Токсичные элементы. Биологически эссенциальные металлы имеют пределы доз, определяющих их дефицит, оптимальный уровень и уровень токсического действия. Все металлы могут проявлять токсичность, если они по­требляются в избыточных дозах.

Объединенной комиссией ФАО/ВОЗ по пищевому ко­дексу к числу компонентов, содержание которых контро­лируется при международной торговле продуктами пита­ния, отнесены: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, стронций, цинк, железо. В России во всем продовольст­венном сырье и пищевых продуктах контролируется содер­жание четырех элементов: ртути, кадмия, свинца и мы­шьяка. В овощных, фруктовых, ягодных консервах и полуфабрикатах, в грибных консервах дополнительно оп­ределяют олово (в сборной жестяной таре) или хром (в хро­мированной таре); в коровьем масле и жировых продук­тах на основе сочетания животных (включая молочный жир) и растительных жиров, поставляемых на хранение, дополнительно контролируются медь и железо; в комби­нированных маслах с гидрогенизированным жиром — никель; в пектине — медь и цинк; в ксилите, сорбите, ман­ните и других сахароспиртах — никель; в йодированной поваренной и лечебно-профилактической соли — йод.

Ртуть. Этот металл известен как один из самых опас­ных и высокотоксичных элементов, он способен накапли­ваться в организме растений, человека и животных.

Органические соединения ртути применялись в каче­стве фунгицидов при обработке зерна. Однако с тех пор, как стало известно об опасности подобных соединений, во многих странах, в том числе и в России, их использование было запрещено.

Токсичность неорганических соединений ртути сни­жают аскорбиновая кислота и медь при их повышенном поступлении в организм, органических — протеины, ци­стин, токоферолы.

Человек получает с суточным рационом в среднем 0,045-0,060 мг ртути. Допустимое суточное потребление ртути, установленное ФАО/ВОЗ, составляет 0,054 мг.

Допустимый уровень ртути в зерне, крупе, муке, пи­щевых отрубях составляет не более 0,03 мг/кг, в хлебе, булочных и сдобных изделиях — не более 0,015 мг/кг, в бараночных и сухарных — не более 0,02 мг/кг.

Кадмий. Этот металл является одним из самых опас­ных токсикантов внешней среды. В природе в чистом виде не встречается. Он содержится в мазуте, дизельном топ­ливе, в некоторых видах фосфатных удобрений.

Для профилактики интоксикации кадмием важно пра­вильное питание: преобладание в рационе растительных белков, повышенное содержание аскорбиновой кислоты, цинка, меди, селена, железа, серосодержащих аминокис­лот. Достаточное количество железа в крови снижает ак­кумуляцию кадмия в организме.

Противоядием при отравлении большими дозами кад­мия является витамин Д.

Допустимое суточное потребление кадмия составляет 70 мкг/сут. Содержание кадмия в 1 кг суточного набора продуктов не должно превышать 30-35 мкг. Допустимый уровень содержания кадмия в хлебе, булочных и сдобных изделиях составляет не более 0,07 мг/кг.

Свинец является распространенным и опасным токси­кантом. Отравление свинцом носит название сатурнизм или плюмбизм и наблюдается у людей, работающих со свинцом, вызывая частичный или полный паралич. До­пустимая суточная доза свинца составляет приблизитель­но 0,007 мг/кг массы тела, предельно допустимая концен­трация свинца в питьевой воде — 0,05 мг/дм³.

В микроколичествах свинец содержится практически повсеместно. Допустимый уровень содержания свинца в хлебе, булочных и сдобных изделиях составляет не более 0,35 мг/кг, в зерне и муке — 0,5, пищевых отрубях — 0,35.

Мышьяк. После ртути мышьяк считается вторым по токсичности контаминантом пищевых продуктов. Допу­стимый уровень содержания мышьяка в хлебе, булочных и сдобных изделиях составляет не более 0,15 мг/кг, в зер­не и муке — не более 0,2 мг/кг.

Технология переработки пищевого сырья с повышен­ным содержанием тяжелых металлов. В среднем по Рос­сии за последние годы около 3% пищевой продукции не соответствует гигиеническим нормативам по содержанию тяжелых металлов. По ряду регионов этот показатель до­стигает 6% и более.

