Наноглины в пищевой продукции: польза и возможные риски (обзор литературы)

Гмошинский Иван Всеволодович – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории пищевой токсикологии и оценки безопасности нанотехнологий (e-mail: ; тел.: 8 (495) 698-53-71; ORCID: .

Багрянцева Ольга Викторовна – доктор биологических наук, профессор (Республика Казахстан), ведущий научный сотрудник лаборатории пищевой токсикологии и оценки безопасности нанотехнологий (e-mail: ; тел.: 8 (495) 698-54-05; RCID: .

Современная пищевая промышленность характеризуется массовым внедрением в производство пищевых добавок, технологических вспомогательных средств и инновационных упаковочных материалов. Достигаемые при этом функциональные и экономические преимущества пищевой продукции оправдывают применение при ее изготовлении пищевых добавок и технологических вспомогательных средств при условии обеспечения ее безопасности для здоровья ныне живущего и будущих поколений. В связи с этим большой интерес для технологов и гигиенистов представляет использование в пищевых производствах глинистых минералов, включая не-модифицированные и химически модифицированные наноглины (НГ, nanoclays) различных видов. Присутствие в составе подавляющего большинства глинистых минералов металла алюминия, обладающего общетоксическим и нейротоксическим действием, делает актуальной проблему рисков, обусловленных миграцией этого элемента в съедобную часть пищевой продукции [1]. Помимо этого, ряд вопросов возникает в связи c гипотетическим токсическим действием глин как наноматериалов, обусловленным малым размером и особыми физико-химическими свойствами слагающих их частиц (так называемый феномен «нанотоксичности») [2, 3]. Наконец, особой проблемой является гигиеническая оценка применяемых при производстве некоторых сортов НГ синтетических органических модификаторов.

Целью исследования является анализ и обобщение данных об областях применения НГ, их воздействии на биологические системы, включая организм человека и микроорганизмы, а также о возможных рисках, связанных с использованием НГ в пищевых производствах.

Материалы и методы. Методом исследования явился поиск, отбор и анализ источников (статей в рецензируемых научных журналах, тезисов и монографий, отчетов международных организаций) с использованием открытых баз данных, включая PubMed, Scopus, Google Scholar и РИНЦ, за период с 1993 по 2019 г.

Классификация и структура глин. Глинистые минералы широко распространены в верхних слоях земной литосферы, в почвах и донных отложениях и представляют собой продукты длительной физико-химической и биотической трансформации изверженных вулканических горных пород [4]. Разновидностями глины как осадочной горной породы являются бентонит, каолин и т.д., содержащие, помимо глинистых минералов, значительные примеси кварца, кристобалита, кальцита (мел, мрамор), рутила и других минералов. По своему составу глинистые минералы подразделяются на алюмосиликаты и силикаты (сложные соли кремневой кислоты). Последние наиболее широко распространены среди глинистых минералов, схематическая классификация которых представлена на рис. 1 [5].

С точки зрения технологических свойств наибольший интерес представляют филлосиликаты, образованные слоистыми алюмосиликатными структурами и, особенно, входящие в эту группу смектиты, в которых эти слои сравнительно слабо связаны между собой и подвижны. Данное обстоятельство определяет физико-химические свойства смектитов, а именно их высокую гидрофильность, набухаемость в воде, нелинейные реологические характеристики (тиксотропия), высокую адсорбционную способность к различным молекулам и ионам. Среди смектитов выделяется наиболее

Силикаты

Филлосиликаты (слоистые)

Тектосиликаты (объемные сети)

•Сепиолит Палигорскит

Обращенные ленты

•Цеолиты •Кварц •Полевой шпат

Каолиниты пирофиллит

Серпентины

Биотит

•Каолинит Галлуазит •Диктит •Накрит

•Хризотил

•Антигорит

•Лизардит

Диоктаэдральные Монтмориллонит •Бейделлит •Нонтронит •Лапонит

Диоктаэдральные •Мусковит •Иллит •Фенгит

Триоктаэдральные •Сапонит •Гекторит •Зауконит

Вермикулиты

Рис. 1. Классификация силикатов (по данным статьи [5])

широко распространенный в природных бентонитовых глинах минерал монтмориллонит (ММТ), химическое строение которого изображено на рис. 2, а . ММТ образован слоями (пластинами) диаметром, как правило, в 1–10 мкм и толщиной (в зависимости от свойств среды и по данным различных методов измерения) в пределах 1–2 нм. Пластина ММТ представлена трехслойной структурой, образованной двумя слоями конъюгированных кремнийкислородных тетраэдров, между которыми располагается слой ионов алюминия, октаэдрически координированных атомами кислорода силикатных тетраэдров и ионами гидроксила. Наружный слой пластины состоит из молекул воды, удерживаемых водородными связями. Межплоскостное расстояние между слоями ММТ значительно превосходит толщину слоя и составляет в сухом ММТ порядка 7 нм [6, 7].

Часть ионов Al3+ в ММТ способна к изоморфному замещению на неопределенное число двухвалентных катионов (Ca2+, Mg2+, Fe2+), из-за чего трехслойная структура в целом приобретает отрицательный заряд. Он компенсируется электростатическим связыванием в пределах сольватной оболочки пластины одновалентных катионов (обычно Na+). Эти катионы способны сравнительно легко обмениваться на другие поло- жительно заряженные частицы, чем определяет наличие у ММТ катионообменных свойств. Его эмпирическая брутто-формула может быть представлена как (M+x·nH2O)·[Al2–хZх) Si4O10(OH)2], где M – одновалентный катион (натрий), Z – двухвалентный катион (магний, кальций, железо), х < 0,5. Получаемый из природного бентонита ММТ, как правило, содержит незначительные примеси кварцевого песка, слюды, может включать в следовых количествах токсичные элементы, такие как Pb, Cd, Be, Ba, Sr, Ni и другие.

При технологической обработке (гидрофоби-зации) производится замена натрия в ММТ на ионы катионоактивных поверхностно-активных веществ (ПАВ) - алифатических аминов или четвертичных аммониевых оснований, то есть веществ состава R 1 R 2 R 3 CH 3 N⁺Hal^–, где R i – алифатические (от С1 до С16) или ароматические радикалы, либо водород, а Hal^– – анион хлора или брома (рис. 2, б ) [7 - 9]. Связываясь в межплоскостном пространстве ММТ, молекулы ПАВ вытесняют оттуда воду, заменяя слабые водородные связи между слоями еще более слабыми гидрофобными взаимодействиями, ввиду чего происходит самопроизвольная эксфолиация (расщепление) ММТ на отдельные пластины с образованием собственно органомодифицированной НГ [7, 10]. Подобная эксфолиация возможна и в нативном

Рис. 2. Схема химического строения монтмориллонитовой наноглины ( а ) и ее органомодифицированной формы ( б )

обводненном ММТ, однако только в условиях интенсивного внешнего механического воздействия (ультразвук).

Гидрофобизированные органомодифицированные НГ являются основным сырьем при производстве нанокомпозитов с органическими полимерами, применяемыми в упаковочных материалах для пищевой продукции [5].

