Определение безопасности облученной продукции по содержанию хинонов

По данным Международной организации по сельскому хозяйству и продовольствию (ФАО) ежегодно глобальная потеря продуктов питания составляет для зерна до 30 %, корнеплодов, плодов и овощей – 40-50 %, масличных культур, мяса и молочных продуктов – 20 % и рыбы – 35 %. Основные причины потерь связаны с поражением зерновых культур насекомыми вредителями, преждевременным прорастанием корнеплодов, бактериальной порчей муки, мяса, рыбы и других продуктов питания при складском хранении. Внедрение радиационных технологий (РТ) с использованием ионизирующих излучений может стать надежным и экологически безопасным методом сохранения сельскохозяйственной продукции и сыграть важную роль в обеспечении продовольственной безопасности России.

Применение радиационных технологий способствует уничтожению патогенной микрофлоры и вредных насекомых, увеличению сроков хранения и снижению потерь при хранении сельскохозяйственной продукции и сырья.

Советский Союз был одной из первых стран, в которой было разрешено облучение пищи. В 1958 году Министерство здравоохранения СССР дало разрешение на обработку ионизирующим излучением картофеля и зерна [9]. Начиная с конца 1950-х гг., была регламентирована радиационная обработка картофеля, лука репчатого, продовольственной пшеницы и муки, крупяных концентратов, сухофруктов, некоторых видов продуктов животноводства и морепродуктов.

В связи с этим необходимо разработать оптимальные дозы облучения продуктов и кормов, которые обеспечили бы стерилизующий или другой биологический эффект, и в то же время не приводили к токсичности облучаемого продукта.

Исследования по изучению качества и сохранности продукции, подвергнутой лучевой обработке, показывают высокую эффективность этой технологии, касающейся животноводческой и растениеводческой продукции [5, 6]. Между тем, иммунохимическими исследованиями было установлено, что в облученных продуктах в РНГА тесте обнаруживаются комплексы антигенной природы – хиноидные радиотоксины (хиноны) [7, 8].

Определение минимальных количеств в облученных продуктах требует разработки высокочувствительных и специфичных методов, позволяющих определять незначительные количества хинонов на фоне других биологически активных химических соединений [3, 7, 8].

Целью исследования стало – определение безопасности облученной продукции по содержанию в них хинонов.

Материал и методы исследований. Для проведения исследований продукты растительного и животного происхождения подвергались гамма-облучению на установке «Исследователь». Мощность поглощенной дозы при этом составила 0,764 Гр/сек. В продуктах в течение 2 месяцев после облучения с помощью реакции РНГА определяли содержание хинонов.

Стандартные хиноны получали по методике С.К. Мельниковой и В.А. Копылова [8] из растительного сырья путем облучения на гамма-установке «Исследователь» в дозе 0,8 кГр. В полученных этаноловых экстрактах определяли содержание хинонов по А.М. Кузину и др. [4].

Для сравнения результатов серологического метода на хиноны безопасность облученного мяса и зерна определяли по ее общей токсичности ГОСТ Р 52337-2011 на тест-объектах (Stylonychia мytilus и белые мыши) и биологической полноценности путем скармливания крысятам-отъемышам согласно росто-весовому методу ВАСХНИЛ на 1-10-е сутки после облучения в дозах, соответственно 20 и 25 кГр. По истечении 1 месяца с начала опытов проводили забор крови для морфологических и биохимических анализов, затем крыс умерщвляли методом мгновенной декапитации под легким наркозом.

Морфологический состав периферической крови крысят изучали общепринятыми методами. В стабилизированной гепарином крови определяли содержание эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, гемоглобина, процентное соотношение отдельных видов лейкоцитов, гематокрит, цветной показатель, СОЭ по общепринятым методикам. В сыворотке крови животных исследовали: общий белок (рефрактометрически), кальций по Моизесу и Заку в модификации

А.Т. Усовича, фосфор по Бригсу в модификации В.Я. Юделовича, креатинин по методу Лаппера. Дифференциальный подсчет лейкоцитов и учет качественных изменений в морфологии крови проводили на окрашенных по Романовскому-Гимза мазках (И.П. Кондрахин и др., 2004).