Снизить содержание тяжелых металлов в пищевой продукции без ухудшения ее пищевой ценности практи­чески невозможно. Это связано с тем, что тяжелые метал­лы способны образовывать прочные комплексы с различ­ными пищевыми веществами, например, с белками.

Наиболее эффективное снижение содержания тяже­лых металлов достигается при производстве рафинирован­ной продукции (из условно-годного сырья) — крахмала, спирта, сахара, безбелковых жировых продуктов.

Решение проблемы экологической безопасности зерна и продуктов его переработки в значительной степени за­висит от создания новых технологий, обеспечивающих снижение содержания или предотвращающих попадание контаминантов в зернопродукты на различных этапах — от зерна до хлеба, в том числе в процессе послеуборочной обработки и подготовки зерна, а также на этапах произ­водства хлеба.

При производстве хлеба из целого зерна в экологиче­ски неблагополучных зонах встают две проблемы, связан­ные с получением безопасной продукции:

• снижение микробиологической обсемененности зерна;
• снижение содержания тяжелых металлов и радионук­лидов в зерне.

В Орловском ГТУ установлено, что снижение содержа­ния свинца в зерне пшеницы при производстве зернового хлеба достигается при внесении на стадии подготовки зер­на ферментных препаратов целлюлолитического дейст­вия, таких как Целловиридин Г20х, Biobake-721, Pento- pan 500BG и Fungamyl Super AX. Их применение обеспе­чивает снижение массовой доли свинца в зерне пшеницы с 0,576 до 0,422-0,167 мг/кг. Наибольшей эффективно­стью снижения содержания свинца отличается отечествен­ный ферментный препарат Целловиридин Г20х.

При замачивании зерна с ферментными препаратами и последующем промывании его водой возможны потери белковых фракций и редуцирующих сахаров, что является отрицательным фактором при подготовке зерна к произ­водству хлеба. Так, потери белков при промывании состав­ляют 1,0-1,8%; редуцирующих сахаров — 0,29-0,37%.

Радионуклиды. Вещества, имеющие в своем составе радионуклиды, называют радиоактивными. Пищевые продукты контролируют на соблюдение гигиенических нормативов по содержанию радионуклидов цезия-137 и стронция-90.

Приложением 4 технического регламента таможенно­го союза ТР ТС 021-2011 «О безопасности пищевой продук­ции» нормируются допустимые уровни радионуклидов це­зия-137 и стронция-90 по их удельной активности (Бк/кг, Бк/дм³). Например, в хлебобулочных изделиях уровень це­зия-137 не должен превышать 40 Бк/кг, а стронция-90 — 20 Бк/кг. Применительно к муке и крупе установлен нор­матив только по цезию-137 — не более 60 Бк/кг.

Способы снижения содержания радионуклидов в пи­щевой продукции и организме человека. Значительное сни­жение радионуклидов в пищевых продуктах достигается, прежде всего, первичной обработкой. За счет тщательно­го мытья, очистки, отделения малоценных частей можно удалить от 20 до 60% радионуклидов.

Важный фактор предотвращения накопления радио­нуклидов в организме людей на территориях, загрязнен­ных аварийными выбросами — это употребление пище­вых продуктов и их отдельных компонентов, обладающих защитным действием и способствующих ускорению вы­ведения из организма радиоактивных металлов. Обогаще­ние рациона питания рыбной массой, ламинарией, кост­ной мукой, кальцием, фтором способствует уменьшению риска возникновения онкозаболеваний. Немаловажное значение в профилактике радиоактивного воздействия имеют неусвояемые углеводы, p-каротин и пищевые про­дукты с их высоким содержанием.

Большую ценность представляют пектины, содержа­щиеся в продуктах растительного происхождения. Нали­чие в них свободных кислотных групп обусловливает их свойство связывать в кишечнике ионы металлов. При этом образуются стойкие соединения, которые не всасываются в кровь и выводятся из организма. Пектины можно ис­пользовать в профилактическом питании для защиты от воздействия любых токсичных металлов: свинца, ртути, кадмия и др.

