Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверской государственный технический университет»
(ТвГТУ)
Кафедра Биотехнологии и химии
Курсовая работа
Выполнил: студент 3курса
дневного отделения
факультета ХТФ
группы СМ – 1101
Баурина А.А.
Принял: доцент
кафедры БТ и Х
Ожимкова Е. В.
Тверь 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ 4
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1.2.1 Ртуть 14
1.2.2 Свинец 15
1.2.3 Кадмий 17
1.2.4 Алюминий 18
1.2.5 Мышьяк 19
1.2.6 Медь 20
1.2.7 Цинк 21
1.2.8 Олово 22
1.2.9 Железо 24
4.1 Методы определения мышьяка 40
4.2 Методы определения кадмия 41
4.3 Методы определения свинца 45
4.4 Методы определения ртути 45
4.5 Методы определения цинка 48
4.6 Методы определения железа 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 54
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В данной курсовой работе применяются следующие термины с соответствующими определениями:
Антагония – это противостояние, непримиримое отвержение.
Возгон – это оксиды легко возгоняемых металлов, образующиеся при высоких температурах в некоторых металлургических процессах.
Гальванизация – это метод покрытия одного металла каким-либо другим путем электролиза.
Гипотония – это пониженный тонус сосудов или мышц.
Инактивация – это частичная или полная потеря биологически активным веществом или агентом своей активности.
Инсектициды – это химические препараты для уничтожения вредных насекомых.
Интоксикация – это отравление организма образовавшимися в нём самом или поступившими извне токсическими веществами.
Кофактор – это вещества, необходимые для каталитического действия того или иного фермента.
Озоление – это химическая операция, состоящая в разрушении органического субстрата (обычно посредством сжигания).
Пестициды – это химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, изделий из хлопка, шерсти, кожи, с эктопаразитами домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных.
Сидеоз – это заболевание человека, вызываемое осаждением в лёгких пыли, содержащей железо.
Тяжелые металлы – это группа химических элементов со свойствами металлов(в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью.
Фунгициды – это химические вещества для борьбы с грибковыми болезнями растений, а так же для протравливания семян с целью освобождения их от спор паразитных грибов.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
В данной курсовой работе применяются следующие обозначения и сокращения:
АПДК – ООО ПКФ "Агропромдоркомплект-Урал"
ВОЗ – всемирная организация здравоохранения
МИБК – метил изобутил кетон
ДСД – допустимая суточная доза
ПДК – предельно-допустимые концентрации
ТЭЦ – тепловая электростанция
ФАО – продовольственная и сельскохозяйственная организация
ВВЕДЕНИЕ
За последнее время большое значение приобрела проблема, связанная с загрязнением пищевых продуктов тяжёлыми металлами и другими химическими веществами. В атмосферу идет огромный выброс токсичных веществ со всевозможных производств: фабрик, заводов и т.д. Попадая в атмосферу и воду, тем самым они загрязняют и почву, а с ней и растения. Растения, в свою очередь, это основа всех пищевых продуктов.
Тяжелые металлы также попадают в мясо, молоко, так как животные, употребляя растения, употребляют тем самым и токсичные элементы, то есть тяжелые металлы, которые накапливаются в растениях. Завершающим звеном в этой цепочке, является человек, который потребляет большое разнообразие пищевых продуктов.
Тяжелые металлы способны накапливаться и трудно выводиться из организма. Они пагубно влияют на организм человека и здоровья в целом.
Поэтому важной задачей является разработка методов определения токсичных веществ в пищевых продуктах.
При этом весьма важным вопросом является также определение среднего и предельно допустимого содержания концентраций металлов в пищевых продуктах.
Целью курсовой работы является:
1. Теоретические аспекты загрязнения пищевых продуктов
1.1 Источники загрязнения пищевых продуктов тяжёлыми металлами
Термин "тяжелые металлы" связан с высокой относительной атомной массой. Эта характеристика обычно сравниваются с представлением о высокой токсичности. Одним из признаков, которые позволяют относить металлы к тяжелым, является их плотность.
Согласно сведениям, представленным в "Справочнике по элементарной химии" под ред. А.Т.Пилипенко (1977), к тяжелым металлам относятся элементы, плотность которых более 5 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.
Прежде всего, представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят: свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.
В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной элементной форме (ртуть). При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно их субмикронных частиц диаметром 0,5–1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта – из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм), которые образуются в основном при сжигании дизельного топлива. В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.
В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы, как правило, представлены хлоридами, нитратами, сульфатами и органическим комплексными соединениями. Кроме того, ионы тяжелых металлов могут быть связаны с минералами как часть кристаллической решетки.
В таблице 1 приведены биогеохимические свойства тяжёлых металлов.
Таблица 1. Биогеохимические свойства тяжёлых металлов
|
Свойство |
Сd |
Co |
Cu |
Hg |
Ni |
Pb |
Zn |
|
Биохимическая активность |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
|
Токсичность |
В |
У |
У |
В |
У |
В |
У |
|
Канцерогенность |
– |
В |
– |
– |
В |
– |
– |
|
Обогащение аэрозолей |
В |
Н |
В |
В |
Н |
В |
В |
|
Минеральная форма распространения |
В |
В |
Н |
В |
Н |
В |
Н |
|
Органическая форма распространения |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
В |
|
Подвижность |
В |
Н |
У |
В |
Н |
В |
У |
|
Тенденция к биоконцентрированию |
В |
В |
У |
В |
В |
В |
У |
|
Эффективность накопления |
В |
У |
В |
В |
У |
В |
В |
|
Комплексообразующая способность |
У |
Н |
В |
У |
Н |
Н |
В |
|
Склонность к гидролизу |
У |
Н |
В |
У |
У |
У |
В |
|
Растворимость соединений |
В |
Н |
В |
В |
Н |
В |
В |
|
Время жизни |
В |
В |
В |
Н |
В |
Н |
В |
где В – высокая, У – умеренная, Н – низкая.
Добыча и переработка не являются самым мощным источником загрязнения среды металлами. Валовые выбросы от этих предприятий значительно меньше выбросов от предприятий теплоэнергетики. Не металлургическое производство, а именно процесс сжигания угля является главным источником поступления в биосферу многих металлов. В угле и нефти присутствуют все металлы. Значительно больше, чем в почве, токсичных химических элементов, включая тяжелые металлы, в золе электростанций, промышленных и бытовых топок. Выбросы в атмосферу при сжигании топлива имеют особое значение. Например, количество ртути, кадмия, кобальта, мышьяка в них в 3–8 раз превышает количество добываемых металлов. Известны данные о том, что только один котлоагрегат современной ТЭЦ, работающий на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1–1,5 т паров ртути. Тяжелые металлы содержатся и в минеральных удобрениях [1, c. 56–58].
Наряду со сжиганием минерального топлива важнейшим путем техногенного рассеяния металлов является их выброс в атмосферу при высокотемпературных технологических процессах (металлургия, обжиг цементного сырья и др.), а также транспортировка, обогащение и сортировка руды.
Техногенное поступление тяжелых металлов в окружающую среду происходит в виде газов и аэрозолей (возгона металлов и пылевидных частиц) и в составе сточных вод. Металлы сравнительно быстро накапливаются в почве и крайне медленно из нее выводятся: период полураспада цинка – до 500 лет, кадмия – до 1100 лет, меди – до 1500 лет, свинца – до нескольких тысяч лет.
Существенный источник загрязнения почвы металлами – применение удобрений из шламов, полученных из промышленных и канализационных очистных сооружений.
В выбросах металлургических производств тяжелые металлы находятся, в основном, в нерастворимой форме. По мере удаления от источника загрязнения наиболее крупные частицы оседают, доля растворимых соединений металлов увеличивается, и устанавливаются соотношения между растворимой и нерастворимыми формами. Аэрозольные загрязнения, поступающие в атмосферу, удаляются из нее путем естественных процессов самоочищения. Важную роль при этом играют атмосферные осадки. В итоге выбросы промышленных предприятий в атмосферу, сбросы сточных вод создают предпосылки для поступления тяжелых металлов в почву, подземные воды и открытые водоемы, в растения, донные отложения и животных.
