Основы биологии

5) вещества, применяемые в животноводстве;

6) полициклические ароматические и хлорсодержащие углеводороды;

7) диоксины и диоксинподобные вещества;

8) метаболиты микроорганизмов.

Основные источники загрязнения продовольственного сырья и продуктов питания.

Атмосферный воздух, почва, воды, загрязнённые отходами жизнедеятельности человека.

Загрязнение растительного и животноводческого сырья пестицидами и веществами, которые являются продуктами их биохимических превращений.

Нарушение технологических и санитарно-гигиенических правил использования удобрений и оросительных вод в сельском хозяйстве.

Нарушение правил использования в животноводстве и птицеводстве кормовых добавок, стимуляторов роста, медикаментов.

Технологический процесс производства продукции.

Использование неразрешённых пищевых, биологически активных и технологических добавок.

Использование разрешённых пищевых, биологически активных и технологических добавок, но в повышенных дозах.

Внедрение новых плохо проверенных технологий, основанных на химическом или микробиологическом синтезе.

Образование в пищевых продуктах токсических соединений в процессе варки, жарки, облучения, консервирования и проч.

Несоблюдение санитарно-гигиенических правил производства продукции.

Пищевое оборудование, посуда, инвентарь, тара, упаковка, содержащие вредные химические вещества и элементы.

Несоблюдение технологических и санитарно-гигиенических правил хранения и транспортировки продовольственного сырья и продуктов питания.

Рассматриваемые ниже химические элементы широко распространены в природе, они могут попадать в пищевые продукты, например, из почвы, атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, сельскохозяйственного сырья, а через пищу - в организм человека. Они накапливаются в растительном и животном сырье, что обусловливает их высокое содержание в пищевых продуктах и продовольственном сырье.

Большинство макро - и микроэлементов жизненно необходимы человеку, при этом для одних установлена определенная роль в организме, для других эту роль еще предстоит определить.

Следует отметить, что химические элементы проявляют биохимическое и физиологическое действие только в определенных дозах. В больших количествах они обладают токсическим влиянием на организм. Так, например, известны высокие токсические свойства мышьяка, однако в небольших количествах он стимулирует процессы кроветворения.

Таким образом, большинство химических элементов в строго определённых количествах являются необходимыми для нормального функционирования организма человека, но избыточное их поступление вызывает отравление.

Согласно решению объединенной комиссии Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (далее ФАО) и Всемирной организации здравоохранения (далее ВОЗ) по Пищевому кодексу, в число компонентов, содержание которых контролируется при международной торговле продуктами питания, включено восемь химических элементов: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, цинк, железо, стронций. Список этих элементов в настоящее время дополняется. В России медико-биологическими требованиями определены критерии безопасности для следующих химических элементов: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, медь, цинк, железо, олово.

Токсиколого-гигиеническая характеристика химических элементов

Свинец. Один из самых распространенных и опасных токсикантов. В земной коре содержится в незначительных количествах. Вместе с тем только в атмосферу поступает в переработанном и мелкодисперсном состоянии 4,5?105 т свинца в год.

Среднее содержание свинца по отдельным группам продуктов, мг/кг: фрукты - 0,1, овощи - 0, 19, крупы - 0,21, хлебобулочные изделия - 0,16, мясо и рыба - 0,16, молоко - 0,027.

Предусматривается содержание свинца в водопроводной воде не выше 0,03 мг/кг. Следует отметить активное накопление свинца в растениях и мясе сельскохозяйственных животных вблизи промышленных центров, крупных автомагистралей. Взрослый человек получает ежедневно с пищей 0,1-0,5 мг свинца, с водой - около 0,02 мг. Общее его содержание в организме составляет 120 мг. Из крови свинец поступает в мягкие ткани и кости.90% поступившего свинца выводится из организма с фекалиями, остальное с мочой и другими биологическими жидкостями. Биологический период полувыведения свинца из мягких тканей и органов составляет около 20 дней, из костей - до 20 лет.