Результат исследований.

Исследования по определению оптимальных доз гамма-излучения для увеличения сроков хранения и снижению потерь при хранении сельскохозяйственной продукции и сырья показали, что для защиты зерна от поражения вредными насекомыми необходимы дозы 0,3-0,7 кГр. В то же время для предупреждения прорастания картофеля достаточны 0,05 и 0,15 кГр, а лука – 0,05 и 0,1 кГр. Для деконтаминации мяса от неспорообразующей микрофлоры потребовались дозы гамма-излучения 10 кГр, от спорообразующих микробов – 20 кГр, а для стерилизации зерна от плесневого гриба Aspergillus flavus – 25 кГр.

В результате исследований с помощью РНГА-теста было установлено, что титры хинонов в облученных продуктах зависят от вида продукции, дозы облучения и сроков хранения продуктов после облучения.

При дозах, применяемых в радиационной биотехнологии по удлинению сроков хранения картофеля (0,05 и 0,15 кГр), титры хинонов колебались в пределах 1:8-1:74,7; лука (0,05-0,1 кГр) - от 1:10,7 до 1:85,8 в течение 3-30 суток после облучения. С повышением дозы до 1,0 кГр титры хинонов в картофеле и луке в первые 15 суток после облучения повышались на 1-2 разведения.

В зерне пшеницы и овса, облученных в дозах, оптимальных для защиты от поражения вредными насекомыми (0,3-0,7 кГр), этот показатель составлял 1:6,7-1:47,3 при 1:0,7-1:2 в контрольной продукции.

При гамма-облучении зерна в дозе 25 кГр для деконтаминации его от патогенных грибов титры хинонов в период 3-21 сутки после облучения, колебались в пределах 1:21,3-1:53,3 с максимумами на 7-21 сутки при 1:0,7-1:2 в необлученном зерне.

Максимальные концентрации хинонов в мясе (баранине и говядине), облученном в дозах 10 и 20 кГр для деконтаминации мяса от не спорообразующей и спорообразующей микрофлоры, были установлены на 7-14 сутки после облучения и составляли 1:6,71:26,7. При этом во внутренних органах (печень) уровни хинонов были выше на 1-2

разведения, чем в мясе.

Уровень хинонов во всех указанных облученных продуктах был выше контроля в течение первых 45 суток после облучения и снижался до уровня контроля (1:0,7-1:3,2) на 60 сутки после облучения.

Поэтому для установления дозы облучения продукта необходимо было определить концентрацию хинонов в период наибольшего их содержания, т.е. в период от 7 до 15 суток после облучения.

Изучение общей токсичности мяса и зерна проводили на 1-10-е сутки после облучения в дозах, соответственно 20 и 25 кГр на тест-объектах: Stylonychia мytilus и белые мыши.

В результате исследований установлено, что выживаемость инфузорий Stylonychia мytilus при воздействии водного раствора ацетонового экстракта мяса составила 96 %, а водного экстракта мяса 100 %. При исследовании овса, облученного в дозе 25 кГр, выживаемость инфузорий Stylonychia мytilus составила, соответственно, 86 % и 93 %, при 100 % выживаемости в контролях. По использованному ГОСТу корма для продуктивных и непродуктивных животных, птиц и рыб; фуражное зерно и продукты его переработки считаются: нетоксичными при выживаемости стилонихий 70-100 %.

Отсутствие гибели, клинических и патологоанатомических изменений у белых мышей, получавших облученное мясо и зерно, а также высокая выживаемость инфузорий Stylonychia мytilus при воздействии экстрактов обоих видов облученных продуктов свидетельствовало об отсутствии общей токсичности у облученных в указанных дозах продуктов.

Для оценки биологической полноценности продуктов использовали мясо (баранину) и зерно (овес), подвергнутые лучевой стерилизации в дозах, соответственно 20 и 25 кГр.

Облученное и контрольное (необлученное) мясо скармливали крысятам-отъемышам в виде сухого фарша, предварительно подвергнув варке, фаршировке и сушке. Мясо варили через 1 сутки после облучения. Промежуток времени от облучения мяса и зерна до их скармливания крысам составлял 1-10 суток, т.к., по результатам предыдущих опытов, в последующие сроки содержание хинонов в облученных продуктах постепенно снижается.

