Влияние тяжелых металлов на качество молока и молочной продукции

Есть еще одно обстоятельство нашего времени, усугубляющее состояние здоровья человека из-за дефицита кремния.

Поставим в ряд активности элементов стронций, кальций и кремний и оценим ситуацию потери здоровья любителями молока в наши дни.

Стронций — самый активный элемент  среди названных. Его появление  в организме человека немедленно включает реакции вытеснения и замещения  кальция и других менее активных элементов. А поскольку кремния в организме не хватает, то его место быстро занимает кальций.

Процессы  перераспределения тяжелых  металлов при технологической 

переработке молочного сырья, как  показывают данные проведенных исследований,

не позволяют в большинстве  случаев обеспечить получение продуктов  с 

безопасным уровнем содержания токсикантов. Исходное молоко может  иметь 

различное содержание токсичных элементов, но при этом сохраняется тенденция 

постепенного снижения их концентрации из зоны с повышенной техногенной

нагрузкой в зону относительного благополучия. Учитывая различное сродство

токсичных элементов с составными частями молока, можно сказать, что  степень их

перехода в продукты переработки  коррелирует с количеством сухих веществ

молока и концентрацией отдельных  составных частей и прежде всего  с белковой фракцией

 

Органами санитарного надзора  установлены жесткие нормы содержания токсических элементов в пищевом  сырье и готовых продуктах  питания. Для большинства продуктов  имеются предельно допустимые концентрации токсичных элементов в основных продуктах питания.

Предельно допустимое содержание тяжелых металлов в продуктах  питания

Продукты	Свинец	Кадмий	Мышьяк	Ртуть	Медь	Цинк
Большинство зернобобовых	0,5	0,1	0,2—0,3	0,02—0,03	10	50
Сахар и конфеты	1,0	0,1	0,5	0,02—0,03	10—20	50
Молоко  и большинство жидких молочных продуктов	0,1	0,03	0,05	0,005	1,0	5
Масло растительное и изделия из него	0,1	0,05	0,1	0,05	1,0	5—10
Овощи, ягоды, фрукты свежие и свежезамороженные	0,04—0,5	0,03	0,2	0,02	5,0	10,0
Овощи, ягоды, фрукты и изделия из них в сборной жестяной таре	1,0	0,05	0,2	0,02	5,0	10,0
Мясо и птица свежие	0,5	0,05	0,1	0,03	5,0	20
Мясо и птица консервированные в сборной жестяной таре	1,0	0,1	0,1	0,03	5,0	70
Рыба свежая и мороженная	1,0	0,2	1,0—5,0	0,3—0,6	10	40
Рыба консервированная в сборной  жестяной таре	1,0	0,2	1,0—5,0	0,3—0,7	10	40
Напитки	0,1—0,3	0,01—0,03	0,1—0,2	0,005	1,0-5,0	5,0—10

 

Предельно допустимые концентрации тяжелых металлов и  мышьяка в молочной продукции

Пищевые продукты	Элементы (мг/ кг)
	Свинец	Кадмий	Мышьяк	Ртуть	Медь	Цинк	Железо	Олово
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Молоко, кисломолочные изделия Молоко сгущенное консервириванное Молоко сухое Сыры, творог   Масло сливочное   Казеин	0,1 (0,05)     0,3     0,1 (0,05) 0,3   0,1       0,3	0,03 (0,02)     0,1     0,03 (0,02) 0,2   0,03       0,2	0,05       0,15   0,05   0,2     0,1	0,005       0,015   0,005   0,02     0,03	1,0       3,0   1,0   4,0     0,5       4,0	5,0       15,0   5,0   50,0     5,0       50,0	5,0	200

 

 

 

 

 

 

 

Принцип действия ионов тяжелых металлов

 

Известно, что молекулярными мишенями, то есть объектами атаки ионов 

тяжелых металлов, служат:

- гемсодержащие белки и ферменты;

- системы перекисного и свободнорадикального окисления липидов и

белков, а также системы антиоксидантной и антипероксидной защиты;

- ферменты транспорта электронов и синтеза АТФ;

- белки клеточных мембран и ионные каналы мембран.

