Оценка содержания токсичных элементов в фасолевых концентратах и влияние технологической обработки на их уровень

МРНТИ 65.01.11, 65.33.29                        

Уровень продовольственного обеспечения населения, а также качество и безопасность пищевого сырья и готовых продуктов являются одними из ключевых факторов, определяющих состояние здоровья людей и продолжительность их жизни [1, 2].

В последние десятилетия особое внимание уделяется формированию принципов здорового питания, важнейшей составляющей которого выступает пищевая безопасность — биологическая, химическая и радиационная [3, 2].

Под безопасностью пищевых продуктов понимают такое их состояние, при котором исключается неприемлемый риск негативного воздействия на организм человека и здоровье будущих поколений [2, 4].

Основные угрозы формируются вследствие загрязнения продуктов различными веществами — радионуклидами, токсичными элементами, а также патогенными микроорганизмами [5-7].

Современная классификация загрязнителей пищевых продуктов включает три основные группы [5-9]:

• •    Химические — к ним относятся токсичные элементы, пестициды, нитрозамины и другие соединения [13];

• •    Биологические — микроскопические плесневые грибы, бактерии и токсигенные микроорганизмы;

• •    Физические — механические примеси: фрагменты пластика, волос, ткани, стекла, металла, древесины и пр. [1,2].

Среди химических загрязнителей наибольшую опасность представляют восемь элементов: ртуть (Hg), свинец (Pb), кадмий (Cd), мышьяк (As), цинк (Zn), медь (Cu), олово (Sn) и железо (Fe). Из них ртуть, свинец и кадмий признаны наиболее токсичными [5-8].

Ртуть (Hg) — один из наиболее опасных элементов, способный накапливаться в тканях организма. У молодняка её концентрация, как правило, ниже, чем у взрослых животных [2,8]. Среди продуктов животного происхождения наибольшее содержание ртути выявлено в почках — до 0,2 мг/кг (в сыром виде) [8,10]. Для снижения её количества рекомендуется вымачивание сырья в течение 1,5–2 часов с регулярной заменой воды, что позволяет уменьшить концентрацию примерно вдвое [8].

Среди растительных продуктов повышенное содержание ртути отмечается в орехах, какао-бобах и шоколаде (до 0,1 мг/кг), тогда как в большинстве остальных продуктов её количество не превышает 0,01-0,03 мг/кг [11,12].

Свинец (Pb) — сильный токсин, присутствующий в незначительных количествах практически во всех продуктах растительного и животного происхождения. Его естественная концентрация обычно не превышает 0,5-10 мг/кг [8,10]. Повышенные значения фиксируются в промысловой рыбе, например в окуне (до 2,0 мг/кг), а также в ракообразных (до 10,0 мг/кг) [6,11].

Дополнительным источником свинца могут быть консервированные продукты, расфасованные в металлические банки. Попадание свинца в продукты также возможно при сгорании этилированного бензина — соединения свинца оседают в почве и загрязняют сельскохозяйственную продукцию. Поэтому растения, выращенные вблизи автомобильных трасс, нередко содержат повышенные концентрации Pb.

Кадмий (Cd) относится к числу опасных токсичных элементов, однако его природное содержание в продуктах питания в 5–10 раз ниже, чем у свинца. Наибольшие концентрации кадмия наблюдаются в какао-порошке (до 0,5 мг/кг), почках животных (до 1,0 мг/кг), рыбе (до 0,2 мг/кг), а также в консервированной продукции, упакованной в металлические банки [5,8,13].

Санитарно-контрольные органы установили строгие нормы допустимого содержания тяжёлых металлов в пищевом сырье и готовых продуктах [15,16]. Для большинства категорий продуктов определены предельно допустимые концентрации (ПДК) токсичных элементов. Так, для бобовых культур предельное содержание свинца не должно превышать 0,5 мг/кг, а кадмия — 0,1 мг/кг [16].

В целях подтверждения качества и безопасности исследуемых образцов концентраты из бобовых, полученные в рамках данного исследования, были направлены на лабораторный анализ содержания токсичных элементов, в частности кадмия и свинца. Анализ проводился в лаборатории пищевых и сельскохозяйственных продуктов Центра стандартизации, метрологии, сертификации и надзора за торговлей Согдийской области.

В эксперимент включались следующие образцы:

• •    бобовые зёрна урожая 2021 года и полученные из них концентраты;

• •    бобовые зёрна урожая 2022 года и их концентраты.

Производство концентратов из фасоли и других бобовых осуществляется преимущественно с применением щадящих технологий. Особое внимание при этом уделяется подбору методов обработки, обеспечивающих сохранность питательных веществ и минимизацию содержания токсичных элементов, что является приоритетным направлением работы исследователей и технологов [17].

Материалы и их методы исследований

Объекты исследования

В качестве объектов исследования использовались фасолевые зёрна двух урожаев — 2021 и 2022 годов — и полученные из них концентраты.

Для эксперимента были подготовлены следующие образцы:

• •    порошок из сухих бобов фасоли;

• •    порошок из отварных бобов фасоли;

• •    порошок из пророщенных бобов фасоли;

• •    порошок из отварных пророщенных бобов фасоли.

Исходное сырьё (зёрна фасоли) было отобрано по стандартной методике выборочного контроля качества, обеспечивающей репрезентативность пробы.

Место и условия проведения анализа

Определение содержания токсичных элементов проводилось в лаборатории пищевых и сельскохозяйственных продуктов Центра стандартизации, метрологии, сертификации и надзора за торговлей Согдийской области.

Исследования      выполнялись      в соответствии с требованиями технического регламента ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» и методических указаний по контролю содержания тяжёлых металлов в пищевом сырье.

