Как известно, одним из перспективных направлений в области санитарно- гигиенической науки является изучение химических веществ, контактирующих с пищевыми продуктами, в частности степень их миграции в пищу. Этим вопросам в настоящее время посвящен ряд действующих инструктивно-методических и нормативных документов [6, 7, 12], основанных на данных многочисленных органолептических, токсикологических и санитарно-химических исследований. Вместе с тем малоизученным остается вопрос о гигиенической безопасности посуды, используемой в СВЧ-печах. Спецификой этих исследований указанной посуды является то, что изучению подвергаются не чистые вещества, в отношении которых имеются традиционные подходы к исследованию, а многокомпонентные смеси и сложные по составу полимерные и синтетические материалы. Последние в силу своего химического состава способны выделять под влиянием различных факторов в окружающую среду химические мономеры в малых концентрациях, причем в течение продолжительного времени.
Для проведения гигиенической оценки материалов, идущих для изготовления посуды, используемой в СВЧ-печах, необходимы разработка новых и уточнение существующих в настоящее время методов подготовки проб к проведению санитарно-химических исследований, а также освоение и внедрение наиболее чувствительных и селективных методов исследования. Также следует учитывать, что в настоящее время для гигиенической оценки материалов, контактирующих с пищевыми продуктами, используются устаревшие нормативные документы, нуждающиеся в значительных обновлениях и дополнениях, в частности, Государственные нормативы (ГН) 2.3.3.972-00 [3] и Инструкция № 880-71 [4]. Существенным недостатком данных документов является то, что в силу своей давности в них не могли быть учтены достижения современной техники и химической промышленности. Это особенно касается вопросов широкого использования специальной посуды для разогрева и приготовления пищи в СВЧ-печах.
Наиболее распространенными материалами, которые используются сейчас для изготовления посуды, применяемой в СВЧ-печах, являются такие пластические вещества, как полиэтилен, полипропилен, полистирол, полиэтилентерефталат, силикон. В соответствии с ГН 2.3.3.972-00 [3], в полимерных материалах необходимо контролировать миграцию в модельные растворы органических веществ (формальдегид, ацетальдегид, ацетон, ацетаты, спирты, бензол, толуол, ксилолы, стирол, фталаты и др.), содержащиеся в пластических массах. При этом необходимо учитывать, что токсическая опасность при применении в указанных печах посуды, изготовленной из пластмасс, может исходить не только от органических веществ, но и от входящих в их состав вспомогательных соединений [9], в частности от металлов - оксидов хрома, алюминия, свинца, кадмия, цинка, олова и др., а также от красителей, содержащих хром, титан, алюмосиликаты [9, 12].
В ГН 2.3.3.972-00 [3] приведен перечень контролируемых показателей, разработанный на основании данных, полученных различными учреждениями, в том числе НИИ госсанэпидслужбы. Однако этот перечень не является полным и окончательным. В частности, в разделе "полимерные материалы и пластические массы на их основе" не указаны металлы, которые используются в их производстве. К тому же органические вещества, входящие в структуру полимерных материалов, использующихся при производстве посуды для СВЧ-печей [6, 7], имеют, как правило, температуру кипения ниже температуры кипения воды. Это ставит под сомнение достоверность и целесообразность определения концентраций этих выделяющихся из полимерных материалов веществ при использовании в СВЧ-печах высокотемпературных режимов. К таким химическим веществам, как указывалось выше, относятся прежде всего альдегиды (формальдегид, ацетальдегид), алканы (гексан, гептан), спирты (метанол, изопропанол, пропанол), ацетаты (метилацетат, этилацетат), а также ацетон, бензол, акрилонитрил.
Специфика микроволнового нагрева заключается в том, что под воздействием микроволн молекулы веществ колеблются с большой частотой, что приводит к равномерному увеличению температуры во всем объеме разогреваемого в посуде пищевого продукта [5, 8]. Поэтому особый интерес представляет вопрос о закономерностях миграции легколетучих органических веществ в модельные среды под воздействием микроволн.