Опыты по скармливанию мяса были проведены на 2 группах крысят-отъемышей по 6 голов в каждой со средней массой 42,0±3,0 г. 1-группа крыс – опытная – получала баранину, облученную в дозе 20 кГр, 2-группа – контрольная – получала необлученную баранину.

На протяжении всего опыта клиническое состояние опытных животных было хорошим и не отличалось от такового у контрольных аналогов. Крысята с аппетитом и полностью поедали исследуемое и контрольное мясо, были бодрыми, подвижными. Реакция на внешние раздражители была адекватной. Случаев интоксикации и расстройства пищеварения установлено не было. За период опытов гибели крысят в опытных и контрольной группах не отмечалось. Как свидетельствуют результаты опытов, крысята, получавшие облученную баранину, росли интенсивнее и к концу опыта имели массу тела на 4,6 % выше, чем контрольные аналоги. Однако, установленное в опыте отличие не имело достоверного характера.

По результатам оценки биологической полноценности мяса, можно заключить, что 28-суточное ежедневное скармливание мяса, облученного в дозе 20 кГр за 1-10 сутки до вскармливания, не вызывает каких-либо существенных изменений клинических, гематологических и патологоанатомических показателей организма крысят, несмотря на то, что титры хинонов в РНГА в облученном мясе за этот период составляли 1:16-1:26,7; при 1:1,3-1:2 в контроле. В то же время было установлено недостоверное повышение интенсивности роста крысят опытной группы по сравнению с контролем на 4,6 %.

После завершения опытов по определению биологической полноценности зерна, облученного в дозе 25 кГр, у крыс опытных и контрольных групп проводили забор крови для морфологических и биохимических анализов, затем их умерщвляли методом мгновенной декапитации под легким наркозом.

Проведенными исследованиями установлено, что уровни морфологических показателей периферической крови: содержание лейкоцитов, эритроцитов гемоглобина, гематокрит, скорость оседания эритроцитов у крыс опытной группы существенно не отличались от таковых у контрольных животных и находились в пределах физиологических норм.

Содержание эозинофилов, юных, палочкоядерных и сегментоядерных нейтрофилов у животных опытной группы также не отличались от соответствующих показателей крыс контрольной группы.

Разница в содержании общего белка, кальция, фосфора, креатинина у животных опытной и контрольной групп не превышала среднестатистических колебаний этих показателей по группам.

Определение массы и весовых коэффициентов (В.К.) внутренних органов крысят (печень, почки, селезенка, сердце, семенники и др.) показало, что весовые коэффициенты органов к массе тела опытной и контрольной групп не имели достоверных различий.

Результаты исследований свидетельствуют о биологической полноценности и безвредности мяса, облученного в указанной дозе.

Оценка биологической полноценности зерна (овес), подвергнутого лучевой стерилизации в дозе 25 кГр, была проведена на 20 крысятах-отъемышах, разделенных на 2 группы по 10 голов в каждой по той же методике, что и испытание мяса. В опытах были получены, в основном, аналогичные результаты. В то же время наблюдались некоторые различия. За период опытов клиническое состояние опытных животных, которым скармливали облученное зерно, было хорошим и не отличалось от такового у контрольных аналогов. Крысята с аппетитом и полностью поедали исследуемое и контрольное зерно, были бодрыми, подвижными. Реакция на внешние раздражители была адекватной, за исключением 1 крысенка, который с 9 суток опыта был несколько угнетенным, малоподвижным, отставал в росте и на 14 сутки опыта пал. В итоге средняя живая масса крысят опытной группы, которым скармливали зерно, облученное за 1-10 суток до скармливания, к концу опыта (28 сутки) была на 3,2 г (4,7 %) выше, а выживаемость на 10 % ниже, чем в контроле (Р>0,05).

Гематологические и патологоанатомические исследования крысят-отъемышей опытной группы находились в пределах физиологических норм и не имели отличий от таковых в контрольной группе, за исключением 1 крысенка, у которого установлено незначительное снижение общего количества лейкоцитов в периферической крови и локальные точечные кровоизлияния в тонком отделе кишечника.

Весовые коэффициенты внутренних органов к массе тела крысят опытной группы, которым скармливали облученное зерно, (печень, почки, селезенка, сердце, семенники и др.) не имели достоверных различий от таковых в контроле.

Результаты опытов по скармливанию мяса, облученного в дозе 20 кГр за 1-10 сутки до вскармливания, свидетельствуют о биологической полноценности и безвредности мяса, облученного в указанной дозе. Аналогичное скармливание зерна, облученного в дозе 25 кГр за 1-10 сутки до скармливания, к концу опыта, привело к снижению выживаемости крысят по сравнению с контролем на 10 % (Р>0,05).

Заключение. На основании исследований, проведенных с помощью РНГА-теста установлено, что облучение продуктов сельского хозяйства в испытанных дозах (0,05–25,0 кГр) вызывает повышение в них концентрации хинонов в течение первых 45 суток после облучения. Наибольший уровень их содержания наблюдается на 7-15 сутки после облучения. При этом на концентрацию хинонов влияет вид продукции, доза облучения и срок после облучения.

Уровень хинонов во всех указанных облученных продуктах был выше контроля в течение первых 45 суток после облучения и снижался до уровня контроля (1:0,7-1:3,2) на 60 сутки после облучения.

Исследования показали, что дозы гамма-излучения для предотвращения прорастания корнеклубнеплодов находятся в пределах 0,1-0,15 кГр, для половой стерилизации или уничтожения вредных насекомых – 0,3-0,7 кГр, для деконтаминации мяса от неспорообразующей микрофлоры – 10 кГр, спорообразующих микробов – 20 кГр, патогенных грибов – 25 кГр.

Определение концентрации хинонов с помощью РНГА-теста позволяет контролировать содержание радиоиндуцированных токсических соединений для оценки безвредности облученных продуктов животноводства и растениеводства.

Диагностическим титром хинонов в облученных продуктах является 1:8. Титр в РНГА, равный 1:8, и выше при 1:0,7-1:2 в необлученном продукте указывает на факт проведения лучевой обработки его в течение 1-45 суток, а 3-5-кратное превышение диагностического титра хинонов (1:32-1:128) свидетельствует о том, что продукт подвергнут гамма-облучению в дозах выше 7-10 кГр за 7-20 сут до исследования. Продукты с титром хинонов выше 1:32 перед употреблением должны быть выдержаны не менее 45

суток или использованы в пищу только после термической обработки.

Повышения общей токсичности кормов (зерна и мяса) на тест-объектах: стилонихиях, на мышах по ГОСТ Р 52337-

2011 при изученных нами дозах, вплоть до

25 кГр не было обнаружено. Однако, при изучении биологической полноценности зерна, облученного в дозе 25 кГр, установлено, что средняя живая масса крысят опытной группы к концу опыта была на 3,2 г (4,7 %) выше, а выживаемость на 10% ниже, чем в контроле (Р>0,05). Снижение выживаемости крысят, по-видимому, связано с более высоким содержанием токсических продуктов радиолиза в зерне в данный период после облучения по сравнению с мясом, облученным в дозе 20 кГр. Титры радиотоксинов в зерне в период 2-21 сутки после облучения в дозе 25 кГр колебались в пределах 1:21,3-1:53,3 с максимумами на 7-21 сутки при 1:0,7-1:2 в необлученном зерне. Кроме того, в соответствии с методическими рекомендациями, мясо скармливали в вареном виде, а зерно – в натуральном.

Резюме

Результаты исследования, проведенного с использованием иммунохимической системы тестирования (реакция непрямой гемаглютинации), показывают, что применение радиационного воздействия на сельскохозяйственное сырье и продукты в дозах, необходимых для продления срока их хранения, предотвращения гниения и прорастания или для обеззараживания комбикорма от естественной микрофлоры и насекомых; приводит к увеличению содержания в них радиотоксинов с максимумом на 7-15 сутки. Кроме того, следы радиотоксинов в реакции непрямой гемагглютинации зависят от типа продукта, дозы облучения и времени хранения продукта после лучевой обработки.