Из других глинистых минералов, находящих применение в пищевом производстве, заслуживают внимание следующие. Каолинит – филлосиликат, близкий по структуре к ММТ и отличающийся наличием не трех-, а двухслойной структуры (один кремнийоксидный и один алюмооксидный слой). В роли внешнего катиона в каолините, в отличие от ММТ, преобладает не натрий, а калий. Из-за стерических напряжений в структуре пластин каолинита они склонны изгибаться в цилиндр, предельным случаем чего является формирование нанотрубки. Такими алюмосиликатными нанотрубкам представлен минерал галлуазит. В отличие от углеродных нанотрубок, нанотрубки галлуазита не замкнуты, а представляют собой слои каолинита, свернутые в рулоны (рис. 3). Типичный диаметр таких нанотрубок составляет 20–50 нм, длина – более 1 мкм. Еще одним представителем филлосиликатов является лапонит , который близок по химическому строению к ММТ, но образован наночастицами (нанодисками) небольшого диаметра (обычно 25–30 нм) и толщиной 1 нм, склонен к набуханию и образованию тиксотропных гелей.

Рис. 3. Структура нанотрубок галлуазита

Другие разновидности глинистых минералов, представленные на рис. 1, имеют незначительное практическое использование в пищевых производствах.

В научной литературе имеются данные о возможности практического применения так называе- мых «анионных» глин, являющихся искусственными слоистыми минеральными материалами, в построении которых, однако, вместо кремния участвует другой неметалл (обычно углерод) или анион хлорида [11]. Проблемы, связанные с биологическим свойствами этих искусственных материалов, не являются предметом обсуждения в настоящем обзоре.

Применение глин при производстве пищевой продукции. ММТ и некоторые другие филлосиликаты широко используются в различных отраслях промышленности: имеются сведения о более чем 100 областях практического использования глин [5, 12].

НГ ввиду свой высокой удельной площади поверхности и ионообменных свойств обладают значительной адсорбционной емкостью, из-за чего между их слоями возможно встраивание (интеркаляция) органических молекул, а органомодифицированные НГ легко внедряются в объем гидрофобных органических полимеров с образованием планарных структур (нанокомпозитов) [13]. Одним из наиболее важных свойств глинистых нанокомпозитов является непроницаемость пластин НГ для молекул газов (кислорода, двуокиси углерода), а также воды, в силу чего значительно удлиняется проходимый данными молекулами путь в процессе диффузии через полимер [14] (рис. 4). С одной стороны, для нанокомпозитов, помимо барьерной функции, характерно значительное улучшение прочности, жесткости, термической стабильности, стойкости к набуханию [15 - 18]. С другой стороны, имеются разработки, позволяющие получить глинистые нанокомпозиты с природными биополимерами (белки, полисахариды), способные к легкой биодеградации и, следовательно, «дружественные» по отношению к окружающей среде [19, 20]. Путем комбинации растительных полисахаридов, НГ и природных эфирных масел были получены биоразлагаемые нанокомпозиты с антимикробными свойствами [21, 22]. Сообщается о получении бионанокомпозита монтмориллонитовой глины с антиоксидантными свойствами, содержащего экстракт расторопши (силибин) [23]. Барьерные свойства нанокомпозитов широко применяются при производстве пленочных упаковочных материалов и тары, способных предотвратить высыхание, окислительную порчу упакованных пищевых продуктов, дегазацию газированных напитков [16, 24, 25]. Нано-

О

О 2

Рис. 4. Схема, объясняющая проявление газобарьерных свойств композитом наноглины

композиты глины с низином рассматриваются как полезный компромисс в использовании этого консерванта при предохранении от порчи пищевой продукции с учетом низкой степени миграции низина из наноматериала в объем пищевого продукта [26, 27].

В целом эффект от использования НГ и их модифицированных форм в упаковочных материалах состоит в повышении качества и безопасности пищевой продукции [28]. Направление, связанное с использованием НГ в упаковке пищевой продукции, быстро развивается. По данным [29], рынок нанокомпозитов, применяемых в пищевой упаковке в США, характеризовался объемом 4,13 млрд долларов в 2008 г. и более 7 млрд долларов в 2014 г. Большую часть этой продукции составляют композиты на основе глин [30].

Использование НГ как носителей лекарственных препаратов обсуждается в обзорной статье [31]. A.M. Akbari et al. показали возможности использования монтмориллонитовой глины как носителя для витамина В12 [32].

В числе других областей применения глин в пищевых производствах следует указать на их использование в качестве вспомогательных технологических средств (фильтрующих сред, адсорбентов, флокулянтов) при производстве растительных масел, пива, безалкогольных напитков. Эффективность использования глин, особенно в наноформе, в этой области определяется их высокой адсорбционной способностью в отношении различных ионов и полярных органических молекул [33, 34]. Следует отметить, что вспомогательные технологические средства в процессе производства должны полностью удаляться из готовой к употреблению пищевой продукции. В отличие от этого, пищевые добавки на основе алюмосиликатных глин, выполняющие функции носителей и антислеживающих агентов, могут постоянно присутствовать в отдельных видах пищевой продукции. По состоянию на 2019 г. в России и странах ЕАЭС разрешено использование в качестве пищевых добавок алюмосиликатов натрия, калия и кальция (Е554-Е556), бентонита (Е558) и каолина (Е559)1. Нормируемое содержание указанных пищевых добавок (по отдельности или в комбинации) в пряностях и продуктах, плотно обернутых фольгой, составляет не более 30 г/кг, для сахарной пудры – 15 г/кг, сыров и их заменителей – 10 г/кг, соли – 10 г/кг. Использование алюмосиликатных пищевых добавок при производстве таблетированной пищевой продукции и биологически активных добавок к пище (БАД), сахаристых кондитерских изделий, кроме шоколадных (для обработки поверхности), регламентируется в соответствии с нормативно-технической документацией производителя (то есть в количествах, обеспечивающих технологическое действие).

Использование глинистых минералов (ММТ, каолинита) как кормовых добавок подразумевает наличие у этих веществ энтеросорбентных свойств, что позволяет успешно противодействовать развитию у животных фузариотоксикозов, ацидоза, способствует снижению в сыворотке крови активностей печеночных аминотрансфераз, уровней лактата, биогенных аминов (гистамина и спермина) [35, 36].

Следует упомянуть и об использовании в питании человека так называемых «съедобных» глин. Поедание минеральных субстанций почвы (геофагия или так называемый феномен pica) свойственно для некоторых племен Африки и Азии, находящихся на низкой ступени социально-экономического и культурного развития [37]. Считается, что этим достигается получение дополнительных количеств некоторых минеральных веществ, представленных в глинах в частично биодоступной форме (калия, магния, железа) [38]. Кроме того, выраженные энтеросор-бентные свойства глин могут способствовать профилактике энтеральных инфекций и афлатоксикозов [39]. Потребление с пищей бентонита способствовало выведению из организма населения Ганы афлатоксинов и Т2-токсина [40]. Интересно, что и в современных африканских странах (Нигерия, Камерун, Гана, Того, ЮАР и др.), а также в США и Западной Европе на рынке представлены специально подготовленные (и имеющие сертификаты безопасности) традиционные пищевые продукты на основе «съедобной» африканской глины [37]. В России и странах ЕАЭС, как можно понять из имеющейся литературы, данный феномен не имеет сколько-нибудь значимого распространения.

Токсичность НГ для живых организмов. Хотя благоприятный технологический эффект от перечисленных способов использования НГ очевиден, возможные токсические эффекты как модифицированных, так и немодифицированных НГ в отношении человека и объектов окружающей среды являются источником потенциальных рисков [41].

Данные экспериментов in vitro. Эксперименты in vitro , проводимые, как правило, с использованием в качестве тест-объектов культур клеток человека и животных (как первичных культур нормальных клеток, так и трансформированных), позволяют получить информацию о наличии у таких наноматериалов, как НГ, цитотоксических свойств, осуществить скрининг предположительно наиболее токсичных из рассматриваемой группы наноматериалов и составить представление о возможных механизмах нанотоксичности [5, 42].

В документе ВОЗ [4] представлен обзор данных ранних работ (за 1969–1996 гг.), свидетельствующих о различных эффектах, проявляемых частицами ММТ, каолинита и других глин в системах in vitro .

В ряде исследований было показано, что нативный ММТ проявлял цитотоксичность. Четыре вида силикатов характеризовались токсичностью для клеток эндотелия пупочной вены человека (HUVE) при воздействии в течение 6–24 ч в концентрациях от 0,01 до 0,1 мг/мл, убывающей в последовательности: ММТ > природный бентонит > каолинит > цеолит [43]. Каолинит и цеолит вызывали дозозависимое усиление выделения жирных кислот и лизис клеток. Две другие линии клеток - нейробластомы N1E-115 и олигодендроглиальных клеток ROC были резистентны к действию глин.

Немодифицированный ММТ в концентрации 1 мг/мл в течение 24 ч снижал выживаемость клеток яичника хомяка линии CHO [44]. Аналогичные результаты были получены на кишечных клетках линии INT-407 [45]. Немодифицированный ММТ марки Cloisite Na не проявлял признаков цитотоксичности для трансформированных клеток кишечного эпителия Caco-2 после 24 ч экспозиции в концентрации 0,17 мг/мл, не вызывал в них разрывов ДНК по данным комет-теста и не был мутагенным для Salmonella spp . в тесте Эймса [46]. По данным работы Gao et al. [47], каолин проявлял цитотоксичность в первичной культуре легочных макрофагов крысы, сравнимую с цитотоксичностью кварца, хотя и вызывал меньшее повреждение ДНК. Наряду с нанопластинками, данные получены и для нанотрубок нативных глин. Verma et al. [48] с использованием трансформированных клеток легочного эпителия A549 показали, что тубулярные структуры глины менее токсичны, чем нанопластинки. Проблема в интерпретации этих данных связана с различным химизмом обоих наноматериалов, а именно нанопластины были представлены ММТ, а нанотрубки – галуазитом. Следует отметить также, что, согласно Vergaro et al. [49], нативные нанотрубки галуазита проявили цитотоксичность для HeLa- и MCF-7-клеток в концентрации свыше 0,075 мг/мл. Кроме того, в работе Lai et al. [50] токсичность нанотрубок галуа-зита для клеток кишечного эпителия не была выявлена в интервале концентраций 0–0,1 мг/мл.

Rawat et al. [51] сопоставили цитотоксичность ММТ природного происхождения и синтетического лапонита для клеток линии HEK (эмбриональные клетки почки человека) и SiHa (карцинома шейки матки), а также действие на культуру E.coli . При этом было показано, что нанодиски глины (лапонит) оказывают более выраженное цитотоксическое и антимикробное действие, чем протяженные нанопластины (ММТ).

При введении в состав НГ гидрофобизирую-щего органического модификатора, состоящего из катионоактивных ПАВ, цитотоксичность наноматериала может значительно изменяться. Это связано как с изменением физико-химических свойств НГ как таковой (ее гидрофобности, дзета-потенциала, агрегативной стабильности), так, предположительно, и с воздействием самого модификатора, мигрирующего из состава НГ в биологические среды. Так, органомодифицированный ММТ марки Cloisite 30B, в отличие от своего нативного прекурсора, был генотоксичен для клеток Caco2 и мутагенен для Salmonella spp. [46]. Аналогичное действие показал и не содержащий глину фильтрат Cloisite 30B через мембрану 0,2 мкм, из чего следовало, что вызванные эффекты, скорее всего, обусловлены мигрирующим модификатором. Цитотоксичность органомодифицированной НГ марки Cloisite 93A была выше, чем у нативного ММТ в культуре трансформированных клеток печени HepG2 при 24 ч экспозиции [52].

Усиление цитотоксичности органомодифицированных НГ зависело от природы модификатора. Так, применение диэтилбензилдиалкиламмония, полученного на основе жирных кислот животного жира (tallow), приводило к большей токсичности модифицированного ММТ для ряда клеточных линий (лимфома Беркитта Ramos, аденокарцинома легкого A-549, колоректальная карционома HCT116, меланома SK-MEL 28, гепатоклеточная карцинома HepG2 и эндотелий пупочной вены HUVEC), чем если использовалось диметилдиалкиламмониевое основание [53]. Эти данные согласовались с цитотоксическим действием самих этих модификаторов для используемых клеточных линий. Концентрация 50%-ного ингибирования (LC₅₀) дидецилдимети-ламмония сахарината в тесте с использованием солей тетразолия (MTT-тест) для ряда линий клеток человека находилась в интервале от 1,44 до 5,47 мМ [54]. В экспериментах на клетках HepG-2 и Caco-2 нативный ММТ демонстрировал меньшую токсичность, чем органомодифицированный (Cloisite 30B) [55, 56]. Пороговая токсическая концентрация двух марок органомодифицированных НГ, отличающихся составом модификатора, составляла от 8 до 30 мкг/мл. В концентрации от 30 мкг/мл модифицированные НГ вызывали фрагментацию ДНК в клетках обеих линий и истощение запасов восстановленного глутатиона в HepG2-клетках. Действующие концентрации различных гидрофобных модификаторов НГ различались и по данным работ [7, 55 - 58].

В результате «активации» бентонита путем его обработки серной кислотой наблюдалось повышение цитотоксичности для В-лимфобластов человека [59, 60]. Наряду со снижением выживаемости клеток отмечали возрастание продукции оксидантов и повреждения ДНК. Водные вытяжки из препаратов глины не демонстрировали в этих экспериментах какого-либо генотоксического действия.

Кроме того, имеются данные, что при некоторых видах модификации глин их цитотоксичность, во всяком случае, не увеличивается. Так, Han et al. [61] сообщили об отсутствии повреждения мембран и снижения выживаемости клеток четырех линий при контакте с органомодифицированными кальциевыми и магниевыми филлосиликатами. Нативные и функционализированные нанотрубки галуа-зита проявляли равную цитотоксичность в отношении HeLa- и MCF-7-клеток в концентрации свыше 0,075 мг/мл [49].

Оценки цитотоксичности композитов НГ в литературе сравнительно немногочисленны. Встраивание ММТ в олигосополимер стирола с акрилонитрилом приводило к снижению его цитотоксичности [62]. Те же авторы показали [63], что композит нанотрубок галуазита с хитозаном не был цитотоксичен для фибробластов линии NIH3T3 и показал хорошую биосовместимость, сравнимую с пленками чистого хитозана. Фибробласты L-929 демонстрировали более высокую адгезию и рост на хитозане без глины, по сравнению с содержащим ММТ в количестве от 1 до 8 % [64].

Kevadiya et al. [65] сообщили о способности глинистых композитов быть резервуарами цитотоксических лекарств, причем их побочные токсические эффекты в отношении нормальных клеток могут снижаться, а эффективность доставки - повышаться.

Различия в цитотоксичности нанокомпозитов могут быть обусловлены количествами мигрирующих их них НГ и органических модификаторов. В частности, НГ марки Cloisite 30 B, содержащая четвертичное аммониевое основание, может выделяться из биополимерного нанокомпозита на основе полисахарида сои [66]. НГ Cloisite 30 B была цитотоксична для клеток линий Hep 2, C26 и HTC в концентрациях от 39,1 до 90,17 мкг/мл. Частицы Cloisite 30 B мигрировали из упаковочной пленки в жидкие среды в значимых количествах. Был сделан вывод, что нанокомпозит указанного состава мог быть использован при упаковке только сухих пищевых продуктов и защищал их в некоторой степени от бактериальной, но не от плесневой контаминации.

Определенную озабоченность вызывает возможность воздействия на человека аэрозолей, образующихся при сжигании отходов упаковки, содержащих НГ, на мусороперерабатывающих заводах. A. Wagner et al. [67] в экспериментах на культуре клеток эпителия легкого человека BEAS-2B показали, что прокаливание при 900 оС существенно не влияло на цитотоксичность нативного ММТ и резко снижало цитотоксичность органомодифицированной НГ Cloisite 30B, что соответствовало наблюдавшемуся выгоранию органического компонента. В последующей работе этих же авторов [68] аналогичным образом изучали цитотоксичность твердых продуктов сгорания полимерного нанокомпозита, содержащего органомодифицированные НГ трех марок. Показано, что продукты сгорания, представленные порошкообразными или губчатыми структурами с размером частиц значительно больше 100 нм, не проявляли выраженного цитотоксического действия в концентрации до 0,3 мг/мл. Вывод, сделанный авторами, состоит в том, что хотя цитотоксичность органомодифицированной НГ намного выше, чем у нативной, но при сжигании упаковочных материалов она в значительной степени снижается в связи с выгоранием модификатора.

Полученные в in vitro тестах данные позволяют высказывать предположения относительно механизмов цитотоксического действия при непосредственном контакте НГ с клетками. Так, в клетках HUVE, экспонированных ММТ, бентонитом и каолинитом, был отмечен лизис при 24 ч экспозиции [43]. При кратковременной (60 мин) экспозиции ММТ и бентонит вызывали полный лизис нейрональных клеток [69]. Клетки HepG2 и Caco-2, экспонированные в течение 24–48 ч органомодифицированной НГ марки Cloisite 93A в количестве от 0,05 до 1,0 мг/мл, демонстрировали морфологические изменения, состоящие в повреждении митохондрий, ядер и эндоплазматического ретикулума [55]. Дегенерация митохондрий в HepG2- и Caco-2-клетках, обработанных органомодифицированными НГ, согласуется с данными, полученными в МТТ-тесте для многих типов клеток, подвергнутых действию как модифицированных, так и нативных НГ и нанотрубок галуазита [44, 45, 49, 50, 52, 55 - 58, 63]. Наличие жировых включений в клетках HepG2 и Caco-2, культивируемых в присутствии C30B, свидетельствует о нарушении липидного метаболизма [43]. Перечисленное позволяет предположить, что при непосредственном контакте немодифицированного ММТ с клетками разных типов в ходе их повреждения преобладают явления развития оксидантного стресса, обусловленного каталитическим синтезом свободных радикалов на межфазных границах, в то время как главным фактором токсичности органомодифицированных глин является органический компонент (модификатор), проявляющий мембранотропное действие [5].

Таким образом, по данным большого числа работ негативное воздействие НГ на клетки различных типов не вызывает сомнения. Однако решение вопроса о значимости этих эффектов для токсического действия НГ на организм человека невозможно без получения информации о сценариях экспозиции, величинах миграции наноматериалов из продукции и способности НГ к преодолению биологических барьеров.

Данные экспериментов in vivo. Исследования токсичности глинистых минералов in vivo менее многочисленны в сравнении с данными на системах in vitro , и полученные результаты трудно сопоставимы из-за различия экспериментальных моделей и тестируемых объектов. Обзор ранних данных по токсичности глинистых минералов представлен в статьях [4, 70].

Экспонирование глинистыми материалами вообще способно приводить как к токсическому, так и нетоксическому ответу. Последний может быть связан с благоприятным действием глин как энтеросорбентов, снижающих нагрузку на организм поступающих с пищей афлатоксинов, тяжелых метал- лов и микробных метаболитов, антацидным действием, а также получением некоторых дополнительных количеств эссенциальных микроэлементов [5, 71, 72]. Большинство ранних исследований показали, что глины не вызывают общетоксических и гистопатологических изменений, как при однократном введении в остром опыте [45, 73, 74], так и в условиях подострого эксперимента продолжительностью до 196 суток [75-78] на грызунах. Например, Baek et al. [45] оценили LD50 немодифици-рованного ММТ для мышей величиной 41 000 мг/кг массы тела. Wiles et al. [79] сообщали об отсутствии токсичности или очень низкой токсичности ММТ для беременных самок крыс Sprague–Dawley, причем также не была выявлена и эмбриотоксичность. Однако ранее в работе Patterson and Staszak (1977), цит. по [5], были выявлены эффекты репродуктивной токсичности, состоящие в появлении анемии у самок и снижении массы тела новорожденного потомства после экспонирования каолином в количестве 20 % по массе корма.

В последние 10 лет in vivo токсичность глинистых минералов исследовалась мало. С одной стороны, сообщалось о подозрительном случае отравления бентонитом у кошек, которые глотали бентонитосодержащий кошачий наполнитель, с симптомами гипокалиемии и гипохромной анемии, летаргии и мышечной слабости. При пероральном поступлении бентонит снижал включение кальция в костную ткань коз. У цыплят-бройлеров с алиментарной недостаточностью нутриентов бентонит не компенсировал уменьшение кальция в больших берцовых костях. У трехлетней девочки, получавшей перорально и ректально бентонит в качестве домашнего средства, возникла тяжелая гипокалиемия [40].