Методы анализа

Для определения содержания токсичных элементов — кадмия (Cd) и свинца (Pb) — применялся вольтамперометрический метод анализа, который обеспечивает высокую чувствительность и точность измерений даже при крайне низких концентрациях исследуемых элементов.

Метод основан на регистрации тока, возникающего при восстановлении или окислении ионов тяжёлых металлов на поверхности электрода, что позволяет количественно определить содержание соответствующих элементов в исследуемом образце.

Перед анализом образцы подвергались подготовке, включающей:

• •    высушивание до постоянной массы;

• •    измельчение до порошкообразного состояния;

• •    минерализацию (разложение органической матрицы);

• •    разведение раствора до необходимой концентрации для проведения измерений.

Для калибровки прибора использовались стандартные растворы кадмия и свинца, соответствующие государственным эталонам. Измерения проводились в трёхкратной повторности, после чего вычислялось среднее арифметическое значение содержания каждого элемента.

Оценка результатов

Результаты анализа сопоставлялись с допустимыми нормами содержания токсичных элементов, установленными ТР ТС 021/2011:

• •    кадмий (Cd) — не более 0,2 мг/кг;

• •    свинец (Pb) — не более 1,0 мг/кг.

Данные по содержанию тяжёлых металлов в фасоли урожая 2021 и 2022 годов, а также в полученных из неё концентратов, представлены в таблице 3 (см. раздел «Результаты и обсуждение»).

Анализ показал, что технологическая обработка (проращивание и отваривание) способ-ствует значительному снижению содержания токсичных элементов. Это подтверждает эффек-тивность предложенного способа переработки фасоли с точки зрения обеспечения её пищевой безопасности.

Результаты и их обсуждение

Проведённые исследования показали, что технологическая переработка фасолевого сырья способствует значительному снижению содержания токсичных элементов. Особенно выраженный эффект наблюдается при производстве концентратов из пророщенных и отваренных бобов фасоли — именно в этих образцах зафиксировано наиболее заметное уменьшение концентраций кадмия (Cd) и свинца (Pb) [18-21].

Даже исходное сырьё соответствовало установленным требованиям ТР ТС 021/2011 (Cd ≤ 0,2 мг/кг, Pb ≤ 1,0 мг/кг), однако последующая обработка позволила добиться многократного снижения этих показателей, что позитивно сказалось на уровне пищевой безопасности и общем качестве конечного продукта.

Для подтверждения полученных данных образцы фасолевого концентрата, полученные в ходе экспериментов, были направлены на анализ содержания тяжёлых металлов в лабораторию пищевой и сельскохозяйственной продукции Согдийского центра стандартизации, метрологии, сертификации и торговой инспекции.

На рисунке 1 представлена вольт-амперограмма, а в таблице 1 — результаты определения содержания свинца и кадмия в исходных фасолевых бобах урожая 2021 и 2022 годов, а также в полученных из них концентратов.

Согласно данным таблицы 3, содержание кадмия в необработанных бобах урожая 2021

года составило 0,066 мг/кг, тогда как в концентрате — лишь 0,00020 мг/кг, что эквивалентно снижению более чем в 330 раз. Параллельно отмечено уменьшение концентрации свинца: с 0,31 мг/кг в исходном сырье до 0,00057 мг/кг в концентрате, то есть более чем в 540 раз.

Таблица 1. Количества Cd и Pb в образцах

Элемент	Количество, мг/кг
	Допустимая норма (ТР ТС 021/2011)	Порошок из сухих бобов фасоли	Порошок из отварных бобов фасоли	Порошок из пророщенных бобов фасоли	Порошок из отварных пророщенных бобов фасоли
Урожай 2021 года
Cd	≤ 0,2	0,066	0,0036	0,00028	0,00020
Pb	≤ 1,0	0,31	0,0075	0,0011	0,00057
Урожай 2022 года
Cd	≤ 0,2	0,071	0,065	0,00031	0,00030
Pb	≤ 1,0	0,23	0,21	0,00059	0,00048

Аналогичная тенденция наблюдается и для урожая 2022 года. Так, содержание кадмия в необработанных бобах составляло 0,071 мг/кг, а после переработки в концентрат — всего 0,00030 мг/кг, что демонстрирует уменьшение показателя примерно в 230 раз. Концентрация свинца также значительно снизилась — с 0,23 мг/кг до 0,00048 мг/кг, то есть более чем в 470 раз.

Таким образом, результаты эксперимента убедительно показывают, что переработка фасоли — особенно в форме проращивания и последующего отваривания — способствует существенному снижению содержания токсичных элементов. Несмотря на то, что все исследованные образцы соответствовали установленным нормативам, применение предложенной технологии позволяет значительно улучшить показатели безопасности и повысить качество готового продукта.

Г

Рисунок 1. Концентрация Cd ва Pb в образцах урожая 2021 года: А – порошок из сухих бобов фасоли; Б – порошок из отварных бобов фасоли; В – порошок из пророщенных бобов фасоли; Г – порошок из отварных пророщенных бобов фасоли

Заключение

• 1.    Проведён анализ содержания токсичных элементов (свинца и кадмия) в фасолевых зёрнах урожая 2021 и 2022 годов и их концентратов.

• 2.    Обнаружено, что содержание Cd и Pb в исходных образцах не превышает допустимых норм.

• 3.    После технологической переработки (варка, проращивание, сушка, получение

концентрата) уровень токсичных элементов значительно снижается:

• •    кадмий — в 200–330 раз,

• •    свинец — в 400–540 раз.

• 4.    Полученные результаты подтверждают, что предложенная технология производства фасолевого     концентрата     способствует

• 5.    Концентраты фасоли могут использоваться в составе функциональных и диетических пищевых продуктов.

повышению качества и безопасности продукта.