаміну В₁₂, мікроелементи — Купрум, Бор, Цинк, Молібден, Станум , Селен, за деякими даними, входять до складу біологічних каталізаторів — ферментів.

Роль багатьох металів в організмі людини до кінця не з'ясована через неможливість проведення досліджень. Проте відомо, що Кальцій, Магній, Фосфор і Флуор у складі ортофосфатів є основою кісткової тканини, Йод входить до складу тканини щитовидної залози, яка регулює процеси обміну, Ферум — незамінний елемент гемоглобіну — білка червоних кров'яних тілець — еритроцитів. Гемоглобін відіграє роль транспортера кисню з легень у клітини організму, а фермент карбоангідраза виконує протилежну функцію; Натрій, Кальцій і Магній у складі плазми крові і лімфи забезпечують необхідні осмотичні умови для сольового обміну між клітинами крові і клітинами всіх тканин організму. Калій впливає на стан серцевих м'язів, при недостачі Калію можуть виникнути болі в області серця. Переважна більшість мікроелементів (Ферум, Купрум, Цинк, Манган, Молібден) входять до складу коферментів, тобто тих компонентів, які активують ферменти, без коферментів ферменти не діють. Важливий гормон підшлункової залози — інсулін має у своєму складі Цинк.

За вмістом у людському організмі елементи поділяють на такі групи: макроелементи (Кальцій — 1,5-2,2, Калій — 0,4, Магній — 0,005, Натрій — 0,2% від маси тіла); мікроелементи, вміст яких приблизно 0,003% і менше від маси тіла (Ферум, Цинк, Селен, Манган, Купрум, Молібден, Кобальт, Хром, Силіцій, Нікель, Станум); елементи, механізм дії яких ще не встановлений, але їх участь в біологічних процесах доведена (Барій, Арсен, Стронцій, Ванадій); елементи, біологічні функції яких невідомі (Плюмбум, Меркурій, Аурум, Аргентум, Бісмут, Стибій, Бор, Берилій, Літій, Галій, Титан, інші метали).

На практиці буває важко встановити межу між життєво необхідними і токсичними елементами, тому що токсичність залежить не тільки від хімічної природи елемента, але і від його кількості. Крім того, токсичність може підвищуватись або знижуватись у присутності інших елементів або хімічних речовин. Так, біологічна роль Кадмію, як і його токсичність, визначається супутною кількістю Цинку, а функція Феруму залежить від кількості Купруму, Кобальту, Молібдену. Деякі хімічні речовини або продукти (активоване вугілля, молоко) активно зв'язують токсичні речовини, через це їх вживання рекомендують як терміновий захід при певних видах гострих отруєнь.

Хоч при оцінюванні токсичності елементів буває важко визначити вплив супутних факторів, але існує можливість відрізнити справді життєво необхідні елементи від тих, які проявляють сильно виражену токсичну дію при досить низьких концентраціях і не виконують яку-небудь корисну функцію. Це — Меркурій, Кадмій, Плюмбум. Вони найчастіше зустрічаються в харчових продуктах. Дуже токсичні Берилій і талій. Існує визначення поняття “токсичні метали”. Токсичні метали — це такі, які не є життєво необхідними, чи благотворними, але які в дуже малих кількостях призводять до порушення нормальних біологічних функцій організму. Хоч точна суть означеного порушення часто буває не зовсім і не завжди ясною. Токсичними металоїдами є Арсен і Стибій.

Кожен працівник харчового підприємства зобов'язаний піклуватися про те, щоб харчові продукти повністю відповідали вимогам чинного законодавства щодо гранично допустимих концентрацій токсичних елементів. Вони повинні стежити за тим, щоб у продуктах не було тих домішок, які викликають зникнення якості або навіть непридатність для вживання (зміна належного зовнішнього вигляду, смаку, поява неприємного запаху, плісняви тощо).

Навіть невеликий вміст мікроелементів часто викликає зміну звичного кольору харчових продуктів за рахунок комплексоутворення між іонами металів і рослинними пігментами, що є в складі їжі. Так, вишні чорніють від зіткнення з мідним посудом, те ж саме спостерігається, якщо яблучний сік зберігати в залізній тарі, надмірна кількість Алюмінію або Стануму також викликає потемніння багатьох продуктів.

Сліди мікроелементів у складі жирів діють як каталізатори їх окиснення, внаслідок чого жири гіркнуть, особливо, якщо до їх складу входять залишки ненасичених жирних кислот.

Одним з основних джерел забруднення харчових продуктів є сама вихідна сировина, яка може не відповідати необхідним вимогам щодо вмісту в ній хімічних елементів.

Переважна більшість рослин, що дають сировину для харчових підприємств, вбирають хімічні елементи в обмеженій кількості, проте є групи рослин, які спроможні накопичувати певні елементи в дуже великих кількостях. Прикладом може бути накопичення Цинку в листках подорожника, Плюмбуму — в рослинах придорожніх лісових смуг, Селену — в бобах, Ауруму — у хвощі польовому. Є рослини, яким підвищений вміст у грунті певних хімічних елементів навіть “подобається”. Такі рослини служать природними індикаторами на Купрум, Уран, Кобальт, Аурум або Аргентум і допомагають геологам у пошуках корисних копалин. Але підвищений вміст шкідливих елементів у рослинах і організмах тварин може сприяти їх переходу до складу харчових продуктів. Так, Кадмій відкладається у зернах рису внаслідок використання для зрошення промислових стічних вод електролітичних виробництв. Ще в 50-х роках в Японії був випадок, коли понад 50 чоловік загинули від зерен рису з підвищеним вмістом Кадмію. Зерна пшениці, пдібно рису, акумулюють Цинк і Пдюмбум, тому при недотриманні певних застережень, борошно може бути забруднене цими металами.

Планктон і риба також легко поглинають з морської води Арсен, Меркурій, Плюмбум, Кадмій і при необережному використанні можуть бути джерелом забруднення харчових продуктів.

У наш час обсяг відходів, які утворюються внаслідок життєдіяльності людини досить значний і з кожним роком зростає. Основна маса твердих відходів закопується в котловани, утворені після добування вапняку, глини, піску або гравію. Велика ж частина відходів переробляється в мул стічних вод і міський компост, які далі застосовуються як ґрунтові добрива.

Технологія переробки стічних вод на добрива при всій її економічній вигоді приховує в собі небезпеку забруднення ґрунтів перш за все Купрумом, Ферумом, Манганом і, що особливо небезпечно, Цинком, Плюмбумом і Меркурієм. Вміст Цинку в стічному мулі може бути в 300 разів більший, а Купруму і Бору в 100 разів більший, ніж у природних ґрунтах. Названі елементи важко вилучаються з ґрунту і впливають на хімічний склад урожаїв протягом багатьох років, хоч не всі вони однаково поглинаються рослинами. Найбільше рослини накопичують Бор, Плюмбум, Кадмій і Меркурій і в незначній мірі Цинк і Купрум.

Хімічні добрива, особливо фосфорні, можуть виступати джерелом токсичних металів, якщо їх вміст у добривах підвищений. Звичайна пшениця легко вбирає в свої зерна Кадмій, якщо вміст останнього у ґрунті значний.

Сільськогосподарські хімікати — фунгіциди, інсектициди і гербіциди мають у своєму складі Купрум, Меркурій, Арсен, Плюмбум. Їх використовують для обробки овочів і фруктів, звідки вони можуть потрапити до їжі або напоїв (соків, вина), а після вживання — в організм. Підвищений вміст Арсену у м'ясі тварин може спричинити препарат арсенатної кислоти, який використовують як стимулятор приросту ваги тварин.

Проникнення Арсену в рослини і організм людини зумовлене тим, що за своїми хімічними і кристолографічними особливостями він подібний до Фосфору і змінює його в природних сполуках.

На превеликий жаль, впродовж останніх століть, людина виявилась невдячною природі і, спокусившись благами цивілізації, нещадно експлуатувала і забруднювала її. Зокрема, це стосується і води, куди викидалося все — від побутового сміття до відходів металів. Брудна вода може викликати серйозні інфекційні хвороби — дизентерію, черевний тиф, холеру тощо, а також викликати смертельні отруєння людей після вживання риби з підвищеним вмістом токсичних елементів.

В Україні така небезпека існує поблизу міст, де розвинуті зімічна, електрохімічна, металургійна, радіотехнічна, гальванічна промисловості, а поряд є річки або моря. Це — Черкаси, Кременчук, Дніпропетровськ, Запоріжжя, Кривий Ріг, Одеса, Севастополь, Хмельницький, Вінниця і деякі інші.

Вихідна харчова сировини в більшості випадків потребує технологічної обробки. Якщо процеси миття і очищення від часток землі відбуваються неякісно або сировина контактує з металами протягом значного часу, то цим самим створюються умови для її забруднення металами. В готовий продукт метал може переходити з тари, якщо в хімічному відношенні вона нестійка, до того продукту, який у ній зберігається. Таким чином, як обладнання, так і тара можуть бути джерелом хімічного забруднення.