Максимальной способностью концентрировать тяжелые металлы обладают донные отложения, планктон, бентос и рыбы.
1.2 Загрязнение химическими элементами продовольственного сырья
Токсичные элементы (в частности, некоторые тяжелые металлы) составляют обширную и весьма опасную в токсикологическом отношении группу веществ. К ним относятся: ртуть, свинец, кадмий, цинк, мышьяк, алюминий, медь, железо, стронций и другие.
Разумеется, не все перечисленные элементы являются ядовитыми, некоторые из них необходимы для нормальной жизнедеятельности человека и животных. Поэтому часто трудно провести четкую границу между биологически необходимыми и вредными для здоровья человека веществами.
В большинстве случаев реализация того или иного эффекта зависит от концентрации. При повышении оптимальной физиологической концентрации элемента в организме может наступить интоксикация, а дефицит многих элементов в пище и воде может привести к достаточно тяжелым и трудно распознаваемым явлениям недостаточности.
Загрязнение водоемов, атмосферы, почвы, сельскохозяйственных растений и пищевых продуктов токсичными металлами происходит за счет:
Для большинства продуктов установлены ПДК токсичных элементов, к детским и диетическим продуктам предъявляются более жесткие требования.
Наибольшую опасность из вышеназванных элементов представляют ртуть, свинец, кадмий.
1.2.1 Ртуть
Ртуть – один из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающих способностью накапливаться в растениях и в организме животных и человека, т. е. является ядом кумулятивного действия.
Токсичность ртути зависит от вида ее соединений, которые по–разному всасываются, метаболизируются и выводятся из организма.
Наиболее токсичны алкилртутные соединения с короткой цепью – метилртуть, этилртуть, диметилртуть. Механизм токсичного действия ртути связан с ее взаимодействием с сульфгидрильными группами белков. Блокируя их, ртуть изменяет свойства или инактивирует ряд жизненно важных ферментов. Неорганические соединения ртути нарушают обмен аскорбиновой кислоты, пиридоксина, кальция меди, цинка, селена; органические – обмен белков, цистеина, аскорбиновой кислоты, токоферолов, железа, меди, марганца, селена. Защитным эффектом при воздействии ртути на организм человека обладают цинк и, особенно, селен. Предполагают, что защитное действие селена обусловлено диметилированием ртути и образованием нетоксичного соединения – селено– ртутного комплекса. О высокой токсичности ртути свидетельствуют и очень низкие значения ПДК: 0,0003мг/м3 в воздухе и 0,0005 мг/л в воде.
В организм человека ртуть поступает в наибольшей степени с рыбопродуктами (80–600 мкг/кг), в которых ее содержание может многократно превышать ПДК. Мясо рыбы отличается наибольшей концентрацией ртути и ее соединений, поскольку активно аккумулирует их из воды и корма, в который входят различные гидробионты, богатые ртутью. Организм рыб способен синтезировать метилртуть, которая накапливается в печени. У некоторых рыб в мышцах содержится белок – металлотионеин, который с различными металлами, в том числе и с ртутью, образует комплексные соединения, способствуя тем самым накапливанию ртути в организме и передаче ее по пищевым цепям.
Из других пищевых продуктов характерно содержание ртути: в продуктах животноводства: мясо, печень, почки, молоко, сливочное масло, яйца (от 2 до 20 мкг/кг); в съедобных частях сельскохозяйственных растений: овощи, фрукты, бобовые, зерновые в шляпочных грибах (6–447 мкг/кг), причем в отличие от растений в грибах может синтезироваться метилртуть. При варке рыбы и мяса концентрация ртути в них снижается, при аналогичной обработке грибов остается неизменной. Это различие объясняется тем, что в грибах ртуть связана с аминогруппами азотсодержащих соединений, в рыбе и мясе – с серосодержащими аминокислотами.
1.2.2 Свинец
Свинец – один из самых распространенных и опасных токсикантов. История его применения очень древняя, что связано с относительной простотой его получения и большой распространенностью в земной коре (%). Соединения свинца – Рb3O4 и PbSO4 – основа широко применяемых пигментов: сурика и свинцовых белил. Глазури, которые используются для покрытия керамической посуды, также содержат соединения Pb. Металлический свинец со времен Древнего Рима применяют при прокладке водопроводов. В настоящее время перечень областей его применения очень широк: производство аккумуляторов, электрических кабелей, химическое машиностроение, атомная промышленность, производство эмалей, лаков, хрусталя, пиротехнических изделий, спичек, пластмасс и т.п. Мировое производство свинца составляет более т в год. В результате производственной деятельности человека в природные воды ежегодно попадает 500 – 600 тыс. т, а в атмосферу в переработанном и мелкодисперсном состоянии выбрасывается около 450 тыс.т, подавляющее большинство которого оседает на поверхности Земли. Основным источниками загрязнения атмосферы свинцом являются выхлопные газы автотранспорта (260 тыс. т) и сжигание каменного угля (около 30 тыс. т). В тех странах, где использование бензина с добавлением тетраэтилсвинца сведено к минимуму, содержание свинца в воздухе удалось многократно снизить. Следует подчеркнуть, что многие растения накапливают свинец, который передается по пищевым цепям и обнаруживается в мясе и молоке сельскохозяйственных животных, особенно активное накопление свинца происходит вблизи промышленных центров и крупных автомагистралей.
Ежедневное поступление свинца в организм человека с пищей – 0,1 – 0,5 мг; с водой – 0,02 мг. Содержание свинца в мг/кг в различных продуктах составляет от 0,01 до 3,0.
В организме человека усваивается в среднем 10 % поступившего свинца, у детей – 30 – 40 %. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости, где депонируется в виде трифосфата. Механизм токсического действия свинца имеет двойную направленность. Во–первых, блокада SH – групп белков и, как следствие, инактивация ферментов, во-вторых, проникновение Pb в нервные и мышечные клетки, образование лактата свинца, затем фосфата свинца, которые создают клеточный барьер для проникновения ионов Са2+.
Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная и пищеварительная системы, а также почки. Свинцовая интоксикация может приводить к серьезным нарушениям здоровья, проявляющихся в частых головных болях, головокружениях, повышенной утомляемости, раздражительности, ухудшениях сна, гипотонии, а наиболее тяжелых случаях к параличам, умственной отсталости. Неполноценное питание, дефицит в рационе кальция, фосфора, железа, пектинов, белков, увеличивает усвоение свинца, а следовательно – его токсичность. Допустимая суточная доза (ДСД) свинца составляет 0,007 мг/кг; величина ПДК в питьевой воде – 0,05 мг/л.
Мероприятия по профилактике загрязнения свинцом сырья и пищевых продуктов должны включать государственный и ведомственный контроль за промышленными выбросами свинца в атмосферу, водоемы и почву. Необходимо существенно снизить или полностью исключить применение тетраэтилсвинца в бензине, красителях, упаковочных материалах и т.п.
1.2.3 Кадмий
Кадмий широко применяется в различных отраслях промышленности. В воздух кадмий поступает вместе со свинцом при сжигании топлива на ТЭЦ, с газовыми выбросами предприятий, производящих или использующих кадмий. Загрязнение почвы кадмием происходит при оседании кадмий – аэрозолей из воздуха и дополняется внесением минеральных удобрений (суперфосфата, фосфата калия, селитры).
В некоторых странах соли кадмия применяют в качестве антисептических и антигельминтных препаратов в ветеринарии. Все это определяет основные пути загрязнения кадмием окружающей среды, а следовательно, продовольственного сырья и пищевых продуктов.
Содержание кадмия (в мкг/кг) в различных продуктах следующее. Растительные продукты: зерновые – 28–95; горох – 15–19; картофель – 12–50; капуста – 2–26; фрукты – 9–42; грибы – 100–500; в продуктах животноводства: молоко – 2,4; творог – 6,0; яйца – 23–250.