Основными мишенями при воздействии свинца являются кроветворная, нервная, пищеварительная системы и почки. Отмечено отрицательное влияние на половую функцию организма.

Мероприятия по профилактике загрязнения свинцом пищевых продуктов должны включать государственный и ведомственный контроль за промышленными выбросами свинца в атмосферу, водоемы, почву. Необходимо снизить или полностью исключить применение соединений свинца в бензине, стабилизаторах, изделиях из поливинилхлорида, красителях, упаковочных материалах. Немаловажное значение имеет гигиенический контроль за использованием луженой пищевой посуды, а также глазурованной керамической посуды, недоброкачественное изготовление которых ведет к загрязнению пищевых продуктов свинцом.

Кадмий. В природе в чистом виде не встречается. Земная кора содержит около 0,05 мг/кг кадмия, морская вода - 0,3 мкг/кг.

Кадмий широко применяется при производстве пластмасс, полупроводников. В некоторых странах соли кадмия используются в ветеринарии. Фосфатные удобрения и навоз также содержат кадмий.

Все это определяет основные пути загрязнения окружающей среды, а, следовательно, продовольственного сырья и пищевых продуктов. В нормальных геохимических регионах с относительно чистой экологией содержание кадмия в растительных продуктов составляет, мкг/кг: зерновые - 28-95; горох - 15-19; фасоль - 5-12; картофель - 12-50; капуста - 2-26; помидоры - 10-30; салат - 17-23; фрукты - 9-42; растительное масло - 10-50; сахар - 5-31; грибы - 100-500. В продуктах животного происхождения, в среднем, мкг/кг: молоко - 2,4; творог - 6; яйца - 23-250.

Установлено, что примерно 80% кадмия поступает в организм человека с пищей, 20% - через легкие из атмосферы и при курении.

С рационом взрослый человек получает в сутки до 150 и более мкг кадмия на 1 кг массы тела. В одной сигарете содержится 1,5-2,0 мкг кадмия, поэтому его уровень в крови и почках у курящих в 1,5-2,0 раза выше по сравнению с некурящими.

92-94% кадмия, попавшего в организм с пищей, выводится с мочой, калом и желчью. Остальная часть находится в органах и тканях в ионной форме или в комплексе с белковыми молекулами. В виде этого соединения кадмий не токсичен, поэтому синтез таких молекул - защитная реакция организма при поступлении небольших количеств кадмия. Здоровый организм человека содержит около 50 мг кадмия. Кадмий, как и свинец, не является необходимым элементом для организма млекопитающих.

Попадая в организм в больших дозах, кадмий проявляет сильные токсические свойства. Главной мишенью биологического действия являются почки. Известна способность кадмия в больших дозах нарушать обмен железа и кальция. Все это приводит к возникновению широкого спектра заболеваний: гипертоническая болезнь, анемия, снижение иммунитета и др. Отмечены тератогенный, мутагенный и канцерогенный эффекты кадмия.

ДСП кадмия составляет 70 мкг/сутки, ДСД - 1 мкг/кг. ПДК кадмия в питьевой воде - 0,01 мг/л. Концентрация кадмия в сточных водах, попадающих в водоемы, не должна превышать 0,1 мг/л. Учитывая ДСП кадмия, его содержание в 1 кг суточного набора продуктов не должно превышать 30-35 мкг.

Важное значение в профилактике интоксикации кадмием имеет правильное питание: преобладание в рационе растительных белков, богатое содержание серосодержащих аминокислот, аскорбиновой кислоты, железа, цинка, меди, селена, кальция. Необходимо профилактическое УФ-облучение. Целесообразно исключить из рациона продукты, богатые кадмием. Белки молока способствуют накоплению кадмия в организме и проявлению его токсических свойств.

Мышьяк. Содержится во всех объектах биосферы: морской воде - около 5 мкг/кг, земной коре - 2 мг/кг, рыбах и ракообразных - в наибольших количествах. Фоновый уровень мышьяка в продуктах питания из нормальных геохимических регионов составляет в среднем 0,5-1 мг/кг. Высокая концентрация мышьяка, как и других химических элементов, отмечается в печени, пищевых гидробионтах, в частности морских. В организме человека обнаруживается около 1,8 мг мышьяка.

