Диоксины и полигалогенированные углеводороды как контаминанты продуктов питания
1 Токсическое
действие диоксинов и
Диоксины — это органические
высокотоксичные вещества, которые
обладают мутагенным, иммунодепрессантным,
канцерогенным, тератогенным и эмбриотоксическим
действием. Диоксины почти не расщепляются
и накапливаются как в
Диоксин — это тотальный
яд, он поражает практически все
формы живой материи, включая
не только даже бактерии. Однако
опасен диоксин не только
Таблица 1 – Классификация полигалогенированных углеводородов (ПГУ)
Название соединения |
Аббревиатура |
Структурная формула |
Область применения, источник |
Полихлорированные бифенилы |
ПХБ |
|
Диэлектрик в трансформаторах |
Полихлорированные Дибенз - n- диоксины |
ПХДД |
|
Примесь в гербицидах дефолиантах |
Полихлорированные дибензофураны |
ПХДФ |
|
Примесь в гербицидах дефолиантах |
Полихлорированные нафталины |
ПХН |
|
Средства защиты резиновых изделий |
Полибромированные бифенилы |
ПББ |
|
Замедлители горения |
Токсическое действие диоксинов на простейшие организмы обусловлено, по-видимому, нарушением функций металлоферментов, с которыми они образуют прочные комплексы. Значительно сложнее происходит поражение диоксинами высших организмов, особенно теплокровных и, прежде всего, человека. Комплексный характер действия этой группы соединений на человека и живые организмы приводит к подавлению иммунитета, поражению внутренних органов и истощению организма.
Исследователи пришли к заключению, что действие диоксинов направлено на отобранные в ходе эволюции регуляторные механизмы живой клетки, запускаемые рецепторными белками с однотипным активным центром. Таким центром может служить гем — железосодержащее соединение из группы порфиринов, поскольку в силу своих геометрических и электронных параметров он способен связываться с планарными по структуре диоксинами. А порфирины, как известно, ответственны за перенос кислорода в живом организме.
Таким образом, попадая в организм, диоксины выступают в роли индукторов длительных ложных биоответов, способствуя накоплению ряда биокатализаторов-гемопротеидов в количествах, опасных для функционирования клетки и всего организма. В итоге затрагиваются регуляторные механизмы адаптации к внешней среде. Поэтому даже слабое поражение диоксинами, проявляющееся в высокой утомляемости, пониженной физической и умственной работоспособности, а также в повышении чувствительности к биологическим инфекциям и другим химическим ксенобиотикам, может привести к негативным последствиям в условиях дополнительных, обычно легко переносимых стрессов.
Вторичные эффекты диоксинов
на организм связаны с индуцируемыми
ими биокатализаторами —
Таков краткий перечень негативных изменений в работе клетки на молекулярном уровне, вызванных попаданием в организм диоксинов. В итоге вторичные эффекты диоксинов усугубляют первичные, что приводит к понижению иммунитета и в конечном счете вызывает так называемые экологические заболевания человека и животных. В настоящее время опасность диоксинов как канцерогенов считается доказанной, хотя в предшествующие два десятилетия полной ясности в этом вопросе не было.
В организме теплокровных диоксин первоначально попадает в жировые ткани, после чего перераспределяется, накапливаясь преимущественно в печени, а затем и в других органах. Разрушение диоксина в организме незначительно: он выводится в основном неизменным, в виде комплексов не установленной пока природы. Период полувыведения колеблется от нескольких десятков дней (мышь) до года и более (приматы) и обычно возрастает при медленном поступлении в организм. С повышением удерживаемоего в организме и избирательного накопления в печени чувствительность особей к диоксину возрастает.
При остром отравлении животных наблюдаются признаки общетоксического действия диоксина: потеря аппетита, физическая и половая слабость, хроническая усталость, депрессия и катастрофическая потеря веса. К летальному исходу это приводит через несколько дней или даже через несколько десятков дней, в зависимости от дозы яда и скорости его поступления в организм.
В не летальных дозах диоксин вызывает тяжелые специфические заболевания. У высокочувствительных особей первоначально появляется заболевание кожи — хлоракне (поражение сальных желез, сопровождающееся дерматитами и образованием долго незаживающих язв), причем у людей хлоракне может многократно повторяться, даже спустя много лет после излечения. Более сильное поражение диоксином приводит к порфирии; нарушению обмена порфиринов — важных предшественников гемоглобина и простетических групп железосодержащих ферментов (цитохромов). Порфирия проявляется в повышенной фоточувствительности кожи: она становится хрупкой, покрывается многочисленными микропузырьками. При хроническом отравлении диоксином развиваются также различные заболевания, вызванные поражениями печени, иммунных систем и центральной нервной системы.
Указанные заболевания проявляются
на фоне резкой активации диоксином
важного железосодержащего
Действие диоксинов на человека обусловлено их влиянием на рецепторы клеток, ответственных за работу гормональных систем. При этом возникают эндокринные и гормональные расстройства, изменяется содержание половых гормонов, гормонов щитовидной и поджелудочной желез, что увеличивает риск развития сахарного диабета, нарушаются процессы полового созревания и развития плода. Дети отстают в развитии, их обучение затрудняется, у молодых людей появляются заболевания, свойственные старческому возрасту. В целом повышается вероятность бесплодия, самопроизвольного прерывания беременности, врожденных пороков и прочих аномалий. Изменяется также иммунный ответ, а значит, увеличивается восприимчивость организма к инфекциям, возрастает частота аллергических реакций, онкологических заболеваний.
Полихлорированные бифенилы (ПХБ) — высокотоксичные соединения, поражающие печень и почки. Даже в чрезвычайно низких концентрациях они оказывают негативное воздействие на живые организмы и известны тем, что приводят к кожным заболеваниям, а в высоких концентрациях могут вызвать смерть человека.
Хроническое действие полихлорированных бифенилов сходно с действием хлорпроизводных нафталина. Они вызывают порфирию: активируют микросомные ферменты печени. С увеличением количества атомов хлора в молекуле ПХБ это свойство усиливается. ПХБ обладают эмбриотоксическим действием, оказывают выраженное негативное влияние на репродуктивную функцию. По-видимому, токсическое действие хлорированных бифенилов обусловлено образованием высокотоксичных полихлордибензофуранов и полихлордибензодиоксинов /2/.
2 Источники загрязнения окружающей среды полигалогенированными углеводородами
Большая часть полигалогенированных углеводородов (ПГУ), за исключением галогенированных диоксинов и фуранов, производилась в виде препаратов для специфического применения, причем нередко в комплексе с другими веществами с различной степенью галогенирования, зависящей от условий дальнейшего использования препарата.
Большинство производимых ПГУ получают путем хлорирования или бромирования нужного углеводорода в присутствии определенного катализатора.
Полихлорированные нафталины выпускали в США, Германии, Великобритании и Франции для использования в качестве защитного слоя резиновых изделий. Именно их производство открыло эпоху полигалогенированных углеводородов. Когда были выявлены токсичные свойства полихлорированных нафталинов, их стали применять в электронике, при изготовлении кабелей и частично в виде пропитки бумаги для конденсаторов в автомобилестроении.
В большинстве развитых стран полихлорированные бифенилы первоначально использовались в открытых системах в качестве добавки к средствам защиты растений. После запрета их применения в открытых системах полихлорированные и полибромированные бифенилы стали использовать в качестве замедлителей горения многих синтетических и взрывоопасных материалов. Полибромированные бифенилы добавляли в пластмассы, такие как полистирол, полиэстер, полиамидные смолы, лаки и полиуретановые пены, использовавшиеся в производстве огнетушителей. Полибромированные углеводороды применялись при изготовлении мебели и в производстве компьютеров. Как и полихлорированные бифенилы, полибромированные соединения очень устойчивы в окружающей среде, при этом отличаются большей растворимостью в воде и способностью легко выщелачиваться из пластмасс, что определяет их способность быстро распространяться в окружающей среде.
Можно сказать, что диоксины и родственные им по структуре соединения непрерывно генерируются человеческой цивилизацией и поступают в биосферу. Появилось понятие «диоксиновый фон». Источниками этих ядов являются предприятия практически всех отраслей промышленности, где используется хлор, но наиболее опасны химические, нефтехимические и целлюлозно-бумажные заводы.
Полихлорированные дибенз-n-диоксины и дибензофураны являются побочными продуктами синтеза пентахлорфенола, в небольших количествах они присутствуют в гербицидах-дефолиантах и консервантах древесины, а также образуются в результате высокотемпературного хлорирования при изготовлении других ПГУ, имеющих широкое применение. Диоксины могут образовываться в процессе отбеливания сырой целлюлозы, бумаги или картона хлором при получении так называемой крафт-бумаги.
