Пестициды это химические вещества, применяющиеся для уничтожения микроорганизмов (фунгициды), сорняков (гербициды) и насекомых (инсектициды), вредоносных или нежелательных с точки зрения экономики или здравоохранения.
Практически все продукты растениеводства в процессе роста или хранения подвергаются действию химических веществ (пестициды, минеральные удобрения, продукты загрязнения атмосферы).
Современное промышленное животноводство также использует разнообразные химические вещества (пестициды, стимуляторы роста, кормовые добавки, гормональные препараты, консерванты и другие).
Применение пестицидов во всем мире увеличивается, так как они со-храняют урожай, снижают потери от микроорганизмов и сельскохозяйственных вредителей, уничтожают сорняки. В то же время возникает ряд про-блем и негативных моментов, связанных с отравлением людей, животных, растений, загрязнением окружающий среды, особенно водного и воздуш-ного бассейнов земли, нарушением равновесия в экологической системе между отдельными видами и различными представителями растительного и животного мира. Пестициды могут попадать в организм человека с пищей, из почвы, воды и воздуха. Велико влияние пестицидов на экологическую систему, многие пестициды способны разрушать природные ферменты, необходимые для жизни растений, животных и полезных насекомых.
Эффективное применение различных химических веществ и особенно пестицидов в сельском хозяйстве, исключающее попадание их в определенном количестве в окружающую среду и продукты питания, одна из главных проблем химизации сельского хозяйства, а также органов здравоохранения.
Большинство современных пестицидов относится к малотоксичным и малостойким соединениям. К моменту зрелости и сбора урожая в продуктах растениеводства либо вовсе не обнаруживаются пестициды, либо их количество настолько мало, что не может оказать через пищу вредного влияния на организм человека. Только при грубом нарушении правил пользования пестицидами (увеличении доз, частоты и сроков обработки) в пищевых продуктах могут остаться пестициды в количестве, превышающем ПДК. Однако некоторые пестициды и при правильном использовании могут оказать отрицательное влияние на качество продуктов. Это в первую очередь относится к «системным пестицидам» внутрирастительного действия, которые проникают внутрь растений, попадают в их организм и ткани.
В настоящее время выпускается и применяется в сельском хозяйстве большое количество пестицидов различной химической структуры. Все пестициды, используемые в растениеводстве и животноводстве, делятся на следующие группы:
1. Хлорорганические химические вещества; применяются как инсектициды (гексахлорциклогексан ГХЦГ, кельтан, каптан, полихлоркамфен, сульфон) для обработки картофеля, овощных, ягодных и зерновых культур
2. Фосфорорганические химические вещества, применяемые как инсектициды (карбофос, хлорофос, тетраметилтиурамид сульфид, метатион, дуребан и другие).
3. Производные карбаминовой, тиокарбаминовой и дитиокарбаминовой кислот; применяются как фунгициды (бенлат, поликарбацин, цинеб), гербициды (бетанол, ронит), инсектициды (севин, карбат, карбендазин).
4. Хлорпроизводные фенолоксикислот; используются как гербициды (кротилин, дипал, карнокс, бутирал, бексон, метаксон) для обработки зерновых культур и картофеля.
5. Производные сими-триазина; применяются как гербициды (приматол, метазин, мезоранил, мезурон, зенкор, прометрин, сульфазин) для обработки овощей, картофеля, ягодных, бобовых и цитрусовых культур.
6. Нитро- и хлорпроизводные фенола; используются как инсектициды (динофен, динобуто, крезанит и др.), гербициды (каратан, аратан, динокап, мороцид и др.); как инсектицид, фунгицид и гербицид для яблонь, груш, ягодных культур, винограда применяется нитрафен.
7. Производные мочевины; применяются как гербициды (арезин, вензар, диурон, линурон, монурон и другие) и фунгициды (карпен, церкобан, метилтиофан и другие) для картофеля, овощей, яблонь, груш и пшеницы.
8. Медьсодержащие соединения; используются как фунгициды (сульфат меди, оксихлорид меди, бордосская жидкость и другие) для многих плодовых, ягодных и овощных культур.