Працівник харчової промисловості або установи громадського харчування мусить знати хімічну дію кожного харчового продукту на той матеріал, який контактує з ним. Відомий випадок отруєння дітей дитячого садочка домашнім м'яким сиром, який зберігався в оцинкованому відрі. Сироватка сиру, яка мала великий вміст молочної кислоти, прореагувала з цинком, внаслідок цього утворилась токсична сполука Цинку, яка забруднила продукт, що й призвело до нещасного випадку. Древні римляни полюбляли вживати добре вино, яке зберігалось у поливаних глеках. Оскільки до складу полив (глазурей) входив плюмбум (ІІ) оксид, то останній легко переходив у вино. Вживання такого вина спричинювало хронічні отруєння Плюмбумом. Вчені вважають, що чудернацькі вчинки римських імператорів були наслідком їх хворобливого стану від отруєння цим металом. В Югославії траплялись випадки отруєння людей Плюмбумом з маслин, які зберігалися у свинцевому посуді.

У сучасному побуті деколи використовують луджений посуд - це мідний посуд, покритий тонким шаром олова. Оскільки олово має домішку свинцю, то він разом з міддю легко переходить в їжу, якщо вона має хоч невеликий вміст органічних кислот — яблучної, оцтової, молочної і деяких інших. Зрозуміло, що варити борщ (а він має домішки органічних кислот) в лудженому посуді є витівкою досить ризикованою.

Метали можуть потрапити в харчові продукти також з поливаного і емальованого посуду. Глиняний посуд лише тоді мало забруднює харчові продукти, якщо він поливаний твердим, рівним і міцним шаром покриття. Металевий посуд, емальований яскраво-жовтими або червоними емалями, може бути джерелом появи в продуктах Плюмбуму і Кадмію, бо ці сполуки металів є компонентами неорганічних пігментів.

Через це було розроблено стандарти з правил безпеки в харчовій промисловості і встановлено суворі обмеження кількостей Кадмію і Плюмбуму, які можуть проникати в їжу зі стінок обладнання чи посуду. Взірцем можуть бути правила, видані в Фінляндії:” Резервуари, пристрої і посуд, які використовуються для приготування, транспортування і збереження харчових продуктів повинні бути таким, щоб їх контакт з продуктами не призводив до отруєння, небезпечного для здоров'я. Посуд чи обладнання заборонено застосовувати, якщо продукти при цьому стикаються зі свинцем, цинком чи іншими металами, сплавами або речовинами, здатними викликати отруєння. Застосування посуду або апаратів заборонено, якщо вони утримують Арсен, розчинний у харчових продуктах. Посуд або апаратура не повинні містити Плюмбум, Кадмій або стибій у таких кількостях і в такій формі, що за 24 години перебування в 4%-му розчині оцтової кислоти при кімнатній температурі в розчин переходить більше мг металу з 1дм² поверхні контакту з харчовим продуктом. З посуду або апаратури не повинні вилучатись також барвники”.

Санітарні установи органів охорони здоров'я зобов'язані здійснювати систематичний контроль за вмістом токсичних металів у харчових продуктах, а працівникам цих органів надане право будь-яким способом перешкоджати забрудненню харчових продуктів токсичними металами.

Плюмбум і Кадмій можуть проникати в харчові продукти з візерунків скляного посуду, паперових і поліетиленових обгорток і етикеток. Особливо небезпечні ті, що містять яскраві кольорові барви, до складу яких входять неорганічні фарби з вмістом Плюмбуму і Кадмію. Відомий факт, коли гумова жуйка була в привабливій обгортці, що містила 88 мг/кг Плюмбуму. Тут і варто замислитись, чи настільки вже необхідні Україні зарубіжні харчові продукти.

Пластмасові упаковки виявились непоганими у використанні, бо при перевірці було виявлено, що з їх поверхні метали переходять у продукти в малих кількостях.

Харчові продукти можуть забруднюватись металами не тільки через друкарські фарби, але й через харчові барвники. В багатьох країнах світу такі барвники було вилучено з ужитку і заборонено через підвищений вміст Арсену, Кадмію, Хрому і Плюмбуму.

Джерелом шкідливих елементів на практиці може бути металева тара або упаковка, в якій зберігають готові продукти. Консервні банки, виготовлені з залізної жерсті і луджені оловом, широко використовуються для зберігання м'ясних, рибних і молочних продуктів. Надійність від забруднення може бути гарантована в цьому випадку лише тоді, коли продукт, що знаходиться в банках, містить малі кількості органічних кислот, нітратів, окисників чи відновників, а температура зберігання досить низька. Захисником стінок металевих банок від дії агресивних домішок їжі служить харчовий лак, хоч є дані про те, що сам харчовий лак може бути джерелом Плюмбуму і спричинити забруднення.