Ионы Pb, Hg, Со, Cd образуют прочные комплексы  с аминокислотами и 

другими биомолекулами, содержащими  тио  –(HS–) или алкилтиогруппировки  –

(RS–). Многие комплексы металлов  с органическими лигандами близки  по 

параметрам (размеру, распределению  зарядов) к обычным субстратам

(аминокислотам, гормонам, нейромедиаторам)  и поэтому могут связываться  с 

соответствующими рецепторами (эффект мимикрии). Например, комплекс,

образуемый ртутью и аминокислотой  цистеином, имитирует аминокислоту

метионин, необходимую для биосинтеза адреналина и холина (6, 8).

Металлы известны своими каталитическими  свойствами, однако некоторые 

металлы, особенно это касается группы тяжелых металлов (ТМ) оказывают

противоположное – ингибирующее действие. Так, в результате замены иона Zn на

Hg или Рb происходит дезактивация  участвующих в синтезе гема  ферментов 

карбоангидразы и аминолевулинатдегидратазы. Кроме того, ионы свинца, кобальта

и кадмия активируют фермент гемокиназу, разлагающий гем.

Ингибирование процесса брожения может  происходить путем связывания

ионов ТМ с ферментами, выделяемыми  клеткой, либо путем связывания ТМ со

структурами мембраны клетки и нарушением тем самым ее транспортных

функций. В  средах с высокой  комплексообразующей способностью (с высоким 

содержанием белков) способность клетки к аккумуляция ионов металлов

проявляется слабо.  Однако в процессе молочнокислого брожения оказывается

воздействие на белки молока  –  в ходе повышения кислотности  до

изоэлектрической постоянной происходит насыщение карбоксильных, фосфатных 

групп ионами водорода, заряд на поверхности  казеиновых частиц меняется, что и 

ведет к образованию сгустка. Таким образом, ионы ТМ, адсорбированные на

поверхности казеиновых мицелл или  связанные с карбоксильными, фосфатными

радикальными группами казеина, остаются в свободном ионном состоянии, способном  к образованию соединений с ферментами молочнокислого брожения и

снижению их активности .

Проблема удаления тяжелых металлов существует во многих отраслях

промышленности. Следует заметить, что для осуществления инактивации 

загрязнителей необходимо использовать совокупность мер и приемов, методов,

направленных на создание условий для ослабления, либо полного освобождения от

токсичного действия.

Современные методы удаления тяжелых  металлов из молока

основаны на ионообменных и электродиализных процессах. В числе эффективных 

средств защиты от загрязнения ксенобиотиками как самих сельскохозяйственных

животных, так и получаемой от них  продукции,  – применение  синтетических  и 

природных сорбентов.

Исследования по использованию  сорбентов для целей детоксикации молочного сырья в основном были направлены на установление их сорбционной емкости и лишь незначительно затрагивали вопросы влияния сорбента на основные показатели качества молока и химический состав молока, а также теорию данного взаимодействия. Некоторыми авторами сорбенты были использованы для усиления потребительских свойств уже готовых продуктов (например, исследования МГУПБ по влиянию сорбента на

структурно-механические свойства кисломолочных  продуктов).

Поскольку  технологические свойства молока являются важной частью

оценки  пригодности его к  переработке в молочные продукты и в дальнейшем

определяют качество готовых изделий, изучение факторов, их определяющих,

составляет определенный интерес.  Получение  большинства  молочных продуктов 

построено  на процессах ферментации. Известно, что активность заквасочной

микрофлоры определяется комплексом факторов роста, среди которых не только

наличие питательных компонентов, но и их доступность. По некоторым  свойствам 

молока, не прибегая к выработке  самой продукции, можно судить о  его 

пригодности к переработке.  В молоке, подвергнутом детоксикационным методам

воздействия, определялись характеристики сформировавшегося после 

сквашивания сгустка по следующей  номенклатуре показателей: кислотность,

динамическая вязкость, качественный и количественный состав микрофлоры.

