Надежда Лаврова
Методы и методики количественного анализа. Практическое пособие
2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИСПЫТАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
2.1. Объекты испытаний
2.1.1. Состав и пищевая ценность продуктов питания
Пищевые продукты представляют собой сложные многокомпонентные системы, состоящие из сотен химических соединений. Эти соединения можно условно разделить на следующие 3 группы:
1. Соединения, имеющие алиментарное значение. Это необходимые организму нутриенты: белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества.
2. Вещества, участвующие в формировании вкуса, аромата, цвета, предшественники и продукты распада основных нутриентов, другие биологически активные вещества. Они носят условно не алиментарный характер. К этой группе относят также природные соединения, обладающие антиалиментарными (препятствуют обмену нутриентов, например, антивитамины) и токсическими свойствами (фазин в фасоли, соланин в картофеле).
3. Чужеродные, потенциально опасные соединения антропогенного или природного происхождения. Согласно принятой терминологии, их называют контаминантами, ксенобиотиками, чужеродными химическими веществами. Эти соединения могут быть неорганической и органической природы, в том числе микробиологического происхождения.
Важнейшим параметром пищевых продуктов является их качество, под которым понимают совокупность свойств продукта, обеспечивающих потребности организма человека в пищевых веществах, органолептические характеристики продукта, безопасность продукта для здоровья потребителя, надежность в отношении стабильности состава и сохранения потребительских свойств.
Важным показателем, относящимся к понятию качества пищевых продуктов, служит их пищевая ценность. Она отражает все полезные свойства пищевых продуктов, включая степень обеспечения физиологических потребностей человека в основных пищевых веществах и энергии. Пищевая ценность определяется химическим составом пищевого продукта с учетом его потребления в общепринятых количествах.
Пищевая ценность продуктов, в свою очередь, включает понятия энергетической ценности пищи (калорийности) и биологической ценности белков пищи. Энергетическая ценность или калорийность пищевых продуктов характеризуется количеством энергии, которая высвобождается из пищевых веществ в процессе биологического окисления и используется для обеспечения физиологических функций организма. Ориентировочно усвояемую энергию 1 г белков или углеводов принимают равной 16,7 кДж (4 ккал), а 1 г жиров – равной 37,7 кДж (9 ккал), хотя энергетическая ценность различных групп углеводов и жиров неодинакова.
Суточная норма калорий при активном образе жизни для мужчин – 3000 ккал, для женщин – до 2500 ккал.
Пищевая ценность продуктов характеризуется их:
– доброкачественностью (безвредностью);
– массовой долей пищевых веществ и биологически активных веществ, а также их соотношением;
– энергетической ценностью;
– органолептической ценностью;
– энергетической ценностью;
– физиологической ценностью.
На этикетке продукции указывается пищевая ценность, которая включает белки (вместе с аминокислотами), жиры и жирные кислоты, углеводы, витамины, минералы. Показатели указываются в граммах на порцию или на 100 гр. Энергетическая ценность указывается в калориях (ккал) и килоджоулях (кДж) тоже на порцию или на 100 гр. Также на этикетке должна присутствовать информация о процентных долях витаминов и минералов от их суточной нормы.
2.1.2. Классификация пищевых продуктов
1. Продукты растительного происхождения – это все те виды продуктов питания, что дарят нам именно растения (грибы и водоросли сюда не относятся). Среди них выделяют виды:
– фрукты;
– овощи;
– зерновые продукты;
– ягоды;
– орехи;
– травы;
– соки.
2. Продукты животного происхождения, богатые белками, жирами и витаминами:
– мясо и субпродукты;
– рыбные продукты;
– яйца;
– икра;
– молочные продукты;
– моллюски: кальмары, улитки, осьминоги.
3. Грибы
Этот вид продуктов питания необходимо вынести в отдельный список, поскольку сегодня учёные едины во мнении, что к растениям грибы не относятся. К их пищевым особенностям стоит отнести большое количество белков и углеводов, наличие витаминов и очень часто – сильных ядов, расщепляющихся только при приготовлении в условиях высокой температуры. В целом по степени усваивания грибы уступают большинству продуктов растительного и животного происхождения.