Установлено, что приблизительно 80 % кадмия поступает в организм человека с пищей, 20 % – через легкие из атмосферы и при курении. С рационом взрослый человек получает до 150 мкг/кг и выше кадмия в сутки. В одной сигарете содержится 1,5 – 2,0 мкг Cd.
Подобно ртути и свинцу, кадмий не является жизненно необходимым металлом. Попадая в организм, кадмий проявляет сильное токсическое действие, главной мишенью которого являются почки.
Механизм токсического действия кадмия связан с блокадой сульфгидрильных групп белков; кроме того он является антагонистом цинка, кобальта, селена, ингибирует активность ферментов, содержащих указанные металлы.
Известна способность кадмия нарушать обмен железа и кальция. Все это может привести к широкому спектру заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия, ишемическая болезнь сердца, почечная недостаточность и другие.
Отмечены канцерогенный, мутагенный и тератогенный эффекты кадмия. По рекомендациям ВОЗ допустимая суточная доза (ДСД) кадмия – 1 мкг/кг массы тела.
Большое значение в профилактике интоксикации кадмием имеет правильное питание (включение в рацион белков, богатых серосодержащими аминокислотами, аскорбиновой кислоты, железа, цинка, селена, кальция), контроль за содержанием кадмия и исключение из рациона продуктов, богатых кадмием.
1.2.4 Алюминий
Первые данные о токсичности алюминия были получены в 70–х годах прошлого века, и это явилось неожиданностью для человечества. Будучи третьим, по распространенности элементом земной коры и обладая ценными качествами, Al нашел широкое применение в технике и быту. Поставщиками алюминия в организм человека является алюминиевая посуда, если она контактирует с кислой или щелочной средой, вода которая обогащается ионами Al3+ при обработке ее сульфатом алюминия на водоочистительных станциях.
Существенную роль в загрязнении окружающей среды ионами Al3+ играют и кислотные дожди. Не следует злоупотреблять содержащими гидроксид алюминия лекарствами: противогеморроидальными, противоартритными, понижающими кислотность желудочного сока. Как буферную добавку вводят гидроксид алюминия и в губную помаду. Среди пищевых продуктов наивысшей концентрацией алюминия (до 20 мг/г) обладает чай.
Поступающие в организм человека ионы Al3+ в форме нерастворимого фосфата выводятся с фекалиями, частично всасываются в кровь и выводятся почками. При нарушении деятельности почек происходит накапливание алюминия, которое приводит к нарушению метаболизма Ca, Mg, P, F, сопровождающееся ростом хрупкости костей, развитием различных форм анемии. Кроме того, были обнаружены: нарушение речи, ориентации, провалы в памяти, и т.п. Все это позволяет приблизить «безобидный», считавшийся нетоксичным до недавнего времени алюминий к «мрачной тройке» супертоксикантов: ртуть, свинец, кадмий.
1.2.5 Мышьяк
Мышьяк как элемент в чистом виде ядовит только в высоких концентрациях. Он принадлежит к тем микроэлементам, необходимость которых для жизнедеятельности организма человека не доказана, за исключением его стимулирующего действия на процесс кроветворения. Соединения же мышьяка, такие как мышьяковистый ангидрид, арсениты и арсенаты, сильно токсичны.
Мышьяк содержится во всех объектах биосферы (в земной коре – 2 мг/кг, в морской воде – 5 мкг/кг).
Известными источниками загрязнения окружающей среды мышьяком являются электростанции, использующие бурый уголь, медеплавильные заводы. Мышьяк используется при производстве полупроводников, стекла, красителей, инсектицидов, фунгицидов и т.д.
Нормальный уровень содержания мышьяка в продуктах питания не должен превышать 1 мг/кг. Так, например, фоновое содержание мышьяка (мг/кг): в овощах и фруктах 0,01–0,2; в зерновых 0,006–1,2; в говядине 0,005–0,05; в печени 2,0; яйцах 0,003–0,03.
Повышенное содержание мышьяка отмечается в рыбе и других гидробионтах, в частности в ракообразных и моллюсках. По данным ФАО/ВОЗ, в организм человека с суточным рационом поступает в среднем 0,05 – 0,45мг мышьяка. ДСД – 0,05 мг/кг массы тела. В зависимости от дозы мышьяк может вызывать острое и хроническое отравление. Разовая доза мышьяка 30 мг – смертельна для человека. Механизм токсического действия мышьяка связан с блокированием SH – групп белков и ферментов, выполняющих в организме самые разнообразные функции.
1.2.6 Медь
Медь. Содержание в земной коре составляет 4,5 мг/кг, морской воде – 1–25 мкг/кг, в организме взрослого человека – около 100 мг/кг.
Медь является жизненно важным элементом, который входит в состав многих витаминов, гормонов, ферментов, дыхательных пигментов, участвует в процессах обмена веществ, в тканевом дыхании и т.д. Медь имеет большое значение для поддержания нормальной структуры костей, хрящей, сухожилий (коллаген), эластичности стенок кровеносных сосудов, легочных альвеол, кожи (эластин). Медь входит в состав миелиновых оболочек нервов. В организме взрослого человека половина от общего количества меди содержится в мышцах и костях и 10% – в печени.
Некоторые соединения меди могут быть токсичны при превышении ПДК в пище и воде. Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 2 мг/л (средняя величина за период из 14 суток), однако недостаток меди в питьевой воде также нежелателен.
Содержание меди в пищевых продуктах составляет, мг/кг: печень животных – 30-40, морепродукты – 4 – 8, орехи – 5– 12, мука – 5– 8, зерновые – 2– 8.
Медь, в отличие от ртути и мышьяка, принимает активное участие в процессах жизнедеятельности, входя в состав ряда ферментных систем. Суточная потребность - 0,9 мг. Дефицит меди приводит к анемии, недостаточности роста, ряду других заболеваний, в отдельных случаях – к смертельному исходу.
В организме присутствуют механизмы биотрансформации меди. При длительном воздействии высоких доз меди наступает «поломка» механизмов адаптации, переходящая в интоксикацию и специфическое заболевание. В этой связи является актуальной проблема охраны окружающей среды и пищевой продукции от загрязнения медью и ее соединениями. Основная опасность исходит от промышленных выбросов, передозировки инсектицидами, другими токсичными солями меди, потребления напитков, пищевых продуктов, соприкасающихся в процессе производства с медными деталями оборудования или медной тары.
1.2.7 Цинк
Цинк. Содержится в земной коре в количестве 65 мг/кг, морской воде – 9–21 мкг/кг, организме взрослого человека – 1,4–2,3 г/кг.
Цинк как кофактор входит в состав около 80 ферментов, участвуя тем самым в многочисленных реакциях обмена веществ. Типичными симптомами недостаточности цинка являются замедление роста у детей, половой инфантилизм у подростков, нарушения вкуса (гипогезия) и обоняния (гипосмия) и др.
Суточная потребность в цинке взрослого человека составляет 15 мг, при беременности и лактации – 20–25 мг. Цинк, содержащийся в растительных продуктах, менее доступен для организма, поскольку фитин растений и овощей связывает цинк (10% усвояемости). Из продуктов животного происхождения цинк усваивается на 40%. Содержание цинка в пищевых продуктах составляет, мг/кг: мясо – 20–40, рыбопродукты – 15–30, устрицы – 60–1000, яйца – 15–20, фрукты и овощи – 5, картофель, морковь – около 10, орехи, зерновые – 25–30, мука высшего сорта – 5–8, молоко – 2–6 мг/л. В суточном рационе взрослого человека содержание цинка составляет 13–25 мг. Цинк и его соединения малотоксичны. Содержание цинка в воде в концентрации 40 мг/л безвредно для человека.
Вместе с тем возможны случаи интоксикации при нарушении использования пестицидов, небрежного терапевтического применения препаратов цинка. Признаками интоксикации являются тошнота, рвота, боль в животе, диарея. Отмечено, что цинк в присутствии сопутствующих мышьяка, кадмия, марганца, свинца в воздухе на цинковых предприятиях вызывает у рабочих «металлургическую» лихорадку.