Прекращение производства или использование ПГУ только в закрытых системах может уменьшить их распространенность в окружающей среде, однако не приведет к действительному понижению уровня содержания ПГУ в природных объектах в связи с постоянно растущим количеством отходов и мусора, содержащего ПГУ. Вторичными источниками ПГУ служат сточные воды с мест захоронения твердых промышленно-бытовых отходов, а также дымовые газы, образующиеся при сжигании или самопроизвольном сгорании мусора. Некоторые соединения могут синтезироваться стихийно — во время лесных пожаров или на открытых горящих объектах. Иными словами, рано или поздно все ПГУ поступят в воды Мирового океана и в почву. А испарения, атмосферные процессы и воздушный транспорт перенесут вредные соединения в еще имеющиеся экологически чистые районы.
Контаминация окружающей среды происходит при производстве тары и упаковки с использованием в технологии отбеливателей, содержащих хлор. Миграция ПГУ в пищу из пакета зависит от природы продукта. При прямом контакте с упаковкой жиросодержащего продукта, например молока, концентрация ПГУ в нем будет больше, чем в обезжиренном, что обусловлено высокой липофильностью ПГУ и плохой их растворимостью в водных средах.
Особенно опасны армейские высокотоксичные химические загрязнения. Мощным источником диоксиновых загрязнений является уничтожение химического оружия. Химическое перевооружение 1950-1960-х гг. сопровождалось уничтожением ранее накопленных запасов оружия первого поколения, основу которого составляли хлорсодержащие иприт и люизит. Не менее мощный источник — старты твердотопливных стратегических ракет.
Особо загрязняют атмосферу диоксинами мусоросжигающие заводы, где работы производятся при температуре 800-950 °С. При этом образуется максимальное количество диоксинов. При сжигании 1 кг поливинилхлорида (многие виды линолеума, обоев, пластиковые бутылки) выделяется 50 мкг диоксинов. Эффективное их разрушение возможно только при температурах свыше 1150-1200 °С.
Таким образом, в настоящее время существуют разнообразные источники диоксинов и других полигалогенированных углеводородов, проникающих в окружающую среду различными путями. Суперэкотоксиканты этого вида образуются в результате хозяйственной деятельности человека в промышленно развитых странах, особенно в городах, где сосредоточено большинство населения, и имеют, как правило, техногенное происхождение. В природной среде данные суперэкотоксиканты, так же как хлорорганические пестициды, достаточно устойчивы. В биосфере ПГУ быстро поглощаются растениями, сорбируются почвой и различными материалами, где практически не изменяются под влиянием физических, химических и биологических факторов среды. Обладая способностью образовывать комплексы, они прочно связываются с органическими веществами почвы, накапливаются в остатках погибших почвенных микроорганизмов и омертвевших частях растений. Из почв диоксины и другие ПГУ выводятся преимущественно механическим путем. Отличающиеся низкой плотностью комплексы диоксинов с органическими веществами, а также содержащие их остатки погибших организмов выдуваются с поверхности почвы ветром, вымываются дождевыми потоками и в итоге устремляются в низменности и акватории, создавая новые очаги заражения: места скопления дождевой воды, озера, донные отложения рек, каналов, прибрежной зоны морей и океанов.
Период полураспада диоксинов в природе превышает 10 лет. Таким образом, различные объекты окружающей среды являются надежными хранилищами этих токсикантов.
ПГУ отличаются уникальной биологической активностью, распространяются в окружающей среде далеко за пределы своего первоначального местонахождения. Они хорошо растворимы в органических растворителях и практически нерастворимы в воде, обладают высокой адгезионной способностью, что способствует их накоплению и миграции в виде комплексов с органическими веществами и поступлению в воздух, воду и пищевые продукты.
В настоящее время признано недопустимым присутствие диоксинов в продуктах питания, воздухе и питьевой воде. Достичь же этого практически невозможно, поэтому в большинстве развитых стран различными службами контроля и охраны окружающей среды и здоровья человека установлены нормы допустимого поступления диоксинов в организм человека, а также ПДК или уровни их содержания в различных средах (воздухе, воде, почве и т. д.).Согласно рекомендациям ВОЗ ДСД диоксинов для человека составляет 10 нг/кг.
3 Диоксины и полициклические ароматические углеводороды — потенциально опасные загрязнители пищевых продуктов
При попадании в окружающую среду диоксины интенсивно накапливаются в почве, водоемах, активно мигрируют по пищевым цепям, особенно в жиросодержащих объектах. В организм человека диоксины поступают в основном с продуктами питания (98-99 % от общей дозы) /3/.