С другой стороны, Maisanaba et al. [78] не выявили повышения уровней липоперекисей, изменения активностей супероксиддисмутазы (SOD), глутатионпероксидазы (GPx) и глутатион-S-трансферазы (GST) в печени и почках крыс, экспонированных в течение 40 дней органомодифицированным ММТ, хотя активность каталазы, содержание ее белка и экспрессия гена в почках увеличивались. EFSA [76] приводит данные о том, что у крыс, получавших бентонит в течение 15 сут, были выявлены хромосомные аберрации. Однако, Sharma et al. [80] не наблюдали разрывов цепей ДНК в клетках и воспалительного ответа в толстой кишке, печени и почках крыс Wistar, получавших через зонд органомодифицированную глину Closite 30B двукратно в дозе 250–1000 мг/кг массы тела. Этот результат согласуется с данными Hsu et al. [81], полученными на крысах Sprague–Dawley, которым подкожно вводили суспензию нанопластин ММТ.

В работе В.В. Смирновой и др. [82] самцы крыс получали немодифицированную гидрофильную НГ Nanoclay Nanomer PGV в течение 28 дней внутриже-лудочно через зонд в дозе 1,0 или 100,0 мг/кг массы тела. Анализ большого числа биохимических и гема- тологических показателей не выявил у животных опытных групп изменений, которые могли бы быть интерпретированы как неблагоприятные. Более того, при потреблении НГ отмечены эффекты, свидетельствующие о повышении активности системы антиоксидантной защиты (снижение уровня диеновых конъюгатов в плазме, увеличение активности глутатионпероксидазы). Потребление глины не усиливало апоптоз клеток печени и проницаемость кишечной стенки для макромолекул.

В экспериментальной модели гиперкреатини-немии у мышей монтмориллонит снижал уровень креатинина в сыворотке крови и ускорял его выведение из кишечника. У животных с почечной недостаточностью потребление бентонита способствовало диффузии мочевины из кровеносных сосудов в кишечник и ингибировало реабсорбцию мочевины в кишечнике [40]. У мышей с гипертиреозом монтмориллонит снижал уровень тироксина и трийодти-ронина , увеличивал время сна, улучшал переносимость гипоксии и уменьшал спонтанную двигательную активность [40].

Некоторые исследователи аргументируют отсутствие токсических эффектов НГ тем, что они практически не биодоступны при энтеральном поступлении [80]. Однако Baek et al. [45], хотя и не наблюдали токсических эффектов вплоть до дозы ММТ в 1000 мг/кг массы тела, но сообщили, что глинистые минералы могут всасываться в организме в течение двух часов с аккумуляцией маркерных элементов (кремния, алюминия) в определенных органах. Mascolo et al. [74] наблюдали возрастающее накопление маркерных элементов НГ в моче и тканях крыс, причем органы по степени накопления расположились следующим образом: почки > печень > сердце > головной мозг. Reichardt et al. [83] показали, что каолинит способен к диссоциации в просвете кишки, и выделяющиеся ионы алюминия могут всасываться. Частицы органомодифицированной НГ Cloisite 30B могут захватываться клетками эпителия пищевода крыс [66]. Однако Sharma et al. [70] не выявили накопления алюминия в печени и почках крыс, получавших через зонд органомодифицированную НГ марки Cloisite 30B в дозе 1000 мг/кг массы тела. Эксперты EFSA [76] считают, что бентонит и сепиолит не всасываются в ЖКТ в значимых количествах.

Органические модификаторы НГ, которые могут диссоциировать из комплекса с ММТ как в составе продукции, так и при поступлении в организм, обладают собственной токсичностью. В частности, Melin et al. [84] установили, что четвертичные аммониевые основания значительно нарушают репродуктивное здоровье у мышей. В эксперименте на крысах внутрижелудочное зондовое введение диде-цил-диметиламмония сахарината в дозе 2000 мг/кг массы тела привело к гибели всех животных [54].

Всего в трех исследованиях была оценена токсичность глинистых нанокомпозитов. Так, на отсутствие токсичности in vivo и высокую биосовмести- мость композитов НГ с полууретаном и хитозаном указывают данные работы [64]. Нанокомпозит ММТ/хитозан обладал большей биосовместимостью in vivo, чем простой хитозан [81]. Maisanaba et al. [85] воздействовали на крыс веществами, экстрагированными из композита органомодифицированной НГ с поли-L-лактитом в модельный напиток, и не выявили каких-либо гистопатологических и биохимических признаков токсичности.

Взаимодействие с химическими токсикантами. Имеющиеся в литературе данные позволяют предположить, что при поступлении совместно с химическими токсикантами НГ способны понижать их токсичность, выступая в качестве энтеросорбентов. В ранних работах [35, 86] сообщается об эффективности добавления немодифицированных глин в корм сельскохозяйственных животных (цыплята, свиньи) в дозах 0,1–0,5 % по массе рациона для профилактики вредного действия афлатокинов группы В, содержащихся в кормах. Одновременно было показано, что НГ в указанных дозировках не ухудшают биодоступность витаминов В 2 , А, фосфора и марганца, хотя при дозе 1 % (что выше рекомендуемой профилактической дозировки) наблюдалось небольшое снижение биодоступности цинка. Особенно эффективное при афлатоксикозах детоксицирующее действие глин было достигнуто при их сочетанном использовании с антиоксидантами селеном, метионином и витамином Е.

Afriyie-Gyawu et al. [39] на клиническом материале из регионов, эндемичных по развитию афла-токсикозов у людей, показали, что использование НГ NovaSil в качестве энтеросорбента эффективно и не создает рисков, связанных со снижением биодоступности витаминов А, Е и минеральных веществ. На способность органомодифицированной НГ адсорбировать афлатоксины, фумонизин и зеараленон указывают данные работы Abdel-Wahhab et al. [34].

El-Nekeety et al. [87] подвергали крыс Sprague Dawley затравке фумонизином В 1 и/или зеаралено-ном в течение трех недель на фоне контрольного рациона или рациона с добавлением 0,5 % по массе ММТ. Определение показателей азотистого и липидного обмена в плазме крови, содержания продуктов ПОЛ в печени и почках, активности антиоксидантных ферментов, уровней раковоэмбрионального антигена (СЕА), альфа-фетопротеина и IL-6, а также морфологии печени и почек выявило благоприятный терапевтический эффект ММТ. В группе животных, получавших только ММТ в указанной дозировке, каких-либо проявлений токсичности по этим показателям не было.

Таким образом, высокая активность НГ как энтеросорбентов для различных классов токсических веществ определяет перспективы использования НГ при лечении и профилактике различных отравлений у человек и животных. Это создает дополнительные источники экспозиции как нативными, так и модифицированными НГ.

Антимикробная активность. Некоторые природные глины использовались для лечения ран с древности, прежде того, как их антимикробные свойства были признаны медицинской наукой [88]. Механизм антимикробного действия глин может быть связан как с физическими взаимодействиями с микробными клетками, так и с эмиссией различных химических компонентов. Предполагается, что физический антимикробный эффект обусловлен адгезией бактерий к частицам глины, вследствие чего у микроорганизмов нарушается всасывание необходимых нутриентов, выброс метаболитов и происходит нарушение клеточных оболочек (Ferris et al., 1987, цит по [5]). При этом глины оказывают не столько бактерицидное, сколько бактериостатическое действие [89].

С антимикробным эффектом НГ может быть связана их способность вызывать дисбиотические нарушения при пероральном приеме. Так, в работе В.В. Смирновой и др. [82] у крыс Wistar, получавших немодифицированный ММТ, выявлено снижение функциональной активности симбиотической бифидофлоры, сопровождаемое многократным (на три порядка величины) усилением роста дрожжевой флоры слепой кишки.

При оценке возможных химических антибактериальных эффектов НГ следует иметь в виду, что хотя частицы алюмосиликата мало растворимы в воде, но в биологическом окружении, в присутствии органических молекул, проявляющих свойства комплексонов, они могут высвобождать ионы металлов (в частности алюминия, железа), способных оказывать антимикробное действие [88]. Wang et al. [90] выявили антимикробную активность в отношении S. aureus и E. coli , у эксфолиированных НГ, их форм, модифицированных катионоактивными, анионоактивными и неионогенными ПАВ, а также нанокомпозитов с полиуретаном.

Композитные пленки на основе клейковины семян шалфея Salvia macrosiphon и органомодифицированной НГ Cloisite 15A в дисковых тестах на агаре показали антимикробные свойства в отношении E. coli и S. aureus [91]. У композита, образованного отрицательно заряженными слоями бентонитовой НГ и мономолекулярными слоями хитозана, выявлена антимикробная активность в отношении бактерии Pseudomonas syringe pv. tomato и плесневого гриба Fusarium solani f. sp. eumartii, вызывающих порчу сельскохозяйственной продукции [92]. Считается, что такой нанокомпозит может обладать свойствами так называемого элиситора , то есть вещества, неспецифически повышающего сопротивляемость растений к вредителям и патогенам.

Антимикробное действие глинистых минералов получило разнообразное клиническое использование. Так, у пациентов с диареей различной этиологии (вирусная инфекция, пищевая аллергия, спастический колит, слизистый колит и пищевое отравление) перорально введенный бентонит в 97 % случаев оказывал положительное клиническое воздействие [93]. Абсорбент «Диосмектит», состоящий из натуральной алюмосиликатно-магниевой глины, широко используется в лечебной практике для лечения диареи и синдрома раздраженного кишечника. Показано, что препарат способствовал нормализации консистенции стула за счет абсорбции токсинов, бактерий и вирусов, укрепления барьера слизистой оболочки кишки, уменьшения проникновения люминальных антигенов через слой слизи и снижения воспаления. Он также препятствовал адсорбции на мембранах клеток бактерий, энтеротоксинов, вирусов и других потенциально диареогенных веществ [94]. «Диосмектит» также показан для профилактики при лучевой и химиотерапии, а также синдроме приобретенного иммунодефицита, связанном с хронической диареей [95]. При назначении больным бентонита в дозе 3 г/сут в течение восьми недель снижалась выраженность проявления синдрома раздраженного кишечника по сравнению с плацебо [40].

В клинических исследованиях выявлены и возможные побочные действия препаратов на основе глин. При приеме диосмектина (смекты) в редких случаях отмечался запор, который проходил после коррекции дозы препарата, аллергические реакции (крапивница, сыпь, зуд, отек Квинке). Противопоказаниями к применению глин как энтеросорбентов являются кишечная непроходимость, непереносимость фруктозы, синдром нарушенного всасывания глюкозы-галактозы, недостаточность сахаразы-изомальтазы [95].

Таким образом, многочисленные данные об антимикробной активности НГ и их композитов не только являются обоснованием их применения при производстве изделий медицинского назначения и лекарственных препаратов, но и проливают дополнительный свет на возможность проявления их биологического действия за счет взаимодействия с компонентами кишечного микробиоценоза при пероральном поступлении в организм.

Миграция из упаковочных материалов. Важную роль в оценке возможных рисков НГ для здоровья человека играет количественное определение миграции этих наноматериалов и их органических модификаторов из упаковочных материалов [96, 97]. При этом были получены неоднозначные результаты. Schmidt et al. [98] не выявили в пределах чустви-тельности анализа миграцию глины из поли-L-лак-тита в 95%-ный этанол, а Bott et al. [99] – миграцию лапонита из полиэтилена низкой плотности в раствор ПАВ. Xia et al. [100] обнаружили миграцию только следовых количеств глины (3-6 мкг/л) из полипропиленовых и полиамидных пленок в этанол. Согласно теоретическим расчетам Simon et al. [101], частицы диаметром более 1 нм вообще не должны мигрировать из полимерных фаз ввиду их очень высокой вязкости. Однако это не относится к частицам, расположенным на межфазной поверхности или близко к ней, а также к ситуации разрушения полимера. Возможно по этой причине Avella et al. [19] установили повышение концентрации кремния в овощах, контактирующих с нанокомпозитом. Интерпретация этих данных, однако, затруднена тем, что использованный в этой работе упаковочный материал был биодеградируемым. Farhoodi et al. [101] показали, что алюминий и кремний могут мигрировать из PET-бутылок в кислой среде при 25° и 45 °С. В других исследованиях выявлено, что как алюминий, так и кремний могут мигрировать из нанокомпозитов в водные и водно-этанольные среды [103].

Echegoyen et al. [96] изучили миграцию алюминия из контейнеров, состоящих из двух видов композита полиэтилена с органомодифицированными НГ. Испытания проводили в соответствии с директивой ЕС Regulation 10/2011/EU, что подразумевало использование 10%-ного этанола и 3%-ной уксусной кислоты в качестве модельных сред при температуре 70 °C в течение 2 ч или 40 ° C и 10 сут. В этих условиях миграция Al из образцов составила от 2 до 51 нг с см² поверхности; с помощью электронной микроскопии в использованных модельных средах были выявлены нанопластинки глины, состав которых был дополнительно подтвержден методом энергодисперсионной спектроскопии. В работе Xia et al. [100] изучали миграцию частиц глины, Si, Al и органических модификаторов (четвертичных аммониевых оснований) из нанокомпозитов полипропилена (PP) и полиамида 6 (PA6) с органомодифицированным ММТ в этанол при температуре 70 ^оС. Показано, что большее количество частиц глины выделялось из PP-, нежели из PA6-пленок (0,15 и 0,10 мг/л соответственно), возможно, вследствие менее прочного взаимодействия органомодифицированной НГ с первым из полимеров. Количество модификаторов, выделившихся в этанол, составило 3,5 мг/л из PP-пленок и 16,2 мг/л – из PA6. Обработка этанолом сопровождалась изменением ультраструктуры нанокомпозита. Миграция алюминия из нанокомпозита полиэтилена в 3%-ную уксусную кислоту достигала 5,16 мкг/см³ [96], а выделение алюминия из нанокомпозита на основе PET составило в эту же среду 0,34 мг/кг, а кремния – 9,5 мг/кг [102]. Биополимерные пленки из глютена пшеницы характеризовались эмиссией до 1 мг/кг алюминия и до 4,5 мг/кг кремния в воду, 3%-ную уксусную кислоту, 15%-ный этанол и растительное масло [104].

