Возможности получения экологически безопасного молока в условиях антропогенного загрязнения окружающей среды

Н.Г. Габрук, А.А. Шапошников

Белгородский государственный университет

В условиях Белгородской области впервые проведен анализ молока в 29 хозяйствах по показателям качества, а также степени загрязнения тяжелыми металлами и хлорорганическими пестицидами. Изучена сезонная динамика содержания этих веществ в молоке. В лабораторных условиях в опытах in vitro подобраны эффективные минеральные добавки, обладающие сорбционной способностью, построены изотермы сорбции. Препарат «Атокс» впервые испытан в рационах лактирующих коров с целью снижения концентрации токсичных веществ в молоке. Оптимальная доза препарата установлена в массе 20 г на одно животное в сутки. При постоянном скармливании, в оптимальной дозе, атокс снижает в молоке концентрацию цинка на 11, меди - 35, кадмия - 36, свинца - 35 и ХОП - на 63%. Дискретное применение препарата снизило концентрацию тяжелых металлов и пестицидов соответственно на 13; 23; 30; 25 и 31%.

Введение

Составной частью национальных и международных программ охраны здоровья человека является обеспечение безопасности продуктов питания, которые подвержены антропогенному воздействию. Особое внимание уделяется чистоте молока, превалирующего в питании всех категорий населения.

Молоко наряду с медом является одним из натуральных продуктов, пригодных для употребления в пищу без кулинарной обработки.

Минздрав РФ в 1990 г. издал «Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного сырья и пищевых продуктов». В них указаны допустимые уровни токсичных веществ в молоке и основных молочных продуктах. Некоторые из этих соединений в определенных количествах присутствуют в натуральном молоке и являются эссенциальными микроэлементами. К ним относятся: медь, железо, цинк. Они присутствуют в экологически чистом молоке в микроколичествах. Так, в сырье, предназначенном для производства продуктов детского питания и диетических продуктов, содержание меди и свинца не должно превышать соответственно 1,0 и 5,0 мг • кг-1 [1].

Интенсивность попадания экотоксикантов в молоко предопределяется целым рядом факторов: сезон года, условия содержания животных и их корма, а также хранение и транспортировка молока.

Следует отметить, что количество меди в молоке резко увеличивается в период обработки садов и лугов медьсодержащими фунгицидами.

При изучении содержания кадмия в молоке установлено, что наличие его зависит от степени загрязнения окружающей среды этим металлом.

Содержание свинца в молоке постоянно растет. Особенно его много в молоке, получаемом в зонах, расположенных вблизи шоссейных дорог, заводов, производящих или перерабатывающих свинец.

В связи с большой устойчивостью пестицидов некоторые из них могут сохранять свои токсичные свойства в течение многих лет. Они способны накапливаться в почве и ежегодно переходить из неё в растения. Эти вещества представляют опасность всегда. Можно утверждать, что загрязненные ядохимикатами кормовые культуры являются основной причиной попадания их в молоко круглогодично.

Пищевые продукты и корма зачастую загрязняются одновременно многими токсинами в низких концентрациях. Однако при потреблении таких продуктов (или кормов) развиваются хронические токсикозы. Присутствующие у людей, в пище микроколичества микотоксинов синергически взаимодействуют с остатками пестицидов. Это является одной из причин большого числа заболевания людей, в том числе с резким нарушением иммунной системы, в районах постоянного применения пестицидов при содержании их остатков в пище и воде в пределах санитарной нормы.

Было установлено, что молоко с содержанием кадмия, свинца и ртути в количестве ПДК и У ПДК показывало высокую мутагенную активность и подострую или скрытую токсичность. Иными словами, проявлявшие скрытую хроническую токсичность образцы полностью соответствовали требованиям к качеству продуктов [1].

Поскольку в настоящее время приоритеты в области экологии направлены в основном на предотвращение загрязнения окружающей среды и уменьшение поступления загрязнителей в растениеводческую и животноводческую продукцию, то в перспективе основной проблемой будет максимальное выведение загрязнителей из организма.

Совершенно естественно, что решить данную проблему в одночасье невозможно. Вместе с тем применение целого ряда мер в состоянии улучшить ситуацию и может оказывать протекторное действие на почву, растения, организм животных и человека.

В числе эффективных средств защиты как самих сельскохозяйственных животных, так и получаемой от них продукции значится применение синтетических и природных сорбентов (минералы и породы), обладающих уникальными адсорбционными и каталитическими свойствами.

Активные угли - это широко известные сорбенты. Исследования показали, что наиболее активно извлекали хлорорганические пестициды (ХОП) из молока активированные угли марок БАУ, СКГ, АР-3 и АГ-3. Сорбенты, наиболее активно извлекающие ХОП, практически не влияют на основные свойства и химический состав молока.

Другой серией сорбентов, используемых в животноводстве, являются препараты на основе мелкодисперсного диоксида кремния. Они представляют собой разновидность аэросила марки 500 с коммерческим названием авикан. В молочном скотоводстве авикан в качестве кормовой добавки использовали с целью понижения уровня токсичных и вредных веществ в организме коров и в молоке. Несмотря на то, что кремний официально признан биогенным элементом, о физиологической роли его в организме известно крайне недостаточно.

Обобщение научного материала позволяет сосредоточить внимание на узловых проблемах загрязнения объектов окружающей среды экотоксикантами и способах уменьшения токсичной нагрузки на организм человека.

Среди соединений, представляющих наибольшую опасность для здоровья, можно выделить тяжелые металлы (ТМ), остатки хлорорганических пестицидов и радионуклиды.

В связи с тем, что эта проблема глобальная и многоплановая, целесообразно выделить определенный аспект её решения и сузить его до регионального уровня. Поэтому прежде всего необходимо определить хозяйства Белгородской области - потенциальных производителей биологически полноценного и экологически чистого молока, в том числе такого, которое по качеству и содержанию в нём токсичных веществ соответствует медико-биологическим требованиям, предъявляемым к молоку для приготовления детского питания. Несомненно, перспективны исследования по разработке способов выведения ТМ и других ксенобиотиков из организма сельскохозяйственных животных при использовании синтетических и природных сорбентов, обладающих уникальными свойствами. Однако не последнее место в этих исследованиях занимают цена и доступность используемых сорбентов.

Экспериментальная часть

Целью данного исследования было изучить степень загрязнения молока опасными для здоровья соединениями, а также разработать способы снижения содержания тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов в молоке коров. Для достижения поставленной цели необходимо было:

проанализировать качество и степень загрязнения ТМ и ХОП молока, производимого в хозяйствах Белгородской области и поступающего для промышленной переработки;

изучить динамику содержания потенциально опасных для здоровья веществ в молоке в зависимости от сезона года;

усовершенствовать метод сорбции катионов Cu2+ и Pb2+ в условиях in vitro и подобрать эффективные минеральные добавки, обладающие сорбционной способностью;

испытать на коровах наиболее перспективные сорбенты, подобрать дозу и способ скармливания.

Исследования проводили на Белгородском молочном комбинате путем отбора средних проб молока, поступающего из различных хозяйств Белгородской области. Подбор, изучение физико-химических и адсорбционных свойств препаратов осуществляли в лаборатории биологических исследований Белгородской сельскохозяйственной академии, а опыты на коровах проводили в условиях Майской фермы учхоза «Центральное».

Ежемесячно определяли качество и степень загрязнения средних проб молока, поступавшего из хозяйств Белгородской области на комбинат. Средние пробы отбирали согласно ГОСТ 1328-84.

Всего было обследовано 29 хозяйств области. Показатели качества и степени загрязненности молока определяли согласно «Временной инструкции о порядке проведения государственных закупок молока для производства продуктов детского питания», разработанной Всероссийским научно-исследовательским институтом молочной промышленности и утвержденной в 1992 г.

Следующим этапом исследований был поиск эффективных путей снижения в молоке коров уровня обнаруженных токсичных веществ. Как уже отмечалось, для этого была выбрана концепция применения в кормлении животных некоторых сорбентов. С этой целью исследовали их физико-химические свойства и способность сорбировать из водных растворов ионы Cu2+ и Pb2+.