ФАО/ВОЗ установила ДСД мышьяка 0,05 мг/кг массы тела, что составляет для взрослого человека около 3 мг/сутки.

Мышьяк, в зависимости от дозы, может вызывать острое и хроническое отравление. Хроническая интоксикация возникает при длительном употреблении питьевой воды с 0,3-2,2 мг мышьяка на 1 л воды. Разовая доза мышьяка в 30 мг смертельна для человека. Специфическими симптомами интоксикации считают утолщение рогового слоя кожи ладоней и подошв. Неорганические соединения мышьяка более токсичны, чем органические. После ртути мышьяк является вторым по токсичности элементом, содержащимся в пищевых продуктах. Соединения мышьяка хорошо всасываются в пищевом тракте.90% поступившего в организм мышьяка выделяется с мочой. Биологическая ПДК мышьяка в моче равна 1 мг/л, а концентрация 2-4 мг/л свидетельствует об интоксикации. В организме он накапливается в волосах, ногтях, коже, что учитывается при биологическом мониторинге. Необходимость мышьяка для жизнедеятельности организма человека не доказана, за исключением его стимулирующего действия на процесс кроветворения.

Загрязнение продуктов питания мышьяком обусловлено его использованием в сельском хозяйстве. Мышьяк находит применение в производстве полупроводников, стекла, красителей. Бесконтрольное использование мышьяка и его соединений приводит к его накоплению в продовольственном сырье и пищевых продуктах, что обусловливает риск возможных интоксикаций и определяет пути профилактики.

Ртуть. Один из самых опасных и высокотоксичных элементов, обладающий способностью накапливаться в организме растений, животных и человека. Благодаря своим физико-химическим свойствам - растворимости, летучести - ртуть и ее соединения широко распространены в природе. В земной коре ее содержание составляет 0,5 мг/кг, морской воде - около 0,03 мкг/кг. В организме взрослого человека - около 13 мг, однако необходимость ее для процессов жизнедеятельности не доказана.

Загрязнение пищевых продуктов ртутью может происходить в результате:

естественного процесса испарения из земной коры в количестве 25-125 тыс. т ежегодно;

использования ртути в народном хозяйстве - производство хлора и щелочей, зеркал, электротехническая промышленность, медицина и стоматология, сельское хозяйство и ветеринария;

образование некоторыми группами микроорганизмов метилртути, диметилртути, других высокотоксичных соединений, поступающих в пищевые цепи.

Фоновое содержание ртути в съедобных частях сельскохозяйственных растений составляет от 2 до 20 мкг/кг, редко до 50-200 мкг/кг. Наибольшая концентрация ртути обнаружена в шляпочных грибах - 6-447 мкг/кг, в перезрелых - до 2000 мкг/кг. В отличие от растений, в грибах может синтезироваться метилртуть.

Фоновое содержание в продуктах животноводства составляет, мкг/кг: мясо - 6-20, печень - 20-35, почки - 20-70, молоко - 2-12, коровье масло - 2-5, яйца - 2-15. С увеличением количества ртути в корме и питьевой воде ее концентрация в органах и тканях существенно возрастает.

Мясо рыбы отличается наибольшей концентрацией ртути и ее соединений, которые активно аккумулируются в организме из воды и корма, содержащих другие гидробионты, богатые ртутью. В мясе хищных пресноводных рыб уровень ртути составляет 107-509 мкг/кг, нехищных - 79-200 мкг/кг, океанских - 300-600 мкг/кг. Организм рыб способен синтезировать метилртуть, которая накапливается в печени.

При варке рыбы и мяса концентрация ртути в них снижается, при аналогичной обработке грибов - остается без изменений.

Неорганические соединения ртути выделяются преимущественно с мочой, органические - с желчью и калом. Период полувыведения из организма неорганических соединений - 40 суток, органических - 76.

