Тяжелые металлы в зерне
Обновлено: 02.07.2024
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СЕЛЬХОЗУГОДИЙ И ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА
(издание 2-е, переработанное и дополненное)
Зам. Министра сельского хозяйства Российской Федерации А.Г.Ефремов
10 марта 1992 г.
B настоящих методических указаниях изложены методы отбора проб, подготовки их к анализам и определения тяжелых металлов (цинка, меди, свинца, кадмия и ртути) в пробах почв, продукции растениеводства и кормах.
Методические указания предназначены для использования в работе проектно-изыскательских станций химизации сельского хозяйства и их филиалов и других учреждений, определяющих содержание тяжелых металлов в указанных объектах.
При переработке методических указаний учтены замечания Калининградской, Красноярской, Сумской, Херсонской, Хабаровской областных и Эстонской республиканской станций химизации.
Методические указания подготовили: канд. хим. наук А.В.Кузнецов, канд. с.-х. наук А.П.Фесюн, канд. с.-х. наук С.Г.Самохвалов (ЦИНАО); канд. физ.-мат. наук Э.П.Махонько (НПО "Тайфун").
Первая редакция методических указаний утверждена заместителем Председателя Госагропрома СССР Г.А.Романенко 16.01.89 г.
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. В последние годы уделяется особое внимание проблеме загрязнения окружающей природной среды тяжелыми металлами (ТМ) и другими токсичными элементами.
В связи с возрастающими масштабами техногенного загрязнения окружающей среды ряд тяжелых металлов и токсичных элементов включен в международные и отечественные списки загрязняющих веществ, подлежащих контролю.
По степени опасности химические элементы подразделяются на три класса (ГОСТ 17.4.1.02-83) [1]:
1 - вещества высокоопасные;
2 - вещества умеренноопасные;
3 - вещества малоопасные.
Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, к классам опасности
Мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен
Бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром
Барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон
Класс опасности химических веществ устанавливается не менее чем по трем показателям в соответствии с приложением 1.
1.2. Специалисты агрохимической службы, научно-исследовательских институтов, проектно-изыскательских станций химизации сельского хозяйства и их филиалов, районных и межрайонных агрохимических лабораторий осуществляют систематический контроль за загрязнением почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства тяжелыми металлами в следующих случаях:
1.2.1. При использовании отходов промышленности и коммунального хозяйства в качестве средств химизации сельского хозяйства - известьсодержащие отходы, фосфогипс, осадки сточных вод, компосты из твердых бытовых отходов (ТБО);
1.2.2. При комплексной природоохранной оценке технологий использования средств химизации, в первую очередь при комплексном агрохимическом окультуривании полей;
1.2.3. При интенсивном загрязнении почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства выбросами промышленных отходов предприятий, определенном на основании данных инвентаризации источников загрязнения;
1.2.4. При использовании сточных вод, содержащих ТМ и другие токсичные примеси, для орошения сельскохозяйственных угодий.
1.3. Работы по контролю за использованием отходов сточных вод и загрязнением почв сельскохозяйственных угодий техногенными выбросами (п.1.2.1-1.2.3.) проводятся, как правило, по договорам с предприятиями, являющимися источниками загрязнения, а при проведении природоохранной оценки технологий использования средств химизации сельского хозяйства (п.1.2.4.) - по договорам с областными (краевыми, АССР) агропромышленными объединениями.
2. ПЛАНИРОВАНИЕ РАБОТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ, ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА И КОРМАХ
2.1. Работы по определению содержания ТМ в почвах, продукции растениеводства и кормах проводятся проектно-изыскательскими станциями химизации сельского хозяйства и их филиалами по программам, согласованным с республиканскими объединениями "Сельхозхимия", республиканскими и региональными научно-методическими центрами и областными (республиканскими, краевыми) агропромышленными объединениями.
Работа включается в производственно-финансовый план станции химизации и оплачивается в соответствии с утвержденными нормами выработки и расценками.
2.2. Для обоснованного планирования работ по выявлению и предотвращению накопления ТМ и других токсичных элементов в почве сельскохозяйственных угодий, продукции растениеводства и кормах с целью безопасного и высокопроизводительного ведения сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения проектно-изыскательские станции химизации должны располагать полной информацией о предприятиях - источниках загрязнения и используемых и планируемых к использованию в качестве средств химизации отходах.
2.3. В первую очередь обращается внимание на известь и гипссодержащие отходы (их смеси), отходы промышленности и коммунального хозяйства, используемые в качестве органических удобрений, отходы, применяемые как макро- и микроудобрения. При этом учитывается значимость каждого вида отхода для использования в условиях области (АССР, края, зоны обслуживания).
Проводится максимально возможный сбор информации о физических свойствах, химическом составе отходов, наличии токсичных элементов.
2.4. Планирование работ по изучению загрязнения почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства токсичными выбросами предприятий осуществляется на основании следующих показателей:
- снижения урожайности и ухудшения качества урожая сельскохозяйственных культур;
- изменения роста и развития растений;
- негативного влияния выбросов на состояние почвенного плодородия (физико-химические свойства почвы, воздействие на почвенную микрофлору и фауну и др.).
С этой целью проводится сбор информации о выбросах промышленных предприятий. Материалы по запросу областного (краевого, АССР) агропромышленного объединения получают на предприятиях-источниках загрязнения, областных (районных) санитарно-эпидемиологических станциях.
Возможно использование материалов областных (краевых, АССР) территориальных схем охраны природы (ТЕРСКОП), которые в настоящее время составлены для многих областей (материалы имеются в облисполкомах, санэпидемстанциях).
2.5. Проводится оценка существующих условий воздушного переноса промышленных выбросов за длительный период, для чего по данным местных метеостанций строится "роза ветров", а также за период вегетации растений.
Особое внимание уделяется предприятиям цветной и черной металлургии, энергетики, горнодобывающей и химической промышленности.
3. ОТБОР ПРОБ ПОЧВЫ И РАСТЕНИЙ ПРИ ОБЩИХ И ЛОКАЛЬНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЯХ
3.1. Общие положения
Термины и определения, используемые в методических указаниях, и их пояснения приведены в приложении 2.
Отбор проб почвы и растений проводится в районах воздействия промышленных, сельскохозяйственных, хозяйственно-бытовых и транспортных источников загрязнения при контроле санитарно-гигиенического состояния с.-х. угодий и растительной продукции.
3.2. Аппаратура, материалы, реактивы:
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 19596-87. - Примечание изготовителя базы данных.
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 23707-95. - Примечание изготовителя базы данных.
- ножи из полиэтилена или полистирола;
- сита почвенные с диаметром отверстий 2 мм по ГОСТ 3584-73*;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 6613-86. - Примечание изготовителя базы данных.
- ступки и пестики фарфоровые по ГОСТ 9147-80;
- банки стеклянные широкогорлые с притертыми пробками вместимостью 500, 800, 1000 см;*
* Текст соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
- банки или коробки из пищевого полиэтилена, полистирола;
- шпатели металлические по ГОСТ 19126-79*;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 19126-2007, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.
- шпатели пластмассовые по ГОСТ 19126-79;
- бумага оберточная по ГОСТ 8273-75;
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 892-89. - Примечание изготовителя базы данных.
- пакеты или пленка полиэтиленовая;
- сушильный шкаф, обеспечивающий поддержание заданного температурного режима 40-150 °С с погрешностью ±5 °С;
- вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.
Инструменты, используемые при отборе проб, должны быть тщательно очищены от ржавчины. Не следует употреблять оцинкованные ведра, медные изделия, эмалированные тазы, окрашенные инструменты, содержащие тяжелые металлы.
Особого внимания заслуживает правильный выбор упаковочного материала для предотвращения загрязнения тяжелыми металлами проб, взятых в поле. Пробы почв помещают в мешочки из отбеленной хлопчатобумажной ткани. Мокрые пробы отбирают в полиэтиленовые мешочки и после доставки с поля незамедлительно сушат в проветриваемом помещении.
3.3. Отбор проб почвы
3.3.2. Образцы почв отбираются два раза в год: весной - после схода снега и осенью - во время уборки урожая. Для контроля загрязнения ТМ отбор проб почв проводят не менее 1 раза в 3 года.
3.3.3. В каждом хозяйстве обследуется 3-5 полей занятых основными культурами. Размер пробной площадки при однородном почвенном покрове колеблется от 1 до 5 га, а при неоднородном почвенном покрове - от 0,5 до 1 га. С каждой из этих площадок отбирается не менее 1 объединенной пробы.
3.3.4. На пахотных почвах точечные пробы отбирают на глубину пахотного слоя, на сенокосах и пастбищах - на глубину до 25 см через интервалы 0-5, 5-10, 10-20 (25) см. Для контроля загрязнения легкомигрируюшими веществами точечные пробы отбирают по генетическим горизонтам на всю глубину почвенного профиля [3]. При отборе проб под зерновыми и пропашными культурами, а также под виноградниками необходимо в равной мере захватить рядки и междурядья. В садах пробы отбирают примерно в 1 м от ствола дерева.
Сравнительная характеристика групп сортов и линий озимой твердой пшеницы с разным уровнем показателя SDS-седиментации
В статье представлены результаты анализа групп сортов и линий озимой твердой пшеницы, разных по качеству клейковины. Для этого весь изучаемый материал (сорта и линии собственной селекции ВНИИЗК и инорайонной) по величине седиментационного осадка был распределен на 4 группы по условной градации, разработанной во ВНИИЗК для этой культуры: первая — очень сильная клейковины (40 и > мл), вторая — сильная (35-39 мл), третья — средняя (30-34 мл), четвертая слабая — (29 и < мл) [3].
В результате проведенного анализа нами установлено наличие взаимосвязи величины седиментационного осадка с физико-химическимим свойствами зерна: содержанием клейковины, ИДК, натурой зерна, стекловидностью и реологическими свойствами теста (время образования, стабильность и сопротивляемость теста, эластичность, разжижение теста, валориметрическая оценка, общая оценка фаринограммы).
Ключевые слова: SDS-седиментация, твердая пшеница, сорт, линия, качество.
In the analysis we have established the relationship led-ranks sedimentation with sediment physico-khimicheskie properties grain: content-eat gluten, IDK, kind of grain, the core and rheological properties of the dough (the formation, stability, and resistance test, elasticity, thinning of the test, calorimetrically assessment, an overall assessment of variogram).
Keywords:SDS-sedimentation, durum wheat, variety, line, quality.
Качество зерна твердых пшениц — главный критерий, по которому она оценивается, как у нас в стране, так и на мировом рынке. В настоящее время для оценки и браковки селекционного материала по качеству зерна на первых этапах селекционеры широко используют метод седиментации в различных модификациях и добиваются высокой эффективности отбора высококачественных форм. Для оценки качества зерна селекционного материала твердых пшениц используется показатель SDS-седиментация, предложенный J.W. Dick, J.S. Quick (1983) [2]. Среди различных методов оценки качества зерна SDS-седиментация является одним из наиболее простых и надежных методов оценки потенциала генотипа. Отличительной особенностью метода, комплексно отражающего качество зерна, является простота, небольшой набор химических реагентов, высокая производительность и небольшая навеска образца [1], что позволяет использование его в качестве критерия отбора на ранних этапах селекционного процесса.
Цель данных исследований — выявление различий признаков качества озимой твердой пшеницы в зависимости от показателя SDS-седиментации.
Результаты исследований. Исследования проводились в 2011-2013 гг. на опытных полях ФГБНУ ВНИИК им. И.Г. Калиненко в условиях Ростовской области. В качестве экспериментального материала были изучены сорта и линии озимой твердой пшеницы, различающиеся по величине сидиментационного осадка. Распределение их по SDS-седиментации было следующим: 9 имели очень сильную клейковину, 43 — сильную, 38– среднюю, 10– слабую. Большая часть изученного материала относится к группам со средней и сильной клейковиной. (Рис.1)
Рис. 1. Распределение сортов и линий озимой твердой пшеницы по показателю SDS-седиментации, 2011-2013 гг.
Изучение сортов и линий по SDS-седиментации свидетельствует о том, что уменьшение величины седиментационного осадка ведет к снижению качества зерна озимой твердой пшеницы (табл.1).
Урожайность и физико-химические свойств групп озимой твердой пшеницы разных по показателю SDS-седиментации, 2011-2013 гг.
Накопление тяжелых металлов в растениях в зависимости от уровня загрязнения почв
В статье рассматриваются проблемы загрязнения окружающей среды от деятельности металлургической промышленности. Приведены основные загрязняющие вещества металлургического производства. Даны содержания тяжелых металлов в почве и растениях.
In the article it is considered a problem of environmental pollutioncaused by mining industry. The main polluters of thi mining and metallurgical complex are given by stages of regeneration cycle. Recommendations on refining the ecologicalcondition
Одним из основных принципов концепции устойчивого развития является: право на развитие должно быть реализовано таким образом, чтобы удовлетворять потребности в развитии сохранении окружающей среды нынешнего и будущих поколений. Так как особенность многих видов природных ресурсов проявляется в том, что их использование ограничено во времени. Уровень их потребления сегодня должен жестко предопределять возможность удовлетворения потребности в них в будущем. Именно с этой проблемой природопользования связан вопрос рационального использования природных ресурсов, так как предприятия перерабатывающей промышленности в основной своей части являются эколого-опасными. Поэтому решение данных проблем предопределяет необходимость поиска оптимального, рационального обеспечения текущих и будущих потребностей и выработки обоснованной политики недропользования и охраны окружающей среды [1]. В настоящее время воздействие человека на окружающую среду по своим масштабам превосходит способности природы к самовосстанавлению. Опасны мигрирующие отходы не полностью протекающих технологических процессов: газовые выбросы, сточные воды промышленных предприятий, содержащие токсичные соединения и попадающие в почву и водоемы [2].
Наиболее крупные загрязнители окружающей среды в Южно-Казахстанской области сосредоточены в городе Шымкент. Среди них АО ПК «Южполиметалл» расположен в территории города и оказывает существенное влияние на загрязнение окружающей среды, а неблагоприятная экологическая обстановка в районе свинцового производства складывалась годами. АО ПК “Южполиметалл” оказывает существенное влияние на накопление тяжелых металлов в почве и растениях.
Мы изучили закономерности распространения и аккумуляции тяжелых металлов растениями в зависимости от содержания их в почве и определили содержание тяжелых металлов в почве и растениях распространенных участках территории города
Для исследования использованы были следующие методы: атомно-адсорбционным метод определения содержания тяжелых металлов в почве и растениях (свинец, кадмйя, цинк и медь).
Для оценки пространственного распределения тяжелых металлов в г.Шымкент были выбраны 4 пункта исследования.
Пункт № 1 расположен в 200 м от АО ПК “Южполиметалл”. Пункт № 2 расположен на расстоянии 3 км от свинцового производства, в центре города. Пункт № 3 расположен на расстоянии 5 км в северо-восточном направлении города. Пункт № 4 — контрольный пункт, расположенный в 80 км от города. Из выше перечисленных пунктов отбирались пробы почвы и растения, как подорожник ланцетолистный (Plantago lanceolata), мятлик луговой (Paa protensis) и ячмень заячий (Hordeum leporinum), клен ясенелистный (acer negundo), тополь черный (Populus nigra), карагач (Ulmus pumila), ива Вавилонская (Salix babilonica), акация белая (Robinia pseudoacacia)
Данные о содержании тяжелых металлов в почве представлен в рисунке 1.
Как видно из таблицы, содержание свинца в почве показало, что максимальная концентрация данного элемента характерна для района металлургического производства. Содержание свинца в пункте № 1 составило 946,11 ± 5,04 мг/кг, что превышает ПДК в 27 раз, а контрольный показатель в 45 раз. Это объясняется тем, что 30–35 % промышленных выбросов оседают на территории производства. Высокотоксичный свинец является основным выбросом свинцового производства, так как происходит накопление его в почве. В других пунктах исследования по мере удаления от свинцового производства наблюдается снижение содержания свинца в почве.
Содержание цинка в почве составляет в пункте № 1 171,30±4,64 мг/кг, то-есть по сравнению с контрольным пунктом в 14 раз превышает контрольный показатель, а ПДК в 2 раза. Высокое содержание цинка так-же отмечаны в пункте № 2, оно составляет 20,65±2,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 10 раз, но не превышает ПДК. В других пунктах содержание цинка не превышает показатель контрольного пункта. Наиболее высокие содержания меди и кадмия так-же были установлены в производственном пункте. Во всех других пунктах содержание меди не превышает ПДК, но по сравнению с контрольным пунктом превышает контрольный показатель. Содержание кадмия во всех пунктах превышает ПДК.
Высокие содержания выше указанных тяжелых металлов установлены в районе АО ПК “Южполиметалл” (пункт № 1). В других пунктах по мере удаления от производства содержание тяжелых металлов в почве снижается.
Рис. 1. Содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг)
Почва является важнейшим объектом окружающей среды. В отличие от других объектов окружающей среды (воздух, вода), где протекают процессы самоочищения, почва обладает этим свойствам в незначительной мере. Более того для некоторых веществ, в частности для тяжелых металлов почва является едким акцептором.
Тяжелые металлы прочно сорбируются и взаимодейтвуют с почвенным гумусом, образуя труднорастворимые соединения. Таким образом идет их накопление в почве. Наряду с этим в почве под воздействием различных факторов происходит постоянная миграция поподающих в нее веществ и перенос их на большие расстояния [3].Тяжелые металлы попадающие в почву с выбросами предприятий, прочно связываются уже в верхнем слое. Максимальное содержание металлов в почвах наблюдается на расстояниях 1–3 км от источников загрязнения [4].
Данные о содержании тяжелых металлов в растениях представлены на рисунке 2,3.
Как видно из рисунка, акация белая, тополь черный и мятлик луговой аккумулирует свинец в высокой степени. Его содержание в пункте № 1 составило в акаций белой 292,9 мг/кг, что превышает ПДК 58 раз, а контрольный показатель в 15 раз. Содерание свинца в тополе 91,42 мг/кг (18 ПДК), контрольный показатель превышает в 5 раз, в мятлике луговой — 67,14 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 27 раза, а ПДК — в 13 раз. Содержание свинца в ячмене тоже высокое, оно составило 42,14±2,32 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 21 раз, а ПДК — в 8 раз. У подорожника ланцетолистного содержание свинца составляет 31,07±2,65 мг/кг, что превышает контрольный показатель в 15 раз, а ПДК — в 6 раз. Анализ результатов определения содержания цинка в изучаемых видов растениий также показал различную аккумулятивную способность.
Рис. 2. Содержание тяжелых металлов в растениях (Пункт № 1- район ЗАО «Южполиметалл»), (мг/кг)
Рис. 3 Содержание тяжелых металлов (Пункт № 4 — контрольный пункт), (мг/кг) ПДК: Свинец–5мг/кг; цинк–30мг/кг; кадмий–0,3мг/кг.
Максимальное содержание цинка в растениях так-же было отмечано в пункте № 1, у мятлика лугового оно составляет 48,57±3,46 мг/кг, что превышает ПДК 1,6 раза, а контрольный показатель в 12 раз. У подорожника ланцетолистного и ячменя заячего содержание цинка не превышает ПДК, но намного выше по сравнению с контрольным пунктом. Содержание кадмия во всех растениях значительно выше ПДК.
Результаты проведенных исследований показали, что с увеличением поступления в почву тяжелых металлов, соответственно повышается уровень поглощения тяжелых металлов растениями.Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о загрязнении почв и растений тяжелыми металлами металлургического производства.
1. Окружающая среда и устойчивое развитие в Казахстане. Обзор ПРООН. Алматы, 2004г. 210 с.
2. Гринь А. В., Ли С. К. Поступление тяжелых металлов в растения в зависимости от их содержания по миграции // Тезисы докладов II — Всемирного совещания по миграции загрязненных веществ в почвах и определенных сферах. Ленинград, 1980г. — С. 46–48.
3. Микшевич Н. В., Ковальчук Л. А. Тяжелые металлы в системе “почва — растения — животные” в зоне действия медеплавильного предприятия // Материалы 2 — Всесоюзной Международной Конференции по ТМ в окружающей среде и охраны природы. 1988г. — С. 127–129.
4. Садовников Л. К. Влияние промышленных предприятий на окружающую среду// Тезисы доклодов. Мониторинг содержания ТМ в почвах естественных и техногенных ландшафтов. г. Пущино, 1984г. –С.163
Основные термины (генерируются автоматически): контрольный показатель, окружающая среда, почва, контрольный пункт, металл, пункт, раз, свинцовое производство, содержание свинца, содержание цинка.
Тяжелые металлы в зерне
Проведён анализ данных по содержанию тяжёлых металлов в зерновых культурах Новосибирской области на реперных участках локального мониторинга. Загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами может существенно влиять на качество выращенной продукции. Исследованиями показано значительное варьирование уровней концентрации тяжёлых металлов по культурам и по элементам. Вместе с тем содержание кадмия, свинца, цинка и меди в зерновых культурах не превышает предельно допустимые концентрации. Таким образом, растительная продукция экологически безопасна по содержанию тяжёлых металлов, что объективно отражает уровень антропогенной нагрузки и степень агрогенного влияния на агроценозы зерновых культур Новосибирской области. Выявлено низкое содержание меди (менее 5 мг/кг) в зерне овса и ячменя и цинка (менее 30 мг/кг) в зерне ячменя, свидетельствующие о дефиците биологически необходимых элементов и недостаточной минеральной полноценности продукции, что может негативно отразиться на здоровье животных и человека.
3. Ильин В.Б. Тяжёлые металлы и неметаллы в системе почва – растение. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. – 220 с.
4. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжёлые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. – 229 с.
5. Кошелев С.Н. Экотоксиканты в растительных и пищевых цепях Северо-Запада Урала: автореф. дис. … д-ра биол. наук. – Екатеринбург, 2007. – 41 с.
6. Предельно допустимые концентрации тяжёлых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах: утв. главным государственным санитарным врачом СССР. – № 4089. – 1986. – 7 с.
7. Просянникова О.И., Клевлина Т.П., Сладкова Т.В. Качество и безопасность зерна ярового ячменя в Кемеровской области // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2010. – № 9 (71). – С. 34-37.
9.Фатыхов И.Ш., Исламова Ч.М., Рябова Т.Н. Элементный состав зерна овса сорта Конкур, выращенного в условиях среднего Предуралья // Агрохимический вестник. – 2013. – № 5. – С. 24-25.
10. Алёхина Н.Д., Балнокин Ю.В., Гавриленко В.Ф. [и др.] Физиология растений: учеб. для студентов вузов / под ред. И.П. Ермакова. – М.: Академия, 2005. – 640 с.
Из большого числа разнообразных химических веществ, поступающих в окружающую среду из антропогенных источников, особое место занимают тяжёлые металлы. В современных условиях загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами вопрос стабильности качества урожая приобретает определённый смысл, который трактуется в возможности получения растениеводческой продукции, пригодной в пищу человека [8]. Поступая в растения в избытке, тяжёлые металлы подавляют нормальный ход метаболических процессов, делают опасной растительную продукцию. Высокие концентрации тяжёлых металлов блокируют активные центры в ферментах, ослабляют энергетику клеток, снижают синтез белков и фотосинтез, нарушают водообмен и т.д. [3]. Зерно злаковых культур широко используется в пищу и на корм скоту, из него изготавливают муку, макаронные и крупяные изделия, в том числе и для детского и диетического питания, поэтому исследование на содержание тяжёлых металлов очень актуально.
Целью исследования являлась оценка экологического состояния зерновых культур в Новосибирской области по содержанию тяжёлых металлов.
Для достижения цели решались следующие задачи: определить уровни концентрации кадмия, свинца, цинка и меди в зерне яровой пшеницы, овса и ячменя, оценить их соответствие предельно допустимым концентрациям.
Объекты и методы
Результаты исследования и их обсуждение.
Уровни концентрации тяжёлых металлов, выявленные в 2002-2011 гг. в зерне яровой пшеницы, овса и ячменя на территории Новосибирской области и их предельно допустимые концентрации (ПДК) представлены в таблице 1.
Содержание тяжёлых металлов в зерне злаковых культур, мг/кг воздушно-сухой массы
Тяжелые металлы в зерне
В условиях техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий во многих регионах России встает проблема получения качественных продуктов питания растительного происхождения.
Среди загрязнителей особое место принадлежит токсичным элементам, до 70% которых поступает в организм человека с пищевыми продуктами. Основные механизмы действия токсичных элементов определяются влиянием на проницаемость клеточных мембран, инактивацией биологически активных веществ и ингибированием ферментов. Некоторые токсичные элементы обладают мутагенным эффектом. В растительных продуктах токсичные элементы содержатся в ионной форме или связаны с белками, пектиновыми веществами, гемицеллюлозой, инозитолфосфорной кислотой (фитин), соединениями фенольной природы (лигнин, полифенолы).
Исследовано зерно злаковых культур, произрастающих в Орловской области. Отмечено содержание кадмия и свинца в зерне пшеницы на грани ПДК, которое составило 0,025 и 0,51 мг/кг соответственно; никеля и хрома превышало ПДК и составило 1,38 и 7,5 мг/кг соответственно. В зерне ржи содержание кадмия в среднем составило 0,03, свинца 0,46, никеля 1,38, хрома 5,21 мг/кг. В зерне тритикале содержание кадмия составило 0,08; свинца 0,31, никеля 1,33, хрома 3,29 мг/кг. ПДК этих элементов в зерне принято; для кадмия 0,1, свинца 0,5, никеля 0,5 и хрома 0,5 мг/кг.
Токсичные элементы распределены в зерне злаковых культур неравномерно. Гистохимический метод анализа продольных срезов зерна пшеницы и тритикале показал, что различную локализацию металлов в зерне злаковых культур. В жизнедеятельных тканях зародыша и алейронового слоя преобладают свинец и кадмий, тогда как никель и хром распределены более равномерно. Клеточные стенки растений способны к многократной адсорбции и десорбции некоторых ионов металлов за счет метаксильных, карбоксильных и других групп, активирующих поверхность экстрацеллюлярной структуры. Установлена корреляционная зависимость между содержанием в зерне металлов и водонерастворимых пентозанов.
Ведение технологии сортовых помолов на разделение с минимальным содержанием вредных для человека веществ. Однако вместе с загрязнителями при сортовом помоле удаляется большая часть витаминов, биогенных минеральных элементов, пищевые волокна, незаменимые аминокислоты. Использование в пищу рафинированных продуктов, в том числе из зерна злаков, все больше вызывает обеспокоенность у медиков из-за получивших распространение, так называемых, болезней цивилизации (ожирение, атеросклероз, диабет и другие).
В связи с этим большую популярность приобретают специальные сорта хлеба на основе целого зерна, а особую актуальность - разработка способов очистки зерна от токсичных элементов в ходе технологической обработки. При этом биотехнологическое значение могут иметь ферментные препараты, используемые для деструкции экстрацеллюлярных адсорбентов. Прежде всего, это ферменты, катализирующие изменение нативной структуры и деструкцию фибрилл целлюлозы, освобождающие микрофибриллы целлюлозы от связи с матриксом клеточной стенки и разрушающие гемицеллюлозы.
Для снижения содержания тяжелых металлов в зерне пшеницы, ржи и тритикале использовали следующие ферментные препараты целлюлолитического действия: препараты фирмы Novo Nordisk - Pentopan 500 BG,содержащий фермент ксиланазу и Fungamyl Super AX, в состав которого входят ксиланаза и α-амилаза; препарат фирмы Quest - Biobake - 721, в состав которого входит набор ферментов гемицеллюлаз, отечественный препарат Целловиридин Г20х, содержащий комплекс ферментов: целлюлазу, β-глюканазу, ксиланазу, и ферментный препарат на основе фитазы, содержащий комплекс ферментов целлюлолитического действия: целлюлазу, β-глюканазу, ксиланазу и фермент фитазу, продуцируемые грибной культурой Penicillium canescens. Ферментные препараты применяли на стадии замачивания зерна.
Были определены оптимальные дозы применения ферментных препаратов при замачивании зерна при производстве зернового хлеба.
Определены оптимальные режимы замачивания зерна: рН 5,0 и температура 45-50°С в условиях термостата, гидромодуль 1:1,5. Продолжительность замачивания зерна пшеницы составила 12 часов, зерна ржи - 16 часов, зерна тритикале -10 часов. Замачивание зерна в таких условиях неизбежно приводит к интенсивному размножению эпифитной микрофлоры зерна. Для поддержания оптимального значения рН среды и подавления жизнедеятельности микроорганизмов замачивание зерна в растворе ферментных препаратов осуществляли в присутствии янтарной или лимонной кислоты в количестве 0,05-0,1% к массе зерна. Установлено, что применение кислот позволило снизить содержание МАФАМ, спорообразующих бактерий и плесневых грибов в зерне после замачивания. По истечении времени замачивания, зерно промывали проточной водой.
Проведенные нами исследования показали, что применение различных ферментных препаратов целлюлолитического действия при замачивании зерна с последующим его промыванием приводит к снижению содержания тяжелых металлов в зерне изучаемых культур. Наибольшая активность ферментативного гидролиза наблюдалась в вариантах с применением ферментного препарата Целловиридин Г20х и комплексного ферментного препарата на основе фитазы. Так при замачивании зерна пшеницы в присутствии ферментного препарата Целловиридин Г20х без последующего промывания водой произошло снижение содержания свинца на 69,8, кадмия - на 85,3, никеля - на 63,3 по сравнению с контролем. При замачивании зерна ржи и тритикале снижение содержания тяжелых металлов было менее значительным. Содержание тяжелых металлов в зерне злаковых культур снизилось вследствие того, что произошли процессы мацерации и солюбилизации структур оболочек зерна. Процесс мацерации некрахмальных полисахаридов при замачивании происходит в основном за счет деструкции гемицеллюлоз с образованием растворимых продуктов гидролиза - слизистых веществ. С целью изучения изменения углеводного состава, обусловленного протеканием этого процесса под действием применяемых ферментных препаратов целлюлолитического действия, определяли состав гидролизатов слизистых веществ методом ВЭЖХ. Результаты исследования показывают, что углеводный состав слизистых веществ представлен олигосахарами и моносахарами. В зависимости от типа ферментного препарата, применяемого для гидролиза в гидролизатах идентифицировали различное соотношнение арабинозы, ксилозы, галактозы, маннозы, глюкозы, мальтозы, ксилобиозы. С увеличением продолжительности процесса замачивания углеводный состав слизистых веществ изменяется: увеличивается содержание арабинозы, ксилозы, глюкозы и отдельных олигосахаридов. Повышение количества пентозанов связано с деструкцией арабиноксиланов, составляющих гемицеллюлозы клеточных стенок зерна. Мацерация и солюбилизация структур оболочек зерна сопровождается десорбцией ионов тяжелых металлов, связанных с молекулами некрахмальных полисахаридов.
В результате происходит сдвиг равновесия концентрации ионов изучаемых химических элементов в сторону жидкой фазы. Вследствие того, что органические кислоты являются активными хелатирующими агентами для микроэлементов, применение янтарной и лимонной кислот при замачивании зерна заметно повышает подвижность и активно мобилизует токсичные элементы. Промывание зерна проточной водой приводит к выносу ионов с промывными водами за пределы твердой фазы.
Таким образом, полученные результаты исследований указывают на возможность применения ферментных препаратов целлюлолитического действия для снижения содержания токсических элементов в зерновом сырье.
Читайте также: