The modification of methodological approaches for potential hazard identification of inadvertent chemicals in food

• Nina V. Zaitseva
• Sergey A. Khotimchenko
• Pavel Z. Shur
• Dmitrii V. Suvorov
• Sergey E. Zelenkin
• Vladimir V. Bessonov

Abstract

The existing methodological approaches for hazard identification and selection of priority hazard contaminants in foodstuff for further health risk assessment and legislation (in case of need) do not represent the reasons of inclusion inadvertent chemical substances in a number of priority for health risk assessment. The absence both of complex assessment and potential hazard categories of contaminants do not allow to assess the urgency of health risk assessment. Thus, it’s advisable to expand the existing methodological approaches with the criteria of selection of hazard inadvertent chemical substances in food. The criteria allow for an integral assessment and further categorizing for health risk assessment and legislation.

The aim of the research was to develop the methodological approaches to selection of priority inadvertent chemical substances in foodstuff for risk analysis and legislation based on the integral assessment results.

Material and methods. Various methods of chemical analysis were applied for detection of potentially hazard chemical substances in foodstuff. The further hazard identification and selection of priority chemical substances has been based on suggested criteria and categories that complete existing methodology. The approbation of methodological approaches to integral assessment and categorizing has been carried out on milk.

Results and discussion. The potential hazard identification of inadvertent chemicals has been carried out using the complex of selection criteria. It was suggested to apply scores for calculation of integral score for further categorizing and selection of priority chemical substances (taking into account substances’ toxicity class and possibility of migration during cooking or formation during technological process, and from packing, and from food raw materials). 5 hazard chemicals in milk (2-furanmethanol, thallium, mevinphos, sulfotep, mephospholane) were defined as priority category as the result of approbation.

Conclusion. Integral assessment and categorizing of potential hazard of inadvertent chemicals in food applying basic and additional criteria taking into account natural content of the substances and their possibility of migration in food allow to assess the priority of health risk assessment and further hygienic legislation of the substances (in case if the risk level is inappropriate). During the approbation on the example of milk, 5 unintended substances that had potential hazard category I (high priority) were recommended for further risk assessment.

Keywords:inadvertent substances; milk; chemical hazard; risk assessment; category; toxicity; public health; foodstuff

References

1. Stefano V.D., Avellone G. Food contaminants. J Food Stud. 2014; 3 (1): 88–103.

2. Codex Alimentarius Commission: Meeting of the Codex Committee on Pesticide Residues. URL: https://www.federalregister.gov/documents/2021/04/16/2021-07399/codex-alimentarius-commission-meeting-of-the-codex-committee-on-pesticide-residues (date of access October 25, 2021).

3. Miralles P. A Fast and Automated Strategy for the Identification and Risk Assessment of Unknown Substances (IAS/NIAS) in Plastic Food Contact Materials by GC-Q-Orbitrap HRMS: Recycled LDPE as a Proof-of-Concept. Toxics. 2021; 9 (11): 283. DOI: https://doi.org/10.3390/toxics9110283

4. Alygizakis N.A., Gago-Ferrero P., Borova V.L., Pavlidou A., Hatzianestis I., Thomaidis N.S. Occurrence and spatial distribution of 158 pharmaceuticals, drugs of abuse and related metabolites in offshore seawater. Sci Total Environ. 2016; 541: 1097–105. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.09.145

5. Carson P. Hazardous Chemicals Handbook. 2nd ed. Oxford; Woburn: Butterworth-Heinemann, 2002.

6. Control of Microbial Growth. In: K. Todar (ed.). Online Textbook of Bacteriology. URL: http://textbookofbacteriology.net/index.html (date of access October 20, 2021).