Известны случаи отравлений пищей или напитками, хранившимися в железной оцинкованной посуде. Такие продукты содержали 200–600 мг/кг и более цинка. В этой связи приготовление и хранение пищевых продуктов в оцинкованной посуде запрещено. ПДК цинка в питьевой воде – 5 мг/л, для водоемов рыбохозяйственного назначения – 0,01 мг/л.
1.2.8 Олово
Необходимость олова для организма человека не доказана. Вместе с тем пищевые продукты содержат этот элемент до 1–2 мг/кг, организм взрослого человека – около 17 мг олова, что указывает на возможность его участия в обменных процессах.
Количество олова в земной коре относительно невелико. При поступлении олова с пищей всасывается около 1%. Олово выводится из организма с мочой и желчью.
Неорганические соединения олова малотоксичны, органические – более токсичны, находят применение в сельском хозяйстве в качестве фунгицидов, в химической промышленности – как стабилизаторы поливинилхлоридных полимеров. Основным источником загрязнения пищевых продуктов оловом являются консервные банки, фляги, железные и медные кухонные котлы, другая тара и оборудование, которые изготавливаются с применением лужения и гальванизации. Активность перехода олова в пищевой продукт возрастает при температуре хранения выше 20ºС, высоком содержании в продукте органических кислот, нитратов и окислителей, которые усиливают растворимость олова.
Опасность отравления оловом увеличивается при постоянном присутствии его спутника – свинца. Не исключено взаимодействие олова с отдельными веществами пищи и образование более токсичных органических соединений. Повышенная концентрация олова в продуктах придает им неприятный металлический привкус, изменяет цвет. Имеются данные, что токсичная доза олова при его однократном поступлении – 5–7 мг/кг массы тела, т.е. 300–500 мг. Отравление оловом может вызвать признаки острого гастрита (тошнота, рвота и др.), отрицательно влияет на активность пищеварительных ферментов.
Действенной мерой предупреждения загрязнения пищи оловом является покрытие внутренней поверхности тары и оборудования стойким, гигиенически безопасным лаком или полимерным материалом, соблюдение сроков хранения баночных консервов, особенно продуктов детского питания, использование для некоторых консервов (в зависимости от рецептуры и физико–химических свойств) стеклянной тары.
1.2.9 Железо
Железо занимает четвертое место среди наиболее распространенных в земной коре элементов (5% земной коры по массе).
Этот элемент необходим для жизнедеятельности как растительного, так и животного организма. У растений дефицит железа проявляется в желтизне листьев и называется хлорозом, у человека вызывает железодефицитную анемию, поскольку двухвалентное железо – кофактор в гемсодержащих ферментах, участвует в образовании гемоглобина. Железо выполняет целый ряд других жизненно важных функций: перенос кислорода, образование эритроцитов, обеспечивает активность негемовых ферментов – альдолазы, триптофаноксигеназы и т.д.
В организме взрослого человека содержится около 4,5 г железа. Содержание железа в пищевых продуктах колеблется в пределах 0,07–4 мг/100г. Основным источником железа в питании являются печень, почки, бобовые культуры (6–20 мг/100 г). потребность взрослого человека в железе составляет около 14 мг/сут, у женщин в период беременности и лактации она возрастает.
Железо из мясных продуктов усваивается организмом на 30%, из растений – 10%. Последнее объясняется тем, что растительные продукты содержат фосфаты и фитин, которые образуют с железом труднорастворимые соли, что препятствует его усвояемости. Чай также снижает усвояемость железа в результате связывания его с дубильными веществами в труднорастворимый комплекс [8, c.78–84].
Несмотря на активное участие железа в обмене веществ, этот элемент может оказывать токсическое действие при поступлении в организм в больших количествах. Так, у детей после случайного приема 0,5 г железа или 2,5 г сульфата железа наблюдали состояние шока. Широкое промышленное применение железа, распространение его в окружающей среде повышает вероятность хронической интоксикации. Загрязнение пищевых продуктов железом может происходить через сырье, при контакте с металлическим оборудованием и тарой, что определяет соответствующие меры профилактики.
2. Классификация и методы определения тяжёлых металлов в пищевых продуктах
2.1 Понятие и методы качественного и количественного анализа
Качественный и количественный анализ являются предметом аналитической химии. Аналитическая химия занимается исследованием экспериментальных методов определения состава веществ. Определение состава веществ включает выявление природы компонентов, из которых состоит исследуемое вещество, и установление количественных соотношений этих компонентов.
Сначала устанавливают качественный состав исследуемого объекта, т.е. решают вопрос, из чего он состоит, а затем приступают к определению количественного состава, т.е. узнают, в каких количественных соотношениях обнаруженные составные части находятся в объекте исследования.
2.1.1 Качественный анализ
Качественный анализ вещества можно проводить химическими, физическими, физико–химическими методами.
Химические методы анализа основаны на применении характерных химических реакций для установления состава анализируемого вещества.
Химический анализ вещества проводят двумя способами: «сухим путем» или «мокрым путем». Анализ сухим путем – это химические реакции, происходящие с веществами при накаливании, сплавлении и окрашивании пламени.
Анализ мокрым способом – это химические реакции, протекающие в растворах электролитов. Анализируемое вещество предварительно растворяют в воде или других растворителях. В зависимости от массы или объема взятого для анализа вещества, от применяемой техники различают макро–, полумикро– и микрометоды.
Макрометод. Для проведения анализа берут 1–2 мл раствора, содержащего не менее 0,1 г вещества, и добавляют не менее 1 мл раствора реактива. Реакции проводят в пробирке, осадок отделяют фильтрованием. Осадок на фильтре промывают от примесей.
Полумикрометод. Для анализа берут в 10–20 раз меньше вещества (до 0,01 г). Так как в этом методе работают с малыми количествами вещества, то пользуются микропробирками, часовыми или предметными стеклами. Для отделения осадка от раствора применяют центрифугирование.
Микрометод. При выполнении анализа данным методом берут одну–две капли раствора, а сухого вещества – в пределах 0,001г. Характерные реакции проводят на часовом стекле или фарфоровой пластинке.
При проведении анализа пользуются следующими операциями: нагревание и выпаривание, осаждение, центрифугирование, проверка полноты осаждения, отделение раствора (центрифуга) от осадка, промывание и растворение осадка.
Нагревание растворов можно вести непосредственно пламенем газовой горелки, на асбестовой сетке или водяной бане. Небольшое количество раствора нагревают до температуры, не превышающей 100°С, на водяной бане, вода в которой должна кипеть равномерно.
Для концентрирования растворов применяют водяную баню. Выпаривание раствора до сухого остатка проводят в фарфоровых чашках или тиглях, нагревая их на асбестовой сетке. Если сухой остаток после выпаривания необходимо прокалить для удаления летучих солей, то тигель ставят на фарфоровый треугольник и нагревают пламенем газовой горелки.
Осаждение. Реакцию осаждения проводят в конических колбах или цилиндрической пробирках. В исследуемый раствор приливают пипеткой реактив–осадитель. Осадитель берут в избытке. Смесь тщательно перемешивают стеклянной палочкой и потирают о внутренние стенки пробирки, это ускоряет процесс образования осадка. Осаждение часто ведут из горячих растворов.
Центрифугирование. Осадок отделяют от раствора центрифугированием, используя ручную или электрическую центрифугу. Пробирку с раствором и осадком помещают в гильзу. Центрифуга должна быть загружена равномерно. При быстром вращении центробежная сила отбрасывает частицы осадка на дно и уплотняет его, а раствор (центрифугат) становится прозрачным. Время вращения составляет от 30 с до нескольких минут.