4. Водоросли
Они по многим свойствам близки к растениям, но имеют более примитивное строение. Из-за водного образа жизни имеют специфический состав, богаты углеводами и витаминами. Их главная особенность заключается в огромной биомассе, способной прокормить всё человечество, только вот добыть их сложнее, чем вырастить картошку на грядке.
5. Дрожжи и микроорганизмы
Они используются не как самостоятельный продукт питания, а как добавка, улучшающую другие изделия, используемые человеком в питании. Например, благодаря дрожжам мы получаем спирт и пышный хлеб, а молочнокислые бактерии сквашивают для нас молоко.
6. Неорганические продукты
К ним относятся различные виды солей, сахаров и минеральных компонентов, необходимым нам для нормального протекания всех химических реакций в организме или улучшения качества пищи.
7. Пищевые добавки
Пищевые добавки – вещества, добавляющиеся в технологических целях в пищевые продукты в процессе производства, упаковки, транспортировки или хранения для придания им желаемых свойств, например, определённого аромата (ароматизаторы), цвета (красители), длительности хранения (консерванты), вкуса, консистенции и т. п.
Международные стандарты на пищевые добавки и примеси определяются Объединенным комитетом экспертов Международной сельскохозяйственной организации (JECFA) и Кодексом Алиментариус (Codex Alimentarius), принятым Международной комиссией ФАО/ВОЗ и обязательным к исполнению странами, входящими в ВТО.
Пищевые добавки можно разделить на следующие категории:
– пищевые красители: добавки с индексом (E-100 – E-199) придают продуктам питания цвет, восстанавливают цвет продукта, утраченный при обработке. Могут быть естественными, как бета-каротин, или химическими, как тартразин;
– консерванты: добавки с индексом (E-200 – E-299) отвечающие за сохранность продуктов, предотвращая размножение бактерий или грибков, а также химические стерилизующие добавки для остановки созревания вин, дезинфектанты;
– антиоксиданты: добавки с индексом (E-300 – E-399) защищают продукты питания от окисления, прогоркания и изменения цвета. Представляют собой как природные соединения (аскорбиновая кислота, витамин Е), так и химически синтезированные соединения. Добавляют в жировые и масляные эмульсии (например, майонез);
– стабилизаторы: добавки с индексом (E-400 – E-499) сохраняют консистенцию продуктов, повышают их вязкость;
– эмульгаторы: добавки с индексом (E-500 – E-599) создают однородную смесь из несмешиваемых в природе веществ, таких как вода и масло, вода и жир;
– усилители вкуса и аромата: добавки с индексом (E-600 – E-699) усиливают вкус и аромат, могут скрывать неприятный естественный вкус продуктов питания;
– антифоминги (глазирующие агенты): добавки с индексом (E-900 – E-999) предотвращают образование пены, помогают достичь однородной консистенции продуктов;
– глазирователи, подсластители, разрыхлители, регуляторы кислотности и другие не классифицированные добавки: коды добавок в этой группе Е-1000 и более;
– ферменты, биологические катализаторы: добавки в диапазоне Е1100 – Е1105;
– модифицированные крахмалы: добавки в диапазоне Е1400 – Е1450, применяются для создания необходимой консистенции продуктов питания;
– химические растворители с кодами Е1510 – Е1520.
На комбинатах системы государственного резерва России, кроме продуктов питания, хранится хозяйственное мыло. Методы испытания качества хозяйственного мыла будут также рассмотрены в данном курсе лекций.
2.1.3. Характеристика безопасности пищевой продукции
Качество пищевой продукции – совокупность свойств, отражающих способность продукции обеспечивать органолептические характеристики, потребность организма в пищевых веществах, безопасность его для здоровья, надежность при изготовлении и хранении.
