Контаминант


Контаминáнт (от лат. contaminant — примесь, также загрязняющий агент) — нежелательный биологический агент (микроорганизмы, включая и вирусы) либо химическое соединение, смесь соединений, обладающие высокой биологической активностью (аллерген, иммуносупрессор, канцероген, мутаген, тератоген, токсин или в общем случае ксенобиотик) либо радиоактивное вещество (радионуклид), присутствие которых в сырье и пищевых продуктах[3] несвойственно и, несомненно, может оказывать негативное воздействие на организм и, как следствие, нести угрозу для здоровья и жизни человека. Процесс, в результате которого происходит загрязнение пищевых продуктов и сырья контаминантами называется контаминацией.

Термин контаминант употребляется в основном в микробиологии (синоним термина обсеменение), в производстве фармацевтической продукции и в производстве пищевых продуктов[4][5][6]. В большинстве случаев загрязнение пищевого продукта контаминантами является причиной алиментарных расстройств ЖКТ у человека (пищевые интоксикации).

Контаминанты обладают высокой подвижностью и скоростью миграции и, тем самым довольно легко проникают в организм человека из внешней среды[7].

Не следует путать термины контаминант и ксенобиотик. Первый означает любой загрязняющий агент продуктов питания и попадает в организм исключительно алиментарным путём (то есть с пищей), в то время как второй термин означает любое чужеродное вещество, попавшее в организм человека не обязательно алиментарным путём, например, воздушным (респираторным) или через кожу (трансдермально). Любой контаминант — это ксенобиотик, но не каждый ксенобиотик — это контаминант.

Биологические, также природные или естественные контаминанты — нежелательные микроорганизмы (вирусы, патогенные и условно-патогенные бактерии, микроскопические грибы, простейшие, споры микромицетов итд.), а также их продукты метаболизма (например, ботулотоксин, продуцируемый Clostridium botulinum или охратоксины — группа микотоксинов, вырабатываемые некоторыми видами микроскопических плесневых грибов рода Аспергилл и Пеницилл), присутствующие в пищевых продуктах. Большое количество биологических контаминантов приходится на бактерии и их метаболитов (токсинов, антибиотиков). К этой группе можно отнести токсины морских животных, употребляемых в пищу (например, тетродотоксин из собаки-рыбы или фугу), а также токсины растений или фитотоксины (например, рицин, из ядер клещевины или амигдалин из косточек горького миндаля, абрикоса — ядовитый гликозид) и грибов (аматоксины, фаллотоксины и др.).

Дезоксиниваленол или вомитоксин (от англ. Vomiting — рвота), наиболее распространённый трихотецен, продуцируется микроскопическими плесневыми грибами рода Fusarium (Fusarium culmorum, Fusarium graminearum). Высокотоксичен, обладает иммуносупрессивным эффектом, вызывает сильнейшее отравление сопровождаемое упорной рвотой, поражением ЖКТ и агранулоцитозом[8][9].


Микрофотография возбудителя смертельно опасного заболевания, ботулизма, и биологического контаминанта, бактерий Clostridium botulinum, продуцирующих сильнейшие из известных природных токсинов — ботулотоксины (ЛД50 некоторых типов ботулотоксинов составляет десятки пикограммов на 1 кг веса (40-80×10−12/кг)). На фотографии отчётливо видны так называемые «барабанные палочки» (терминально и субтерминально расположенные споры), характерные для рода Clostridium. Препарат окрашен генцианвиолетом. Излюбленными пищевыми продуктами, которые контаминируют клостридии ботулизма, являются рыбные, мясные продукты (в особенности колбасы с кровью), фруктовые, овощные и грибные консервы при недостаточной тепловой обработке и в условиях резкого снижения содержания кислорода (герметично закупоренные консервы)[1].
Смертоносная бурая собака-рыба (Takifugu rubripes) или просто фугу. Её некоторые внутренние органы чрезвычайно токсичны из-за высокого содержания в них тетродотоксина (TDX), сильнейшего нейротоксина. Блюда, которые готовят из фугу в Японии являются деликатесом. Неправильно приготовленное фугу, мясо которого содержит небольшие количества ТDX каждый год вызывает сильнейшие отравления и уносит десятки жизней людей[2].
Колос пшеницы (справа), поражённый пшеничной паршой. Возбудителем является микроскопический плесневый гриб fusarium graminearum, продуцирующий вомитоксин.
Золотистый стафилококк (Staphylococcus aureus), некоторые штаммы которого могут вызвать гастроэнтероколит и гемолитическую анемию, фотография сделана с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Кристаллическая структура С-концевого домена клостридиального энтеротоксина.
Колонии, образованные L. monocytogenes в том виде, в каком они появляются при культивировании на «селективном агаре» для листерий.
Множество частиц ротавирусов.
Гистологический препарат — ткань лобной доли головного мозга больного болезнью Крейтцфельдта — Якоба.
AFG1
AFM1
AFB2
AFG2
AFM2
Плоды арахиса наиболее часто поражаются микромицетом Aspergillus flavus.
Схема образования ДНК-аддукта АФВ1. Эпоксидирование (окисление) афлатоксина происходит в цитозоле, под действием фермента цитохрома P450. Образовавшийся продукт имеет высокую реакционную способность, легко проникает с помощью белка AHR (не показан на рисунке) внутрь ядра, где происходит процесс нуклеофильного замещения азотистых центров молекулы ДНК, тем самым повреждая её, вызывая мутации. Небольшая часть метаболитов (менее 2 %) трансформируются в афлатоксин M1.
Химическая структура трихотеценов.
Структура аматоксинов. Чёрным цветом обозначен остов структуры, который постоянен для всех видов. Вариабельные (переменные) группы R1 — R5, обозначенные красным цветом, определяют конкретные виды аматоксинов.
Структурная формула фаллотоксинов, вариабельные группы представлены в виде R1-R4.
Сатанинский гриб (Boletus satanas) может быть смертельно ядовитым, если его употребить без предварительной термической обработки.
Строчок обыкновенный (Gyromitra esculenta) по виду напоминает съедобные сморчки, но в отличие от них, он содержит высокотоксичные производные гидразина, включая и гиромитрин, который может привести к летальному исходу[75][76].
Иллюстрация ядовитого растения Белладонны или красавки (Atrópa belladónna) из семейства паслёновых (Solanaceae). Все части растения ядовиты[78], содержащие фитотоксины алкалоиды группы атропина: сам атропин, скополамин, гиосциамин, атропамин. Отравление наступает при употреблении внутрь ягод (сладковатых на вкус) или сока растения. Признаками отравления является сухость во рту, покраснение кожи (румянец), мидриаз, тахикардия, повышение температуры тела, при более сильном отравлении наблюдается холинолитический делирий с сильнейшим возбуждением ЦНС, сопровождаемых бредом и галлюцинациями, тяжёлые отравления могут вызвать дыхание Чейна — Стокса, цианоз (синюшность слизистых оболочек), сильные судороги, коллапс сердца, поражение дыхательного и сосудодвигательного центров, и как следствие, возможен летальный исход.
Структурная формула кониина — алкалоида, производного пиперидина. Встречается в листьях, плодах и корнях растения рода болиголов (Conīum). Очень токсичен, LD50 = 1 мг/кг (перорально). Отравление наступает быстро, так как он легко проникает через органы ЖКТ в кровь. Кониин обладает сильным нейротропным воздействием, сначала поражает двигательные и чувствительные нервные окончания, далее, затрагивая нервы и органы ЦНС, вызывает так называемый «восходящий паралич». Отравление кониином возможно при ошибочном сборе ядовитых частей болиголова, приняв их за съедобные (например, корни сходны с корневищем хрена, листья очень похожи на листья петрушки, а плоды могут быть неправильно применены как плоды аниса).
Амигдалин — наиболее распространённый цианогенный гликозид, впервые был выделен из ядер косточек горького миндаля (Prunus amygdalus). Помимо миндаля, он встречается и в ядрах косточек персика, абрикоса, сливы и вишни. Приём большого количества амигдалин содержащих ядер (более 400 г) может привести к тяжёлому отравлению взрослого человека и/или смерти[84].
Пространственная структура рицина. На рисунке отчётливо видны 2 цепи, имеющие разную окраску. Цепь А окрашена в синий цвет, цепь В — золотистым. Рицин является сильнейшим токсином растительного происхождения, имеющий белковую природу. Клиническая картина отравления рицином напоминает бактериальную интоксикацию (пищевую токсикоинфекцию) и характеризуется повышением температуры, диареей, развитием дыхательной и почечно-печеночной недостаточности, вплоть до явлений эндотоксиноподобного шока. В ряде случаев описаны явления гемолиза и развитие геморрагического энтерита. Такое сходство в проявлении симптомов характерно для лектинов. ЛД100 человека составляет менее 10 мг.
Желтопёрый каранкс (Caranx ignobilis) — крупная тропическая рыба, из семейства ставридовые (Carangidae), которая в определённое время, может быть несъедобной и вызывать симптомы сигуатеры.
Структура одного из нескольких представителей сигуатоксинов — сигуатоксина 3 (CTX3).
Morganella morganii образует колонии на кровяном агаре. Эта палочковидная грамотрицательная бактерия, является одним из видов нормальной микрофлоры кишечника человека. Однако, при определённых условиях может быть источником интоксикации гистамином, так как продуцирует его в больших количествах в мышцах рыб семейства скумбриевых.
На микрофотографии представлены два тахизоита T.gondii, изображение получено с помощью просвечивающего электронного микроскопа[101].
Жизненный цикл Entamoeba histolityca (дизентерийной амёбы).
Продажа арбузов. Арбузы могут содержать избыточное количество нитратов, так, один плод способен накапливать в себе концентрации нитратов до 3000-5000 мг/кг веса. Нитраты широко используются в сельском хозяйстве в качестве азотного удобрения, для ускорения процессов роста и поспевания бахчевых и плодоовощных культур. Допустимая суточная доза (ДСД) нитратов для взрослого человека составляет не более 5 мг/кг массы тела, для детей до 12 лет не более 50 мг в сутки.
Из находящихся поблизости источников антропогенного загрязнения, производящих сжигание угля или добычу железной руды, метилртуть, которая хорошо накапливается в рыбе, может попадать в водоёмы. Благодаря процессу биомагнификации уровень ртути в каждом последующем звене трофической (пищевой) цепочки увеличивается. Таким образом, мелкие рыбы концентрируют в себе ртуть и метилртуть. Мелких рыб съедают более крупные рыбы; при этом уровень опасности повышается и крупную рыбу можно есть крайне редко[123].
Кристаллы ацетата свинца II. Ацетат свинца (свинцовый сахар) в Древнем Риме использовался в качестве подсластителя (т. н. дефрутум), так как обладает довольно сладким вкусом. Хроническое отравление свинцом приводит к тяжёлым поражениям нервной и сердечно-сосудистой системы[124]. Смертельная доза ацетата свинца II для человека составляет менее 3,5 г.
Eight MRI views of a brain in black and white, with yellow, orange, and red areas overlaid in spots mainly toward the front.
Головной мозг взрослых, которые подвергались токсическому воздействию свинца в детском возрасте, показано снижение объёма, особенно в префронтальной коре, снимки сделаны с помощью МРТ. Области потери объёма показаны цветом над шаблоном нормального мозга[125].
Наглядный пример действия нитратов на рост томатов. Азот, который входит в состав нитратов необходим для обеспечения нормального роста и развития растений. Слева в грунт добавлено определённое количество нитратов, позволяющее взойти томатам. Справа в грунте нет нитратов и наблюдается слабый рост растений, один из кустов томата в опыте погиб, вследствие низкого содержания азота в почве.
Диметилнитрозамин — органическое азотсодержащее соединение, первый представитель в ряду нитрозаминов, обладает сильным гепатоканцерогенным и гепатотоксичным воздействием, высокотоксичен, в опытах было показано, что он нарушает обмен аргинина, поддержание митохондриального генома и систему репарации ДНК у дрожжей[141]. В организм человека попадает в основном через пищевые продукты (мясные продукты, копчения (особенно с рыбой, так как она содержит большое количество аминов), колбасы итд.), также может образоваться в организме человека, как побочный продукт метаболизма нитритов в кислой среде желудка, при их избыточном потреблении.
Биотрансформация бензола, механизм I. Цифрами обозначены: 1 бензол, 2 бензолоксид, 3 эпоксибензол, 4 фенол, 5 пирокатехин, 6 гидрохинон.
Бензолоксид проявляет высокую реакционную способностью и токсичность.
Структурные формулы некоторых диоксинов.
Частое употребление обработанного на гриле мяса, вследствие образования канцерогенных ПАУ, повышает риск возникновения злокачественных новообразований органов ЖКТ, лёгких, половых органов. Например, в пережаренном на барбекю мясе может содержаться до нескольких десятков мкг ПАУ на килограмм продукта,[147] при этом ВОЗ рекомендует поступление бензапирена с пищей на уровне не более 0,36 мкг в день, при среднем уровне в 0,05 мкг в день[148].
Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги. Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной в несколько миллиметров. Гамма-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, поскольку состоит из высокоэнергичных фотонов, не обладающих зарядом; для защиты эффективны тяжёлые элементы (свинец и т. д.), поглощающие МэВ-ные фотоны в слое толщиной несколько сантиметров. Проникающая способность всех видов ионизирующего излучения зависит от энергии. Чем выше энергия, тем сильнее проникающая способность.
1. Физическая стадия. Перенос энергии излучения.
2. Физико-химическая стадия. Перераспределение избыточной энергии между возбуждёнными молекулами.
3. Химическая стадия. Взаимодействие активных продуктов друг с другом и с окружающими молекулами[149].
Ангиоэдема, также ангионевротический отёк или отёк Квинке у ребёнка, одна из аллергических реакций на содержащиеся в пищевых продуктах специфические антигены — аллергены[150].
Хронический афлатоксикоз (хроническая интоксикация афлатоксинами) почти в 100 % случаев вызывает цирроз печени и гепатоцеллюлярную карциному. На снимке макропрепарат печени человека, с тотальным циррозом и локализованной карциномой печени.
Наглядный пример тератогенного воздействия 2,3,7,8-ТХДД. На снимке группа вьетнамских детей-инвалидов, в большей части пострадавших от агента Оранж.
Типичная картина ботулизма у 14-летнего ребёнка. Отчётливо виден двусторонний офтальмоплегический паралич (офтальмоплегия) и птоз верхних век. Сознание сохранённое.
Виктор Ющенко через 1,5 месяца после отравления 2,3,7,8-ТХДД. Отчётливо видны папулы, следы от пустул и поражение кожи лица — хлоракне.
Наглядный пример загрязнения реки продуктами жизнедеятельности, Найроби, Кения
Поваренная соль или хлорид натрия является одним из самых распространённых и наиболее используемых в пищевой промышленности и в быту консервантов.