Защитным эффектом при воздействии ртути на организм человека обладают цинк и особенно селен. Токсичность неорганических соединений ртути снижают аскорбиновая кислота и медь при их повышенном поступлении в организм, органических - протеины, цистин, токоферолы.

Безопасным уровнем содержания ртути в крови считают 50-100 мкг/л, волосах - 30-40 мкг/г, моче - 5-10 мкг/сут. Человек получает с суточным рационом 0,045-0,060 мг ртути, что примерно соответствует рекомендуемой ФАО/ВОЗ норме по ДСП - 0,05 мг. ПДК ртути в водопроводной воде, идущей для приготовления пищи, составляет 0,005 мг/л, международный стандарт - 0,01 мг/л (ВОЗ, 1974 г).

Медь. Содержание в земной коре составляет 4,5 мг/кг, морской воде - 1-25 мкг/кг, организме взрослого человека - около 100 мг/кг.

Медь, в отличие от ртути и мышьяка, принимает активное участие в процессах жизнедеятельности, входя в состав ряда ферментных систем. Суточная потребность - 4-5 мг. Дефицит меди приводит к анемии, недостаточности роста, ряду других заболеваний, в отдельных случаях - к смертельному исходу.

Однако 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 тарой.

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 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, нарушение вкуса и обоняния и др.

Суточная потребность в цинке взрослого человека составляет 15 мг. Цинк, содержащийся в растительных продуктах, менее доступен для организма. Цинк из продуктов животного происхождения 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 отравления пищей или напитками, хранившимися в железной оцинкованной посуде. 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.

Олово. Необходимость олова для организма человека не доказана. Вместе с тем в организме 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. 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 20° С, 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. 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 стеклянной тары.

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 железо участвует в образовании гемоглобина. Железо выполняет целый ряд других жизненно важных функций: перенос кислорода, образование эритроцитов 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 в 100 г. Основным источником железа в питании являются печень, почки, бобовые культуры. 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 на 10%.

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.

7. Агроэкологическое значение альтернативных систем земледелия

Современное с/х России находится в такой ситуации, когда стало очевидно, что концепция традиционного развития АПК должны быть существенно пересмотрена с учетом эколого-экономических проблем. Ведение с/х в Р привело к тому, что при увеличивающихся энергозатратах на единицу продукции мы не стали получать больше. За последние 30 лет с/х угодья РФ сократились с 51 до 46 млн. га. Главный итог развития нашего аграрного сектора - это противоречие экономической политики и агроэкологических аспектов интенсификации с/х производства. Очевидно, что нормальное воспроизводство в аграрном секторе невозможно осуществить без затрат на экологию. Затраты на экологию подразделяют на плановые и неплановые. К первым относятся затраты, связанные с расходами на производство экологически безопасной продукции, повышение плодородия почв, предотвращение загрязнения и сохранение окружающей среды. К неплановым относятся убытки, связанные с невозможностью реализации продукции отраслей животноводства и растениеводства из-за нарушения медицинских нормативов. Также сюда относят расходы, связанные с компенсацией потерь при загрязнении АЭС. В условиях интенсивного ведения с/х производства АЭС, как правило, выходит из равновесия (сбой по биоэнергетическому потенциалу). В основу альтернативного земледелия входит задача сокращения до минимума негативного воздействия на АЭС и создание предпосылок для использования собственного (скрытого) биопотенциала. В ряде западных стран в 50-60-ые годы альтернативное земледелие (АЗ) получило название "с/х выживания". В начале 70-ых это направление приняло довольно большое распространение и в 1972г. в Версале состоялась первая международная конференция по АЗ. Решением этой конференции явилось образование международной организации по органическому земледелию (IFOAM). В 1997г. состоялось последнее собрание IFOAM, где была сформулирована генеральная задача: довести производство биологических продуктов питания до 10-20% от общего объема рыночного потенциала. Четко разграничить традиционное и альтернативное земледелие невозможно, поэтому между ними существуют перекликания.