Медико-биологические требования к качеству пищевой продукции —комплекс критериев, определяющих пищевую ценность и безопасность продовольственного сырья и пищевой продукции.
Безопасность пищевой продукции – отсутствие токсического, канцерогенного, тератогенного, мутагенного или любого другого неблагоприятного действия пищевой продукции на организм человека при употреблении в общепринятых количествах. Безопасность гарантируется установлением и соблюдением регламентируемого уровня содержания загрязнителей химического, биологического и (или) природного происхождения.
Под тератогенным действием подразумевают аномалии в развитии плода, вызванные структурными, функциональными и биохимическими изменениями в организме матери и плода.
Мутагенным действием называют качественные и количественные изменения в генетическом аппарате организма. Различают два основных типа генетических повреждений – хромосомные и генные мутации. К мутагенным веществам относятся радиоактивные изотопы, радионуклиды и некоторые сильные химические вещества, относящиеся к группе отравляющих веществ.
Канцерогены – это вещества, которые при длительном воздействии (употреблении в пищу, вдыхании, попадании на кожу и т.д.) способны вызывать в организме человека возникновение злокачественных заболеваний.
Ксенобиотики (от греч. xenos – чужой и bios – жизнь) – любые чуждые для организма вещества (пестициды, токсины, поллютанты), способные вызвать нарушение биологических процессов. Попадая в среду жизни, ксенобиотики могут:
– вызвать аллергические реакции или гибель организмов;
– изменить наследственность;
– снизить иммунитет;
– исказить обмен веществ;
– нарушить естественный ход природных процессов в экосистемах, вплоть до уровня биосферы в целом;
– вызывать специфические заболевания.
2.1.4. Государственное регулирование качества и безопасности пищевой продукции
В Российской Федерации, с целью создания общих обязательных требований, обеспечивающих безопасность пищевых продуктов при их производстве и обращении, действует Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции» ТР ТС 021/2011 (далее – ТР ТС).
Технический регламент Таможенного союза «О безопасности пищевой продукции» устанавливает:
– объекты технического регулирования;
– требования безопасности (включая санитарно- эпидемиологические, гигиенические и ветеринарные) к объектам технического регулирования;
– правила идентификации объектов технического регулирования;
– формы и процедуры оценки (подтверждения) соответствия объектов технического регулирования требованиям настоящего технического регламента.
При применении ТР ТС должны учитываться требования технических регламентов Таможенного союза и ЕАЭС, дополняющие и (или) уточняющие требования ТР ТС. В настоящее время в сфере обеспечения безопасности пищевой продукции приняты Технические регламенты Таможенного союза:
– ТР ЕАЭС 044/2017 «О безопасности упакованной питьевой воды, включая природную минеральную воду»;
– ТР ЕАЭС 040/2016 «О безопасности рыбы и рыбной продукции»;
– ТР ТС 034/2013 «О безопасности мяса и мясной продукции»;
– ТР ТС 033/2013 «О безопасности молока и молочной продукции»;
– ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств»;
– ТР ТС 027/2012 «О безопасности отдельных видов специализированной пищевой продукции, в том числе диетического лечебного и диетического профилактического питания»;
– ТР ТС 024/2011 «Технический регламент на масложировую продукцию»;
– ТР ТС 023/2011 «Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей»;
– ТР ТС 022/2011 «Пищевая продукция в части ее маркировки»;
– ТР ТС 015/2011 «О безопасности зерна»;
– ТР ТС 007/2011 «О безопасности продукции, предназначенной для детей и подростков»;
– ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки».
Производственный контроль за соответствием пищевой продукции требованиям безопасности должны осуществлять предприятия-изготовители.
Надзор за безопасностью пищевой продукции и биологически активных добавок к пище осуществляется территориальными органами Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.
2.1.5. Идентификация пищевой продукции как объекта технического регулирования
Для целей отнесения пищевой продукции к объектам технического регулирования, в отношении которых применяется технический регламент, заинтересованными лицами осуществляется идентификация пищевой продукции. Идентификация пищевой продукции проводится по ее наименованию и (или) ее признакам, изложенным в определении такой продукции в ТР ТС или в технических регламентах Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции, и (или) визуальным и (или) органолептическим, и (или) аналитическими методами.
Идентификация пищевой продукции проводится следующими методами:
– по наименованию – путем сравнения наименования и назначения пищевой продукции, указанных в маркировке на потребительской упаковке и (или) в товаросопроводительной документации, с наименованием, указанным в определении вида пищевой продукции в ТР ТС и (или) в технических регламентах Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции;
– визуальным методом – путем сравнения внешнего вида пищевой продукции с признаками, изложенными в определении такой пищевой продукции в ТР ТС и (или) в технических регламентах Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции;
– органолептическим методом – путем сравнения органолептических показателей пищевой продукции с признаками, изложенными в определении такой пищевой продукции в ТР ТС или в технических регламентах Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции. Органолептический метод применяется, если пищевую продукцию невозможно идентифицировать методом по наименованию и визуальным методом;
– аналитическим методом – путем проверки соответствия физико- химических и (или) микробиологических показателей пищевой продукции признакам, изложенным в определении такой пищевой продукции в ТР ТС или в технических регламентах Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции. Аналитический метод применяется, если пищевую продукцию невозможно идентифицировать методом по наименованию, визуальным или органолептическим методами.
Оценка (подтверждение) соответствия пищевой продукции требованиям ТР ТС и (или) технических регламентов Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции проводится в формах:
– подтверждения (декларирования) соответствия пищевой продукции;
– государственной регистрации специализированной пищевой продукции;
– государственной регистрации пищевой продукции нового вида;
– ветеринарно-санитарной экспертизы.
2.1.6. Причины загрязнения пищевой продукции
Основные причины загрязнения пищевой продукции:
– использование неразрешенных красителей, консервантов, антиокислителей или их применение в повышенных дозах;
– применение новых нетрадиционных технологий производства пищевой продукции или отдельных пищевых веществ, в том числе, полученных путем химического и микробиологического синтеза;
– загрязнение сельскохозяйственных культур и продуктов животноводства пестицидами, используемыми для борьбы с вредителями растений и в ветеринарной практике для профилактики заболеваний животных;
– нарушение гигиенических правил использования в растениеводстве удобрений, оросительных вод, твердых и жидких отходов промышленности и животноводства, сточных вод, осадков очистных сооружений и т.д.;
– использование в животноводстве и птицеводстве неразрешенных кормовых добавок, консервантов, стимуляторов роста, профилактических и лечебных медикаментов или применение разрешенных добавок и т. д. в повышенных дозах;
– миграция в продукты питания токсических веществ из пищевого оборудования, посуды, инвентаря, тары, упаковок, вследствие использования неразрешенных полимерных, резиновых и металлических материалов;
– образование в пищевых продуктах эндогенных токсических соединений в процессе теплового воздействия, кипячения, жарки, облучения, других способов технологической обработки;
– несоблюдение санитарных требований в технологии производства и хранения пищевых продуктов, что приводит к образованию бактериальных токсинов (микотоксины, батулотоксины и др.);
– поступление в продукты питания токсических веществ, в том числе радионуклидов из окружающей среды – атмосферного воздуха, почвы, водоемов.
2.1.7. Классификация загрязнения пищевой продукции ксенобиотиками химического и биологического происхождения
Классификация вредных и посторонних веществ в сырье, питьевой воде и продуктах питания представлена на рис. 2.1. Наибольшую опасность с точки зрения распространенности и токсичности имеют следующие контаминанты:
1. Токсические элементы (тяжелые металлы). Основной источник загрязнения – угольная, металлургическая и химическая промышленности.
2. Антибиотики получили распространение в результате нарушений их применения в ветеринарной практике. Остаточные количества антибиотиков обнаруживаются в 15 – 26% продукции животноводства и птицеводства. Методы контроля и нормативы разработаны только для нескольких применяемых препаратов. Обращает внимание большой уровень загрязнения левомицетином – одним из наиболее опасных антибиотиков.