Основными источниками поступления
диоксинов и родственных
В каждом последующем звене пищевой цепи концентрация полихлорированных бифенилов повышается, поэтому наибольшее количество этих веществ концентрируется в организмах хищников. В организм человека ПГУ поступают в основном с пищевыми продуктами, прежде всего с мясом, молоком и животными жирами. В растительных жирах диоксины практически отсутствуют, так как растения не способны усваивать липофильные вещества/2/.
Диоксины и другие ПГУ
могут накапливаться в
В связи с опасностью
накопления в организме детей
диоксинов, поступающих с
Среди основных продуктов опасные концентрации этих веществ обнаруживаются в мясе, молочных продуктах и рыбе. Следует отметить способность диоксинов накапливаться в коровьем молоке, где их содержание в 40-200 раз выше, чем в тканях животного. Источниками диоксинов могут быть картофель, морковь, другие корнеплоды, так как основная часть диоксинов кумулируется в корневых системах растений, и только 10 % — в наземных частях. Человек массой тела 70 кг получает с пищей в течение дня в среднем 0,35 нг/кг ТХДД.
Допустимая суточная доза (ДСД) для человека согласно рекомендации ВОЗ — 10 нг/кг.
ДСД является отправной точкой для нормирования содержания диоксинов в различных продуктах питания и воде. Максимально допустимые уровни (МДУ) их содержания в основных группах пищевых продуктов составляют, нг/кг (в пересчете на ТХДД):
- молоко (в пересчете на жир) — 5,2;
- рыба (съедобная часть) — 11,0, в пересчете на жир — 88,0;
- мясо (съедобная часть) — 0,9, в пересчете на жир — 3,3;
- пищевые продукты — 0,036;
- вода объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения — 20 нг/л /3/.
4 Методы борьбы с диоксиновыми загрязнениями
В последнее десятилетие
в развитых странах выполняются
масштабные, дорогостоящие и очень
тщательные работы по уничтожению ранее
произведенной и ставшей
Разработаны также многочисленные
методы обеззараживания почв и уничтожения
отходов диоксиногенных технологий,
основанные на различных принципах
- физических, химических, биологических,
а чаще - комбинированные. Достижения
в области термических и
Наиболее эффективными считаются термические технологии, при которых основным является тепловое воздействие (нагревание или окисление при температурах порядка 1000°С):
- сжигание в стационарной вращающейся печи;
- сжигание в передвижной вращающейся печи;
- уничтожение с помощью ИК-нагрева;
- уничтожение в
- окисление суперкритической водой;
Проверена эффективность
многих нетермических методов
- химическое дехлорирование;
- химическое разрушение
с помощью RuO4, пероксида водорода,
озона и других мощных
- химическое разрушение с помощью хлориодидов;
- фотодеструкция;
- гамма-радиолиз;
- комбинированные методы
с использованием
- иологическое разрушение;
- методы извлечения (сорбция, экстракция и т.д.);
- стабилизация-фиксация.
Термические технологии уничтожения.
Среди термических технологий, использующих высокотемпературное сжигание, применяют один из видов нагрева - прямое пламя от сжигания отходов с добавлением топлива, ИК-излучение, электрические печи или плазменные горелки. В низкотемпературных технологиях сжигания отходов также используются четыре типа энергии: электромагнитное волновое воздействие, сжигание без открытого пламени, сжигание в пламени при низких температурах, бесконтактный нагрев с помощью теплообменников.
Технически наиболее проработанными и экологически самыми эффективными считаются методы высокотемпературного сжигания во вращающейся печи. Создано несколько стационарных и мобильных установок для термообработки во вращающейся печи зараженных диоксинами почв, а также твердых и жидких отходов.
Химические технологии уничтожения.
Предложено несколько химических способов обеззараживания от ПХДД и родственных соединений. Они включают дехлорирование, окисление и озонолиз, восстановление, хлоролиз и т.д.
Наиболее обещающим явилось дехлорирование хлорорганических соединений и, в частности, диоксинов, находящихся в отходах, а также извлеченных из зараженной почвы, путем их сплавления APEG (alkali polyethylene glycolates). Реактив APEG - это полимерный продукт, образующийся при взаимодействии этиленгликоля с молекулярной массой порядка 400, с твердыми КОН или NaOH. Он является сильнейшим нуклеофильным агентом, способным при 90-100°С (особенно в присутствии ДМСО, резко усиливающего его нуклеофильные свойства) на 99,41-99,81% разрушать галогенорганические соединения до эфиров и спиртов и соответствующих щелочных галогенидов (продукты разрушения диоксинов с помощью APEG нетоксичны). Эффективность разрушения высокотоксичных 2.3,7,8-ТХДД и 2,3,7,8-ТХДФ пока несколько ниже (96,24-98,6%).