Для жителей регионов с повышенным загрязнением окружающей среды радионуклидами в увеличенных до­зах необходим кальций, так как он обеспечивает конку­рентное замещение и выведение из организма радиоактив­ного стронция и снижает опасность его воздействия в 1,5 раза. Разработаны рецептуры хлебобулочных изделий, обогащенных кальцием. Кальций вносится в них в коли­честве 0,5-1,0% в виде пищевого химически осажденно­го мела. Для повышения усвояемости кальция разработа­ны технологии обогащенных этим макроэлементом булоч­ных изделий с использованием полуфабрикатов (жидкой опары, молочной сыворотки, КМКЗ), содержащих молоч­ную кислоту. Применение этих технологий обеспечивает переход плохо усвояемого кальция пищевого мела в хоро­шо вовлекаемый в обмен веществ лактат кальция.

Так, введение в рецептуру молочной сыворотки уве­личивает количество лактата кальция в булочках, что осо­бенно важно для детей. Использование таких технологий позволяет получать специальные хлебобулочные изделия, содержащие 200-300 мг кальция в 100 г изделий при ре­комендуемой суточной норме 900-1000 мг.

Для ослабления отрицательных последствий радиаци­онного воздействия на организм человека разработаны рецептуры хлебобулочных изделий с β-каротином. Он спо­собствует восстановлению нормальных иммунных реак­ций, снижению риска сердечно-сосудистых и онкологи­ческих заболеваний. Основное разрушение добавленного p-каротина происходит на стадии замеса теста при кон­такте с воздухом. Суммарные потери β-каротина при про­изводстве пшеничного хлеба составляют 12-15%, а ржа­ного и ржано-пшеничного — 25-30% от первоначального количества. Разработанные технологические компонен­ты, в состав которых входит β-каротин, вводят в конце замеса теста, чтобы избежать их разрушения и длитель­ного воздействия на клейковину и, как следствие, на фи­зико-химические свойства теста.

Для выведения уже попавших в организм радионук­лидов необходима высокобелковая диета. Потребление белков должно быть увеличено на 10% от суточной нор­мы. Это необходимо для восполнения носителей сульф- гидрильных групп, окисляемых активными радикалами, которые образуются радионуклидами.

Полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды. Полициклические ароматические углево­дороды насчитывают более 200 представителей, которые являются сильными канцерогенами. К наиболее актив­ным канцерогенам относят бенз(а)пирен (3,4-бензпирен), холантрен, перилен. Канцерогенная активность реальных сочетаний полициклических ароматических углеводо­родов на 70-80% обусловлена бенз(а)пиреном. Поэтому по его присутствию в пищевых продуктах можно судить об уровне их загрязненности этой группой ксенобиотиков и о степени онкогенной опасности для человека.

Бенз(а)пирен попадает в организм человека с такими продуктами, в которых до настоящего времени существо­вание канцерогенных веществ не предполагалось. Он об­наружен в хлебе, овощах, фруктах, маргарине, раститель­ном масле и других продуктах.

Содержание бенз(а)пирена в продуктах питания зна­чительно колеблется в зависимости от способа технологи­ческой обработки и от степени загрязнения окружающей среды.

Сильное загрязнение происходит при сушке зерна ды­мовыми газами, образуемыми при сгорании угля (в 2-10 раз выше по сравнению с первоначальным содержанием). При сушке зерна топочными газами, образуемыми при сго­рании мазута, содержание бенз(а)пирена повышается в 2-3 раза.

Приборы, где в смеси воздуха для сушки применяют продукты сгорания топлива, пока еще применяются в су­шилках, которые работают на газе. Если газовая горелка правильно отрегулирована, то продукты сгорания вред­ного воздействия на зерно не оказывают.

На содержание бенз(а)пирена в растительном сырье влияет место произрастания. Так, в удаленных от про­мышленных предприятий местах образцы зерна содержат бенз(а)пирена около 0,73 мкг/кг, а образцы зерна из про­мышленных районов — до 22,2 мкг/кг.