Проверка полноты осаждения. Пробирку осторожно вынимают из центрифуги и добавляют по стенке 1–2 капли реактива–осадителя к прозрачному раствору. Если раствор не мутнеет, значит осаждение полное. Если же наблюдается помутнение раствора, то в пробирку еще добавляют осадитель, содержимое перемешивают, нагревают и вновь центрифугируют, затем повторяют проверку полноты осаждения.
Отделение раствора (центрифугата) от осадка. Убедившись в полноте осаждения, отделяют раствор от осадка. Раствор от осадка отделяют капельной пипеткой. Пипетку закрывают указательным пальцем и осторожно вынимают из пробирки. Если отобранный раствор необходим для анализа, то его переносят в чистую пробирку. Для полного отделения операцию повторяют несколько раз. При центрифугировании осадок может плотно осесть на дно пробирки, тогда раствор отделяют декантацией (осторожно сливают).
Промывание осадка. Осадок (если он исследуется) необходимо хорошо отмыть; для этого приливают промывную жидкость, чаще всего дистиллированную воду. Содержимое тщательно перемешивают стеклянной палочкой и центрифугируют, затем промывную жидкость отделяют. Иногда в работе эту операцию повторяют 2–3 раза.
Растворение осадка. Для растворения осадка в пробирку добавляют растворитель, помешивая стеклянной палочкой. Нередко растворение осадка ведут при нагревании на водяной бане.
2.3 Количественный анализ
Для определения количественного состава вещества или продукта используются реакции нейтрализации, осаждения, окисления – восстановления, комплексообразования. Количество вещества можно определить по его массе или объему раствора, затраченного на взаимодействие с ним, а также по показателю преломления раствора, его электрической проводимости или интенсивности окраски и т.п.
По количеству взятого для исследования вещества аналитические методы количественного анализа классифицируются следующим образом: макроанализ – 1–10 г твердого вещества, 10–100 мл анализируемого раствора; полумикроанализ – 0,05–0,5 твердого вещества, 1–10 мл анализируемого раствора; микроанализ – 0,001–1–10–4 г твердого вещества, 0,1–1*10–4 мл анализируемого раствора. В товароведной практике часто пользуются гравиметрическим (весовым) и титриметрическим (объемным) методами.
Гравиметрический (весовой) анализ – один из методов количественного анализа, который позволяет определять состав анализируемого вещества путем измерения массы. Измерение массы (взвешивание) выполняется на аналитических весах с точностью 0,0002 г. Этот метод часто используется в пищевых лабораториях для определения влажности, зольности, содержания отдельных элементов или соединений. Анализ может быть выполнен одним из следующих способов.
Определяемую составную часть количественно (полностью, насколько это возможно) выделяют из исследуемого вещества и взвешивают. Так определяют зольность продуктов. Взвешенный на аналитических весах исходный продукт (навеску) сжигают, полученную золу доводят до постоянной массы (прокаливают до тех пор, пока не перестанет изменяться масса) и взвешивают.
Зольность продукта х (%) рассчитывают по формуле
, (1)
где В – масса прокаленной золы, г;
А – исходная навеска продукта, г.
Из навески исходного вещества полностью удаляют определяемую составную часть и остаток взвешивают. Так определяют влажность продуктов, при этом навеску исходного вещества высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы.
Влажность продукта х (%) рассчитывают по формуле
, (2)
где А – исходная навеска продукта, г;
В – масса навески после высушивания, г.
Объемный анализ – метод количественного анализа, где искомое вещество определяют по объему реактива с точно известной концентрацией, затраченному на реакцию с этим веществом.
При определении объемным методом к известному объему раствора определяемого вещества малыми порциями (по каплям) добавляют реактив с точно известной концентрацией до тех пор, пока его количество не будет эквивалентно количеству определяемого вещества. Раствор реактива с точно известной концентрацией называется титрованным, рабочим или стандартным раствором.
Процесс медленного прибавления титрованного раствора к раствору определяемого вещества называется титрованием. Момент, когда количество титрованного раствора будет эквивалентно количеству определяемого вещества, называется точкой эквивалентности или теоретической точкой конца титрования. Для определения точки эквивалентности пользуются индикаторами, которые вблизи ее претерпевают видимые изменения, выражающиеся в изменении цвета раствора, появлении помутнения или выпадении осадка.
Важнейшие условия для правильного проведения объемно–аналитических определений:
1) возможность точного измерения объемов растворов;
2) наличие стандартных растворов с точно известной концентрацией;
3) возможность точного определения момента окончания реакции (правильный выбор индикатора).
В зависимости от того, на какой реакции основано определение, различают следующие разновидности объемного метода:
В основе метода нейтрализации лежит реакция взаимодействия ионов Н+ и ОН–. Метод применяется для определения кислот, оснований и солей (которые реагируют с кислотами или основаниями) в растворе. Для определения кислот используют титрованные растворы щелочей КОН или NаОН, для определения оснований – растворы кислот НС1, Н2SO4.
Для определения содержания, например, кислоты в растворе точно отмеренный пипеткой объем раствора кислоты в присутствии индикатора титруют раствором щелочи точно известной концентрации. Точку эквивалентности определяют по изменению цвета индикатора. По объему щелочи, израсходованной на титрование, вычисляют содержание кислоты в растворе.
Метод окисления – восстановления основан на окислительно-восстановительных реакциях, происходящих между стандартным раствором и определяемым веществом. Если стандартный раствор содержит окислитель (восстановитель), то определяемое вещество должно содержать соответственно восстановитель (окислитель). Метод окисления-восстановления подразделяется, в зависимости от используемого стандартного раствора на метод перманганатометрии, метод иодометрии и др.
В основе метода осаждения лежат реакции, сопровождающиеся выпадением осадка. В отличие от гравиметрического метода обработку осадка здесь не производят, массу исследуемого вещества определяют по объему реактива, израсходованному на реакцию осаждения [8, c. 90–94].
3 Классификация и характеристика методов исследования пищевых продуктов
При оценке показателей качества пищевых продуктов, как правило, используют органолептический и лабораторный методы.
Лабораторные методы широко применяются для установления химического состава, доброкачественности, физических и других свойств пищевых продуктов, а также для изучения процессов, происходящих в продуктах при технологической обработке и во время хранения. В зависимости от способов получения результатов эти методы подразделяют на:
Осуществляют лабораторные методы с помощью приборов и химических реактивов, поэтому полученные результаты выражают конкретными величинами, которые отличаются большой точностью и выражаются в количественных показателях (в %, г и др.).
3.1 Физические и физико-химические методы
Физические и физико-химические методы характеризуются быстротой выполнения анализа, высокой степенью точности и малым количеством продукта, необходимого для анализа. Физические методы основаны на использовании физических свойств объектов исследования. Из физических методов в исследованиях качества продуктов чаще всего применяют поляриметрию, рефрактометрию и реологические методы. Физическими методами определяют относительную плотность продукта, температуры плавления и застывания продуктов, оптические показатели и др.
Поляриметрия основана на способности некоторых оптически активных веществ вращать плотность поляризованного луча, проходящего через их растворы, в приборе (поляриметре, сахариметре). Поляриметрию обычно используют для установления вида сахара (сахарозы, глюкозы, мальтозы, фруктозы) и определения его концентрации в растворе.
С помощью рефрактометрии определяют содержание в продукте жира, влаги, спирта, сахара и других веществ, определяют качество жиров. Этот метод основан на измерении показателя преломления света в рефрактометре при прохождении его через жидкий продукт.
Реологические методы применяют для изучения структурно–механических свойств пищевых продуктов. Эти свойства проявляются при механическом воздействии на продукты и характеризуют их поведение под действием, приложенной извне механической энергии. С помощью реологических методов определяют упруговязкие характеристики теста, вязкость мясного фарша, прочность крахмального клейстера, консистенцию маргарина и т.д.
Физико-химические методы основаны на изучении зависимости между физическими свойствами и составом анализируемого вещества. Из физико-химических методов для исследования качества продуктов пользуются хроматографическим, потенциометрическим, фотометрическим, люминесцентным, кондуктометрическим, нефелометрическим методами, спектроскопией и др.