Материал и методы
При проведении настоящей работы нами была проанализирована степень миграции в дистиллированную воду и 2% лимоннокислую модельную среду (используемых в качестве образца пищевых продуктов) органических веществ и металлов из пластических материалов посуды, используемой в СВЧ-печах. Эти материалы содержат полипропилен, полиэтилен, полиэтилентерефталат, полистирол, силикон и контактируют с пищевыми продуктами. Выполнено 256 исследований по определению в указанных модельных средах металлов (железа, кадмия, кобальта, марганца, меди, мышьяка, никеля, олова, свинца, хрома, цинка) и 285 исследований по выявлению органических веществ (а-метилстирола, ацетальдегида, ацетона, бензола, бутанола, бутилацетата, гексана, гептана, дибутилфталата, диоктилфталаа, диметилфталата, диэтилфталата, изобутанола, изопропанола, ксилолов, метанола, метилацетата, стирола, толуола, фенола, формальдегида, этилацетата).
В процессе работы были подобраны режимы подготовки проб индивидуально для каждого вида образца исследуемых модельных сред с учетом площади их поверхности. В соответствии с инструкцией № 880-71 [4], исследования были проведены на нагретых (до 80 °С) или кипящих (в течение 60 мин) модельных растворах, имитирующих горячие пищевые продукты или выпечку. Кроме указанной выше инструкции, были также использованы материалы кулинарных книг [2, 10], посвященные приготовлению продуктов в СВЧ-печах. В этих книгах рекомендуется использовать на различной мощности СВЧ-печи в течение 5-40 мин. Например: миски из полипропилена для разогревания пищи следует подвергать 10-минутному воздействию микроволн (мощность 800 Вт) и затем в течение 2 ч выдерживать при комнатной температуре. А рукав из полиэтилентерефталата помещать в СВЧ-печь на 30 мин (мощность 584 Вт) и затем выдерживать при комнатной температуре в течение 24 ч.
Экспериментально нами было установлено, что в СВЧ-печи нагревание 750 мл воды до 90 °С на максимальной мощности (800 Вт) наступает через 7 мин, а испарение 20% объема происходит за 20 мин (при отверстии в крышке диаметром 5 мм).
В качестве руководства для определения веществ, мигрирующих в модельные среды, нами были использованы следующие документы: Инструкция 880-71, методическая рекомендация (МР) 01.024-07, МР 01.025-07, ГОСТ Р 51309-99 [1, 4, 6, 7].
Для определения металлов в наших экспериментах был использован атомно-абсорбционный спектрометр Квант-Z.ЭТА, а для определения органических веществ - аппаратно-программный комплекс на базе хроматографа "Хроматэк-Кристалл5000.2".
Рис. 1. Величина миграции органических веществ в дистиллированную воду, мг/дм3 (модельный раствор 1)
Рис. 2. Величина миграции органических веществ в 2% лимоннокислую среду, мг/дм3 (модельный раствор 2)
Результаты и обсуждение
В результате проведенных исследований были получены следующие данные: в 36% исследований (92 исследования) выявлена миграция металлов и в 24% (70 исследований) - миграция органических веществ в модельные среды.
Анализ проведенных исследований по миграции органических веществ в модельные растворы (рис. 1, 2) показал, что степень миграции органических веществ в изучаемые растворы, подвергнутых воздействию микроволн, зависит от температуры кипения и молекулярной массы веществ. Чаще всего в исследуемых нами растворах обнаруживаются вещества с высокой температурой кипения и большой молекулярной массой, такие как а-метилстирол, фталаты.
Учитывая специфику микроволнового нагрева (под воздействием микроволн молекулы веществ колеблются с большой частотой, что приводит к увеличению температуры), вполне закономерным может быть более быстрое испарение легколетучих веществ. Проведенные исследования подтверждают данное предположение.