Цели АЗ:

1) Сохранение и повышение плодородия почв.

2) Защита окружающей природной среды.

3) Активизация круговорота веществ.

4) Улучшение качества продукции.

5) Производство гарантированного количества продукции.

6) Экономия невосполнимой энергии.

Существует несколько типов АЗ.

1) Органическое земледелие (США). Обеспечивает рациональное использование природных ресурсов, минимальное снижение или повышение урожаев при неблагоприятных почвенно-климатических условиях, эффективное вовлечение природной энергии при производстве пшеницы, картофеля, яблок. До 20% увеличиваются затраты рабочей силы, производительность труда в некоторых случаях снижается до 95% и возможно уменьшение урожая пшеницы до 45%, т.к. запрещено применение быстрорастворимых азотных удобрений, пестицидов и др. защита растений основывается на использовании биопрепаратов бактериального и грибного происхождения.

2) Биодинамическое земледелие. Возникло в начале нашего столетия, основатель - Р. Штайнер. В этой системе рассматривается с/х предприятия как самостоятельный организм, который развивается и функционирует вместе с общими процессами развития в биосфере и космонавтике. В основе всех препаратов лежит применение молотого Si. По законам биодинамики приготовленные растворы хранят только в емкостях естественного происхождения. Применение элементов биодинамики в традиционном с/х целесообразно лишь при относительно низком уровне агроценоза.
3) Органобиологическое земледелие. Минеральные вещества из почвы поглощаются растениями не только в форме ионов, но и в виде макромолекул.

Список используемой литературы

1. Агрономия с основами ботаники / Под ред. Н.А. Корлякова. - М.: Колос, 1980. - 432 с.

2. Агроэкология / В.А. Черников, Р.М. Алексахин, А.В. Голубев и др. - М.: Колос, 2000. - 536 с.

3. Агроэкология: Методология, технология, экономика / В.А. Черников, И.Г. Грингоф, В.Т. Емцев и др. - М.: КолосС, 2004. - 400 с.

4. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек - Экономика - Биота - Среда. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 566 с.

5. Банников А.Г., Вакулин А.А., Рустамов А.К. Основы экологии и охрана окружающей среды. - М.: Колос, 1999. - 304 с.

6. Баранников В.Д., Кириллов Н.К. Экологическая безопасность сельскохозяйственной продукции. - М.: КолосС, 2005. - 352 с.

7. Биологическая защита растений / Под ред. М.В. Штерншиса. - М.: КолосС, 2004. - 264 с.

8. Бродский А.К. Введение в проблемы биоразнообразия. - СПб.: ДЕАН, 2002. - 144 с.

9. Вилли К. Биология / Пер. с англ. - М.: Мир, 1966. - 685 с.

10. Гарин В.М., Кленова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. - Ростов н/Д: Феникс, 2001. - 384 с.

11. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Ростов н/Д: Феникс, 2003. 576 с.

12. Лебедев С.И. Физиология растений. - М.: Агропромиздат, 1988. - 544 с.

13. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. - М.: Дрофа, 2003. - 624 с.

14. Об охране окружающей среды. Федеральный закон № 7-Ф3 Российской Федерации // Российская газета. - 2002. - 12 янв.

15. Пехов А.П. Биология с основами экологии. - СПб.: Лань, 2000. - 672 с.

16. Природопользование / Э.А. Арустамов, А.Е. Волощенко, Г.В. Гусков и др. М.: Дашков и КО, 2002. - 276 с.

17. Сельскохозяйственная экология / Н.А. Уразаев, А.А. Вакулин, А.В. Никитин и др. - М.: Колос, 2000. - 304 с.

18. Степановских А.С. Общая экология. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 510 с.

19. Суворов В.В., Воронова И.Н. Ботаника с основами геоботаники. - Л.: Колос, 1979. - 560 с.

20. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений / Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин и др. - М.: Колос, 2000. - 640 с.

Размещено на Allbest.ur