Экологическая химия пищевых продуктов

Концепции и критерии изучения продуктов питания

Установление норм качества продуктов питания находится в неразрывной связи с системой их снабжения. Глобальный объем производства продуктов питания является ограничивающим фактором увеличения численности населения мира. Поэтому проблема питания и качества питания является ключевой для экологической химии.

Оценка антропогенных химических веществ в продуктах питания основывается на исходных данных о том, какие нежелательные вещества содержатся в природных продуктах питания. Они могут оказаться обычными составляющими природных продуктов питания, а также природными загрязняющими веществами. Природные нежелательные или даже вредные вещества могут находиться не только в отдельных и несуществующих видах пищи, но и в основном исходном сырье для ее производства.

Несмотря на наличие в продуктах питания вредных или даже ядовитых веществ, отравления происходят довольно редко, так как эти вещества разлагаются в процессе приготовления пищи. Относительно действия токсически сомнительных веществ, которые человек принимает с пищей, существует концепция объяснения их безвредности:

n устанавливаются нормальные концентрации в продуктах питания;

n токсичность веществ различной природы не суммируется;

n вредные воздействия ослабляются многочисленными антагонистическими влияниями.

Природные загрязняющие вещества

Загрязнение пищи из посторонних природных источников возможно, например, из почвы с экстремально высоким или, наоборот, низким содержанием некоторых минералов, ядовитыми высшими растениями, насекомыми или микроорганизмами, которые обитают в качестве паразитов или сапрофитов на продовольственных растениях или в готовой пище. Кроме того, некоторые опасные вещества могут попадать в, казалось бы, безупречные пищевые продукты через цепи питания.

Примеры природного загрязнения: если зерновые культуры выращивают на полях с высоким естественным содержанием селена, то сера в аминокислотах замещается селеном. Это может привести к отравлению животных и человека.

Ядовитые высшие растения могут оказаться в зерне, например, в виде семян сорняков, - семена дурмана содержат тропановые алкалоиды, а куколя обыкновенного - токсичный сапонин. Мед, собранный с желтого жасмина или различных пасленовых может оказаться токсичным.

В продуктах питания могут содержаться токсины ботулизма - бактериальные яды, представляющие белковые вещества, которые относятся к наиболее сильным из известных в настоящее время ядов.

Антропогенные загрязнения

Антропогенные химические вещества, попадающие в окружающую среду могут быть индифферентными, нежелательными или даже вредными. Преднамеренно вносят химические вещества при выращивании (удобрения, пестициды) и переработке (добавки) продовольственных культур. Непреднамеренно вещества поступаютв продукты питания (в виде, например, пестицидов) при использовании не по прямому назначению из производственных и бытовых отходов, из непригодного упаковочного материала, а также при приготовлении пищи путем недостаточного нагревания, жаренья в гриле, копчения и т.д. Непреднамеренное появление веществ в продуктах питания, как следует из сказанного выше, в отличие от преднамеренно добавляемых веществ является неконтролируемым.

Антропогенное вмешательство может влиять либо на повышение концентрации природных веществ, либо привносит новые посторонние для окружающей среды веществ.

Критерии оценки антропогенных веществ

Для выяснения степени потребления населением вредных веществ исследуются все продукты питания, но главным образом проводится анализ средней рыночной корзины питания, а также готовые блюда в ресторанах и столовых. Такого рода анализы позволяют, однако, определить потребление вредных веществ лишь в общих чертах, так как до настоящего времени проблема отбора репрезентативных (представительных) проб не решена.

Так как превращение органических веществ в окружающей среде в течение длительного периода времени мало изучено и может быть оценено лишь для немногих веществ, а кроме того. Существуют многочисленные возможности непреднамеренного включения их в цепи питания, очевидна необходимость дополнительных усилий для удаления загрязняющих веществ. Например, мероприятия по снижению количества используемых пестицидов возможны на основе комплексной системы защиты растений и выведения сортов, устойчивых к вредителям.