7. Steblyanko V.L., Asadullina G.Z., Safonova O.P., Ponomarev A.P. Study of the processes of migration of toxic elements from the inner surface of metal containers into canned products . Obrabotka sploshnykh i sloistykh materialov [Processing of Solid and Layered Materials]. 2013; 1 (39): 80–2. (in Russian)

8. Kuznetsov V.V., Shiler G.G. Handbook of dairy production technologist. Technology and recipes. Vol. 3. Cheeses. Gen. ed. G.G. Shiler. Saint Petersburg: GIORD, 2003: 512 p. (in Russian)

9. Skurikhin I.M., Tutelyan V.A. Tables of the chemical composition and calorie content of Russian food products: A handbook. Moscow: DeLi print, 2007: 276 p. (in Russian)

10. Composition Pasteurized milk 3.5% fat. URL: https://pickfood.ru/products/molocnye-produkty-syry/moloko-pasterizovannoe-35-zirnosti (date of access September 09, 2021). (in Russian)

11. Sarma K.S. Chemistry of Milk. Tirupati, India, 2012: 128 p.

12. Composition of cow’s milk. URL: https://alternativa-sar.ru/tehnologu/mol/v-v-kuznetsov-g-g-shiler-spravochnik-tekhnologa-molochnogo-proizvodstva-syry/382-1-1-sostav-korovego-moloka (date of access September 25, 2021). (in Russian)

13. Bulgakova D.A., Bulgakov A.M. The chemical composition of milk depending on the level of mineral and vitamin nutrition of cows. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Altai State Agrarian University]. 2019; 1 (171): 77–82. (in Russian)

14. Stepanova L.I. Handbook of dairy production technologist. Technology and recipes. Whole milk products. Saint Petersburg: GIORD, 1999: 357 p. (in Russian)

15. Cortes C. Milk composition and microbiology. E-learning course from ESA. URL: https://www.groupe-esa.com/ladmec/bricks_modules/brick02/2%20%20Milk%20composition%20and%20microbiology.pdf (date of access March 25, 2023).

16. WHO recommended classifi cation of pesticides by hazard and guidelines to classifi cation, 2019 edition. World Health Organization, 2020: 98 p.

17. The Pesticide Manual. 16^th ed. UK: BCPC, 2012. 561 p.

18. Rakitsky V.N., Il’yushina N.A., Revazova Yu.A. Modern approaches to the assessment of pesticide mutagenicity. Gigiena i sanitariya [Hygiene and Sanitation]. 2017; 96 (11): 1017–20. DOI: https://doi.org/10.47470/0016-9900-2017-96-11-1017-1020 (in Russian)

19. Furfuryl Alcohol. Safety Data Sheet. International Furan Chemicals B.V., 2016: 9 p.

20. Unused Elements in Organic Synthesis: Thallium, Tellurium, Lead. URL: https://www.scripps.edu/baran/images/grpmtgpdf/Wilde_Jan_14.pdf (date of access October 15, 2021).

21. Safety Data Sheet. Tin. URL: https://www.trafigura.com/media/1528/2018_sds_tin_english.pdf (date of access October 15, 2021).

22. Opinion of the Scientific Panel on dietetic products, nutrition and allergies on a request from the Commission related to the Tolerable Upper Intake Level of Boron (Sodium Borate and Boric Acid). EFSA J. 2004; 80: 1–22.

23. Material Safety Data Sheet. Bromine, p.a. URL: https://fscimage.fishersci.com/msds/95925.htm (date of access October 15, 2021).

24. Nielsen E., Greve K., Ladefoged O. Strontium, inorganic and soluble salts. Evaluation of health hazards and proposal of health based quality criteria for drinking water. Copenhagen The Danish Environmental Protection Agency, 2013: 40 p.

25. Material Safety Data Sheet. Iodine. URL: https://www.finarchemicals.com/msds/Iodine.pdf (date of access October 15, 2021).

В результате оценки фактического содержания естественно присутствующих химических элементов в молоке установлено, что бор, стронций, бром и йод превысили их средние значения, указанные в справочных таблицах по технологии молочного производства [14]. Следовательно, эти вещества вошли в комплексную оценку.