С помощью хроматографии изучают содержание и изменение химических веществ в процессе производства и хранения пищевых продуктов, природу и количество ароматических и красящих веществ, аминокислотный состав белков, жирнокислотный состав, содержание витаминов, органических кислот, сахаров, наличие ядохимикатов и фальсификацию пищевых продуктов.
Хроматографический метод отличается высокой чувствительностью. Принцип хроматографического анализа основан на том, что вещества, близкие по своим свойствам, обладают различной адсорбционной способностью, поэтому при прохождении через сорбент они разделяются.
Потенциометрический метод основан на определении потенциала между электродом, насыщенным водородом, и жидкостью, имеющей водородные ионы. Этот метод широко используется для измерения рН.
рН – это отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов. В нейтральной среде рН равно 7,0, в кислой – меньше 7, в щелочной – больше 7.
Концентрация свободных ионов водорода характеризует качество большинства пищевых продуктов. Этот показатель можно применять для контроля биохимических процессов, происходящих при переработке и хранении пищевых продуктов, с активной кислотностью среды теснейшим образом связана жизнедеятельность микроорганизмов, по величине рН можно судить о свежести мяса и некоторых других продуктов.
Измерение рН можно осуществить на приборах, которые называются рН–метром или потенциометром.
Фотометрические методы основаны на взаимодействии лучистой энергии с анализируемым веществом. Они позволяют определить компоненты химического состава пищевых продуктов и судить об их свежести, доброкачественности. К этим методам относятся фотоколориметрия, спектрофотометрия, люминесцентный анализ и др.
Фотоколориметрический и спектрофотометрический методы основаны на избирательном поглощении света анализируемым веществом.
Фотоколориметрические методы определения концентрации вещества основаны на сравнении поглощения или пропускания света стандартным и исследуемым окрашенным раствором, причем степень поглощения регистрируется специальным оптическим прибором – колориметром с фотоэлементами (фотоколориметром).
Спектрофотометрия основана на измерении оптической плотности и процента пропускания световых потоков определенной длины волны через исследуемый раствор и эталон на спектрофотометре.
Спектрофотометры применимы для анализа как одного вещества, так и систем, содержащих несколько компонентов. Кроме того, они позволяют работать как с окрашенными растворами, так и с бесцветными.
Фотоколориметрическим и спектрофотометрическим методами можно установить содержание, кофеина в чае и кофе, теобромина в какао, красящих веществ в плодах и овощах, в виноградных винах, содержание аммиака, нитритов и нитратов в мясных продуктах, свинца – в консервах, некоторых витаминов, цветность сахара и пищевых жиров и т. д.
Люминесцентный анализ позволяет установить природу и состав исследуемого продукта. Этот метод основан на способности многих веществ после облучения их ультрафиолетовыми лучами испускать в темноте видимый свет различных оттенков. Белки, жиры и углеводы дают люминесцентное свечение определенных оттенков, которое меняется при изменении их состава. Так, свежая рыба при облучении дает голубой свет, если же она начала портиться, то свет становится фиолетовым.
Люминесцентным методом можно обнаружить примесь маргарина в животных жирах, примесь плодово-ягодных вин в виноградных винах. Его используют для выяснения характера заболеваний плодов и овощей. По интенсивности люминесценции определяют порчу мяса, рыбы и овощей, наличие пестицидов и канцерогенных веществ в продуктах.
Кондуктометрический метод основан на измерении электропроводности материалов. С помощью этого метода определяют титруемую кислотность тёмноокрашенных продуктов (виноградных вин, плодово-ягодных соков), влажность сыпучих продуктов (зерно, мука, сахар-песок, кофе и др).
Нефелометрическим методом на основе определения количества света, рассеянного частицами суспензии, устанавливают степень мутности растворов прибором нефелометр.
Спектроскопия используется в товароведных исследованиях для количественного и качественного анализов пищевых продуктов. Спектральный метод анализа основан на изучении спектров паров исследуемых веществ. С помощью этого метода можно определять состав и количество макро– и микроэлементов, содержание в пище витаминов А, К, В1, В2, В6, никотиновой кислоты, каротина и др.
3.2 Химические и биохимические методы
Химические и биохимические методы используют для установления химического состава пищевых продуктов, количественного и качественного определения в продуктах различных компонентов. С их помощью можно судить об изменениях, происходящих в пищевых продуктах при производстве, транспортировании и хранении. Химические и биохимические методы – это методы аналитической, органической и биологической химии, основанные на химических свойствах веществ, их способности принимать участие в какой–либо специфической химической реакции с определенными реактивами. Эти методы проводятся с использованием приемов весового и объемного анализов.
В товароведной практике химические методы широко используют для установления соответствия показателей качества пищевых продуктов требованиям стандартов. Определение сахаров основано, например, на их способности окисляться в щелочной среде солями тяжелых металлов. Кислотность продуктов устанавливают титрованием раствором едкой щелочи в присутствии индикатора, а в окрашенных растворах с помощью рН–метра.
С помощью биохимических методов изучают интенсивность дыхания плодов и овощей, изменение сахаро- и газообразующей способности муки, процессы гидролиза и автолиза при созревании мяса и др. Так, интенсивность дыхания плодов и овощей определяют по количеству поглощенного кислорода и выделенного углекислого газа.
3.3 Микробиологические методы
Микробиологические методы служат для установления степени обремененности пищевых продуктов микроорганизмами. При этом определяют как общее их содержание, так и вид микробов, наличие в продуктах бактерий, вызывающих пищевые отравления и заболевания. При проведении микробиологических методов широко применяют микрокопирование.
Микробиологическими методами можно также определить содержание в пищевых продуктах витаминов, биологически активных веществ и др.
3.4 Физиологические методы
Физиологические методы анализа проводят главным образом на подопытных животных и птицах. Физиологические методы исследования качества пищевых продуктов применяют для определения усвояемости пищи, реальной энергетической ценности и т.д [10, c. 101–103].
3.5 Технологические методы
Технологическими методами пользуются для установления степени пригодности продукта к промышленной переработке, а также для определения свойств продуктов, проявляющихся в процессе их употребления. Так, при изучении хлебопекарных свойств муки обязательно проводят пробную выпечку хлеба и определяют в нем объемный выход, цвет и характер корки, пористость, цвет, эластичность, липкость мякиша и другие показатели.
4 Методы определения тяжёлых металлов в пищевых продуктах
4.1 Метод определения мышьяка
Мышьяк – высокотоксичный кумулятивный протоплазматический яд, поражающий нервную систему. Смертельная доза 60—200 мг. Хроническая интоксикация наблюдается при потреблении 1—5 мг в день. ФАО/ВОЗ установлена недельная безопасная доза 50 мкг/кг.
Токсическое действие соединений мышьяка обусловлено блокированием сульфгидрильных групп ферментов и других биологически активных веществ.
Определить мышьяк в пределах 1–50 мг/л можно с помощью колориметрических методов анализа на основе диэтилдитиокарбоната серебра. Удобным является метод атомно-абсорбционной спектроскопии. Он основан на определении арсина, полученного при восстановлении соединений мышьяка. Имеющиеся в продаже приборы для выделения арсина используются в сочетании со стандартным оборудованием. При анализе мышьяка рекомендуется использовать пламя закись азота–ацетилена. Из-за молекулярной абсорбции газов пламени могут возникать помехи в верхнем диапазоне ультрафиолетовой части спектра, где находятся наиболее чувствительные линии мышьяка. Эти помехи устраняются при корректировке фона.
Для определения микроколичества мышьяка с успехом использовался нейтронно-активационный анализ. Это позволило провести точные определения мышьяка в очень малых образцах, например в одном волоске.
Часто бывает необходимо установить тип химического соединения мышьяка. Для отличия в водных растворов трехвалентного мышьяка от пятивалентного использовали инверсионную полярографию. Для разделения органических соединений мышьяка от неорганических использовался метод газожидкостной хроматографии.