Более опасны для окружающей среды и человека хлорорганические соединения, менее фосфорорганические, так как они быстрее разлагаются и их остатки в продуктах обнаруживаются в 4…5 раз реже, чем хлорорганические.
Широкое применение во многих странах мира получили карбаматы. Они используются в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов, фунгицидов, гербицидов, нематоцидов, регуляторов роста растений, а также для борьбы с переносчиками инфекций.
Карбаматы это большая группа синтетических пестицидов, N-заме-щенные эфиры карбаминовой кислоты, имеющие общую структурную формулу
R' NН C ОR",
║
О
где R' алкильные радикалы; R" арильные радикалы.
Простые эфиры и N-замещенные производные карбаминовой кислоты это нестойкие соединения, особенно в щелочной среде, распадающиеся с образованием спирта, фенола, аммония, амина и СО2.
Соли и эфиры замещенной карбаминовой кислоты более стойки, чем сама карбаминовая кислота.
Производное карбаматного эфира это твердое кристаллическое вещество с низким давлением пара и плохой растворимостью в воде, но хорошей в органических растворителях. Некоторые карбаматы могут сублимироваться с поверхностного слоя почвы в атмосферный воздух, загрязняя его. Карбаматы быстро разлагаются в воде и легко смываются дождевыми водами с растений после их обработки, загрязняя воду рек и озер.
В почве карбаматы разлагаются по-разному в зависимости от влажности и типа почв, рН, наличия микроорганизмов, способности абсорбции, вида карбамата (например, карбендазин очень медленно разлагается).
Механизм токсического действия карбаматов основан на подавлении активности ацетилхолинэстеразы (АХЭ) и других эстераз; АХЭ способствует гидролизу ацетилхолина до холина и уксусной кислоты.
Установлено, что под влиянием химических веществ возможно изменение качества продуктов, которое может иметь как положительную, так и отрицательную направленность. Качество продуктов в результате применения химических веществ может повышаться за счет улучшения минерального состава, уничтожения микроорганизмов, накопления ценных веществ. Однако под влиянием пестицидов, способных проникать в растения, происходят физиолого-биохимические изменения, приводящие к изменению и ухудшению качества продуктов. Так, ухудшаются органолептические показатели за счет остаточного количества пестицидов (появляются посторонний запах и вкус); изменяется химический состав и биологическая ценность (уменьшается количество витаминов, -каротина, углеводов, ами-нокислот); образуются новые химические соединения, являющиеся метаболитами пестицидов. Некоторые промежуточные продукты распада пестицидов представляют собой стойкие соединения, которые могут сохраняться после сбора урожая.
Сохранение остатков пестицидов в овощах и плодах представляет особую опасность, так как они часто используются в пищу в сыром виде и, следовательно, термического разложения пестицидов не происходит. Овощи в большей мере накапливают пестициды, чем плоды. Морковь, томаты и огурцы обладают высокой способностью накапливать пестициды, из которых чаще всего встречается севин.
Многие пестициды хорошо растворяются в жирах и могут накапливаться в продуктах животноводства, в частности, молоке, яйцах, сметане, масле и т. п.
В последние годы в связи с запрещением хлорорганических пести- цидов, улучшением санитарного контроля, использованием малостойких пестицидов их содержание в пищевых продуктах выше предельно-допустимых концентраций (ПДК) практически не обнаруживается.
В настоящее время в нормативной документации на качество пищевых продуктов и в сертификатах соответствия указывается ПДК для пестицидов.
Токсичные элементы. К основным токсичным элементам относятся: ртуть, свинец, кадмий, олово, медь, цинк, мышьяк, хром.
Ртуть токсичный элемент кумулятивного действия принадлежит к числу рассеяных в природе микроэлементов, легко образует большое число органических и неорганических соединений, подавляющее большинство которых ядовито. Наиболее ядовиты органические соединения ртути.
Ртуть в металлической или связанной форме вместе с отходами химических предприятий попадает в сточные воды или в воздух, а затем в воду. Этот элемент попадает в воду также при вымывании почв дождевой водой. Всего в мире ежегодно производится около 9000 т ртути, из них примерно 5000 т впоследствии попадает в реки, озера, океаны.
В большинстве пищевых продуктов содержится очень мало ртути (менее 0,01 мг/кг следы). Больше ее обнаружено в орехах, какао-бобах и в шоколаде (до 0,1 мг/кг). Ртуть накапливается в почках животных и в рыбах-хищниках, особенно в тунце (до 0,7 мг/кг). Из всего количества ртути, которое поступает в организм человека с пищей, примерно половина приходится на продукты животного происхождения и одна треть на растительную пищу.
Наиболее опасны в наземных и водных пищевых цепях и для организма человека метилртуть и другие алкильные соединения. Именно они применяются в качестве фунгицидов (например, для обработки зерновых культур), при производстве бумажной массы, служат катализаторами при синтезе пластмасс и в большом количестве с отходами производства попадают в окружающую среду.
Метилртуть представляет собой высокотоксичное жирорастворимое и устойчивое к воздействию внешних факторов соединение. Значительное количество этого вещества накапливается в воде при преобразовании ртути под действием микроорганизмов, обитающих в водных бассейнах.
Частое употребление в пищу рыбы даже при относительно низкой концентрации в ней метилртути приводит к отложению ртути в волосах (до 50 мг/кг). Если в волосах накапливается около 300 мг/кг, то это опасно для жизни.
Метилртуть оказывает вредное влияние на координацию движений, поражает головной мозг, ухудшает зрение.
По данным комитета ФАО-ВОЗ в пищевых продуктах метилртути допускается 0,05 мг/кг, для рыбы до 0,5 мг/кг, в питьевой воде до 0,001 мг/л.
Недельное поступление ртути для человека не более 0,3 мг, а метилртути 0,2 мг.
Свинец относится к наиболее изученным ядам высокой токсичности. В большинстве продуктов животного и растительного происхождения его содержится мало (не более 0,5…1,0 мг/кг). Чаще всего этот элемент обнаруживается в хищных рыбах, ракообразных и моллюсках.
В основном повышенное содержание свинца наблюдается в консервах, помещенных в жестяную тару. Большое загрязнение окружающей среды, пищевых продуктов и человека связано со сгоранием этилированного бензина. Тетраэтилсвинец, добавляемый в бензин для повышения октанового числа в количестве 0,1 %, летуч и более токсичен, чем сам свинец.
В настоящее время практически все пищевые продукты, вода и другие объекты окружающей среды загрязнены свинцом, и тенденция к загрязнению со временем возрастает. Больше всего свинец накапливают листовые овощи, причем 95 % свинца поглощается из воздуха и 5 % из почвы.
По данным ФАО-ВОЗ, среднее количество свинца, попадающего в организм с нормальными пищевыми продуктами, составляет 230…250 мкг в день; из воздуха 90 мкг в день.
Подобно другим тяжелым металлам свинец, включается в структуру ферментов, в результате чего эти ферменты не могут выполнять предназначенные им в растительных и животных клетках или в организме челове-ка функции. Токсичное действие свинца связывают с тем, что ионы свинца образуют с сульфгидрильными группами ферментов устойчивые меркаптиды. Свинец влияет на биосинтез нуклеиновых кислот, протеинов гемоглобина и различных гормонов и других биологических активных веществ.
Свинцовое отравление сопровождается поражением головного мозга, расстройством нервной системы и ухудшением зрения.
ПДК свинца для пищевых продуктов составляет от 0,1 до 1,0 мг/кг, ПСП для человека 0,05 мг на один килограмм массы тела.
Кадмий один из самых опасных токсикантов (токсичнее свинца). В природной среде он встречается в очень малом количестве.
Однако в последние 30…40 лет кадмий нашел широкое применение в технике. Например, при нанесении гальванических покрытий (кадмирование неблагородных металлов), для получения красителей, в качестве стабилизатора для пластмасс (например, при производстве поливинилхлорида), в электрических батареях. Из-за этого много кадмия с промышленными отходами попадает в воздух и воду. Так, в Балтийское море поступает примерно 200 т кадмия, в том числе 45 % из воздуха. А во всем мире в окружающую среду выбрасывается примерно 5000 т кадмия.
Больше всего кадмия накапливается в растительных продуктах. Он легко переходит из почвы в растения, 70 % кадмия поглощается из почвы, 30 % из воздуха. Кадмий накапливается в грибах, почках животных, в какао-порошке. Кадмий опасен в любой форме доза 30…40 мг может быть смертельной. Он плохо выводится из организма и вызывает хронические заболевания, поражает почки, нервную систему, приводит к костным заболеваниям, нарушает функции легких. Предполагается, что он обладает канцерогенным действием.
ПДК кадмия для пищевых продуктов составляет от 0,01 до 0,1 мг/кг.
Мышьяк. Источником загрязнения окружающей среды и, как следст-вие, продуктов питания и человека могут быть дымовые выбросы в виде мышьяковистого ангидрида медеплавильных заводов, электростанций, работающих на буром угле, при переработке некоторых руд. В ряде стран для ускорения роста цыплят, свиней и кроликов используют корм с добавлением солей мышьяковистой кислоты. Установлено, что при правильном вскармливании в мышечной ткани мышьяк не обнаруживается, но в печени может накапливаться. Человек принимает с пищей 1,5…2,0 мг мышьяка. В продуктах питания содержится мышьяка до 0,3 мг/кг, больше всего его обнаружено в дрожжах (до 17 мг/кг) и в морских моллюсках (до 120 мг/кг). Комитет ФАО-ВОЗ установил суточное поступление мышьяка 0,05 мг на один килограмм массы тела человека.
Хром. Металлический хром безвреден, так как не растворим. Соединения трехвалентного хрома не токсичны, а шестивалентного сильно ядовиты. Хромированные изделия устойчивы к коррозии и не могут быть источником загрязнения. Наиболее опасны краски, содержащие хром, катализаторы и другие хромсодержащие соединения.
Поглощение хрома человеком очень мало. Организм содержит около 0,02…0,04 мг хрома на один килограмм массы тела. Кумуляция хрома в организме человека не обнаружена, выделение его происходит через почки.
Олово считается естественным компонентом пищевых продуктов низкой токсичности. Физиологическое значение не изучено. Органические соединения олова токсичны, применяются как фунгициды в сельском хозяйстве. Главным источником загрязнения пищевых продуктов являются луженые консервные банки из белой жести. Содержание олова в консервах составляет 20…175 мг/кг при соблюдении сроков хранения, в противном случае количество его в продуктах увеличивается в десятки раз.
Содержание в натуральных продуктах олова мало, до 4 мг/кг. До настоящего времени накопления олова в тканях и органах человека не наблюдалось. Безопасная ежедневная доза для человека неизвестна.
ПДК по олову устанавливается только в консервах: для взрослых до 200 мг/кг и для детей до 100 мг/кг.
Медь. Медь принадлежит к микроэлементам, необходимым для жизнедеятельности человека. Как недостаток, так и избыток меди вызывает нарушение обменных процессов в организме. Основными источниками загрязнения пищевых продуктов являются изделия из меди, применяемые в пищевой промышленности (котлы, трубопроводы, аппаратура и другие), а также медьсодержащие пестициды. Медь катализирует окисление жиров и аскорбиновой кислоты, ее присутствие может отрицательно повлиять на пищевую ценность и вкус продуктов питания. Естественное содержание меди в продуктах составляет 0,4…5,0 мг/кг, допустимые концентрации ее в продуктах 0,5…50 мг/кг в зависимости от вида. Общее количество меди в организме человека составляет примерно 100…150 мг, а ПСП 0,5 мг на один килограмм массы тела.
Цинк. Цинк принадлежит к малотоксичным элементам. Источником загрязнения пищевых продуктов является оцинкованная посуда, ее неправильное использование, особенно для кислых продуктов.
В продуктах питания основная часть цинка представлена металлом естественного происхождения и содержится его примерно до 100 мг/кг. Высокое содержание цинка в желатине (до 2000 мг/кг), в зерновых культурах (особенно пшенице), некоторые фрукты и яичный желток содержат до 45 мг/кг. Предельно-допустимая концентрация цинка в продуктах колеблется от 5 мг/л (напитки) до 100 мг/кг (фрукты, овощи). Для человека ПСП цинка комитетом ФАО-ВОЗ не установлено.