Якщо зазначені умови порушено, то метал консервних банок або тари може реагувати з продуктом. Така взаємодія частіше має характер електрохімічної корозії: активніший метал служить анодом у гальванічній парі двох металів, а менш активний метал — катодом. Як приклад, розглянемо корозію залізної жерсті, покритої оловом. Якщо захисне покриття порушене (удар, подряпина, агресивна дія хімічної домішки), то два метали тари — залізо і олово вступлять у контакт з харчовим продуктом. У кислому середовищі одночасно ідуть процеси:

(-) Fe⁰ – 2e = Fe²⁺; (+) 2H⁺ + 2e = H₂(Sn),

анод катод

тобто залізо, як активніший метал, розчиняється і переходить у розчин, а на олов'яному покритті виділяється водень. Це зумовлено значенням стандартних електродних потенціалів (E⁰Fe/Fe²⁺ = -0,44B, E⁰Sn/Sn²⁺=-0,14 B).

Гази, які можуть утворюватись у продуктах консервних банок, у тому числі і водень, викликають їх здуття. Такі консерви вважаються непридатними для харчування, бо можуть викликати харчові отруєння.

У нейтральному або слаболужному середовищі водень на олові не виділяється, а натомість іде процес деполяризації, який відбувається особливо активно в присутності кисню:

(+) катод: О₂ + 2Н₂О + 4е = 4ОН^-.

Токсичність металів значно зростає, якщо у їжі знаходяться нітрати, тоді можлива реакція відновлення нітратів до нітритів:

2H⁺ + Me + NO₃^- → Meⁿ⁺ + NO₂^- + H₂O.

Очевидно, тут спостерігається кумулятивний ефект токсичності, викликаний одночасним вмістом металу і нітрит-іонів. Останні особливо швидко утворюються, коли харчовий продукт з підвищеним вмістом нітратів піддають термообробці в алюмінієвому посуді. Небезпека забруднення Плюмбумом, Арсеном і Стибієм пов'язана також з тим, що ці метали є домішками до олова, яким лудять жерсть для консервних банок.

Упродовж багатьох десятиліть для пакування харчових продуктів використовується алюмінієва фольга, яка добре себе зарекомендувала в харчовій промисловості. Але виявляється, що як і інші метали, вона має присадочні елементи: залізо, мідь, цинк, манган і хром. Якщо створюються відповідні корозійні умови, то як сам алюміній, так і його домішки з фольги можуть потрапити в продукти. Щоб цього не трапилось, алюмінієва фольга упаковки не повинна контактувати з металами або металоїдами, по відношенню до яких алюміній є більш активним і в корозійному середовищі виступає як анод.

E⁰(Al/Al³⁺) = -1,66 B , E⁰(Zn/Zn²⁺) = -0,76 B , E⁰(Cd/Cd²⁺) = -0,40 B, E⁰(Ni/Ni²⁺) = -0,25 B, E⁰(Pb/Pb²⁺) = -0,13 B, E⁰(Cu/Cu²⁺) = +0,34 B, E⁰(Hg/Hg²⁺) = +0,85 B.

З наведених значень стандартних електродних потенціалів металів видно, що в гальванічній парі алюміній — метал активність впливу на алюміній контактуючого металу зростає від цинку до ртуті. Порівнюючи хімічну активність вже розглянутих металів по відношенню до харчових продуктів, які контактують з ними, можна виділити метали, придатні для виготовлення харчового обладнання або несумісні з харчовими продуктами.

За певних умов алюміній може бути використаний для обладнання, тари і фольги, але через високу хімічну активність цей метал має все ж порівняно нешироке застосування. Те ж саме можна стверджувати про луджену залізну жерсть.

Набагато кращим матеріалом служать хімічно стійкі нержавіючі сталі, з яких домішки міді, нікелю і хрому дуже повільно і в малих кількостях переходять у харчові продукти. Посуд з не6ржавіючої сталі не відновлює нітрати харчових продуктів до нітритів, через що має вагому перевагу порівняно з алюмінієвим. До металів, непридатних для контакту з їжею, належить кадмій, свинець, нікель, мідь, цинк, берилій, ртуть і талій. А застосування сплавів берилію зовсім заборонено на підприємствах харчової промисловості через його високу токсичність.

Взагалі, здатність токсичних металів переходити в харчові продукти під впливом органічних кислот можна оцінити за значенням констант стійкості комплексів, утворюваних металом з цією кислотою: чим більше значення константи стійкості (β, або lgβ), тим легше метал переходить у продукт.

Під дією оцтової кислоти в продукти найлегше переходить з металу ртуть, потім свинець, а найгірше — барій, тоді як оксалатна кислота найактивніше переходить в забруднення мідь, а потім свинець і цинк. Винна кислота переводить в розчинні комплекси спочатку цинк, а потім мідь і свинець. Цитратна (лимонна) кислота — спершу ртуть, потім мідь, кадмій, цинк, свинець і, нарешті, барій. З розглянутих кислот найактивніше переводить більшість металів у забруднення цитратна (лимонна) кислота.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Організація ведення робочих документів аудитора	\|	Плюмбум

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.019 сек.