В качестве сорбирующего вещества был  определен Полифепан АО «Сайнтек»

– природный полимер растительного  происхождения, состоящий в основном из

лигнина (около 80%), структурными элементами которого являются производные 

фенилпропана. Адсорбционные свойства полифепана обусловлены наличием

развитой пористой структуры, причем на величины параметров пористой

структуры оказывают  влияние как  состав адсорбента, так и процессы его 

обработки. Объем микропор полифепана такой же, как и у гидролизного лигнина.

Наличие двух мезопористых структур предполагает возможную адсорбцию 

крупных олиго- и полимерных молекул (глобул) физиологически активных

веществ, наличие в составе полифепана как полярных, так и неполярных

функциональных групп может  объяснить сродство адсорбента как к гидрофильным адсорбтивам, например, к белкам, так и гидрофобным. Не исключена возможность

хемосорбции на полифепане из-за присутствия  большого количества активных

центров на поверхности адсорбента.

Данные ртутной порометрии свидетельствуют о наличии у гидролизного

лигнина мезопор, максимальный объем  которых соответствует радиусам пор 3-10

нм и 100-150 нм, и макропор с радиусами 500-5000 нм. После щелочной обработки 

гидролизного лигнина происходит резкое – в 4 раза – возрастание объема мезопор

с радиусом 3-10 нм, объем мезопор  с радиусом 100-150 нм увеличивается  в 1,5

раза. В целом результаты химического  анализа позволяют утверждать, что 

наблюдаются различия в количественных характеристиках показателей качества

сырого молока после обработки сорбентом.

Согласно данным рисунков, видно, что  массовая доля жира  и белка  в 

образцах обработанного молока изменяется, причем внесение сорбента в меньшей

концентрация (5 г/дм ) дает при малой экспозиции (выдержка не более 3 мин)

некоторое  увеличение массовой доли жира,  а затем  по мере увеличения

длительности экспозиции отмечается снижение массовой доли жира.

С увеличением дозы сорбента до 15-20 г/дм наблюдается значительное

снижение массовой доли жира уже  с первых минут воздействия сорбента и

нарастает по времени. Это может  быть обусловлено не только развитой пористой

структурой сорбента,  но и возможностью хемосорбции на полифепане из-за

присутствия большого количества активных центров на поверхности адсорбента.

Оценка бродильной пробы указывает на то, что есть существенная разница между

количеством и качеством состава  микрофлоры сгустков, полученных на основе

молока обработанного сорбентом.

Однако анализ технологических  характеристик молочного сырья  и на их

основе определение его пригодности для переработки, не может в полной мере

обеспечить необходимый уровень  качества полученных изделий, если показатели

безопасности имеют отклонение от предельно допустимых значений.

Поэтому следующий этап работы направлен  на исследование влияние

детоксикационных методов воздействия  на безопасность молочного сырья.

Исследование проводилось на усредненных  пробах молока-сырья из хозяйств,

расположенных в разных по техногенной  нагрузке зонах. Для выявления основных

тенденций влияния фактора были определены две зоны  – кризисной и

относительно удовлетворительной экологической ситуации.  Для  оценки

кумулятивных свойств белково-жировой  и водно-белковой фракций молока

усредненные опытные пробы подвергались деструкции, выделяли две фракции

коагулят и сыворотка.

При анализе каждого металла  в отдельности и сопоставлении  их содержания

в коагуляте и сыворотке, были определены следующие соотношения:

Металл Соотношение

сыворотка : коагулят

Кадмий  1:1,2

Мышьяк 1:1,8

Ртуть 1:21,3

Из данных следует, что белково-жировая (БЖ) фракция обладает более

высокой кумулятивной способностью, чем водно-белковая (ВБ). Прежде всего  это 

обусловлено различием в содержании протеинов, а также их влагоудерживающей 

способности, что, на наш взгляд, определяет силу удержания водорастворимых

контаминантов в среде. Зная фракционную  нагрузку можно прогнозировать не

только производство наименее опасных  молочных продуктов, но и выстраивать 

процесс обеззараживания с учетом химических свойств компонентов  каждой из

фракций и их взаимодействия с контаминантами. Свинец, кадмий, мышьяк и ртуть 

распределяются по фракциям молока неоднородно, что можно связать  с их