Норма содержания бенз(а)пирена для продовольствен­ного зерна, установленная техническим регламентом та­моженного союза ТР ТС 021-2011 «О безопасности пище­вой продукции», составляет 0,001 мг/кг. Допустимое су­точное потребление бенз(а)пирена равно 0,24 мкг.

Для максимального снижения содержания канцеро­генов в пище основные усилия необходимо направлять на создание таких технологических приемов хранения и пе­реработки сырья, которые бы предупреждали образова­ние канцерогенов в продуктах питания или исключали загрязнение ими.

Пестициды. Это средства химической защиты расте­ний. Для продовольственного сырья растительного про­исхождения обязательна информация о пестицидах, ис­пользованных при возделывании сельскохозяйственных культур, фумигации помещений и тары для хранения, борьбе с вредителями продовольственных запасов, а так­же дата последней обработки ими. Ввоз, использование и оборот сырья растительного и животного происхождения, не имеющего информации о применении пестицидов при его производстве, не допускается.

Во всех видах продовольственного сырья и пищевых продуктов контролируются пестициды: гексахлорцикло­гексан (α-, β-, γ-изомеры), ДДТ и его метаболиты. В зерне и продуктах его переработки кроме названных контроли­руются ртутьорганические пестициды; 2,4-Д-кислота, ее соли и эфиры, а для пшеницы — и гексахлорбензол.

Технологические способы снижения содержания пести­цидов в пищевой продукции. С целью снижения остаточ­ных количеств пестицидов в пищевой продукции исполь­зуют различные технологические способы. На эффектив­ность снижения остаточных количеств пестицидов влияет характер их распределения в разных частях растений.

При переработке зерновых остаточные количества пестицидов концентрируются в отрубях; таким образом, наименьшее их количество содержится в муке тонкого по­мола.

Микроорганизмы и их метаболиты. Микроорганизмы служат одной из причин порчи пищевых продуктов (на­пример, плесневевые грибы, картофельная палочка), при этом они могут вызвать пищевое отравление или пищевую инфекцию. Гигиенические нормативы по микробиологи­ческим показателям безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов в соответствии с техническим регла­ментом таможенного союза ТР ТС 021-2011 «О безопасности пищевой продукции», включают следующие группы микроорганизмов:

• санитарно-показательные: количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорга­низмов (КМАФАнМ), бактерии группы кишечных палочек — БГКП (колиформы), бактерии семейства Enterobacteriaceae, энтерококки;
• условно-патогенные микроорганизмы: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, бактерии рода Proteus, Ba­cillus cereus и сульфитредуцирующие клостридии, па­рагемолитический вибрион (Vibrio parahaemolyticus);
• патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонел­лы, листерии (Listeria monocytogenes), бактерии рода иерсиний (Yersinia);
• микроорганизмы порчи — дикие дрожжи и плесневые грибы, молочнокислые микроорганизмы;
• микроорганизмы заквасочной микрофлоры и пробиоти­ческие микроорганизмы (молочнокислые микроорга­низмы, пропионовокислые микроорганизмы, дрожжи, бифидобактерии, ацидофильные бактерии и др.) в про­дуктах с нормируемым уровнем биотехнологической микрофлоры и в пробиотических продуктах. Микроорганизмы первой группы (санитарно-показа­тельные) характеризуют санитарное состояние производ­ства и соблюдение технологических режимов.

Микроорганизмы второй группы (условно-патогенные) характеризуют санитарное состояние производства, так как развиваются при вторичном обсеменении микроорга­низмами при нарушении санитарных норм.

Микроорганизмы третьей группы (патогенные) харак­теризуют санитарно-эпидемиологическое состояние про­изводства.

Микроорганизмы четвертой группы (микроорганизмы порчи) характеризуют стойкость продукции при хранении.

Микотоксины (от греческого mykos — гриб и toxicon — яд) — вторичные метаболиты микроскопических (плесневых) грибов, отличающиеся высокой токсично­стью: многие из них обладают мутагенными, тератоген­ными и канцерогенными свойствами.

Продуценты микотоксинов широко распространены в природе и могут поражать пищевые продукты на любом этапе их производства: в поле («на корню»), во время убор­ки урожая, его транспортировки или хранения, в процес­се приготовления пищи в домашних условиях.

