ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Металлами являются 80 из 104 элементов, представленных в настоящее время в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Еще 17 относятся к неметаллам, остальные - небольшая промежуточная группа - металлоиды. Физические и химические свойства металлов и неметаллов приведены в табл. 13.

Свойства металлов и неметаллов

Таблица 13

Металлы | Неметаллы

Физические свойства

Хорошо проводят тепло и электричество

Плохо проводят тепло и электричество

Гибкость и ковкость в твердом состоянии

Хрупкость и нековкость в твердом состоянии

Металлический блеск

Нет металлического блеска

Светонепроницаемость

Прозрачность или полупрозрач- ность

Высокая плотность

Низкая плотность

Твердые вещества (кроме ртути)

Газы, жидкости или твердые вещества

Кристаллическая структура, в которой каждый атом окружен восемью или двенадцатью ближайшими соседями; металлическая связь между атомами

Молекулы состоят из атомов, связанных ковалентно; благородные газы моноатомны

Химические свойства

От одного до четырех электронов на внешнем уровне (обычно не более трех)

Обычно четыре-восемь электронов на внешнем уровне

Низкие ионизационные потенциалы; легко образуют катионы, теряя электроны

Высокое сродство к электрону; легко образуют анионы, присоединяя электроны (кроме благородных газов)

Хорошие восстановители

Хорошие окислители (кроме благородных газов)

Гидроксиды основные или амфотерные

Гидроксиды кислотные

Электроположительны; степени окисления положительные

Электроотрицательны; степени окисления отрицательные или положительные

Основные различия химических свойств металлов и неметаллов заключаются в том, что электроны неметаллов легко заполняют валентные уровни, образуя общие электронные пары или принимая электроны других атомов. С ростом числа валентных электронов свойства металлов ослабевают, а неметаллов - усиливаются. Свойства металлов усиливаются также с увеличением количества электронных уровней. Таким образом, свойства элементов периодической системы изменяются с увеличением количества валентных электронов слева направо по рядам и с ростом числа электронных уровней сверху вниз по группам.

Следовательно, четкой границы между металлами и неметаллами не существует. Элементы, находящиеся на границе, обладают амфотерными свойствами. Элементы этой промежуточной группы - металлоиды (бор, кремний, германий, мышьяк, селен, сурьма и теллур).

В тканях человеческого организма присутствует большинство металлов в различных количествах. Это неудивительно, так как в нашей пище содержатся самые разнообразные металлы, что обусловлено их наличием в окружающей среде.

В почве, где выращиваются растения, содержатся металлы различного происхождения, они попадают из почвообразующих горных пород, а также из удобрений, сточных вод и других веществ, вносимых в почву в процессе сельскохозяйственной деятельности. Металлы вносятся и с обломками горных пород, промышленными отходами, с пылью и дымом от сгорания топлива и другими видами атмосферных загрязнений. Вода также может быть источником загрязнения почвы. Количество металлов в почве зависит от ее вида, степени минерализации и других факторов.

Распределение металлов в атмосфере чаще отражает промышленную деятельность людей, ч€:м геологическую структуру, хотя в некоторых случаях, например, близость к морю, приводит к повышению содержания натрия в воздухе.

В Великобритании было изучено содержание тридцати микроэлементов в атмосфере. Выяснилось, что даже отдаленные промышленные районы влияют на содержание металлов в воздухе сельских местностей. Например, в воздухе промышленного Ноттингемшира содержится 380 мг/кг свинца, а у сельского озера Виндермер - 139 мг/кг свинца, 0,09 и 415 мг/кг соответственно ртути и цинка содержится в Ноттингеме и 0,13 и 132 мг/кг - у озера Виндермер.

Результаты исследований показали, что в Японии и США концентрация многих металлов более чем в 10 раз превышает их концентрацию в Англии. Однако атмосфера в Виндермере, в свою очередь, по уровню содержания различных металлов превосходит сельские районы Канады.