Арбитражный метод – колориметрия с диэтилдитиокарбонатом серебра после отгонки мышьяка из гидролизата (или раствора золы) в виде гидрида или трихлорида мышьяка. Атомно-абсорбционное определение возможно только после предварительного концентрирования в виде гидрида AsH3 и использования графитовой кюветы.
4.2 Методы определения кадмия
Кадмий — высокотоксичный кумулятивный яд, блокирующий, работу ряда ферментов; поражает почки и печень. ФАО/ВОЗ установлена недельная безопасная доза 6,7—8,3 мкг/кг. В устрицах и печени животных и рыб может накапливаться до значительных величин; в растительных продуктах зависит от дозы удобрения суперфосфатом.
Токсическое действие соединений кадмия на организм вызывается тем, что ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными SH–группами белков, ферментов и аминокислот. При взаимодействии ионов металлов с SH–группами образуются слабодиссоциирующие и, как правило, нерастворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных групп приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков.
В Таблице 2 приведено среднее содержание и ПДК Сd в пищевых продуктах.
Таблица 2. Среднее содержание и ПДК Сd в пищевых продуктах
|
Пищевые продукты и сырье |
Среднее содержание, мг/кг |
ПДК, мг/кг |
|
Зерновые |
0,03 |
0,1 |
|
Зернобобовые |
0,03 |
0,1 |
|
Крупы |
0,018 |
0,1 |
|
Хлеб |
0,023 |
0,05 |
|
Бараночные изделия |
0,026 |
0,1 |
|
Отруби пшеничные |
0,07 |
0,1 |
|
Соль поваренная |
0,05 |
0,1 |
|
Сахар(песок) |
0,004 |
0,05 |
|
Желатин |
0,01 |
0,03 |
|
Орехи (ядро) |
0,03 |
0,1 |
|
Конфеты |
0,045 |
0,1 |
|
Какао–порошок и шоколад |
0,1 |
0,5 |
|
Печенье |
0,03 |
0,1 |
|
Молочные изделия |
||
|
Молоко, кисломолочные изделия |
0,02 |
0,03 |
|
Молоко сгущенное консервированное |
0,025 |
0,1 |
|
Молоко сухое |
0,025 |
0,03 |
|
Сыры, творог |
0,1 |
0,2 |
|
Масло сливочное |
0,01 |
0,03 |
|
Растительные продукты |
||
|
Масло растительное |
0,025 |
0,05 |
|
Маргарины и жиры |
0,03 |
0,05 |
|
Овощи свежие и свежемороженые |
0,02 |
0,03 |
|
Грибы свежие, консервированные и сухие |
0,05 |
0,1 |
Для определения кадмия, как правило, требуется предварительное концентрирование, так как содержание металла в продуктах питания обычно мало. Комитет по аналитическим методам рекомендует проводить кислотную минерализацию серной кислотой с добавлением перекиси водорода. При сухом озолении могут быть потери кадмия, так как при температуре свыше 500ºС он испаряется. Содержание кадмия может быть установлено и путем образования комплексов с тетраметилендитиокарбонат-аммония, а также экстракцией кадмия изобутилметилкетоном.
Для определения кадмия в пищевых экстрактах может быть также использован колориметрический метод на основе дитизона.
В настоящее время наиболее широко применяется атомно-абсорбционная спектрофотометрия. Использование воздушно–ацетиленового пламени позволяет получить хорошие результаты, однако пламя должно тщательно контролироваться. Беспламенная атомно-абсорбционная спектрофотометрия позволяет определять кадмий на уровне 5 мкг/кг. Однако из-за химического влияния некоторых соединений, например солей калия, результаты могут быть искажены.
Есть данные по определению кадмия методом вольтамперометрии с анодным растворением. Результаты хорошо согласуются с данными атомно-абсорбционной спектрометрии. Достаточно надежные и точные данные удается получить с помощью нейтронно-активационного анализа. С использованием нового оборудования и повышением точности стало ясно, что данные, полученные ранее с помощью атомно-абсорбционной спектрофотомерии и менее точной пламенной фотометрии, не являются достоверными. Это объясняется несовершенством современных аналитических методов.
Определение кадмия в порошковом обезжиренном молоке. Необходимые реактивы. Первичный кислый фосфорнокислый аммоний, 0.5% раствор вес/об. (используется для химической модификации аналита). Примеси следов металлов в модификаторе должны быть удалены комплексообразованием АПДК и экстракцией МИБК.
Растворяют порошок молока (1.25 г) в деионизованной дистиллированной воде (25 мл) при хорошем перемешивании с использованием магнитной мешалки или ультразвуковой бани. Немного ТRITON Х–100 0.01% об. (1 мл) можно добавить для получения лучших диспергирующих свойств.
Приготовление градуировочных растворов. Водные стандарты: исходный стандарт 1000 мкг Cd/л в 1 М азотной кислоте. Готовят градуировочный раствор с концентрацией 10 мкг Cd/л разбавлением исходного раствора.
Процедура градуировки. Методом стандартных добавок с использованием программируемого дозатора образцов. Рекомендуемый объём образца – 10 мкл, объём стандартных добавок – 5 и 10 мкл, 10 мкл модификатора и бланковый раствор до общего для всех растворов объёма 30 мкл.
Этот метод не рекомендуется для свежего молока или порошков цельных молочных сливок. Для таких образцов или используют кислотное разложение или добавляют кислород на стадии озоления при анализе.
Так как Cd обычно присутствует в малых количествах, градуировочный раствор Cd должен иметь концентрацию 5 мкг/л или меньше. Для кадмия температура озоления должна быть не больше 750ºС.
4.3 Методы определения свинца
Свинец – высокотоксичный кумулятивный яд, поражающий нервную систему, почки. Хроническая интоксикация наступает при потреблении 1–3 мг в сутки. ФАО/ВОЗ установлена общая недельная безопасная доза 50 мкг/кг массы тела. Так как часть свинца поступает с воздухом и водой, с пищей человек может потреблять 300–400 мкг в день.
В моллюсках содержание свинца может достигать 15 мг/кг. В консервированных (в металлической таре) продуктах, содержащих кислоты, особенно в плодовых и овощных, содержание свинца может увеличиваться в 10 раз и более по сравнению с естественным уровнем.
Свинец депонируется в основном в скелете (до 90%) в форме труднорастворимого фосфата:
(3)
Используют как сухое озоление с добавкой нитрата магния или алюминия и кальция, так и мокрое – смесью азотной и хлорной кислот, применение серной кислоты не рекомендуется. Для текущих исследований – колориметрия с дитизоном, в который для устранения мешающего влияния цинка и олова добавляют цианид калия. Теряется в заметном количестве в присутствии хлоридов. Озоление веществ, содержащих свинец, проводится при температуре (500–600)º С. Определение проводят согласно ГОСТ 26932–86, ИСО 6633–84.
4.4 Методы определения ртути
Ртуть – высокотоксичный, кумулятивный яд, поражающий нервную систему и почки. Наиболее токсичны некоторые органические соединения, особенно метилртуть, составляющая в рыбе от 50 до 90% общей ртути. Установлена недельная безопасная доза общей ртути 5 мкг/кг массы тела, в том числе метилртути 3,3 мкг/кг. В наибольших количествах содержится в рыбе, обычно пропорционально ее возрасту и размеру, и особенно велико ее содержание у хищных рыб. При кулинарной тепловой обработке рыб теряется около 20% ртути.
Токсическое действие соединений ртути на организм вызывается тем, что ионы этих металлов вступают во взаимодействие с сульфгидрильными SH–группами белков, ферментов и аминокислот. При взаимодействии ионов металлов с SH–группами образуются слабодиссоциирующие и, как правило, нерастворимые соединения. Поэтому блокирование сульфгидрильных групп приводит к подавлению активности ферментов и свертыванию белков.
Из-за летучести элемента возможны потери даже при хранении и сушке образца. Поэтому рекомендуют только мокрое озоление смесями азотной, серной, иногда хлорной кислот с добавкой перманганата или молибдата при невысоких температурах и в специальной герметичной аппаратуре.