Плесневые грибы поражают продукты растительного и животного происхождения на любом этапе их получе­ния, в производственных и домашних условиях. Несвое­временная уборка урожая, недостаточная его сушка до хранения, недостаточная защита от влаги при транспор­тировании и хранении приводят к размножению микромицетов и образованию в пищевых продуктах токсических веществ. Для обнаружения, идентификации и определе­ния микотоксинов используются методы тонкослойной и высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Пищевые продукты, подвергнутые тепловой обработ­ке, в том числе и хлебобулочные изделия, могут быть по­тенциальной причиной микотоксикозов. Они чаще возни­кают при употреблении в пищу продуктов переработки зерновых и зернобобовых культур, содержащих токсины, накапливающиеся в них в результате жизнедеятельности некоторых видов микроскопических плесневых грибов.

Насчитывается более 250 видов плесневых грибов, ко­торые при определенных условиях могут продуцировать токсические вещества.

Описано более 100 видов микотоксинов, вызывающих заболевания у людей.

Наиболее изучены и имеют практическое значение представляющие потенциальную опасность плесневые гри­бы из рода Aspergillus (вызывают афлатоксикозы), Fusarium (фузариотоксикозы), Penicillium (патулинотоксикоз), Claviceps purpurea (эрготизм).

Афлатоксины — одна из наиболее опасных групп мико­токсинов, обладающая сильными канцерогенными свойст­вами. В настоящее время описано 15 видов афлатоксинов, среди которых наиболее полно изучены афлатоксины В₁ и M₁. Они содержатся в зерновых и бобовых культурах.

Оптимальные условия для развития и роста грибов, продуцирующих афлатоксины, — температура 20-30°С, относительная влажность воздуха — 85-90%. Основную роль в механизме токсического действия афлатоксинов играет нарушение проницаемости мембран клеточных структур и подавление синтеза рибонуклеиновой и дезок­сирибонуклеиновой кислот. Последнее приводит к нару­шению синтеза белков и липидов в митохондриях и, как следствие, к ряду серьезных клинических заболеваний.

Эффект воздействия афлатоксинов усиливается при де­фиците белков, незаменимых жирных кислот и ретинола. При избытке белков наблюдается усиление канцероген­ного действия за счет снижения активности ферментов (эпоксидгидролаза, глутатионтрансфераза), ответственных за детоксикацию афлатоксина и его метаболитов.

Допустимая суточная доза афлатоксинов для взросло­го человека массой 60 кг составляет 0,3-0,6 мг. Афлатоксины не разрушаются в процессе обычной технологиче­ской обработки загрязненных пищевых продуктов. Пол­ное разрушение афлатоксинов может быть достигнуто лишь путем их обработки аммиаком или гипохлоритом натрия.

Эрготизм возникает при употреблении пищевых про­дуктов из зерна, содержащего рожки спорыньи — гриба Claviceps purpurea, образующего высокотоксичные алка­лоиды (эрготоксин, эрготамин, эргометрин) и биогенные амины (гистамин, тирамин и др.). Эти соединения могут поражать нервную систему или нервно-сосудистый аппа­рат. Ядовитые соединения спорыньи устойчивы при тер­мической обработке и хранении хлебопродуктов. В муке допускается наличие не более 0,05% спорыньи.

Основные представители микотоксинов, загрязняю­щих зерно, следующие: в период созревания зерна в по­ле — дезоксиниваленол, зеараленон, фумонизины, а при хранении урожая — афлатоксины, охратоксин А.

При хранении в неблагоприятных условиях возмож­но также вторичное заражение зерна фузариотоксинами, иногда превосходящее первичное загрязнение в поле.

Самосогревание — главная причина загрязнения зер­на афлатоксинами и охратоксином А, а кукурузы — зеараленоном.

Из-за высокой устойчивости микотоксинов к воздей­ствию химических и физических факторов в настоящее время отсутствуют промышленные технологии полной де­токсикации зерна продовольственного назначения и про­дуктов его переработки. Поэтому наиболее приемлемым методом защиты зерна от загрязнения микотоксинами является предупреждение их образования на всем пути от поля до потребителя за счет применения улучшенных про­цессов возделывания, обработки, хранения, а также ча­стичное обезвреживание зернопродуктов при переработке.