Концентрация металлов в воде может быть обусловлена как наличием промышленных предприятий, так и составом горной породы и почвы местности. Содержание металлов в воде может возрастать в результате контакта с трубами.

Содержание металлов в пищевых продуктах животного и растительного происхождения зависит от многих факторов: условий обитания и произрастания, их приготовления и обработки. В пищевых продуктах одного происхождения вариации содержания металлов могут быть значительными. Например, в гидробионтах количество цинка может изменяться от 5 мг/кг до 1000 мг/кг, а никеля в мясе может быть от 0 до 4,5 мг/кг.

Содержание металлов может быть различным в отдельных частях одного и того же продукта. Например, пшеничный зародыш содержит 7,4 мг/кг меди, а эндосперм - менее 2 мг/кг. Уровень цинка в желтке яйца может достигать 35,5 мг/кг, а в белке - только 0,3 мг/кг. Подобные различия могут быть обусловлены способом обработки продукта. Так, нешлифованный рис содержит 0,16 мг/кг хрома, а шлифованный - только 0,04 мг/кг. При помоле пшеницы содержание железа уменьшается почти на 76 %, марганца - на 86 и кобальта - на 89 %.

Технологическая обработка может привести к существенным изменениям содержания металлов в пищевых продуктах. Например, способ обезвоживания молока и детских смесей влияет на содержание железа. В молоке его содержание варьирует от 0,66 до 1,88 мг/кг, в смесях - от 0,82 до 19,01 мг/кг. Пределы содержания других металлов не так велики, но все же существенны.

Поскольку окружающая среда, воздух, вода, пища, содержат большое разнообразие металлов, то не удивительно, что все эти металлы в различных концентрациях попадают в организм человека. Большая часть металлов поступает с пищей. Однако не все металлы остаются в организме. Одна часть выделяется с калом, мочой и потом, а другая часть концентрируется в волосах и коже.

Количество металла, адсорбированного человеческим организмом из пищи, зависит от общего состояния здоровья, генетической природы, содержания витаминов в пищевых продуктах и частично от выбора диеты. Не учитывая широкие колебания концентраций металлов, можно проанализировать данные по среднему поступлению металлов с пищей в человеческий организм и их выведению (табл. 14).

В организме металлы распределяются неравномерно. Одни аккумулируются только в определенных тканях и органах, другие - сразу в нескольких частях организма. Например, в организме человека массой 55 кг кадмий аккумулируется преимущественно в почках (12 мг) и меньше в крови (0,76 мг); свинца в почках будет содержаться 0,12 мг, а в крови - 1,3 мг. Хром концентрируется преимущественно в мышцах (2,4 мг), а в почках едва достигает 0,019 мг.

Из металлов, содержащихся в человеческом организме, лишь некоторые необходимы для нормальной жизнедеятельности. Отсутствие этих металлов приводит к появлению характерных патологических симптомов. Необходимые для человеческого организма металлы можно разделить по их количественному содержанию на два класса (табл. 15). Калий, магний, кальций и натрий относят к макроэлементам, остальные - к микроэлементам.