Миграция НГ из упаковочных материалов возможна не только под воздействием среды пищевого продукта, но и вследствие выветривания [105]. Для оценки этого фактора модельные глинистые нанокомпозиты обрабатывали УФ-излучением или озоном при 40 оС. В течение первых 130 ч обработки физико-химические свойства композитов и миграция глин изменялись медленно, после чего быстро наступала быстрая и полная деградация. Внедренные НГ увеличивали стабильность и прочностные характеристики исходного композита, однако одновременно они ускоряли его деградацию под дейст- вием УФ-излучения. Размер наночастиц, выделявшихся из нанокомпозитов при выветривании, составлял 2–8 нм. Их концентрация возрастала со временем обработки материалов.

Таким образом, неоднозначность данных о миграции НГ и их компонентов из упаковочных материалов указывает на необходимость индивидуального подхода к оценке их безопасности с учетом состава применяемого нанокомпозита, условий его эксплуатации и свойств упакованного продукта.

Экспозиция и возможные риски. Экспонирование человека глинами в той или иной степени происходило всегда в его истории как вида [106], однако в последние два десятилетия оно, по-видимому, усилилось в связи с широким использованием глинистых минералов в технологии и медицине. Наиболее значимым путем экспозиции является ингаляция, далее следуют поступление через ЖКТ и кожная экспозиция [107, 108].

Профессиональная ингаляционная экспозиция глинами происходит преимущественно при добыче полезных ископаемых, в сельском хозяйстве и металлургической (глиноземной) промышленности [5, 109]. Подробное рассмотрение данного пути экспозиции не входит в задачи настоящего обзора.

Данные о пероральной экспозиции человеческой популяции ММТ, каолинитом и другими глинами противоречивы [4]. Введение глин в полимерные материалы может приводить к непреднамеренной экспозиции потребителя, что требует оценки миграции как микрочастиц, так и наноструктуриро-ванной глины из упаковочного материала в пищевую продукцию [41]. Кроме этого, значительные количества НГ могут поступать в окружающую среду в ходе жизненного цикла продукции, например, при сжигании отходов упаковки на мусоросжигательных заводах [110].

Другими важными источниками перорального поступления глин в развитых странах являются пищевые добавки и фармацевтические препараты [111, 112]. В их числе следует указать бентонит, монтмориллонит, каолинит и палигорскит, которые используются как антациды и антидиарейные средства [113]. Некоторые виды глин применяются для профилактики микотоксикозов и афлатоксикозов у людей в регионах высокого эндемического риска [39, 114].

Наиболее актуальной, с позиции анализа возможных рисков, является оценка экспозиции населения алюмосиликатными пищевыми добавками как источниками поступления в организм токсичного элемента алюминия. По оценке EFSA, в зависимости от сценария, потребление пяти алюминийсодержащих пищевых добавок, из которых три должны рассматриваться как глины; алюмосиликат натрия (E554); алюмосиликат кальция (E556); алюмосиликат каолин (E559)), населением различных возрастных групп (дети младшего возраста, дети, подростки, взрослое население, пожилые люди) составляет в пересчете на алюминий от 2,3 до

76,9 мг/кг массы тела за неделю в среднем и от 7,4 до 145,9 мг/кг массы тела за неделю для 95 % населения [1]. В соответствии с альтернативным сценарием, предусматривающим большее потребление пищевых продуктов, в состав которых входят алюминийсодержащие пищевые добавки, среднее потребление составило 18,6–156,2 мг/кг массы тела за неделю; потребление для 95 % выборки населения - 5,3–286,8 мг/кг массы тела за неделю. Тем самым поступление алюминия в составе пищевых добавок в различных возрастных группах намного превышает безопасный уровень его поступления из всех источников (TWI = 1 мг/кг массы тела), установленный EFSA [123], а также условнопереносимый уровень потребления алюминия за неделю (PTWI = 0–2,0 мг/кг массы тела), установленный JECFA [1, 116].

Полученные другими авторами результаты подтверждают факт того, что дети, как правило, потребляют большее количество алюминия с пищей в расчете на массу тела, чем взрослые, хотя эти данные несколько отличаются от полученных EFSA оценок. В соответствии с этим во Франции возможное потребление алюминия детьми в возрасте 3–15 лет составило не менее 0,7 мг/кг массы тела в неделю в 97,5 % случаев. Для дошкольников (1,5–4,5 года) это значение равнялось 2,3 мг/кг массы тела в неделю. В Великобритании в 1988 г. потребление алюминия детьми 4–18 лет составило 1,7 мг/кг массы тела в неделю. В Германии 10 % детей в возрасте 5–8 лет получали алюминий с пищей в количестве большем, чем 0,38 мг/кг массы тела в неделю. Потенциальное потребление алюминия детьми в возрасте 0–3, 4–6, 7–9 и 10–12 месяцев в составе специализированных пищевых продуктов составляет 0,1, 0,2, 0,43 и 0,78 мг/кг массы тела в неделю соответственно [115, 117]. Исследования в Китае показали, что средний уровень потребления алюминия для детей в провинции Шэньчжэнь составил 3,272 мг/кг массы тела в неделю, что выше установленного для взрослых людей значения PTWI = 2 мг/кг массы тела за неделю [118].

Согласно [119], содержание алюминия в различных продуктах, предназначенных для питания детей от 0 до 12 месяцев жизни, колебалось от 224 до 592 мкг/л/сут. С учетом максимального рекомендованного потребления этих продуктов, уровень потребления алюминия для детей с 6 месяцев жизни оказывается неприемлемо высоким.

Проведенные в Испании исследования показали, что содержание алюминия в детских смесях на молочной основе составило 0,24–0,69 мг/л, а на основе сои – 0,93 мг/л [120]. Полученные данные явились основанием для проведения дополнительной оценки потребления алюминия с этими пищевыми продуктами, которая составила для трехмесячных детей 0,2–0,6 мг/кг массы тела в неделю при использовании продуктов на молочной основе и 0,75 мг/кг массы тела в неделю – при использовании продуктов на основе сои. В случае высокого уровня по- требления данные значения составили 0,3–0,9 и 1,1 мг/кг массы тела в неделю соответственно [121]. Полученные данные о повышенном содержании алюминия в пищевых продуктах для детей (молочных продуктах, печенье, сухих зерновых завтраках, десертах, рыбе, фруктовом пюре, мясе, макаронных изделиях, сухарях, овощах) подтверждены целым рядом исследований [113, 122, 123].

Следует отметить, что алюминийсодержащие пищевые добавки не входят в перечень разрешенных для использования в пищевых продуктах для детей в соответствии с ТР ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств», стандартом комиссии Codex Alimentarius «Общий стандарт на пищевые добавки» CodexStan № 192–1995, Постановлением ЕС № 1333/2008 относительно использования пищевых добавок. Кроме того, Постановлением ЕС № 1333/2008 запрещено использование алюминийсодержащих пищевых добавок при изготовлении ингредиентов для питания детей. Тем не менее, как показывают данные аналитических исследований, алюминий выявляется в продуктах для питания детей, в которые он может попасть в результате «транзита» из пищевого сырья (например, из порошкообразного молока), а также миграции из упаковочных материалов.

Имеющиеся данные о токсичности алюминия и уровнях его потребления с пищевыми продуктами явились основанием для исключения из перечня пищевых добавок, приведенного в «Общем стандарте по пищевым добавкам» (CodexStan 192–1995), алюмосиликата калия Е555 и бентонита Е558. Однако вопрос о возможности превышения максимального допустимого уровня потребления алюминия при использовании пищевых добавок остался открытым. Поэтому на 46-й сессии Комитета экспертов ФАО-ВОЗ по пищевым добавкам – CCFA46 (Гонконг, Китай, 17–21 марта 2014 г.) Российской Федерацией был поднят вопрос о необходимости пересмотра использования алюминийсодержащих пищевых добавок, входящих в перечень разрешенных для использования в пищевой промышленности. CCFA46 поддержал это предложение [124].

Постановлением № 1333/2008 в редакции 2019 г. из перечня разрешенных в ЕС для использования в пищевой промышленности пищевых добавок исключены такие виды глин, как алюмосиликат натрия (Sodium aluminosilicate) Е554, алюмосиликат калия (Potassium aluminium silicate) Е555, алюмосиликат кальция (Calcium aluminium silicate) Е556, бентонит

(Bentonite) Е558 и алюмосиликат каолин (Aluminium silicate (Kaolin)) Е559 [125, 126].

Оценка уровней потребления алюминия с рационами населением РФ показала существенное превышение условно-допустимого уровня поступления алюминия в организм человека за неделю (0–2,0 мг/кг массы тела для всех возрастных групп населения): в 2–8 раз – при минимальном и в 30–95 раз – при максимальном расчетном уровне потребления алюминийсодержащих пищевых добавок. С учетом этого была обоснована необходимость исключения из перечня разрешенных для использования в пищевой промышленности ЕАЭС следующих пищевых добавок: алюмосиликата натрия (Е554), алюмосиликата калия (Е555), алюмосиликата кальция (Е556), бентонита (Е558), алюмосиликата (каолина) (Е559)2. Однако в соответствии с решением рабочей группы по внесению изменений в технический регламент таможенного совета «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» из перечня разрешенных для использования в пищевой промышленности пищевых добавок исключаются не пять, а четыре пищевые добавки на основе глин – Е555, Е556, Е558, Е559.

Выводы. НГ представляют собой наноматериалы, образованные слоями (пластинами) и, в отдельных случаях, нанотрубками и нанодисками алюмосиликатов. Структура НГ, в частности, наличие в них слабо связанных слоев нанометровой толщины, а также ионообменных и сорбционных свойств и слабая газопроницаемость, определяет разнообразные области их использования в промышленности, сельском хозяйстве и медицине. При производстве композитных упаковочных материалов используются гидрофоби-зованные органомодифицированные НГ.

Пероральная экспозиция человека частицами НГ возможна вследствие их миграции из упаковочных материалов в пищевые продукты и напитки, при использовании НГ в медицине в качестве энтеросорбентов, с пищевыми добавками и остаточными количествами технологических вспомогательных средств, а также при непреднамеренной контаминации глинами сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции. В многочисленных исследованиях в модельных системах in vitro выявлено цитотоксическое действие НГ для клеток различных типов, а также наличие мутагенного потенциала для микроорганизмов. Органомодифицированные НГ проявили, как правило, бóльшую цитотоксичность, чем их немодифицированные аналоги. Действие НГ на клетки сопровождается признаками оксидантного стресса, истощением запасов восстановленного глутатиона, нарушением клеточной ультраструктуры (набухание митохондрий, изменение эндоплазматического ретикулума), протеомными и метаболом-ными сдвигами, некрозом и лизисом клеток. В качестве предполагаемого механизма цитотоксичности НГ рассматривается генерация реакционноспособных форм кислорода на межфазных границах, а также мембранотропное действие мигрирующих из органомодифицированных глин катионоактивных ПАВ. При этом, как правило, упускают из внимания и еще один потенциально значимый механизм, состоящий в миграции из НГ ионов токсичного металла алюминия. Действующая концентрация НГ в различных системах in vitro составляет от 0,001 до 1 мг/мл; при этом крайне сомнительно, чтобы такая концентрация НГ могла создаваться в органах и тканях при системном воздействии (за исключением, по-видимому, накопления частиц НГ в альвеолах легких при хронической ингаляции).

Исследования по токсичности НГ in vivo дали частично противоречивые результаты. Практически во всех проведенных работах НГ не проявили заметной острой токсичности для грызунов. Результаты подострых и субхронических экспериментов продолжительностью до 196 суток и единичных клинических наблюдений не были столь однозначными. В отличие от собственно НГ, их органические модификаторы при введении животным в свободном виде были высокотоксичны; однако возможность их миграции in vivo или in vitro из органомодифицированных глин остается дискутабельной. Несмотря на низкую токсичность, НГ способны, по-видимому, высвобождать in vivo микроэлементы кремний и алюминий, которые частично биодоступны. Многие виды НГ обладают антимикробным действием, что указывает на возможность развития дисбиотических нарушений при их пероральном поступлении.

Помимо токсических, НГ способны оказывать на организм и различные нетоксические воздействия, связанные с эффектом энтеросорбции. В числе этого - защита от вредного действия афлатоксинов и, возможно, других химических контаминантов пищевой продукции. По имеющимся данным, НГ, вводимые перорально, не влияют существенным образом на витаминную обеспеченность организма, хотя и способны в отдельных случаях снижать обеспеченность микроэлементами (такими, как цинк).

В оценке токсичности и рисков НГ в настоящее время имеется значительное число пробелов, требующих заполнения в эксперименте. Так, действие НГ в системах in vivo охарактеризовано в недостаточно большом интервале доз, что не позволяет исключить наличия эффектов, парадоксальным образом проявляемых не при высоких, а при низких дозах (как это было неоднократно показано, в частности на примере углеродных нанотрубок). Недостаточно исследовано местное действие НГ в желудочно-кишечном тракте по таким показателям, как морфологические изменения в слизистой оболочке кишки, состояние микробиоценоза, продукция цитокинов лимфоидной тканью кишечника. Практически не изучено влияние НГ на микроэлементный статус организма по большому числу показателей (за исключением «маркерных» элементов кремния и алюминия).

Вклад НГ, содержащихся в упаковочных материалах, в общую экспозицию населения токсичным элементом алюминием заслуживает тщательной оценки в связи с и так уже неблагоприятным положением, создающимся из-за поступления глинистых минералов в организм человека в составе пищевых добавок. Оценка уровней потребления алюминия с рационами населением РФ показала необходимость исключения из перечня разрешенных для использования в пищевой промышленности пищевых добавок алюмосиликата калия (Е555), алюмосиликата кальция (Е556), бентонита (Е558), алюмосиликата (каолина) (Е559).

Финансирование. Работа проведена за счет средств субсидии на выполнение государственного задания в рамках программы фундаментальных научных исследований (тема Минобрнауки России № 0529-2019-0057 «Разработка системы качества и безопасности пищевой продукции, в том числе пищевых добавок и спиртсодержащих напитков, полученных биотехнологическими методами»).