Загрязнение зерна микотоксинами при созревании. Эпифитотии фузариоза колоса, вызываемого Fusarium gra- minearum, возникают в южных районах России. Риск на­копления микотоксинов в пшенице и ячмене, пораженных фузариозом, очень высок. Все штаммы Fusarium graminearum, извлеченные с фузариозной пшеницы, образуют токсины. Причем в 100% проб зерна пшеницы, поражен­ного фузариозом, обнаруживается дезоксиниваленол, ко­торый накапливается в основном во время его созревания.

В отличие от дезоксиниваленола, зеараленон образу­ется в фузариозной пшенице при неблагоприятных усло­виях уборки и хранения, когда зрелое зерно повторно ув­лажняется дождем и росой в период раздельной уборки или хранения на токах. В некоторые дождливые годы во вре­мя уборки до 68% партий фузариозной пшеницы было заг­рязнено зеараленоном в количестве от 0,01 до 1,48 мг/кг (Казаков Е. Д., 2005).

Задержка с сушкой сырого фузариозного зерна может привести к дополнительному накоплению дезоксиниваленола и зеараленона. Этот процесс часто возникает в све­жеубранном зерне влажностью свыше 17-19%.

Загрязнение зерна микотоксинами при хранении. Хра­нение — непременный этап производственной цепи, кото­рый должен обеспечить сохранность, качество и безопас­ность убранного зерна. При хранении в зерне образуются в основном афлатоксины B₁ и G₁. Другие микотоксины, например охратоксин А, пеницилловая и койевая кисло­ты, стеригматоксин, встречаются намного реже.

Обязательным условием для образования афлатокси- нов является преобладание токсигенных штаммов Asper­gillus flavus в микрофлоре зерна. Доля продуцентов афлатоксинов в популяции Aspergillus flavus по данным Ка­закова Е. Д. (2005) была минимальна (1-6%) в регионах с умеренным климатом (Центральные регионы России, Сибирь), частота обнаружения афлатоксинов в поражен­ном зерне здесь была также низкой (0,5-2% проб).

В более теплых и засушливых регионах (Северный Кавказ, Казахстан) доля токсигенных штаммов возраста­ла до 20-30%. Значительная их часть продуцировала вы­сокие концентрации токсина (более 1000 мкг/кг). Афла­токсины были обнаружены в 14-15% исследованных проб зерна, уровни контаминации их достигали > 500 мкг/кг (Казаков Е. Д., 2005).

Микробиологические процессы порчи, самосогревание и загрязнение зерна афлатоксинами происходят наиболее интенсивно в годы с избыточным увлажнением в период созревания.

Самосогревание играет важную роль в накоплении микотоксинов в хранящемся зерне в районах с умеренным климатом. При повышении температуры в процессе само­согревания наблюдается смена экологических групп гри­бов. Таким образом, на различных этапах самосогревания возникают условия, при которых возможно развитие токсигенных грибов и синтез микотоксинов.

На толщину контаминированного слоя влияют усло­вия и продолжительность хранения. Интенсивность на­копления афлатоксинов в зерне различных культур зави­сит от сочетания различных факторов: влажности, темпе­ратуры, аэрации и засоренности зерновой массы.

На микробиологическую безопасность хлеба влияют два фактора: микробиологическая загрязненность сырья — пшеничной муки, отрубей, соевой муки, а в отдельных слу­чаях прессованных дрожжей, обусловливающая карто­фельную болезнь хлеба, и развитие плесневых грибов рода Aspergillus, Penicillium, Mucor и др., отдельные из кото­рых образуют микотоксины.

Для повышения микробиологической безопасности хлебобулочных изделий разработаны технологии, мето­ды и средства, описание которых приводится в соответ­ствующих руководствах («Инструкция по предупрежде­нию картофельной болезни хлеба», ГосНИИХП, 1998; «Методическое руководство по производству хлеба с уд­линенными сроками хранения», ГосНИИХП, 2002).