Среднее потребление и выделение металлов

Таблица 14

Металл

Пища,

мг/день

Моча,

мг/день

Пот, мг/день

Волосы,

мкг/г

Необходимые

Хром

0,05-0,1

0,008

0,059

0,69-0,96

Марганец

2.2-8,8

0,225

0,097

1,0

Железо

15

0,25

0,5

130

Кобальт

0.3

0,26

0,017

0,17-0,28

Медь

3,2

0,06

1,59

16-56

Цинк

8-15

0,5

5,08

167-172

Селен

0,068

0,04

0,34

0,3-13

Молибден

0,3

0,15

0,061

-

Никель

0.4

0,011

0,83

-

Возможно необходимые

Ванадий

2,0

0,015,

-

0,0075

Токсичные

Кадмий

0,215

0,03

-

-

Свинец

0,450

0,03

0,256

2.8-4,8

Ртуть

0,02

0,015

0,0009

18-19

Сурьма

0,15

0,07

0,011

6

Бериллий

0,013

0,0013

-

6,5

Мышьяк

1,0

0,195

-

Барий

1,25

0,023

0,085

2

Малотоксичные

Олово

4,0

0,023

2,23

-

Рубидий

1,5

1.1

0,05

-

Алюминий

4,5

0,1

6,13

5

Титан

0,85

0,33

0,001

0,05

Цирконий

4,2

0,14

-

-

Бор

1,3

1,0

-

7

Классификация металлов, содержащихся в организме

Таблица 15

Группа

Металл

Содержание металла, % от массы тела

Макроэлементы, необходимые

Кальций

1,5-2,2

для нормального функциониро-

Калий

0,4

вания организма

Натрий

0,2

Магний

0,05

Микроэлементы, необходимые

Железо

0,0035

для функционирования орга-

Цинк

0.0025

низма

Селен

0,0003

Марганец

0,0002

Медь

Молибден

Кобальт

Хром

Кремний

Никель

Олово

0,0001

Металлы, механизм действия

Барий

которых еще не установлен, но

Мышьяк

существуют доказательства их

Стронций

участия

Кадмий

Ванадий

Металлы, метаболические

Свинец

функции которых неизвестны

Ргуть

Золото

Серебро

Висмут

Сурьма

Бор

Бериллий

Литий

Галлий

Титан

Прочие

металлы

В последнее время точка зрения на состав второй группы микроэлементов изменилась. Двадцать лет назад только 5 или 6 микроэлементов рассматривались как жизненно необходимые. Но после разработки современных методов анализа, проведения исследований стало известно, что значительно большее количество металлов является жизненно необходимыми.

Недостаток макроэлементов ведет к нарушению обмена веществ, однако доказать необходимость микроэлементов не так просто. Нельзя исключать определенные металлы из пищи человека, чтобы экспериментально установить, к каким последствиям это приведет. Подопытные животные, над которыми проводят эксперименты с пищевыми веществами, очень чувствительны к содержанию макро- и микроэлементов в пище. Поэтому очень трудно получить очищенную и сбалансированную пищу с достаточным, но довольно низким содержанием металла, что позволило бы исследовать его роль.

Окружающая среда, металлические клетки, в которых содержат опытных животных, и неизбежные следы микроэлементов в реактивах аналитической степени чистоты приводят к загрязнению пищи в количестве, удовлетворяющем суточную потребность животного в этом металле.

Таким образом, процесс установления того факта, является ли металл действительно необходимым макро- и микроэлементом, может быть очень длительным, а иногда эта проблема становится неразрешимой Поэтому классификация металлов, приведенная в табл. 15, не является общепринятой. Вероятно, некоторые перевели бы никель и олово в третью группу, а ванадий - во вторую.

Кроме жизненно необходимых, есть металлы, которые присутствуют в небольших количествах в живой ткани. Вероятно, некоторые из них участвуют в жизнедеятельности организма, однако их отсутствие не вызывает видимых симптомов болезни. Некоторые диетологи называют их «благотворными элементами». Возможно, что необходимость этих металлов для организма будет доказана, однако может оказаться, что потребность в них настолько мала, что их количество очень трудно определить.

Макро- и микроэлементы в организме выполняют три основные функции:

  • - входят в состав костей и зубов;
  • - в виде растворимых солей участвуют в регулировании состава жидкостей и клеток организма;
  • - являются кофакторами многих ферментов и входят в состав функциональных белков.

Макроэлементы необходимы при выполнении первых двух функции, а микроэлементы в основном выполняют третью функцию.

Некоторые белки являются биологическими катализаторами и обладают каталитическими свойствами сами по себе. Большинство становятся таковыми в присутствии небелковых компонентов. Если небелковый компонент отделяется, то он называется коферментом.

Кофермент может представлять собой органическую молекулу, в состав которой входит микроэлемент, или она может состоять из одного микроэлемента. В последнем случае, если металл способен отделяться от белковой части, он называется активатором.

Например, железо и медь содержатся в коферментах многих ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях. В других ферментах внутриклеточного окисления коферментом является молибден. Цинк и марганец функционируют как активаторы некоторых ферментов. Большинство микроэлементов имеет аналогичную функцию, поэтому их часто называют металлоферментами.

Неорганические микроэлементы найдены также и в других соединениях организма, в том числе гормонах и витаминах. Так, цинк входит в состав инсулина. Гемоглобин, участвующий в транспорте кислорода в крови, содержит железо. Атомы кобальта образуют молекулы кобала- мина (витамина В12).

Не всегда возможно установить различие между жизненно необходимыми и токсичными металлами. Воз металлы могут проявить токсичность, если они потребляются в избыточном количестве. Действительно, иногда грань между токсичностью и нетоксичностью очень мала, как, например, для селена. Кроме того, трудно рассматривать токсичность металла, взятого отдельно.

Обычно металлы в организме взаимодействуют между собой. Например, физиологическое воздействие кадмия на организм, в том числе его токсичность, зависит от количества присутствующего цинка, а функции железа в клетках определяются присутствием меди, кобальта и в некоторой степени молибдена и цинка. Поскольку известны и другие подобные взаимодействия металлов в организме, следует осторожно подходить к вопросу о токсичности того или иного микроэлемента. Тем не менее можно отличить жизненно необходимые элементы от тех, которые проявляют сильно выраженные токсикологические свойства при самых низких концентрациях и не выполняют какой-либо полезной функции.

К токсичным элементам относятся ртуть, кадмий и свинец. Это наиболее часто встречающиеся в пищевых продуктах токсичные металлы. Другие металлы, особенно радиоактивные, такие, как искусственный плутоний, также не выполняют полезной функции в человеческом организме и являются чрезвычайно опасными даже при низких концентрациях.

Токсичные металлы не являются жизненно необходимыми и благотворными, но способны даже в малых дозах приводить к нарушению нормальных метаболических функций организма, не всегда объяснимому. Патологические последствия и опасная доза ионно-металлического отравления трудно определимы, изменчивы и зависят от многих факторов, особенно от таких, которые могут влиять на уровень потребления металла и регулировать вызываемый металлом метаболизм.

Изготовители и поставщики пищевых продуктов должны учитывать, чтобы в продуктах отсутствовали токсичные металлы, а жизненно необходимые - были в безопасных количествах. Кроме того, они должны гарантировать, что пищевые продукты полностью соответствуют требованиям нормативных документов, следить за тем, чтобы в продуктах не содержались металлы, которые вызывают прогоркание или другие дефекты. Поскольку следы металлов могут влиять на цвет, консистенцию и качество продуктов, следует учесть возможность случайного загрязнения металлами из непищевых источников, например упаковки.

Под действием микроэлементов во время приготовления пищевых продуктов происходит изменение цвета. Даже при концентрациях в несколько миллиграмм на килограмм образуются комплексы между ионами металлов и растительными пигментами, вызывая изменения цвета, что не всегда желательно.

Например, по традиции зеленые овощи готовили в медной посуде, при этом пища имела ярко-зеленый цвет. Однако вишня от меди темнеет и даже чернеет. Потемнение пищевых продуктов может быть вызвано присутствием в них железа, олова и алюминия. Например, железо реагирует с антоцианами некоторых фруктов, придавая им черный цвет.

Следствием загрязнения микроэлементами может быть прогоркание жиров. Следы меди, железа и некоторых других металлов действуют как катализаторы в реакции окисления ненасыщенных связей в липидах, что вызывает резкое ухудшение качества масел, используемых при приготовлении пищи и самих пищевых продуктов, если они содержат жиры.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >