Мониторинг экотоксикантов и контроль их пищевой цепи

Основной задачей агропромышленного комплекса на современном этапе развития является обеспечение страны качественным продовольственным и сельскохозяйственным сырьем и продуктами питания.

Развитие промышленности, транспорта, энергетики и сельского хозяйства увеличило антропогенное воздействие на природную среду, привело к изменению природных комплексов под влиянием производственной деятельности человека, т.е. к развитию техногенеза.

Напряженная экологическая ситуация в мире способствует тому, что происходит загрязнение кормов для животных, продовольственного сырья и пищевых продуктов опасными экотоксикантами химического и биологического происхождения.

Скармливание кормов, содержащих экотоксиканты может привести к отравлению сельскохозяйственных животных включая птиц, а потребление таких продуктов животноводства и растениеводства представляет опасность для человека (Тремасов М.Я. и др., 2010).

Современные промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу, почву и воду огромное количество токсичных веществ, что приводит к возникновению зон, которые характеризуются повышенным содержанием техногенных экотоксикантов. Нарушение технологических процессов при производстве с.-х. продукции приводит к накоплению токсических веществ.

К числу наиболее опасных загрязнителей природной среды, растений, животного мира и населения относят тяжелые металлы. Накопление, которых в почве, воде и кормах приводит к увеличению содержания в организме животных экотоксикантов и в получаемой от них продукции, поэтому необходим постоянный контроль за содержанием этих загрязнителей в объектах ветнадзора с выявлением регионов, наиболее загрязненных соединениями тяжелых металлов.

Несоблюдение агротехнических мероприятий, правил при уборке, транспортировке и хранении зерна и продуктов его переработки, а также других кормов приводит к поражению их микроскопическими грибами, многие из которых вырабатывают микотоксины (Тутельян В.А., Кравченко Л.В., 1985; Иванов А.В. и др., 2008). В настоящее время насчитывают более трехсот опасных микотоксинов, обладающих высокой токсичностью, иммуносупрессивным, канцерогенным, эмбриотоксическим, нефротоксическим, нейротоксическим, некоторые мутагенным и аллергенным действием.

Несравнимо более высокую опасность для живых организмов и угрозу глобального загрязнения биосферы представляют диоксины и диоксиноподобные соединения (Федоров Л.Я., Мясоедов Б.Ф., 1990; Желтов В.А., 2005; Иванов А.В. и др., 2009). В силу уникальных свойств их обоснованно признают тотальными и суперядами. Угроза со стороны диоксинов обусловлена их высокой устойчивостью в окружающей среде, материальной и функциональной кумуляцией, широким диапазоном токсического действия, отдаленными последствиями, представляющими опасность для настоящих и последующих поколений (Кадиков И.Р., 2009; Папуниди К.Х. и др., 2012; Сайтов В.Р. и др., 2012). Появление диоксинов в биосфере обусловлено производством, использованием и утилизацией хлорорганических соединений, а также в следствии пожаров, аварий на предприятиях производящих хлорсодержащие соединения.

Одним из факторов, увеличивающих опасность загрязнённых кормов микотоксинами, является возможное сочетание их с диоксинами и с другими техногенными экотоксикантами.

Для получения высококачественного экологически безопасного продуктов питания животноводства важная роль отводится эколого-токсикологическому состоянию места обитания животных и последующей санитарно-гигиенической оценке продукции на содержание в ней посторонних веществ (Папуниди К.Х, Тремасов М.Я., Асланов P.M., 2009; Иванов А.В. и др., 2010).

Поэтому необходим действенный, постоянный и систематический контроль (мониторинг) по показателям качества, питательности и безопасности кормов, пищевой продукции, продовольственного сырья животного и растительного происхождения, в том числе импортного, на содержание токсикантов техногенного и природного происхождения.

Важной научной проблемой при организации действенного мониторинга, выявления причин и характер токсикоза является разработка постоянного контроля и усовершенствование существующих и разработка новых высокочувствительных и экспрессных методов анализа (пестицидов, диоксинов, микотоксинов, азотсодержащих соединений и других токсикантов) для обеспечения мониторинга окружающей среды и объектов ветеринарно-санитарного надзора. Применение в практике традиционных методов контроля за содержанием экотоксикантов техногенного и природного происхождения имеет определенные недостатки, прежде всего связанные с приборным оснащением, недостатком или отсутствием стандартных образцов экотоксинов, включая микотоксины, диоксины, пестициды, азотсодержащие соединения и т.д.. Далеко не все лаборатории оснащены высокочувствительными приборами и необходимым дополнительным оборудованием и реактивами, что не позволяет первичным звеньям контроля проводить мониторинг экотоксикантов, а также грибов- продуцентов микотоксинов.

Цель исследований – разработка системы экотоксикологичекого мониторинга кормов, с.-х. продукции и продуктов питания, провести мониторинг в некоторых регионах РФ.

Материалы и методы исследований. Объектом исследований служили корма растительного, животного и минерального происхождения (зерно, комбикорм, мясокостная, рыбная мука, кормовые дрожжи, БВМД, премиксы и т.д.), а также продукты питания.

При анализе кормов, пищевых продуктов и объектов окружающей среды на содержание токсикантов руководствовались действующими санитарными нормами: «Гигиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья пищевых продуктов» (СанПиН 2.3.2.178-01) и «Ветеринарно-санитарным требованиям к кормам для животных» (1991).

Определение тяжелых металлов (свинец, кадмий, медь, цинк, железо, никель) проводили по ГОСТ 30178-96 (атомно-абсорбционный метод), количество мышьяка по ГОСТ 26930-86 (колориметрический метод), концентрацию ртути по ГОСТ 26927-86 (метод холодного пара на анализаторе «Юлия-5К»).

Определение микотоксинов проводили по ГОСТ 30711-2001, Р 5116-97, 28038-89, МУ 5177-90, МУ 3184-84, МУ 3245-85.

Токсичность кормов и кормового сырья определялась согласно ГОСТ Р 52337-2005, кислотность – согласно ГОСТ 23638-90 для силоса и ГОСТ 23637-90 для сенажа.

Для экспериментальных исследований использовали кристаллический Т-2 токсин, афлатоксин В1, зеараленон, полученные в ФГБУ «ФЦТРБ- ВНИВИ», коммерческий препарат децис, содержащий 2,5% активного действующего вещества – дельтаметрина, свинца ацетат и кадмия хлорид, диоксин. Материалы для статьи предоставили профессор К.Х. Папуниди, зав. лаб. Э.И. Семенов, зав. лаб. В.И. Егоров.

Результаты исследований. Исходя из необходимости своевременной и точной диагностики отравления животных, обеспечения токсикологической безопасности, экотоксикологического мониторинга необходимо было проведение исследований по усовершенствованию существующих и разработке новых методик индикации пестицидов, диоксинов, микотоксинов и азотсодержащих соединений, включающих хроматографические, хроматомассспектральные и иммуноферментные методы анализа.

Проведен мониторинг по оценке безопасности кормов, сельскохозяйственной продукции, почвы и воды в Республиках Мордовия, Татарстан, Чувашия, Нижегородской области, Приморском, Краснодарском, Ставропольском краях.

Проведен анализ кормов, кормового сырья, продуктов питания и продовольственного сырья, поступавших из различных регионов РФ на содержание экотоксикантов. Исследовано 1940 образцов, проведено 15940 анализов на содержание токсичных элементов (медь, цинк, железо, кобальт, марганец, ртуть мышьяк, кадмий), микотоксинов (Т-2 токсин, ДОН, афлатоксины В1, В2, G1, G2, М1, фумонизины В1, В2, стеригматоцистин, зеараленон, охратоксин А, патулин), пестицидов (хлор- и фосфорорганические соединения, карбаматы, пиретроиды, полихлорированные соединения), нитратов-нитритов, антибиотиков, микроскопических грибов, устанавливалась токсичность кормов.

Установлено, что в большинстве образцов проб кормов, кормовых добавок, кормового сырья растительного и животного происхождения в исследуемых регионах содержание нитритов, нитратов, карбаматов, синтетических пиретроидов, гербицидов, мочевины и левомицетина не превышали уровень принятых предельно допустимых концентраций.

Анализ содержания тяжелых металлов в кормах и сельскохозяйственной продукции Республики Мордовии, выявил содержание свинца в пределах 0,17-0,91 мг/кг, кадмия – 0,008-0,22, меди – 3,0-13,3, цинка – 10,0-34,5, ртути – 0,0005-0,002 мышьяка – <0,02, что не выходит за пределы максимально допустимого уровня.

Содержание нитратов в сенаже в Рузаевском районе была выше ПДК на 51,8%.

Установлено, что исследованные корма из Республики Мордовия, в частности из Октябрьского, Рузаевского, и Чамзинского районов токсичностью не обладали, а из Дубенского района были токсичными.

В комбикормах обнаруживались трихотеценовые микотоксины Т-2 токсин и НТ-2 токсин с диапазоном выявления до 290 мкг/кг корма. В образце кукурузного силоса и сенажа из Октябрьского района изолирован микотоксин афлатоксин В1 в количестве 0,006 мг/кг и 0,010 мг/кг, соответственно. В образце готовой кормосмеси из птицефабрики Чамзинского района также был обнаружен афлатоксин В1 в концентрации 0,005мг/кг. В пробах ячменя из Дубенского района идентифицирован микотоксин – Т-2 в количестве 48; 84; 37,5 и 40 мк/кг. В пробах сенажа и силоса регистрировалось повышенное содержание масляной кислоты (массовая доля до 0,3%) и низкое содержание молочной кислоты.

Установлено, что преимущество в контаминации кормов (как цельного зерна, так и готовых кормов) принадлежит микроскопическим грибам рода Aspergillus, Penicillium, Mucor. В частности, в кормах Октябрьского района обнаружены следующие изоляты грибов: Aspergillusflavus – 25%, A.fumigatus – 25%, Mucorsp. – 50%. Корма из Рузаевского муниципального района контаминированы A.fumigatus – 30%, A.niger – 25%, Mucorsp. – 20%, а готовые кормосмеси Чамзинского района A.fumigatus – 20%, A.niger – 20%, A.ochraceus – 5%, A.candidus – 7%, на долю представителей рода Penicilliumsp., Alternariasp. приходится менее 10%.

На основе полученных результатов дополнен банк данных и разработана карта загрязнения токсикантами Республики Мордовия.

Анализ содержания тяжелых металлов в кормах и сельскохозяйственной продукции Нижегородской области, выявил содержание свинца в пределах 0,18-2,27 мг/кг; кадмия – 0,025-0,50; меди – 1,4-18,9; цинка – 8,3-45,4; ртути – 0,0005-0,001; мышьяка – <0,02. Превышение МДУ кадмия в двух пробах жмыха подсолнечного в 5 и 3,3 раза и свинца наблюдали в одной пробе жмыха подсолнечного в 2,18 раз, поступивших из Дальнеконстантиновского районов.

Выявлено, что содержание тяжелых металлов в пахотном слое почвы хозяйств Нижегородской области находится в пределах допустимых концентраций.

Установлено, что исследованные корма Дальнеконстанстиновского района в 42% случаев обладали токсичностью, 31% – слабой токсичностью, в 15,8% образцах токсичность была обусловлена микотоксинами обнаруживался микотоксин афлатоксин В1 в диапазоне концентраций от 3 до 75 мкг/кг (ПДК 25 мкг/кг), в основном токсичными были жмыхи, пивная дробина и овёс. Установлено, что преимущество в контаминации кормов данного района принадлежит микроскопическим грибам родов: Aspergillusи Mucor. Обнаружены изоляты грибов: Aspergillus flavus – 80% образцов, A.ochraceus – 20%, Mucorsp. – 100% образцов, в отдельных образцах обнаруживали A. fumigatus – от 30 до 70% от общего числа изолятов, превышение содержание пропагул A.fumigatus – у 5% образцов, на долю представителей рода Fusariumsp., приходится менее 10%.

Обнаружено, что исследованные корма Большеболдинского района в 100% случаев обладали токсичностью, в них обнаруживался микотоксин афлатоксин В1 в диапазоне концентраций от 3 до 6 мкг/кг. Установлено, что преимущество в контаминации кормов данного района принадлежит микроскопическим грибам родов: Aspergillus, Mucor и Trichoderma, наличие последнего в образцах ячменя, свидетельствует, что зерно загрязнено почвой, возможно из-за нарушений условий при уборке урожая.

Содержание нитратов в жмыхе подсолнечном, жмыхе кукурузном, соевом шроте Нижегородской области в данном регионе превышает установленный уровень предельно допустимых концентраций на 69,6%; 62,0% и 37,5% соответственно. Более значительное превышение содержания нитратов, в сравнении с установленными нормами (ПДК), обнаружено в премиксе для сухостойных коров, в премиксе для дойных коров, в каудрике – смеси для выпойки коровам после отёла и патоке кормовой соответственно в 1,45; 2,65; 5,03 и 2,3 раза.

Анализ содержания тяжелых металлов в кормах и сельскохозяйственной продукции Приморского края, выявил содержание свинца в пределах 0,19-0,71 мг/кг, кадмия – 0,021-0,03, меди – 3,4-17,7, цинка – 15,9-89,5, ртути – 0,0005-0,004, мышьяка – <0,02, что не выходит за пределы максимально допустимого уровня.

В кормах Приморского края были выявлены микотоксины, так дезоксиниваленол обнаруживался до 52,9% образцов зерна, зеараленон до 30,8% в диапазоне доз от 100 до 1000 мкг/кг. Чаще встречались ДОН и зеараленон в зерне пшеницы (до 80,0 и 71,7%), Т-2 токсин обнаруживался в 25,3% образцов, в концентрациях ниже ПДК.

В пробе зерносмеси из Приморского края было обнаружено превышение уровня ПДК нитратов на 141,3%.

На основе полученных результатов дополнен банк данных по экотоксикантам и карта загрязнённости тяжелыми металлами и фузариотоксинами.

Кроме того, проводились исследования кормов из Республики Татарстан, Башкортостан, Марий Эл, Чувашии, Пермского, Алтайского, Краснодарского края и др. регионов. Анализ продовольственного сырья и продуктов питания на содержание тяжелых металлов выявил, что образцы проб продуктов питания отвечают требованиям «Санитарных правил и норм». В некоторых видах кормов, обнаружено в частности превышение содержание кадмия (МДУ – 0,1 мг/кг) в 3,2; 3,3; 3,5; 3,4 раза в четырех пробах подсолнечного жмыха, содержание ртути было в пределах МДУ – 0,0005-0,00065 мг/кг (МДУ 0,1).

Проведены исследования качества воды питьевой централизованного и нецентрализованного водоснабжения, воды расфасованной в емкости, минеральных вод, а также поверхностных вод суши и сточных вод согласно соответствующих СанПиН. Питьевая вода по физико-химическим и микробиологическим показателям в большинстве из исследованных проб соответствовала требованиям СанПиН. В некоторых (5%) образцах отмечалось превышение показателей мутности, хлорсодержащих соединений. Сточные воды не соответствовали требованиям НД.

Выяснены причины массовых отравлений животных и птиц на некоторых с.-х. предприятиях в республике Татарстан: (Кукморский район, Пестречинский район, Балтасинский район); Марий Эл: (Моркинский район, Волжский, Медведевский районы); Мордовия: (Октябрьский район, Чамзинский, Дубенский район); республике Чувашия и Пермском крае (Пермский район).

В исследуемых кормах выявлялись в опасных концентрациях афлатоксины (афлатоксин В1 и др. до 1 мг/кг в плющеном зерне) и трихотеценовые микотоксины в частности токсичный метаболит опасного токсина Т-2 токсина – НТ-2 токсин в диапазоне доз от 69 до 290 мкг/кг, в пробах сенажа и силоса регистрировалось повышенное содержание масляной кислоты (массовая доля до 0,3%), низкое содержание молочной кислоты, выявлялись токсичные изоляты микроскопических грибов Aspergillus.

При выяснении причин падежа телят в Кукморском районе РТ, происследовано содержимое желудка, печень, почки, а также пробы сенажа из ямы и кормушек на содержание тяжелых металлов, превышение МДУ не обнаружено, в сенаже выявлено превышение количества нитратов – на 47,5%.

В отдельных районах РТ выявлено превышение содержания меди (МДУ – 80 мг/кг) в 1,25 и 1,13 раз в комбикормах для свиней ПК-17, проб сенажа из Моркинского района Республике Марий Эл содержание ртути в некоторых хозяйствах составило <0,0005-0,0018 мг/кг (МДУ 0,05).

При проведении прецизионных исследований зернофуража, доставленного из Арского района РТ, установлено превышение нитратов в данном материале установленный уровень предельно допустимых концентраций (ПДК) на 59,6%. В некоторых района Республики Марий Эл количество нитратов, находящееся на верхней границе допустимого уровня (ПДК), выявлено в пробе викоовсяного сенажа. В сенаже, поступившем из Кукморского района Республики Татарстан, содержание нитратов превышает установленный уровень предельно допустимых концентраций на 44,8%. Выявлено превышение содержания меди (МДУ – 80 мг/кг) и цинка (МДУ – 100 мг/кг) в 2,9 и 1,7 раз в концентрате кормовом соответственно, поступивших из Волжского района Республики Марий Эл.

В пробах сенажа из Кукморского района РТ концентрация нитратов превышала норму их содержания на 44,8%.

При исследовании кормов из Пестречинского района РТ установлено, что в сенаже и сенесодержание нитратов превышает уровень ПДК на 119,2% и 95,0%.

Сравнительно высокое содержание нитратов обнаружено в патоке свекольной, поступившей из Чувашской Республики – 6249,0 мг/кг (при норме их содержание в ней не более 1500,0 мг/кг): превышение в 4,2 раза.

Обнаружено превышение содержание кадмия (МДУ – 0,4 мг/кг) в 1,5 и 1,75 раз в пробах мясо-костной муки, поступивших из г. Москвы и Самары. Выявлено повышенное содержание цинка (МДУ – 50 мг/кг) в 1,13-1,82 раза в комбикормах для кроликов, поступивших из Высокогорского района, содержание ртути (МДУ 0,1мг/кг) составляло 0,0005-0,0010 мг/кг.

При исследовании образцов проб кормов из Республики Марий Эл обнаружен микотоксин ДОН: пшенице 0,13-0,41 мг/кг.

Вследствие массового падежа животных в Балтасинском районе Республики Татарстан в образцах проб кормов и патологического материала микотоксины не обнаружены, содержание токсичных элементов не превышало ПДК. Из лёгких павших телят с признаками бронхопневмонии выделен патогенные микроорганизмы актиномицеты Actinomycessp.

Выяснены причины массовой гибели пчел на пасеках Арского, Азнакаевского, Алексеевского, Спасского и Мамадышского района РТ, следствие их отравления фосфорорганическими пестицидами и финронилом (регент).

Установлено, что причиной гибели коров в Республике Чувашия, которой явилось воздействие хлорорганического пестицида – линдан. Оценено качество силоса и сенажа, поступивших из «КВ-Агро» РТ, в сенаже люцерновом концентрация нитратов превышала норму их содержания на 29,2%. 

Проведены прецизионные исследования кормов, с.-х. продукции, патматериала, крови. Устанавливалась высокая общая токсичность кормов. При биопробе на тест-объектах отмечалась высокая их гибель (стилонихии и белые мыши, ярко выраженная реакция на кроликах). В исследуемых кормах выявлялись микотоксины афлатоксины (афлатоксин В1) и трихотеценовые микотоксины (Т-2 токсин), фузариотоксины (дезоксиниваленол) в диапазоне доз от 6 до 480 мкг/кг, в пробах сенажа и силоса регистрировалось повышенное содержание масляной кислоты (массовая доля до 0,2%), низкое содержание молочной кислоты, высокая кислотность, высокая бактерийная обсеменённость, выявлялись токсичные изоляты микроскопических грибов родов Aspergillus и Fusarium.

При исследовании кормов из Чувашской Республики установлено, что в половине проб этих кормов концентрация нитратов превышала норму до 55,5%.

В результате проведенных экспериментов разработаны новые и усовершенствованы существующие методы пробоподготовки и анализа (ТСХ, ВЭЖХ, ХМ/СМ, ГЖХ, ИФА и др.) для индикации в кормах и продуктах животноводства: диоксина, карбаматных пестицидов, микотоксинов – монилиформина, афлатоксина и Т-2 токсина.

Заключение. В рамках токсикологического контроля (мониторинга) проведено усовершенствование существующих и разработке новых методик определения химико-токсикологических веществ. Проведено 82624 анализа на содержание токсичных элементов, микотоксинов, пестицидов, антибиотиков, нитратов, нитритов, синтетических пиретроидов, консервантов, определение токсичности, физико-химических показателей, микробиологических исследований. Представленные образцы проб (корма, продовольственное сырье, пищевые продукты), предназначенные для реализации, в целом обеспечивают их безопасность для жизни и здоровья населения и животных, а также окружающей среды. Однако, выявлялись случаи превышения максимально-допустимых норм токсических веществ, в некоторых кормах были обнаружены пестициды, нитраты, токсичные элементы, микотоксины, поэтому они признавались непригодными для кормления, что подтверждает важность проводимых исследований. По результатам целенаправленного мониторинга в республике Мордовия, Чувашия, Татарстан, Приморского края и других регионов РФ выявлен характер и степень загрязнения кормов токсичными элементами, микотоксинами и микроскопическими грибами пестицидами. Подготовлен дополненный информационный банк о токсинах по регионам и карты загрязнения экотоксикантами регионов страны, рекомендации по предупреждению токсикозов животных.