Для лабораторных опытов отобрали следующие препараты:отработанные активированные угли при производстве витаминов С, В1, В2, выпускаемых на АО Белвитамины», поливинилпирролидон (ПВП), цеолиты, мелкодисперсный диоксид кремния («Атокс»), белую сажу - аналог «Атокса» по базисному химическому веществу SiO2, смесь отработанного при производстве витамина С активированного угля и сорбированного на пшеничных отрубях аскорбината цинка (аскосорб) и кремниевую опоку (месторождение Белгородской области).

Равновесные концентрации названных элементов определяли атомно-абсорбционным методом, построены изотермы адсорбции.

По результатам второго этапа исследований для опытов на коровах были выбраны препараты «Атокс» (изготовлен Киевским НПО «Аксис»), белая сажа (Тула), а также механическая смесь отработанного активированного угля и аскорбината цинка под условным названием аскосорб.

Определение оптимальной дозы и способа скармливания препарата «Атокс» проведен на животных-аналогах по следующей схеме.

Опыт включал в себя две серии. В первой - препарат скармливали ежедневно, во второй - с интервалом в трое суток. Продолжительность каждой серии - 40 суток.

Исходя из полученных в первые 10 суток результатов (ограниченное потребление комбикорма с высокой дозой «Атокса»), а также по причине ограниченного финансирования исследовательского проекта в данную схему были внесены некоторые изменения. Так, в первой и второй сериях опытов пятая группа коров былавыведена

из-под наблюдений, а доза 80 г была через 10 суток снижена до 60 г на корову.

В ходе выполнения двух серий опытов в соответствие с требованиями государственных стандартов и методическими указаниями отбирали для анализа пробы воды, кормов, крови и молока.

Схема опыта

Все биохимические исследования и анализы проводили по общепринятым методикам и ГОСТам. При этом наличие тяжелых металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии, а хлорорганических пестицидов - методом тонкослойной хроматографии.

Полученные результаты были обработаны на персональном компьютере с использованием статистических программ.

Обсуждение результатов

Результаты анализа молока, поступившего для переработки на АОЗТ «Белмолоко», показали, что ни одна из средних проб по показателям качества и содержанию токсичных веществ не соответствует требованиям, приведенным во «Временной инструкции о порядке проведения государственных закупок молока для производства продуктов детского питания».

Практически все молоко имело избыточный уровень соединений меди и свинца, а также остатков ХОП.

Известно, что на химический состав молока, его физико-химические, биологические и технологические свойства влияют многие факторы. Так, качество молока существенно изменялось в зависимости от сезона года, от химического состава и биологической ценности используемых кормов.

В летнее время наблюдалось повышенное содержание в молоке нитратов, что связано с использованием в рационах богатых нитратами зеленой массы кукурузы, ботвы сахарной и кормовой свеклы.

Анализ данных содержания в молоке коров ТМ выявил значительный уровень загрязнения его соединениями свинца и меди, концентрация которых в среднем превышала предельно допустимые значения соответственно в 3,0 и 1,3 раза. Сезонная динамика содержания тяжелых металлов в молоке коров представлена на диаграмме (рис. 1).

Рис. 1. Сезонное распределение тяжелых металлов в молоке коров

Проведенные нами исследования позволили заключить, что потенциальными производителями молочного сырья для приготовления продуктов детского питания можно считать лишь четыре хозяйства из общего числа обследованных, что составляет около 14%. Именно в этих хозяйствах молоко по большинству показателей отвечает введенным в действие требованиям.

Следующим шагом в наших исследованиях был подбор в лабораторных условиях наиболее эффективных сорбентов. Поглотительную способность различных образцов оценивали по их способности поглощать ионы тяжелых металлов из водных эталонных растворов.

Установлено, что отработанные при производстве тиамина и рибофлавина активированные угли не адсорбируют ионы свинца и меди, а уголь из цеха производства аскорбиновой кислоты сорбировал 39,2% Pb2+.

Вид изотерм адсорбции говорит о полимолекулярном характере адсорбционного процесса (рис. 2).

Рис. 2. Изотерма сорбции ионов меди на «Атоксе»

По результатам лабораторных исследований наиболее эффективными сорбентами являются «Атокс», белая сажа и аскосорб [2].

Способ скармливания и оптимальную дозу сорбентов, как отмечалось, отрабатывали на препарате «Атокс».