В то же время в комплексную оценку опасности веществ, детектированных в молоке, были включены 13 соединений, относящихся к классу пестицидов: гимексазол (встречаемость у которого из всех проб молока составляла 12,6%), метсульфурон-метил, силафлуофен, хлорсульфурон, гекситиазокс (встречаемость - 6,3%), эсфенвалерат, хлорфенсон, диофенолан, мефосфолан, диклофоп-метил, мевинфос, сульфотеп, флубензимин (встречаемость - 3,1%). Среди них хлорфенсон и мефосфолан относятся к устаревшим для использования, метсульфурон-метил, силафлуофен, хлорсульфурон, гекситиазокс нежелательны к применению в соответствии с классификацией ВОЗ [16]. При этом среди детектированных пестицидов разрешены к использованию в Российской Федерации 5 из них (метсульфурон-метил, эсфенвалерат, хлорсульфурон, гекситиазокс, гимексазол), 8 - запрещены (силафлуофен, хлорфенсон, диофенолан, мефосфолан, диклофоп-метил, мевинфос, сульфотеп, флубензимин)⁷. В свою очередь, эсфенвалерат и гекситиазокс имеют установленные гигиенические нормативы в молоке на уровне 0,01 и 0,05 мг/кг соответственно⁸, что относит их к незаявленным веществам⁹ и исключает из дальнейшей оценки опасности.

Наличие в молоке непреднамеренно присутствующих пестицидов может быть связано с длительным периодом их диссоциации в почве и последующей миграцией в растения, применяемые для кормления сельскохозяйственных животных.

Несмотря на несоответствие по частоте встречаемости в исследуемых пробах молока (<50%), пестициды в настоящем исследовании были включены для определения категории потенциальной опасности в связи с тем, что они в большинстве своем являются высокотоксичными соединениями [17, 18] и могут представлять риск для здоровья человека.

Таким образом, на этапе химико-аналитической идентификации в оценку потенциальной опасности непреднамеренно присутствующих химических веществ включено 18 соединений.

На этапах комплексной оценки был установлен интегральный показатель с использованием разработанных критериев.

Результаты выбора опасных непреднамеренно присутствующих химических веществ, содержащихся в молоке, с присвоением категории потенциальной опасности веществ для дальнейшей оценки риска для здоровья с использованием методических подходов к интегральной оценке и категорированию представлены в табл. 4.

На этапе категорирования 5 химических веществ, содержащихся в молоке, которые относились к I категории (высокой опасности) - 2-фуранметанол, таллий, мевинфос, сульфотеп, мефосфолан, вошли в дальнейшую оценку риска, разработку рекомендаций по их снижению в пищевом продукте и при необходимости последующее нормирование [запрещенные и неиспользуемые (устаревшие) пестициды могли сохраняться в почве вследствие длительного периода полураспада; это позволяет отнести их к непреднамеренно присутствующим веществам, их попадание в приоритеты предполагает проведение оценки риска для здоровья].

Остальные 13 веществ относились ко II категории (средней опасности) и не включены в дальнейшую оценку риска.

Заключение

Развитие методических подходов к идентификации потенциально опасных непреднамеренно присутствующих химических веществ в пищевой продукции, предусматривающее интегральную оценку и категорирование, позволяет повысить обоснованность выбора приоритетных веществ для оценки риска. На этапе химико-аналитической идентификации отбираются токсичные и высокотоксичные вещества, а также соединения и элементы, масс-спектры которых совпадают с аналогичными данными библиотеки на 90% и более, и присутствующие более чем в 50% образцов пищевых продуктов. Последующая балльная оценка потенциальной опасности непреднамеренно присутствующих химических веществ осуществляется в соответствии с разработанными критериями, учитывающими естественное содержание химических веществ, их вероятность поступления в пищевой продукт и образования в процессе технологической и кулинарной обработки пищевых продуктов. В дальнейшем проводится критериальная интегральная оценка, на основании которой осуществляется категорирование потенциальной опасности исследуемых непреднамеренно присутствующих химических веществ. При этом дальнейшая оценка риска для здоровья (и при установлении неприемлемых уровней риска - нормирование) рекомендуется для веществ, относящихся к I категории потенциальной опасности с разработкой рекомендаций по снижению их содержания в пищевом продукте.

В ходе апробации методических подходов на примере молока при использовании актуальной методики в оценку потенциальной опасности было включено 18 веществ. В результате применения интегральной оценки и категорирования для дальнейшей оценки риска для здоровья рекомендованы 5 химических веществ, относящихся к I категории потенциальной опасности (2-фуранметанол, таллий, мевинфос, сульфотеп, мефосфолан).

¹ Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации: Указ Президента РФ от 21.01.2020 № 20. Москва, 2020. 26 с.

² Guidelines for rapid risk analysis following instances of detection of contaminants in food where there is no regulatory level CXG 92-2019.

³ Гигиена, токсикология, санитария. Порядок выявления и идентификации незаявленных и потенциально опасных непреднамеренно присутствующих химических веществ в пищевой продукции. Методические рекомендации МР 1.2.0228-20.1.2. URL: https://legalacts.ru/doc/mr-120228-20-12-gigiena-toksikologija-sanitarija-porjadok-vyjavlenija-i/ (дата обращения: 01.02.2022).

⁴ Автоматизированная система масс-спектральной деконволюции и идентификации (AMDIS). URL: https://ru.freedownloadmanager.org/Windows-PC/AMDIS-FREE.html (дата обращения: 01.02.2022).

⁵ Гигиена, токсикология, санитария. Порядок выявления и идентификации незаявленных и потенциально опасных непреднамеренно присутствующих химических веществ в пищевой продукции. Методические рекомендации МР 1.2.0228-20.1.2. URL: https://legalacts.ru/doc/mr-120228-20-12-gigiena-toksikologija-sanitarija-porjadok-vyjavlenija-i/ (дата обращения: 01.02.2022).

⁶ Потребление основных продуктов питания населением Российской Федерации. URL: https://rosstat.gov.ru/compendium/document/13278?print=1 (дата обращения: 17.02.2022).

⁷ Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов по состоянию на 25 сентября 2021 г. URL: https://clck.ru/Z6JuA (дата обращения: 01.02.2022).

⁸ Об утверждении санитарных правил и норм СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания". Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 № 2. URL: https://docs.cntd.ru/document/573500115 (дата обращения: 01.02.2022).

⁹ Гигиена, токсикология, санитария. Порядок выявления и идентификации незаявленных и потенциально опасных непреднамеренно присутствующих химических веществ в пищевой продукции. Методические рекомендации МР 1.2.0228-20.1.2. URL: https://legalacts.ru/doc/mr-120228-20-12-gigiena-toksikologija-sanitarija-porjadok-vyjavlenija-i/ (дата обращения: 01.02.2022).

Литература

1. Stefano V.D., Avellone G. Food contaminants // J. Food Stud. 2014. Vol. 3, N 1. P. 88-103.

2. Codex Alimentarius Commission: Meeting of the Codex Committee on Pesticide Residues. URL: https://www.federalregister.gov/documents/2021/04/16/2021-07399/codex-alimentarius-commission-meeting-of-the-codex-committee-on-pesticide-residues (дата обращения: 15.10.2021).

3. Miralles P. A Fast and Automated Strategy for the Identification and Risk Assessment of Unknown Substances (IAS/NIAS) in Plastic Food Contact Materials by GC-Q-Orbitrap HRMS: Recycled LDPE as a Proof-of-Concept // Toxics. 2021. Vol. 9, N 11. P. 283. DOI: https://doi.org/10.3390/toxics9110283

4. Alygizakis N.A., Gago-Ferrero P., Borova V.L., Pavlidou A., Hatzianestis I., Thomaidis N.S. Occurrence and spatial distribution of 158 pharmaceuticals, drugs of abuse and related metabolites in offshore seawater // Sci. Total Environ. 2016. Vol. 541. Р. 1097-1105. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.09.145

5. Carson P. Hazardous Chemicals Handbook. 2nd ed. Oxford; Woburn : Butterworth-Heinemann, 2002.

6. Control of Microbial Growth // Online Textbook of Bacteriology / ed. K. Todar. URL: http://textbookofbacteriology.net/index.html (дата обращения: 20.10.2021).

7. Стеблянко В.Л., Асадуллина Г.З., Сафонова О.П., Пономарев А.П. Исследование процессов миграции токсичных элементов с внутренней поверхности металлической тары в консервированные продукты // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2013. № 1 (39). С. 80-82.

8. Кузнецов В.В., Шилер Г.Г. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Т. 3. Сыры / под общ. ред. Г.Г. Шилера. Санкт-Петербург : ГИОРД, 2003. 512 с.

9. Скурихин И.М., Тутельян В.А. Таблицы химического состава и калорийности российских продуктов питания : справочник. Москва : ДеЛи принт, 2007. 276 с.

10. Состав Молоко пастеризованное 3,5% жирности. URL: https://pickfood.ru/products/molocnye-produkty-syry/moloko-pasterizovannoe-35-zirnosti (дата обращения: 25.09.2021).

11. Sarma K.S. Chemistry of Milk. Tirupati, India, 2012. 128 p.

12. Состав коровьего молока. URL: https://alternativa-sar.ru/tehnologu/mol/v-v-kuznetsov-g-g-shiler-spravochnik-tekhnologa-molochnogo-proizvodstva-syry/382-1-1-sostav-korovego-moloka (дата обращения: 25.09.2021).

13. Булгакова Д.А., Булгаков А.М. Химический состав молока в зависимости от уровня минерально-витаминного питания коров // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019. № 1 (171). С. 77-82.

14. Степанова Л.И. Справочник технолога молочного производства. Технология и рецептуры. Цельномолочные продукты. Санкт-Петербург : ГИОРД, 1999. 357 с.

15. Cortes C. Milk composition and microbiology. E-learning course from ESA. URL: https://www.groupe-esa.com/ladmec/bricks_modules/brick02/2%20%20Milk%20composition%20and%20microbiology.pdf (дата обращения: 25.03.2022).

16. WHO recommended classifi cation of pesticides by hazard and guidelines to classifi cation, 2019 edition. World Health Organization, 2020. 98 p.

17. The Pesticide Manual. 16^th ed. UK : BCPC, 2012. 561 p.

18. Ракитский В.Н., Илюшина Н.А., Ревазова Ю.А. Современные методические подходы в оценке мутагенности пестицидов // Гигиена и санитария. 2017. Т. 96, № 11. С. 1017-1020. DOI: https://doi.org/10.47470/0016-9900-2017-96-11-1017-1020

19. Furfuryl Alcohol. Safety Data Sheet. International Furan Chemicals B.V., 2016. 9 p.

20. Unused Elements in Organic Synthesis: Thallium, Tellurium, Lead. URL: https://www.scripps.edu/baran/images/grpmtgpdf/Wilde_Jan_14.pdf (дата обращения: 15.10.2021).

21. Safety Data Sheet. Tin. URL: https://www.trafigura.com/media/1528/2018_sds_tin_english.pdf (дата обращения: 15.10.2021).

22. Opinion of the Scientific Panel on dietetic products, nutrition and allergies on a request from the Commission related to the Tolerable Upper Intake Level of Boron (Sodium Borate and Boric Acid) // EFSA J. 2004. Vol. 80. P. 1-22.

23. Material Safety Data Sheet. Bromine, p.a. URL: https://fscimage.fishersci.com/msds/95925.htm (дата обращения: 15.10.2021).

24. Nielsen E., Greve K., Ladefoged O. Strontium, inorganic and soluble salts. Evaluation of health hazards and proposal of health based quality criteria for drinking water. Copenhagen : The Danish Environmental Protection Agency, 2013. 40 p.

25. Material Safety Data Sheet. Iodine. URL: https://www.finarchemicals.com/msds/Iodine.pdf (дата обращения: 15.10.2021).

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.