Анализ частоты обнаружения металлов (рис. 3, 4) показывает, что наибольшая степень миграции в модельные растворы обнаруживается у меди, железа, цинка, хрома, никеля. В некоторых образцах модельных растворов под влиянием микроволн СВЧ-печи увеличивается обнаружение кадмия. Однако в наших исследованиях не обнаружена миграция бария, ртути и мышьяка.
Полученные нами данные делают актуальным вопрос: стоит ли часто использовать СВЧ-печи для разогрева продуктов питания (особенно детских), поскольку, в соответствии с гигиеническими нормативами [3], не допускается миграция веществ, относящихся к I и II классам опасности (например, свинца, кадмия, бензола)?
В результате проведенной работы нами выявлена устойчивая тенденция к увеличению миграции органических веществ и металлов в модельные растворы, имитирующие пищевые продукты, под воздействием микроволн СВЧ-печи. Причем со стороны химических веществ наиболее высокая степень миграции наблюдается у веществ, обладающих высокой температурой кипения и большой молекулярной массой (а-метилстирол, фталаты), а со стороны металлов - у железа, меди, никеля и цинка.
Таким образом, следует заключить, что полученные нами результаты диктуют необходимость проведения дальнейших исследований в области разработки режимов подготовки материалов, используемых при изготовлении посуды, применяемой в СВЧ-печах.
Рис. 3. Величина миграции металлов в дистиллированную воду, мг/дм3 (модельный раствор 1)
Рис. 4. Величина миграции металлов в 2% лимоннокислую среду, мг/дм3 (модельный раствор 2)
Литература
1. ГОСТ Р 51309-99. Вода питьевая. Определение содержания элементов методами атомной спектрометрии. - М., 1999. - 12 с.
2. Готовим в микроволновой печи (сост. Л.А. Калугина). - М.: Аделант, 2008. - 56 с.
3. ГН 2.3.3.972-00. Предельно допустимые количества химических веществ, выделяющихся из материалов, контактирующих с пищевыми продуктами. - М.: Роспотребнадзор, 2000. - 46 с.
4. Инструкция по санитарно-химическому исследованию изделий, изготовленных из полимерных и других синтетических материалов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами" № 880-71. - М.: МЗ СССР, 1971. - 31 с.
5. К н я ж е в с к а я Г.С., Ф и р с о в а М. Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов. - Л. - Машиностроение, 1980. - 71 с.
6. МР 01.024-07. Газохроматографическое определение гексана, гептана, ацетальдегида, ацетона, метилацетата, этилацетата, метанола, изо-пропанола, акрилонитрила, н-пропанола, н-пропилацетата, бутилацетата, изо-бутанола, н-бутанола, бензола, толуола, этилбензола, м-, о- и п-ксилолов, изопропилбензола, стирола, а-метилстирола в водных вытяжках из материалов различного состава. - М.: Роспотребнадзор, 2007. - 48 с.
7. МР 01.025-07. Газохроматографическое определение диметилфталата, диметилтерефталата, диэтилфталата, дибутилфталата, бутилбензилфталата, бис(2-этилгексил) фталата и диоктилфталата в водных вытяжках из материалов различного состава". - М.: Роспотребнадзор, 2007. - 52 с.
8. Рогов И.А., Некрутман С.В., Лысов Г.В. Техника сверхвысокочастотного нагрева пищевых продуктов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 102 с.
9. Санитарно-химический анализ пластмасс. - Л.: Химия, 1977. - 272 с.
10. Секреты микроволновой кулинарии (сост. Т.А. Липей, И.Г. Бондарь). - 5-е изд., стереотип. - Мн.: Книжный Дом, 2008. - 288 с.
11. Суханов Б.П., Керимова М.Г, Кочергина Л.Г. Санитарный надзор за безопасностью применения полимерных материалов и изделий из них, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами. - М.: Гэотар-Мед, 2002. - 96 с.
12. Шефтель В.О. Гигиена и токсикология пластмасс, применяемых в водоснабжении. - Киев: Здоров’я, 1981. - 152 с.