Из четырех изученных доз наиболее эффективными оказались 20 и 40 г «Атокса» на одно животное в сутки. Существенных различий при применении между ними не выявлено, что указывает на предпочтительность дозы в 20г,или 40 мг-кг1 массы тела.

Постоянное скармливание «Атокса» в составе комбикорма в указанной дозе в среднем обеспечивает снижение в молоке концентрации цинка на 11, меди на 35, кадмия на 36, свинца на 35 и хлорорганических пестицидов на 63%.

При периодическом скармливании препарата снижение концентрации перечисленных токсичных веществ было меньшим и составило 13; 23; 30; 25 и 31% соответственно [3]. Между суточным потреблением коровами препарата «Атокс» и концентрацией в молоке ксенобиотиков установлена сильная корреляционная зависимость, что статистически доказывает эффективность препарата (рис. 3)/

Рис. 3. Зависимость между дозой препарата «Атокс» при постоянном его скармливании и содержанием токсичных веществ

Характер кривых для всех токсикантов как при постоянном, так и периодическом скармливании «Атокса» практически одинаков.

Таким образом, «Атокс» in vivo достаточно эффективно адсорбирует токсичные вещества корма, и, как следствие, в молоке коров существенно снижается концентрация тяжелых металлов и пестицидов по сравнению с показателями контрольной группы.

При этом по содержанию меди удалось получить молоко, удовлетворяющее требованиям, предъявляемым к сырью для производства продуктов детского питания. Уровень свинца и хлорорганических пестицидов, хотя и понизился достаточно эффективно, всё же превышал допустимый в 2 и 20 раз соответственно.

Заключение

Полученные результаты позволяют конкретизировать проблему и наметить перспективы дальнейших исследований.

Молоко, поступающее на АОЗТ «Белмолоко» для переработки, по наличию в нем тяжелых металлов и хлорорганических пестицидов не отвечает требованиям, предъявляемым к сырью для приготовления продуктов детского питания.

Наибольшую проблему представляет значительный уровень загрязнения молока соединениями свинца и меди, концентрация которых в среднем превышает ПДК соответственно в 3,0 и 1,3 раза, а также наличие хлорорганических пестицидов, в количествах, превышающих ПДК в 70% обследованных проб.

Содержание тяжелых металлов в молоке имело сезонную динамику: сигнальные концентрации ТМ наблюдали в основном в весенний период.

Один из эффективных путей снижения ксенобиотиков в молоке - использование в кормлении коров веществ, обладающих сорбционными свойствами.

В лабораторных условиях на модельных растворах меди и свинца были исследованы: «Атокс», активированные угли с производств различных витаминов, выпускаемых АО «Белвитамины», белая сажа (аналог «Атокса»), аскосорб и кремниевая опока на предмет установления их поглотительной способности. По результатам исследования эффективными определены «Атокс», белая сажа и аскосорб.

«Атокс» в условиях in vivo проявил ярко выраженные сорбционные свойства. Оптимальная доза препарата установлена в массе 20 г на одно животное в сутки. Определенное влияние оказывает способ скармливания «Атокса». При постоянном скармливании в оптимальной дозе «Атокс» снижает в молоке концентрацию цинка на 11, меди на 35, кадмия на 36, свинца на 35 и ХОП на 63%.

Дискретное применение препарата снизило концентрацию тяжелых металлов и пестицидов соответственно на 13; 23; 30; 25 и 31%.

Между суточным потреблением препарата и концентрацией в молоке экотоксикантов установлена сильная корреляционная зависимость, что доказывает эффективность препарата. Поиск различных путей снижения влияния антропогенного фактора на живой организм актуален и весьма перспективен.

Список литературы

Медико-биологические требования и санитарные нормы качества продовольственного сырья и пищевых продуктов. - М., 1990. - 186 с.

Габрук Н.Г., Шапошников А. А. Исследование обменно-сорбционных свойств синтетических и природных сорбентов // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 125-летию со дня рождения профессора Бельговского И.В. - Харьков. - 1995. - 45 с.

Шапошников А.А., Габрук Н.Г., Пономарев А.Ф. Использование белой сажи и препарата аскосорб в рационе коров // Зоотехния. - 1998. - № 8. - С. 41-43.