Разработан ряд методов, позволяющих окислить диоксины и родственные соединения различного рода окислителями. Так, в некаталитических условиях окисление диоксинов кислородом протекает при температуре выше 500°С. Кроме того, разрабатываются катализаторы, позволяющие проводить окисление при температурах ниже 100° С.
Биологические технолгии разрушения.
Разработки биологических методов разрушения диоксинов в почвах и различного рода отходах ведутся в нескольких направлениях. Пока ни один из них не может быть признан достаточно эффективным, чтобы занять место на практике. Однако наметилось несколько обещающих направлений.
Одно из них - это метод
кометаболизма, разрушение субстрата
с помощью энзима. Этим способом
может быть достигнуто частичное
или полное удаление структурноподобных
вредных веществ. Так, например, из грибка
белой гнили fungus Phanerochacte chrysosporium выделен
энзим, способный к разрушению лигнина,
содержащего в своих молекулах
диоксиноподобные (но не хлорированные)
звенья. Это наиболее эффективная
из известных окислительных
В качестве своеобразного метода экстракции ПХБ из водных растворов можно рассматривать способ их биоконцентрирования водорослями некоторых типов. Как оказалось, они способны извлекать ПХБ из воды на 80-100%, в результате чего концентрация ПХБ в сухом веществе водорослей достигает 200 ppt при его содержании в воде не выше 40 мг/л.
Делаются попытки с помощью методов генной инженерии приспособить микроорганизмы, обитающие в почвах и на свалках, к разрушению диоксинсодержащих отходов /4/.
5 Пути решения проблемы безопасности пищевых продуктов с точки зрения контаминации их полигалогенированными углеводородами
Пути решения проблемы
— создание сети станций контроля
диоксинового фона окружающей среды (организация
мониторинга диоксиновых
В 2005 году была принята инструкция по мониторингу дибензо-n-диоксинов и дибензофуранов в продуктах питания и определению потребляемой суточной дозы. В которой определяется основные методологические подходы к ведению мониторинга, этапы его проведения, требования к отбору проб; рекомендует метод количественного анализа диоксинов и фуранов, методику определения потребляемой суточной дозы; содержит сведения о токсическом эквиваленте наиболее токсичных конгенеров ПХДД/ПХДФ. Инструкция разработана для органов государственного санитарного надзора Министерства здравоохранения Республики Беларусь для использования в практике предупредительного и текущего санитарного надзора за качеством и безопасностью продуктов питания .
Проведение мониторинга продовольственного сырья при отборе его непосредственно на сельскохозяйственных предприятиях по производству продовольственного сырья (молочно-товарные фермы) и предприятиях, осуществляющих хранение продовольственного сырья (овощехранилища), имеет следующие преимущества:
- возможность предотвращения
поступления диоксинов и
- возможность выявления
источников диоксинов и
Однако, принимая во внимание имеющиеся данные о зависимости концентрации ПХДД/ПХДФ от технологии обработки и приготовления пищи, миграции их из упаковочных материалов, можно отметить следующие недостатки метода:
- невозможность прогнозировать
уровень загрязнения в
- невозможность оценки вклада в диоксиновую нагрузку на организм всего спектра потребляемых продуктов питания (включая импортируемые);
- невозможность расчета потребляемой суточной дозы диоксинов и фуранов, потребляемых населением.
Применение такого подхода к мониторингу может быть рекомендовано:
- для обнаружения точечных источников выбросов диоксинов и фуранов;
-для выявления причин загрязнения отдельных продуктов питания;
- контроля эффективности мероприятий по снижению выбросов диоксинов и фуранов;
- как дополнение к мониторингу пищевых продуктов.
Проведение выборочного мониторинга продуктов питания, производимых из выращенного отечественного и импортируемого сырья, пищевых продуктов позволяет оценить загрязненность диоксинами и фуранами продуктов питания, формирующих потребительскую корзину жителей республики.

- Диоксины – универсальные клеточные яды
- Дионисий и его школа
- Дионисий иконник
- Диопозон голоса
- Диофантовы уравнения
- Дипламатическое правительство
- Дипломатическая деятельность Аристида Бриана
- Диод Ганна
- Диодтар
- Диод Шотки
- Диоксид серы. Источники. Воздействие на окружающую среду и человека
- Диоксиновые источники
- Диоксины
- Диоксины (3)