Химия и химические технологии

Химия и химические технологии /1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство.

Фролова Ю.В., к.т.н. Федотова А.В.

ФГБОУ ВПО Московский государственный университет пищевых производств, Россия

Санитарно-химические и токсикологические исследования наномодифицированных полимерных покрытий для пищевых продуктов

Высокие требования к наноматериалам, предназначенных для применения в пищевой промышленности, вызывают необходимость проведения многосторонних исследований этих материалов, включая санитарно – химические и токсикологические исследования, а также в ряде случаев требуется проведение и микробиологических испытаний.

Санитарно – химический анализ позволяет установить: выделяет или не выделяет исследуемый полимер вредные вещества, качественную и количественную характеристику выделившихся химических компонентов, а также характер миграции химических веществ из полимера в контактирующую среду. Санитарно – химические исследования проводились, исходя из условий применения покрытия и времени контакта материала с пищевым продуктом.

Органолептическая оценка разработанного нами материала показала, что увеличение концентрации нанодобавки до 1.0 % в составе композиции не оказывает существенного влияния на внешний вид, цвет и запах водной вытяжки.

Химический анализ исследуемых сред на качественное и количественное содержание мигрировавших компонентов дают исследования на окисляемость и бромируемость. Полученные нами показатели не превышают предела допустимых значений.

На основании только санитарно – химического анализа нельзя судить о безвредности полимерного материала, так как полученные результаты являются предварительными и лишь ориентировочно указывают на степень возможной безвредности , поэтому следующим этапом исследований была биологическая оценка.

Биологическая оценка включала исследования на: токсичность, аллергенность, бластомогенность, мутагенность, адаптагенность, биологическую активность.

Определение токсичности водных вытяжек проводили на инфузориях Tetrahymena pyriformis, так как они являются удобными тест – организмами в биологических исследованиях. Результаты, полученные на инфузориях, имеют высокий коэффициент корреляции с данными подобных исследований на мышах, крысах, кроликах и других животных, использование которых требует значительно больших затрат сил, времени, средств и наличия специальных условий. Данный тест – объект, как и человек, относится к эукариотам, поэтому их реакция на токсиканты может быть сопоставлена с реакцией человека.

Токсичность представляет собой общие неспецифические изменения в организме или в отдельных органах или тканях, проявляющиеся в ослаблении или прекращении общих процессов жизнедеятельности. Она подразделяется на острую, подострую и хроническую.

Таблица 1 − Токсичность водных вытяжек с различной концентрацией добавки

Концентрация добавки в образцах	Эффект биопробы на острую токсичность	Эффект биопробы на подострую токсичность	Эффект биопробы на хроническую токсичность
Контроль	(+)	(+)	(+)
0,05%	(+)	(+)	(+)
0,1%	(+)	(+)	(+)
0,25%	(ед-)	(ед-)	(+)
0,5%	(ед+)	(-+)	(-+)
1%	(-)	(-)	(-)

(+) – особи живы, (ед+) – единичные особи живы, (ед -) – единичная гибель,

(- +) – большинство особей погибло, меньшинство живы,(-) – особи погибли.

Как видно из представленных в таблице данных, при концентрации нанодобавки свыше 0,5% наступает 100% гибель тест – организмов, а в диапазоне концентраций менее 0,25% количество мигрирующих веществ из материала не влияют на жизнедеятельность инфузорий.

Дополнительно, для более полной оценки токсических веществ, мигрирующих из материалов, проводились испытания на проростках растений, так как в период прорастания зародыши растений весьма чувствительны к токсическому воздействию многих веществ. Для данного испытания использовались проростки семян огурцов. По степени угасания прорастания оценивали токсичность выделившихся веществ. В качестве примера представлены фото проростков, полученных на вытяжках из материала с содержанием нанодобавки 0,25% и 0,5%.

$C:\Users\Юленька\Desktop\ПНИЛПМ и ПП\диплом\сад и огород\100_1909.JPG$ $C:\Users\Юленька\Desktop\ПНИЛПМ и ПП\диплом\сад и огород\100_1913.JPG$ $C:\Users\Юленька\Desktop\ПНИЛПМ и ПП\диплом\сад и огород\100_1911.JPG$

исходные

через 24 часа экспозиции в водных вытяжках

Контроль 0,25% 0,5% $C:\Users\Юленька\Desktop\ПНИЛПМ и ПП\диплом\сад и огород\100_1936.JPG$ $C:\Users\Юленька\Desktop\ПНИЛПМ и ПП\диплом\сад и огород\100_1935.JPG$ $C:\Users\Юленька\Desktop\ПНИЛПМ и ПП\диплом\сад и огород\100_1934.JPG$

Рисунок 1 – Влияние нанодобавки на прорастание семян огурцов

Как видно из представленных фото, интенсивность прорастания происходит с одинаковой скоростью, как в контроле, так и на вытяжках из материалов, содержащих 0,5% и 0,25% нанодобавки. Из представленных данных следует, что водные вытяжки не токсичны.

Далее вытяжки исследовались на адаптагенность и бластомогенность.

Адаптагенность характеризует скорость и характер развития в организме невосприимчивости к воздействующему вредному фактору. Проведенные исследования выявили диапазон концентраций модификатора, при котором коэффициент адаптации идентичен контролю, что свидетельствует о безвредно малом количестве выделившихся веществ, и диапазон концентраций при котором коэффициент адаптации резко возрастает, по сравнению с контролем, что свидетельствует о нарушении процесса жизнедеятельности.

Бластомогенность характеризует нарушение нормального роста клеток с появлением уродливых (терагенность) или нормальных с виду, но чрезмерно и в ущерб соседним тканям размножившихся клеток (канцерогенность).

Таблица 2 - Показатели адаптагенности и бластомогенности инфузорий.

Концентрация добавки в образцах	Адаптагенность (коэффициент адаптации)	Бластомогенность (морфология)
контроль	36%	визуально изменения отсутствуют
менее 0,25%	38%	визуально изменения отсутствуют
более 0,5%	68%	изменение формы (шарообразная)

Опыты показали (таблица 2), что на морфологические изменения клетки влияют только вытяжки, полученные из материала с концентрацией нанодобавки свыше 0,5%.

На основании проведенных санитарно – химических и биологических исследований была выбрана композиция с содержанием модифицирующей нанодобавки 0,25%, при которой полученный материал соответствует санитарно-гигиеническим нормам.

Изучение антимикробных свойств материала, проводили на примере штамма E.Coli. Зона ингибирования составляет более 4мм.

Полученный результат позволяет сделать вывод, что разработанный материал можно использовать для поверхностной защиты пищевых продуктов.

Литература:

1. Федотова А.В., Данильчук Т.Н., Сдобникова О.А., Самойлова Л.Г., Фролова Ю.В. Упаковочные материалы, модифицированные нанодобавками // Мясные технологии. – 2011. № 10. – С. 72-76.

2. МУ 1.2.2636 – 10. Проведение санитарно – эпидемиологической экспертизы продукции, полученной с использованием нанотехнологий и наноматериалов.

3. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 192с.

4. Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 31 октября 2007г. №79 г. Москва «Об утверждении Концепции токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов»