Новые подходы к методам контроля содержания потенциальных токсикантов в пиве

Новые подходы к методам контроля содержания потенциальных токсикантов в пиве

Л.Н. Третьяк, к.т.н., Оренбургский ГУ

Прогресс в инструментальном обеспечении химико-аналитических исследований, позволивший определять, например, методами масс-спектрометрии даже наноконцентрации иона практически любого металла, создал проблемы в интерпретации результатов. Ион ртути, входящий в состав сулемы, и ДНК пищевых продуктов практически неразличимы, но выводы при их обнаружении прямо противоположны: первый является показателем внешнего загрязнения продукта, второй — естественный нутрициент, из которого организм ежедневно воссоздает свою биомассу. Таким образом, применяя методы ионного анализа химического состава продукта, невозможно однозначно ответить на вопрос: обнаруженный ион принадлежит токсичным минеральным солям и является следствием антропогенного загрязнения или он входит в состав биологически незаменимых органических соединений?

В таблице 1 приведены концентрации ионов дрожжей, пивоваренной воды и пива, полученные в лицензированной лаборатории Центра биотической медицины (лицензия лабораторий МДКЗ 18097/9556; 77-01-000094) методами масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, демонстрирующие некорректность отнесения любого иона к нутрициентам или к токсикантам.

Мы можем утверждать, что 0,00054 мг/л ионов ртути, обнаруженных в семенных пивных дрожжах, принадлежат металлоорганическим комплексам, свойственным биологической структуре дрожжей, и не могут являться следствием экологических загрязнений. Однако мы

не можем назвать источник 0,000635 мг/л ионов состава многократно очищенной питьевой воды, использованной для приготовления пива. Но даже предположив, что источником ртути является экологический загрязнитель, прошедший через все этапы водоподготовки, невозможно рассчитать, какую именно часть минеральных веществ, содержащих ртуть, дрожжи в процессе утилизации питательных веществ сусла трансформировали в составе своей биомассы, а какая часть осталась как загрязнитель пива.

Таким образом, факт обнаружения в составе пива ионов ртути невозможно трактовать как опасность для потребителя. Но означает ли этот факт невозможность применения требований СанПиН 2.3.2.1074-01 на юридическом поле производства пищевых продуктов, оценивающих полноценность пищевого продукта по требованиям МР 2.3.1.1915-04? Очевидно, что загрязнение продукта может произойти не только из состава сырья (полевые загрязнители, микробиоты и токсиканты хранения), но и в ходе технологического процесса.

Выход из создавшегося положения, при котором два нормативных документа противоречат друг другу, мы видим в трансформации методов санитарно-эпидемиологического контроля с ионного определения состава продукта на методы, позволяющие определять вещества-токсиканты, появление которых наиболее вероятно в составе продукта в соответствии с неблагоприятной региональной экологической ситуацией. Этот принцип применяется уже сейчас при наличии опасности радиоактивного загрязнения продуктов: вначале оценивается степень их вторичного Р-излучения, и только при превышении нормативов начинается поиск радионуклидов и их источников проникновения в пищевой продукт.

1. Концентрации химических элементов, мг/л

Хими- ческий элемент Дрожжи Вода пиво- варенная Пиво «Жигулевское» нефильтрованное Химический элемент Дрожжи Вода пивоваренная Пиво «Жигулевское» нефильтрованное

Al 0,16 0,009 0,09 Mg 272,0 7,96 109,0

As 0,013 0,00043 0,003 1,18 0,001957 0,16

B 0,13 0,066823 0,14 № 75,62 48,71 63,98

Ca 666,0 23,98 59,17 № 0,28 0,001455 0,00208

Cd 0,01848 0,000012 0,00012 P 2619 0,033 261,0

0,03748 0,000071 0,00049 Pb 0,00485 0,000809 0,00106

& 0,0244 0,0012 0,0260 Se 0,0536 0,0161 0,0018

1,56 0,01097 0,0455 Si 8,88 5,05 23,91

Fe 12,1 0,05 1,09 Sn 0,01231 0,000015 0,00015

0,00054 0,000635 0,00054 Sr 1,55 0,20 0,14

I 0,03 0,003 0,02 V 0,0024 0,00077 0,0008

K 1564 2,91 383,0 Zn 26,26 0,03 0,075

Li 0,007 0,00359 0,0067

При этом основное внимание, на наш взгляд, следует уделять не поиску наноконцентраций всевозможных химических загрязнителей, а профилактике загрязнений сырья и повышению культуры производства зернового сырья, а также совершенствованию технологии производства пива. Мы придерживаемся концепции, требующей запрета при производстве и хранении зернового пивоваренного сырья на использование любых химических реагентов с токсичностью менее 2-10-2.

Мы считаем, что поиск токсикантов в составе пива (и пищевых продуктов) должен вестись целенаправленно по возможным источникам и цепям их проникновения в готовый продукт. В этом направлении при наличии опасений загрязнения продукта металлическими ядами следует использовать разработки отечественной химико-токсикологической школы. Например, методы скрининговых исследований и дробного анализа на металлические яды, разработанные Швайковой М.Д., Крамаренко В.Ф. и др.

При сопоставлении основополагающих критериев токсичности (LD50) с классами опасности, указанными в СанПиН 2.1.4.1074-01 и в Техническом регламенте на пивоваренную продукцию, выявляется явное несовпадение. В частности, все соединения, величины ПДК которых менее 1,0 мг/л, должны быть отнесены к первому или второму классу токсичности, но никак не к третьему классу «умеренно токсичных соединений», ПДК которых должны варьировать от 20 до 100 мг/л. И наоборот, если эти вещества отнесены к третьему классу, то следует установить их ПДК на два порядка выше, чем приведено в нормативах на воду, причём отечественная токсикологическая школа определяет класс токсичности вещества с учётом его химической активности.

По методике С.Д. Заугольникова нами проведено химическое моделирование и определение класса токсичности конкретных соединений ионов нормируемых металлов, которые могут присутствовать в составе пива [1]. Оказалось, что в составе пива следует определять растворимые соли неорганических соединений азотной и серной кислот и бесперспективно определение слаборастворимых карбонатов, иодидов, бромидов металлов, нормируемых по СанПиН 2.1.4.1074-01 и СанПиН 2.3.2.1078-01 (стронций, свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, пестициды, нитраты, селен и др.). По преобладающему классу токсичности (2-й класс) и лучшей растворимости в воде следует проводить лабораторный контроль на присутствие в пиве нитрата стронция.

Без особых причин нет необходимости контролировать в составе пива присутствие радиоактивного С8 и взрывоопасного С8(ОН)2. Эти соединения не могут «технологически добраться» до конечного продукта. Низка вероятность по-

явления и хлорида цезия из-за применяемых в технологии пивоварения мер по удалению ионов хлора из состава пивоваренной воды. Наибольшая вероятность проникновения в конечный продукт существует для сульфата цезия, растворимость которого в шесть раз выше, чем у нитрата цезия. Мы не считаем необходимым определение радиоактивных компонентов состава пива. В соответствии с НРБ-99 при превышении нормативов общей радиоактивности производится измерение индивидуальных концентраций радионуклидов, в том числе природных радионуклидов Ra226, и238, ТИ232 и техногенных радионуклидов С8137, Sr90. Однако более чем в два раза снижены требования к радиоактивности пива (относительно стронция), при этом в пиве не нормируется природный Sr2+ — относительно безвредный (не вызывает наведенной радиоактивности), но его содержание нормируется в зерне, при этом не нормируется остроопасный Sr5+ — показатель радиоактивного загрязнения. Эти детали чрезвычайно важны для специализированного контроля. Тем более что в зерне нормируются показатели а- (3-радиоактивности. После чернобыльских событий эти показатели приобретают не только теоретический интерес. Отечественные нормативы радиоактивности пищевых продуктов явно завышены. Так, по национальным нормативам загрязнение молока свыше 100 Бк/л считается недопустимым. Однако в ряде стран, например в Норвегии, для детского питания допустимый норматив радиоактивности молока составляет 370 Бк/л. Это почти в четыре раза выше уровня, который в России считается уже недопустимым даже для пива. На наш взгляд, для отечественных производителей пивоваренного сырья величина радиоактивной загрязнённости, кроме источников а-частиц, не должна отличаться от естественного фона региона, при этом контроль следует производить не пивоварам, а специализированным организациям.

Присутствие токсичных соединений свинца рационально вести по контролю за содержанием нитрата свинца. Безопасной и адекватной суточной дозой свинца считается 15,0—100,0 мкг (или 0,25—1,7 мкг/кг массы тела).

Нормируемые пределы содержания кадмия также требуют пересмотра: в зерне допускается 0,1 мг/кг, в воде — 0,001 мг/л, а в пиве — 0,03 мг/л. Кадмий — доказанный канцероген, а пиво на 95% состоит из воды. Допуски на содержание кадмия в пиве не должны быть снижены в 30 раз относительно воды. Индикатором загрязнения пива солями кадмия предлагаем избрать нитрат кадмия, как особо токсичное и хорошо растворимое в воде соединение 1-го класса токсичности. Причём необходимо в 10 раз ужесточить предельно допустимую дозу этого яда в пиве,

приведя к нормативам на воду (ориентировочно до 0,003 мг/л). Безопасной и адекватной суточной дозой кадмия считается 10,0—20,0 мкг (или 0,17—0,33 мкг/кг массы тела).

Современные методы контроля не позволяют отличить ион ртути, входящий в состав сулемы, от иона ртути, содержащегося в нуклеиновых кислотах. Сулема — яд 1-го класса токсичности: LD50 =35,0 мг/кг. Токсична даже доза в 1 мкг/кг массы тела (Трахтенберг И.М.). ПДК металлической ртути составляет 0,01 мг/м3; среднесменная ПДКсм. равна 0,005 мг/м3 (ГОСТ 12.1.005-88), среднесуточная ПДКсс ртути — 0,0003 мг/м3. ПДК для ртути и её неорганических соединений в США принята 0,05 мг/м3. Органические соли ртути плохо растворимы в воде, и их появление и определение в составе конечного продукта нереально.

Как не покажется странным, но ежесуточная потребность человека в мышьяке составляет 0,25 мг. В пиво токсичные соединения мышьяка могут попасть вместе с ячменём, подвергнутым дератизационной обработке в зернохранилищах. Закисная форма мышьяковистого ангидрида при кипячении сусла неизбежно должна перейти в окисную, которая плохо растворима в воде и поэтому высадится при фильтрациях. Контроль солей мышьяка в пиве мы считаем необоснованным.

По величине средней смертельной дозы пестициды относятся ко 2-му классу токсичности: ГХЦГ LD50 = 100,0 мкг/кг; линдан — LD50 = 88,0-225,0 мкг/кг, TLV OSHA = 0,5 мг/м3 [12, C.1643-1659]. Однако в связи с нерастворимостью пестицидов в воде их определение в составе пива необоснованно.

Появление бен(а)пирена в составе пивоваренного сырья определяется не только его содержанием в выхлопах автотранспорта (в 1 г углеводородной сажи содержится 1 мг бен(а) пирена), но и как следствие применения газовых (дымовых и коксовых) сушилок при производстве солода. Бенз(а)пирен имеет ПДК = 0,01 мкг/м3 — канцероген по месту контакта. В воде бенз(а)пирен нерастворим, поэтому его определение в пиве не считаем необходимым.

В 1 литре чешского пива, в среднем, содержится 16,5—19,0 мг нитратов (в солоде — 4,8 мкг/кг; в хмеле — 241,0 мкг/кг). Допустимая суточная доза нитратов (ДСД), по мнению экспертов ВОЗ, равна 5 мг/кг массы тела человека в пересчёте на нитрат-ион; мишенью нитратов являются ядра гепатоцитов и нуклеиновый обмен. Расчётная допустимая суточная доза пива не должна превышать 300,0—400,0 мл. ДСД нитритов равна 0,15 мкг/кг массы тела; 1,0 мг нитрита может перевести в метгемоглобин 2000,0 мг гемоглобина. Оптимальным методом определения нитратов, как и любых других анионов состава пива, считаем хроматографический метод.

На примере селена можно проиллюстрировать важность контроля не ионов селена, а селенметионина, селенцистеина как характерных представителей пищевых продуктов. Известно, что минеральные формы двухвалентного неорганического селена, накапливаемые бледной поганкой, смертельны (одна бледная поганка содержит 1000 смертельных доз для человека), тогда как селенметионин и селецистеин — это именно то, что организм усваивает из пищевых продуктов, а пивные дрожжи из солода [2].

Приведённые данные свидетельствуют о том, что основными растворимыми химическими соединениями, способными определять токсичность пива, являются нитраты (свинца, кадмия и стронция), нитрозамины и сивушные масла. Причём при существующих технологиях хранения пивоваренного зернового сырья, водоподготовки и режимах брожения нельзя исключить появления в пиве этих чрезвычайно опасных соединений. Существующие возможности лабораторного контроля заводских лабораторий позволяют определять эту триаду, на наш взгляд, обязательных к нормированию и контролю контаминантов в каждой подготовленной к реализации партии пива. Например, ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР рекомендует применение колориметрического метода с сали-цилатом натрия при ожидаемых концентрациях нитратов 0,1—20,0 мг/л. При этом мешающие влияния хлоридов успешно устраняются добавлением сульфата серебра. Фотометром со светофильтрами X = 400^413 нм определяют концентрацию нитросалициловой кислоты. Полный набор состава сивушных масел можно определить хроматографически.

Многие аналитические задачи, возникающие в процессе пивоварения, могут быть решены с привлечением региональных аккредитованных лабораторий, оснащенных хроматографами для ионообменной хроматографии [3]. Американская корпорация Dionex (USA), используя ионоселективную хроматографию на анионообменной колонке IonPac AS-11, успешно проводит одновременное разделение неорганических анионов и органических кислот, например, в американском эле.

В соответствии с федеральными законами «О техническом регулировании» и «О само-регулируемых организациях» пивоваренные компании имеют право устанавливать перечень стандартов, определяющих качество конечного продукта и его безопасность для потребителя, включая методы химико-аналитического обеспечения. При этом рекомендуется ориентироваться на международные стандарты с учетом финансовых возможностей организаций. Принимая во внимание, что функции контроля за экологическим и радиоактивным загрязнением

территории принадлежит органам Государственного контроля, основной задачей внутризаводского лабораторного контроля становится обеспечение качества продукции. В борьбе тенденций между превращением заводских лабораторий в научно-исследовательские центры и минимальным метрологическим обеспечением проводимого кольцевого анализа продукции перед передачей её в торговую сеть пивовары склоняются к последнему. При этом причинами, определяющими такой выбор, являются недостаточное финансовое, кадровое и приборное обеспечение контроля качества и безопасности сырья и готового пива. В этой связи мы предлагаем предприятиям разработку стандартов по методам контроля качества и безопасности сырья и пива на основе разработанного нами метода прогнозного определения концентраций инди-

каторных веществ в пиве [4]. Метод основан на МУ 2.1.5.720-98 [5] и вполне доступен заводским лабораториям любой оснащенности.

Литература

1. Заугольников С.Д. Экспрессные методы определения токсичности и опасности химических веществ. СПб.: Медицина, 1978.

2. Третьяк Л.Н., Герасимов Е.М. Специфика влияния селена на организм человека и животных (применительно к проблеме создания селеносодержащих продуктов питания) // Вестн. Оренбург, гос. ун-та. 2007. №12. С. 136-145.

3. Рыбакова Е.В. Ионная хроматография: универсальная методика для анализа пива // Пиво и напитки. 2004. №2. С, 42-43.

4. Третьяк Л.Н., Герасимов Е.М. Методика расчёта возможной загрязненности пива по индикаторному веществу состава пива или промежуточного продукта // Известия вузов. Пищевая технология. 2010. №1. С. 98-100.

5. МУ 2.1.5.720-98 Обоснование гигиенических нормативов химических веществ в воде водных объектов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования: методические указания, введ. с 15.10.1998 /http://www.mostgost.ru/ gost_preview/nш/nш_215720-98/index.lltml-26.05.09