Определение ртути в пищевых продуктах и других биологических объектах требует точности и высокого мастерства. В настоящие время ртуть определяют тремя основными аналитическими методами: колориметрический, методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии и методом нейтронно-активационного анализа.
Колориметрический метод. Этот метод основан на переводе металла, содержащегося в навески, в комплекс с дитизоном, который экстрагируют органическим растворителем и затем колориметрируют. Эти операции длительны; предел обнаружения составляет около 0,05 мг/кг. Для определения требуется большая навеска (5 г) образца.
Метод пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии. Методом пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии в настоящие время широко используется для определения ртути. Имеется оборудование, позволяющее приспособить стандартную атомно-абсорбционную спектрометрию для так называемой техники холодного испарения. При этом используются циркуляционные и нециркуляционные методы. В первом случае содержание ртути в образце измеряют по значению мгновенной абсорбции ртути при прохождении ее паров через абсорбционную ячейку. При циркуляционных методах пары ртути накапливаются постепенно до достижения постоянной абсорбции. Для перевода ионов ртути в молекулярную форму используется хлорид олова. Метод применим для растворов, содержащих ртуть в форме, легко поддающейся восстановлению хлоридом олова.
Для определения ртути используются и другие аналитические методы.
Нейтронно-активационный анализ, например, характеризуется высокой селективностью и точностью. Он эффективен для определения ртути в небольших навесках при проведении общего анализа пищи.
Арбитражный метод – атомно-абсорбционный с использованием техники низкотемпературного холодного пара. Для текущих, исследований — колориметрия с йодидом меди. Колориметрия с дитизоном не рекомендуется, так как для большинства продуктов не позволяет определять величины ПДК. Метилртуть определяют методом газожидкостной хроматографии. Также определяют содержание ртути согласно нормативным документам ГОСТ 26927–86.
4.5 Методы определения цинка
Цинк – необходимый элемент, участвующий в работе ряда важных ферментов и гормона инсулина. Повышенные количества цинка токсичны. Так, признаки токсичности установлены при длительном потреблений воды с содержанием цинка 0,04 мг/кг. Много содержится в пшеничных отрубях и в устрицах — до 150 мг/кг. При хранении кислых продуктов в оцинкованной таре содержание элемента может увеличиваться в несколько раз.
Все еще широко применяется дитизон-колориметрический метод для качественного и количественного определения цинка. Окрашенный комплекс экстрагируют органическим растворителем и сравнивают со стандартами аналогично приготовленным раствором цинка. Предел определения составляет 0,7 мг/л.
Наиболее широко в настоящие время применяется метод атомно-абсорбционный спектрофотомерии. Метод чувствителен, и при этом другие элементы практически не мешают определению.
Также определяю цинк согласно стандартной методики определения по ГОСТ 26У34–86.
Средне содержание и ПДК цинка в пищевых продуктах приведены в таблице 3.
Таблица 3.Среднее содержание и ПДК цинка в пищевых продуктах
|
Пищевые продукты и сырье |
Среднее содержание, мг/кг |
ПДК, мг/кг |
|
Зерновые |
23 |
50,0 |
|
Зернобобовые |
28 |
50,0 |
|
Крупы |
22 |
50,0 |
|
Хлеб |
10 |
25,0 |
|
Бараночные изделия |
7,0 |
30,0 |
|
Отруби пшеничные |
100 |
130,0 |
|
Соль поваренная |
6,0 |
10,0 |
|
Сахар(песок) |
0,9 |
3,0 |
|
Желатин |
5,0 |
100,0 |
|
Орехи (ядро) |
21 |
50,0 |
|
Конфеты |
7,8 |
30,0 |
|
Какао–порошок и шоколад |
60 |
70,0 |
|
Печенье |
6,8 |
30,0 |
|
Молочные изделия |
||
|
Молоко, кисломолочные изделия |
4,5 |
5,0 |
|
Молоко сгущенное консервированное |
5,0 |
15,0 |
|
Молоко сухое |
5,0 |
5,0 |
|
Сыры, творог |
44 |
50,0 |
|
Масло сливочное |
0,3 |
5,0 |
|
Растительные продукты |
||
|
Масло растительное |
0,36 |
5,0 |
|
Маргарины и жиры |
2,0 |
10,0 |
|
Овощи свежие и свежемороженые |
1,5 |
10,0 |
|
Грибы свежие, консервированные и сухие |
2,9 |
20,0 |
4.6 Методы определения железа
Железо – необходимый элемент в жизнедеятельности человека, однако при повышенных содержаниях оно токсично. Установлено, что при потреблении железа >200 мг в день наступает гепатический сидероз. Железо является еще более сильным окислителем, чем медь, и вызывает такие же нежелательные явления. Поэтому часто железо в продуктах нормируют на более низком уровне, чем это необходимо по токсикологическим показателям (например, в жирах и маслах 1,5—5 мг/кг). Много содержится в бобовых растениях и в печени и почках животных (250—400 мг/кг). В напитках при хранении в металлической незащищенной таре из черного металла содержание железа может достигать 7мг/кг и выше.
Озоление образцов, содержащих железо, проводят при температуре (500–600) ºС, иногда – до 800 ºС. Окислители обычно не добавляют, однако азотная кислота и нитриты ускоряют окисление. При озолении образцов, содержащих хлориды, теряется некоторое количества железа [11, c. 95–97].
Железо в биологических материалах легко определяют колориметрическими, спектрофотометрическими и другими инструментальными методами. Способность переходных металлов образовывать окрашенные комплексы используются во многих колориметрических методах. Низкие концентрации железа легко определить методами пламенной и беспламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии. Наиболее эффективными обычно бывает воздушно–ацетиленовое пламя, при этом другие неорганические вещества не создают помех. Перед анализом образцы подвергаются либо кислотной минерализации, либо озоляются с последующим растворением в разбавленной кислоте. Однако при непосредственном анализе жидких пищевых продуктов возникают трудности, связанные с вязкостью и поверхностным натяжением жидкости (растительного масла), а также с наличием в них растворенной углекислоты (пиво). Для решения этих проблем можно использовать метод добавок, а также дегазацию напитков, содержащих углекислый газ.
Имеются данные, что при атомно-абсорбционном определении присутствие в растворе лимонной кислоты в концентрации 200 мг/л снижает абсорбцию более чем на 50 %. Увеличение высоты пламени и добавление фосфорной кислоты позволяют устранить это действие. Было установлено, что применение пламени закись азота-ацетилена позволяет устранить практически все помехи.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На сегодняшний день самыми современными и точными методами анализа пищевых продуктов являются колориметрический метод с использованием различных соединений, пламенная и беспламенная атомно-абсорбционная спектрометрия, вольтамперометрия, нейтронно-активационный анализ, а также пламенная фотометрия. Эти методы анализа позволяют определить такие тяжёлые металлы, как железо, свинец, кадмий, ртуть, цинк и др.
На организм человека и животных физиологическое действие металлов различно и зависит от природы металла, типа соединения, в котором он существует в природной среде, а также его концентрации. Многие тяжелые металлы проявляют выраженные комплексообразующие свойства. Так, в водных средах ионы этих металлов гидратированы и способны образовывать различные гидроксокомплексы, состав которых зависит от кислотности раствора. Если в растворе присутствуют какие-либо анионы или молекулы органических соединений, то ионы этих металлов образуют разнообразные комплексы различного строения и устойчивости. В ряду тяжелых металлов одни крайне необходимы для жизнеобеспечения человека и других живых организмов и относятся к так называемым биогенным элементам. Другие вызывают противоположный эффект и, попадая в живой организм, приводят к его отравлению или гибели.
В ходе написания курсовой работы я рассмотрела следующие проблемы:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
/ Л.Г. Елисеева - М.: МЦФЭР, 2006. - 800с.
/ Под ред. Л.Шимилта. – М.:Мир, 1986. - 616 с.