Экотоксикология

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ МИКРООРГАНИЗМАМИ И ИХ МЕТАБОЛИТАМИ
Загрязнение микроорганизмами и их метаболитами вызывает две формы заболеваний: пищевое отравление (пищевая интоксикация) и пищевая токсикоинфекция (Позняковский, 1999). Пищевую интоксикацию вызывает токсин, продуцируемый микроорганизмом, который попадает и развивается в продуктах. Пищевые интоксикации условно делят на бактериальные токсикозы и ми-котоксикозы. Пищевую токсикоинфекцию вызывают условно-патогенные микроорганизмы, попавшие в продукт в большом количестве. Загрязнение пищевых продуктов происходит в основном бактериями, риккетсиями, вирусами, плесенями и паразитами. Пищевые токсикоинфекции часто возникают при употреблении в пищу готовых изделий — салатов, закусок, студней, рыбных блюд и др. — в результате несоблюдения санитарных правил.

Ботулизм — тяжелое пищевое отравление, вызываемое токсинами, выделяемыми Clostridium botulinum. Изучено 7 видов ботуло-токсинов — А, В, С, D, Е, F и G. Наиболее токсичны ботулотокси-ны А и Е. С/, botulinum широко распространена в окружающей среде. В виде спор попадает в почву при удобрении ее навозом. Поэтому продукты растительного происхождения загрязняются спорами через почву. При 100 °С споры сохраняют жизнеспособность в течение 360 мин, при 120 °С— 10 мин. Оптимальной для жизнедеятельности С/, botulinum является температура 20—37 °С.

Картофельная попонка {Bacillus mesentericus) — типичный сапрофит. Активно развивается при 30—40 °С в зерне, муке, хлебе. Резко ухудшает органолептические свойства хлеба. Споры картофельной палочки выдерживают нагревание до 109—113 °С в течение 45 мин, кипячение — нескольких часов. При помоле зерна бактерия попадает в муку. Ее развитие в тесте подавляют повышением кислотности (добавлением уксусной кислоты). Бурно развивается в мякише хлеба при медленном охлаждении после выпечки в условиях хранения при повышенной положительной температуре. Хлеб портится, мякиш становится липким и тягучим, приобретает неприятные запах и вкус. Разрушение хлеба и появление запаха происходят под действием выделяемых бактерией ферментов, гид-рол изующих белки и крахмал. Такой хлеб непригоден для употребления.

Бактерии рода Salmonella представляют собой грамположи-тельные палочки, не образующие спор. Существует три основных типа сальмонеллеза: брюшной тиф, гастроэнтерит и септицемия. Большинство сальмонеллезов вызывается четырьмя видами этих бактерий. Сальмонеллы характеризуются устойчивостью к воздействию различных физико-химических факторов. Растут при температуре от 5,5 до 45 °С, оптимальная температура — 37 °С. Сохраняют жизнеспособность при охлаждении до О °С в течение 142 дней, при температуре 10 °С — 115 дней. Нагревание до 60 °С приводит к гибели сальмонелл через 1 ч, при 70 °С — через 15 мин, при 75°С — 5 мин, мгновенная гибель наступает при кипячении.
Заражение пищевых продуктов сальмонеллами может происходить как через животных, так и через человека. Основные пищевые продукты, передающие сальмонеллезные токсикоинфек-ции, —- мясо и мясопродукты, обсеменение которых осуществляется и при жизни животных, и после их убоя. Животные, больные сальмонеллезами, выделяют сальмонеллы с молоком, следовательно, молоко и молочные продукты также способствуют распространению сальмонеллезных токсикоинфекций. Кроме того, работники пищевых предприятий, болеющие скрытыми формами сальмонеллезов или являющиеся бактерионосителями, могут быть переносчиками сальмонелл. Особую роль в распространении сальмонеллеза играют прижизненно зараженные пищепродукты: яйца, мясо уток, гусей, кур, индеек.

Патогенные штаммы бактерий группы Escherichia coli способны размножаться в тонком кишечнике, вызывая токсикоинфекцию (основной симптом болезни — водянистое расстройство кишечника). Источником патогенных штаммов могут быть люди и животные. Обсеменяются продукты и животного, и растительного происхождения. Пути заражения такие же, как и при сальмонеллезах.
Среди бактерий рода Proteus к возбудителям пищевых токсикоинфекций относятся в основном Pr. mirasilis и Pr. vulgaris. Выдерживают нагревание до 65 °С в течение 30 мин, рН в пределах 3,5— 12, отсутствие влаги до 1 года, высокую концентрацию поваренной соли—13—17% в течение 2сут. Причиной возникновения протейных токсикоинфекций могут быть больные сельскохозяйственные животные, антисанитарное состояние пищевых предприятии, несоблюдение личной гигиены. Основные продукты, через которые передается это заболевание, — мясные и рыбные изделия, реже блюда из картофеля.