Общие рекомендации по взятию пробы продуктов питания и подготовка проб к анализу

Получение среднего образца

Пищевые продукты по своей природе редко бывают однородными. Даже жидкости могут расслаиваться, и концентрация в каждом из слоев будет различной. Пробы следует отбирать тщательно, чтобы ошибки, связанные с неоднородностью пищи по объему, были минимальными. Например, при анализе лиственных овощей было бы неправильно использовать пробы, приготовленные из тонких кусочков листьев, так как в них не попадают прожилки. В таких случаях пробу перед анализом необходимо гомогенизировать.

При использовании метода случайного отбора порции для анализа отбирают так, чтобы каждая часть продукта попала в пробу. Из емкостей большого объема пробы отбирают послойно. Они отбираются таким образом, чтобы каждая из отобранных проб соответствовала каждой части общего объема. При анализе жидкостей и мелко измельченного порошка пробы чаще отбирают при постоянном перемешивании.

Измельчение проб

Как правило, продукты состоят из различных растительных и животных тканей, неравномерно распределенных по объему. Поэтому перед началом анализа требуется механическая гомогенизация пробы. Сухие пищевые продукты можно измельчать вручную, а затем механически растереть с помощью шаровой мельницы или соответствующего дробителя. Иногда необходимо дальнейшее измельчение и перемешивание в ступке. Часто для дальнейшего анализа бывает необходимо просеивание измельченных проб.

Высушивание

Данные о составе пищевых продуктов обычно приведены лтибо для сырой пищи, либо для сухой массы.

Если содержание влаги в исходном продукте не постоянно, обычно анализируют предварительно высушенную пробу. В большинстве случаев пробы доводят до постоянного веса в воздушном сушильном шкафу при температуре 70-100^оС. При этом следует избегать перегрева и обугливания образца. Вымораживание позволяет не только снизить содержание влаги в пищевом продукте до нужного уровня, но и дает возможность получить в результате сушки продукт рыхлой структуры, что очень удобно для последующего отбора проб и анализа.

Разложение органических веществ

Немногие продукты питания можно анализировать непосредственно. Большинство из них содержат органические вещества, мешающие анализу. Исключение составляют вода и некоторые напитки, которые можно анализировать колориметрическим или другим методом.

Однако большинство продуктов питания невозможно анализировать, не разрушая органическую матрицу вещества. Удаление органических соединений проводят обычно с помощью различных методом окисления. С этой целью может быть использовано либо мокрое кислотное разложение, либо сухое сожжение.

а) Сухое озоление. Это удобный метод окисления, его можно использовать для анализа больших количеств вещества. Окисление обучно проводят в интервале температур от 400 до 600^оС.

Анализируемая проба наносится тонким слоем на дно тигля. Тигель нагревают на слабом огне для начального разложения органического вещества. Затем тигель переносят в регулируемую муфельную печь. Обычно сжигание проводят при температуре 500-550^оС в течении 8 часов.

б) Мокрое разложение азотной и серной кислотами. Этот метод широко применяется, так как он является простым и надежным:66 5 г. пробы помещают в колбу Къельдаля емкостью 200 мл, затем добавляют 10 мл концентрированной азотной кислоты и равный объем дистиллированной воды. Колбу осторожно нагревают до кипения и продолжают кипятить до уменьшения объема в 2 раза. Смесь охлаждают и постепенно прибавляют 10 мл концентрированной серной кислоты. Затем опять нагревают и добавляют небольшими порциями концентрированную азотную кислоты, пока содержимое не начнет чернеть. Нагревать следует осторожно, чтобы избежать сильного обугливания. В течение всего разложения необходимо добавлять небольшими порциями азотную кислоту. Процесс продолжают до тех пор, пока раствор не посветлеет и не начнет дымиться (5-10 мин.). После этого раствор становится бесцветным. При этом также может образоваться осадок, который растворяется при разбавлении. Раствору дают остыть, добавляют 5 мл. воды, после чего смесь вновь медленно нагревают до кипения, пока раствор не начнет дымиться. После охлаждения для проведения последующих стадий анализа раствор разбавляют дистиллированной водой до метки.