3. Пестициды – это химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и внешними паразитами растений, сорными растениями. Они накапливаются в продовольственном сырье и пищевых продуктах вследствие бесконтрольного использования химических средств защиты растений. Особую опасность вызывает одновременное наличие нескольких пестицидов, уровень которых превышает предельно – допустимые концентрации.
Таблица 2.1.
Загрязнители, подлежащие контролю в различных группах продовольственного сырья и пищевой продукции
4. Нитраты, нитриты, нитрозоамины. В настоящее время N – нитрозоамины встречаются практически во всех мясных, молочных и рыбных продуктах, при этом 36% мясных и 51% рыбных продуктов содержат их в концентрациях, превышающих гигиенические нормативы.
5. Диоксины и диоксиноподобные соединения – хлорорганические, особо опасные контаминанты, основными источниками которых являются предприятия, производящие хлорную продукцию.
6. Полициклические ароматические углеводороды образуются в результате природных и техногенных процессов.
7. Радионуклиды. Причиной загрязнения может быть небрежное обращение с природными и искусственными источниками радиации.
Определен перечень приоритетных загрязнителей, подлежащих контролю в различных группах продовольственного сырья и пищевых продуктов (табл. 2.1.).
2.1.8. Меры токсичности чужеродных химических веществ
На основе токсических критериев международными организациями – ВОЗ, ФАО и др., а также органами здравоохранения отдельных государств приняты базисные (основные) показатели – гигиенические нормативы. В большинстве случаев реализация того или иного эффекта зависит от концентрации. При повышении оптимальной физиологической концентрации элемента в организме может наступить интоксикация, а дефицит многих элементов в пище и воде может привести к достаточно тяжелым и трудно распознаваемым явлениям недостаточности.
Предельно-допустимая концентрация (далее – ПДК) – предельно-допустимые количества чужеродных веществ в атмосфере, воде, продуктах питания с точки зрения безопасности их для здоровья человека. ПДК в продуктах питания – установленное законом предельно-допустимое с точки зрения здоровья человека количество вредного чужеродного вещества. ПДК – это такие концентрации веществ, которые при ежедневном воздействии в течение сколь угодно длительного времени не могут вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в жизни настоящего и последующего поколений.
Допустимая суточная доза (далее – ДСД) – ежедневное поступление вещества, которое не оказывает негативного влияния на здоровье человека в течение всей жизни.
Допустимое суточное потребление (далее – ДСП) – величина, рассчитываемая как произведение ДСД на среднюю величину массы тела (60 кг).
Количественная характеристика токсичности веществ достаточно сложна и требует многостороннего подхода. Судить о ней приходится по результатам воздействия веществ на живой организм, для которого характерна индивидуальная реакция, индивидуальная вариабельность, поскольку в группе испытуемых животных всегда присутствуют более или менее восприимчивые к действию изучаемого токсина индивидуумы.
Существуют две основные характеристики токсичности: ЛД 50 и ЛД 100.
Летальная доза (далее – ЛД), т.е. доза вызывающая при однократном введении гибель 50% или 100% экспериментальных животных. Дозу обычно определяют в размерности концентрации. Токсичными считают те вещества, для которых ЛД мала. Принята следующая классификация веществ по признаку острой токсичности (ЛД 50 для крысы при пероральном введении, мг/кг):
Чрезвычайно токсичные ……………………..……менее 5
Высокотоксичные ………………………………………..5 —50
Умеренно токсичные ………………………………….50 —500
Малотоксичные ……………………………………….500 – 5000
Практически нетоксичные …………………. ……5000 – 15000
Практически безвредные …………………..……более 15000
Величина t0,5 характеризует время полувыведения токсина и продуктов его превращения из организма. Для разных токсинов оно может составлять от нескольких часов до нескольких десятков лет.
2.1.9. Показатели качества и безопасности пищевой продукции
Пищевая продукция, находящаяся в обращении на таможенной территории Таможенного союза в течение установленного срока годности при использовании по назначению должна быть безопасной.
Показатели безопасности пищевой продукции установлены в Приложениях к ТР ТС №№1, 2, 3, 4, 5 и 6. Показатели безопасности (кроме микробиологических) для пищевой продукции смешанного состава определяются по вкладу отдельных компонентов с учетом массовых долей и показателей безопасности для данных компонентов, установленных ТР ТС, если иное не установлено Приложениями к ТР ТС №№1, 2, 3, 4, 6 и (или) техническими регламентами Таможенного союза на отдельные виды пищевой продукции.
Безопасность пищевой продукции оценивается по гигиеническим нормативам, которые включают биологические объекты, потенциально опасные химические соединения, радионуклиды и вредные растительные примеси. Присутствие их в пищевых продуктах не должно превышать допустимых уровней содержания в заданной массе (объеме) исследуемой продукции. Указанные показатели безопасности установлены для 11 групп продуктов:
1. Мясо и мясопродукты, мясо птицы, яйца и продукты их переработки.
2. Молоко и молочные продукты.
3. Рыба, нерыбные продукты промысла и продукты, вырабатываемые из них.
4. Зерно (семена), мукомольно-крупяные и хлебобулочные изделия.
5. Сахар и кондитерские изделия.
6. Плодоовощная продукция.
7. Масличное сырье и жировые продукты.
8. Напитки.
9. Другие продукты.
10. Биологически активные добавки к пище.
11. Продукты детского питания.
Безопасность пищевых продуктов, как животного, так и растительного происхождения определяется, прежде всего, по микробиологическим показателям.
Во всех видах продовольственного сырья и пищевых продуктов нормируются токсичные элементы: свинец, мышьяк, кадмий, ртуть. Дополнительно к перечисленным элементам в консервированных продуктах (консервы из мяса мясорастительные; консервы из субпродуктов; консервы птичьи; консервы молочные; консервы и пресервы рыбные; консервы из печени рыб; консервы овощные, фруктовые, ягодные; консервы грибные; соки, нектары, напитки, концентраты овощные, фруктовые, ягодные в сборной жестяной или хромированной таре) нормируется олово и хром. Информация об анализируемых вредных и токсичных веществах приведена в таблице 2.2.
Во всех видах продовольственного сырья и пищевых продуктов нормируются так называемые «глобальные» пестициды: гексахлорциклогексан, ДДТ и его метаболиты; в рыбе и продуктах ее переработки дополнительно нормируются 2,4-Д-кислота, ее соли и эфиры; в зерне и продуктах его переработки – гексахлорциклогексан, ДДТ и его метаболиты, гексахлорбензол, ртутьорганические пестициды, 2,4-Д-кислота, ее соли и эфиры.
Радиационная безопасность продуктов животного и растительного происхождения определяется их соответствием допустимым уровням удельной активности радионуклидов цезия-137 и стронция-90.
В продуктах животного происхождения регламентируется содержание ветеринарных препаратов: стимуляторов роста животных антибиотиков (в том числе гормональных препаратов), лекарственных средств (в том числе антибиотиков), применяемых в животноводстве для целей откорма, лечения и профилактики заболеваний скота и птицы. При этом контроль за ветеринарными препаратами основывается на информации, представляемой изготовителем.
«МР 2.3.7.0168—20 Оценка качества пищевой продукции и оценка доступа населения к отечественной пищевой продукции, способствующей устранению дефицита макро- и микронутриентов. Методические рекомендации» в приложении 2 устанавливает Перечень рекомендуемых методов исследований для определения показателей качества пищевой продукции.
Перечень методов исследований для определения показателей безопасности пищевой продукции приведен в «Перечне стандартов, содержащих правила и методы исследований (испытаний) и измерений, в том числе правила отбора образцов, необходимые для применения и исполнения требований технического регламента «О безопасности пищевой продукции» (ТР ТС 021/2011).
Таблица 2.2
Вредные и токсичные вещества, анализируемые в пищевой продукции