Микотоксины — вторичные метаболиты микроскопических плесневых грибов. Из кормов и продуктов питания выделено около 30 тыс. видов плесневых грибов, большинство из которых продуцирует высокотоксичные метаболиты, в частности более 120 микотоксинов. С биологических позиций микотоксины выполняют в обмене микроскопических грибов функции, направленные на их выживание и конкурентоспособность. С гигиенических позиций это особо опасные токсичные вещества, загрязняющие корма и пищевые продукты.
По данным ФАО, около 30 % мирового сбора зерновых и зернобобовых культур заражено токсикогенными грибами и загрязнено микотоксинами, более 10 % пищевых продуктов и кормов стоимостью более 30 млрд руб. ежегодно теряется вследствие поражения плесневыми грибами (1984). Наибольшую угрозу представляют грибы родов Fusarium, Aspergillus, Penicilliwn и их токсины. Однако с середины 80-х гг. XX в. быстро нарастает заражение зерна грибами родов Mucor, Alternaria, Septoria, Trichothecium, Myrothecium.
В продуктах питания и продовольственном сырье наиболее распространены следующие высокотоксичные микотоксины: аф-латоксыны, стеригматоцистин, охратотоксины, патулин, исланди-токсин, зеараленон, рубратоксины, цитриовиридин и др.

Афлатоксины (AT) наиболее опасны и лучше изучены. Они продуцируются главным образом грибами Aspergillus flavus и A. parasiticus. К семейству AT относится более 20 соединений, 4 из которых — основные: Вь В2, Gb G2, остальные — их производные или метаболиты. Наиболее токсичные и широко распространенные AT — BL Немаловажный интерес в плане загрязнения пищевых продуктов представляет AT Мь который является метаболитом AT Bj и выделяется с молоком у животных после употребления зараженного корма.
Развитие грибов и продуцирование AT наблюдается в орехах арахиса и арахисовой муке, реже в злаковых культурах (пшеница, рожь, ячмень, кукуруза и мука из них), бобовых и масличных культурах, молоке, мясе, яйцах и др. Оптимальные условия для роста и развития грибов — температура 20—30 °С, влажность 85— 90 %. Менее активно грибы продуцируют AT при более низкой температуре и влажности (даже в холодильнике).
AT характеризуются широким спектром токсического действия, LD50 AT Bi для человека составляет около 2 мг/кг массы тела. Заболевание, вызываемое AT, получило название афлатоксикоза.
Основную роль в механизме токсического действия AT играет нарушение проницаемости мембраны субклеточных структур и подавление синтеза ДНК и РНК. Последнее приводит к нарушению синтеза митохондриальных белков и липидов, других обменных процессов, что проявляется в ряде серьезных клинических заболеваний. Наряду с общетоксическим действием проявляется канцерогенная, мутагенная (генные и хромосомные мутации), тератогенная, гонадотоксическая и эмбриотоксическая активность AT, что делает проблему профилактики алиментарных афлатокси-нов особо актуальной.
Качественный и количественный состав рациона оказывает значительное влияние на токсический эффект AT. Этот эффект усиливается при дефиците белков, незаменимых жирных кислот и ретинола. При избытке белков также наблюдается усиление канцерогенного действия, что объясняется снижением активности эпоксидгидролазы и глутатионтрансферазы — ферментов, ответственных за детоксикацию AT и их метаболитов.
По данным ВОЗ, человек при благоприятной гигиенической ситуации потребляет с суточным рационом до 0,19 мкг AT, что не оказывает отрицательного воздействия на организм. Чем выше суточная доза AT (например, в Мозамбике — до 15,5 мкг), тем вероятнее заболеваемость первичным раком печени.
В России ПДК AT Bi для всех пищевых продуктов, кроме молока, составляет 5 мкг/кг, для молока и молочных продуктов — 1 мкг/кг, AT М — 0,5 мкг/кг. Допустимая суточная доза этих веществ для взрослого человека массой 60 кг — в пределах 0,3—0,6 мкг (0,005— 0,01 мкг/кг массы тела).

Патулин, продуцируемый пенициллами и аспергиллами, обнаруживается преимущественно в продуктах, полученных из заплесневелых плодов и ягод. Во фруктовых и овощных соках, пюре показатель ПДК патулина для взрослых составляет 50 мкг/кг, для детского питания — 20 мкг/кг.
Токсины грибов Fusarium sporotrichiella вызывают один из фуза-риотоксикозов — алиментарно-токсическую алейкию. Болезнь поражает как людей, так и сельскохозяйственных животных. Заболевание затрагивает кроветворные органы. У человека количество лейкоцитов снижается до 1000 и менее в 1 мм3, количество эритроцитов повышается. Вспышки заболевания наблюдались у людей после употребления хлеба, изготовленного из пораженного зерна.
Воздействием на организм токсинов гриба Fusarium graminearum, обладающих нейротропным действием, сходным с действием алкоголя, обусловлено отравление «пьяным хлебом».
При употреблении изделий из зерна, зараженного спорыньей, возникает эрготизм. Склероции гриба Claviceps purpurea содержат высокотоксичные алкалоиды (эрготоксин, эрготамин, эргомет-рин) и биогенные амины (гистамин, тирамин и др.). Эти соединения могут поражать нервную систему (судорожная форма) или кровеносные сосуды (гангренозная форма). Ядовитые соединения спорыньи устойчивы при термической обработке и хранении хлебопродуктов. Гигиенические нормы допускают содержание спорыньи в муке не более 0,05 %.

Система мер профилактики микотоксикозов включает в себя санитарно-микологический анализ пищевых продуктов и разработку способов деконтаминации и детоксикации сырья и пищевых продуктов, загрязненных AT. С этой целью используют механические, физические и химические методы. Механический метод заключается в отделении загрязненного материала вручную или с помощью электронно-колориметрических сортировщиков; физический — в термической обработке, облучении ультрафиолетовыми лучами; химический —ъ обработке растворами окислителей, сильных кислот и оснований. Применение механических и физических методов очистки не дает высокого эффекта, кроме того, химические методы приводят к разрушению не только AT, но и полезных компонентов пищи, а также к нарушению их всасывания.
При профилактике алиментарных микотоксикозов основное внимание уделяют зерновым культурам. Необходимо соблюдать следующие меры по предупреждению загрязнения зерновых культур и пищевых продуктов микотоксинами:
• своевременная уборка урожая с полей, а также последующая правильная агротехническая его обработка и хранение;
• санитарно-гигиеническая обработка складских емкостей и помещений (чистка от ранее хранившихся продуктов и пыли, дезинфекция парами формальдегида);
• закладка на хранение только кондиционного зерна;
• выбор способа технологической обработки в зависимости от загрязнения сырья;
• определение степени загрязнения сырья и пищевого продукта.
Важной задачей является выведение сортов, устойчивых к аспергиллам.

Установленные медико-биологическими требованиями и санитарными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов критерии безопасности включают определение следующих четырех групп микроорганизмов:
I группа — санитарно-показательные микроорганизмы. Это такие микроорганизмы, которые постоянно находятся в естественных полостях организма человека или животного и не обитают во внешней среде. Присутствие санитарно-показательных микроорганизмов в различных объектах внешней среды свидетельствует о загрязнении их выделениями человека или животных. Чем больше санитарно-показательных организмов во внешней среде, тем более вероятно присутствие также и специфических возбудителей инфекционных заболеваний. К таким микроорганизмам относят мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микробы и бактерии группы кишечной палочки. Это микроорганизмы, оптимальная температура роста которых составляет 25—40 °С в условиях доступа кислорода либо его отсутствия. Показателем санитарно-гигиенического состояния продукта является общая численность названных микроорганизмов. Во всем мире идут поиски новых индикаторных микроорганизмов. В настоящее время в качестве тест-бактерий предлагаются энтерококки, являющиеся показателем фекального загрязнения, стрептококки — для косвенной индикации возбудителей воздушно-капельных инфекций и энтеровирусы.
Бактерии группы кишечной палочки делят на 4 подгруппы: бактерии Escherichia coli commune, E. coli citrovorum, E. coli aerogenes, Е. paracoli. Наиболее часто встречаются Е. coli commune и Е. paracoli. Обнаружение кишечной палочки в исследуемом продукте выявляет нарушение технологического режима его получения. Присутствие Е. coli в консервированном продукте показывает на явные нарушения режима консервирования, и нельзя гарантировать, что в продукте не содержатся другие, более опасные, чем кишечная палочка, бактерии. При санитарно-гигиенической характеристике продукта важно не только установить в нем наличие кишечной палочки, но и знать ее численность. С этой целью определяют титр кишечной палочки: коли-титр и колииндекс.
Колититр — это наименьший объем (или масса) исследуемого материала, в котором обнаружена хотя бы одна клетка Е. coli.
Колииндекс — это количество бактерий в 1 л или 1 кг исследуемого материала.
Санитарная пригодность, например, воды для пищевых целей характеризуется степенью обсемененности ее микроорганизмами и отдельно — кишечной палочкой. Стандартом предусмотрено, что количество бактерий при посеве 1 мл воды, определяемое по количеству колоний после 24-часового выращивания при 37 °С, должно быть не более 100; количество кишечных палочек в 1 л воды (колииндекс) — не более 3; колититр (количество миллилитров воды, на которое приходится 1 кишечная палочка) — не менее 300.
II группа — потенциально патогенные микроорганизмы (коагулазоположительный стафилококк, Bacillus cersus, сульфитредуцирующие клостридии, бактерии рода Proteus, парогемолитические галофильные вибрионы).
III группа — патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы.
IV группа — микроорганизмы, используемые как показатели микробиологической стабильности продукта, включают дрожжи и микроскопические грибы (плесени).
Микробиологические исследования проводят в соответствии с ГОСТами, СанПиНами, методическими указаниями, методическими инструкциями, другими нормативными документами, содержащимися в МБТ.