Пестициды - как химические загрязнители пищевых продуктов
ЛЕКЦИЯ 3
Тема: ПЕСТИЦИДЫ
План
1.Пестициды - как химические загрязнители пищевых продуктов.
2.Токсиколого - гигиеническая характеристика пестицидов.
3. Основные группы пестицидов:
3.1 .Хлорорганические пестициды
3.2.Фосфорорганические пестициды
3.3.Ртутьорганические пестициды
3 4.Арилоксиалкилкарбоновые кислоты и их производные
3.5.Неорганические и органические металлсодержащие пестициды
4.Технологические способы снижения пестицидов в пищевых продуктах.
В настоящее время химия и технология пестицидов - одна из самых динамичных областей хозяйственной деятельности человека.
Пестициды - общее наименование всех химических соединений, которые применяются в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от вредных организмов (англ, pestis - паразиты, tide - уничтожать). Главной их сферой применения является растениеводство.
Ежегодно половину мировых запасов продовольствия съедают или повреждают насекомые, микроорганизмы, преимущественно плесневые микрогрибы, грызуны, птицы и другие вредители: они уничтожают урожай и в поле, и при уборке и отгрузке, и во время хранения.
Считают, что в случае успешной борьбы с насекомыми, микроорганизмами и болезнями, которые поражают зерновые культуры в поле, ежегодная прибавка урожая составила бы около 200 млн Т зерна, которой хватило бы для пропитания 1 млрд человек. Кроме того, если бы была успешной борьба с такими вредителями, как крысы и насекомые, которые поедают или повреждают зерно, находящееся уже в хранилищах, то количество продовольственного зерна увеличилось бы еще на 25% без увеличения реально выращиваемой продукции, тогда как потери от сорняков составляют 10% от потенциального урожая.
Применение пестицидов в экономически развитых странах прочно вошло в практику возделывания основных сельскохозяйственных культур.
В мире ежегодно подвергается испытаниям около 500 тыс. разных химических соединений на пестицидную активность, причем из этого огромного числа практический выход получают всего примерно 10 ... 15новых пестицидов.
Пестициды различаются по объектам применения:
ü акарициды - для борьбы с растительноядными клещами;
ü альгициды - для уничтожения водорослей и другой сорной растительности в водоемах;
ü антигельминты - для борьбы с паразитическими червями у животных;
ü антирезистенты - специальные добавки, снижающие устойчивость насекомых к отдельным веществам;
ü антисептики - для предохранения деревянных и других неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами;
ü арборициды - для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности;
ü аттрактанты - для привлечения насекомых;
ü афициды - для борьбы с тлями;
ü бактерициды - для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений;
ü гаметоциды - вещества, вызывающие стерильность культурных растений и сорняков;
ü гербициды - для борьбы с сорными растениями;
ü десиканты - для предуборочного подсушивания растений;
ü дефолианты - для удаления листьев;
ü зооциды или ротентициды - для борьбы с грызунами;
ü инсектициды- для борьбы с вредными насекомыми;
ü инсектоакарициды - для борьбы одновременно с вредными насекомыми и клещами;
ü ларвициды - для уничтожения личинок и гусениц насекомых;
ü лимациды или моллюскоциды - для борьбы с различными моллюсками, в том числе с брюхоногими;
ü нематициды - для борьбы с круглыми червями (нематодами)
ü овициды - для уничтожения яиц вредных насекомых и клещей
ü протравители семян - для предпосевной обработки семян,
ü регуляторы роста растений - вещества, влияющие на рост и развитие растений;
ü репелленты - для отпугивания вредных насекомых;
ü ретарданты - для торможения роста растений;
ü синергисты - добавки, вызывающие усиление действия пестицидов;
ü феромоны - вещества, продуцируемые насекомыми для воздействия на особей другого пола;
ü фумиганты - вещества, применяемые в паро- или газообразном состоянии для уничтожения вредителей и возбудителей болезней растений;
ü фунгициды - для борьбы с грибными болезнями растений и различными грибами;
ü хемостерилизатрры - для химической половой стерилизации насекомых.
Классификация по объектам применения в известной степени условна, так как многие пестициды обладают универсальностью действия и поражают как насекомых, так и личинок и клещей, а некоторые гербициды при увеличении доз могут уничтожать древесно-кустарниковую растительность.
Во всем мире в среднем за год применяется около 3,2 млн т гербицидов, фунгицидов и инсектицидов (в среднем по 0,5 кг на одного жителя планеты). В настоящее время в мире в качестве пестицидов используются около 900 активных соединений, входящих в состав 60 тыс. препаратов. Ими обрабатывается более 4 млрд га земли. Подсчитано, что если в США прекратить применение пестицидов, то для сохранения урожая на современном уровне потребуется дополнительно распахать 52 млн га и стоимость продукции растениеводства возрастет на 50 ... 70%.
Инсектициды представлены, главным образом, хлорорганическими и фосфорорганическими соединениями, карбаматами и синтетическими пиретроидами. Из группы хлорированных углеводородов наиболее широкое применение получили ддт, ГХЦГ, альдрин и др. отличающиеся исключительно широким спектром действия, высокой активностью и дешевизной производства.
Только в 1970 г. производство ДДТ составило 100 ... 150 тыс. т действующего вещества, а за 20 лет (1950-1970 гг.) во всем мире использовано 4,5 млн т препарата.
Инсектициды по способности характеру и. механизму действия делятся на контактные, кишечные, системные и фумиганты.
Фунгициды делятся на неорганические и органические, а по характеру действия на возбудителей болезней и способу проникновения в растения подразделяются на два типа: защитные и лечащие.
Гербициды составляют большую часть средств защиты растений в Европе (55 ... 70%). В США гербицидами обрабатывается 80 ... 90% посевных площадей. Они относятся к органическим соединениям различных классов и подразделяются на препараты тотального и селективного (избирательного) действия.
Перечень неблагоприятных последствий широкого применения пестицидов, велик - загрязнение воды, почвы, продуктов питания хронические заболевания и острые отравления, врожденные аномалии развития, детская смертность и т.д.
(28?)Применение химических средств защиты растений ставит три основные проблемы:
Первая из них связана с тем, что определенные пестициды, например ДДТ и ртутьорганические соединения, имеют тенденцию накапливаться в живых организмах. В некоторых случаях пестициды не только накапливаются в организме в количестве большем, чем в окружающей среде, но их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевым цепям. Это явление называют эффектом биологического усиления.
ДДТ служит примером биологически усиливающегося пестицида. Когда в организм животного попадает ДДТ с водой, с остатками уже обработанных растений или насекомыми, которые. питались такими растениями, он концентрируется в жировых тканях, так как ДДТ растворим в жирах. Из жировых тканей ДДТ выводится очень медленно
Организмы, находящиеся на вершинах пищевых цепей (например, человек или хищные птицы), поедают пищу, в которой ДДТ содержится в значительно более высоких концентрациях, чем обычно в окружающей среде. Одним из последствий накопления ДДТ в организме птиц является то, что они откладывают яйца со значительно более тонкой скорлупой. Тонкая скорлупа легко разбивается и не может защитить развивающегося в яйце птенца. ДДТ широко мигрирует по земному шару. Заметные количества ддт обнаружены даже в моллюсках, рыбах, птицах и тюленях Северного и Балтийского морей, а также в антарктических рыбах, птицах и ластоногих. Пингвины Антарктиды, например, содержат в своем теле ДДТ в концентрации 0,024 мг/кг.
Накопление ДДТ в фитопланктоне мирового океана уже при нескольких мкг/л из-за ничтожно низкой растворимости его в воде в, значительной степени ингибирует процесс фотосинтеза. При широком использовании этого пестицида последствия этого явления могут стать непредсказуемыми, так как фитопланктон про изводит около 70% земного кислорода.
Взрослый житель ФРГ в среднем содержит в своем организме 4 мг ДДТ на 1 кг жира, житель США - примерно в 2,5 раза больше, накапливаясь прежде всего в жировой ткани органов, где присутствуют жироподобные (липидные) вещества, то есть в печени, сердце, нервной системе и клетках мозга.
Вторая проблема связана с продолжительностью сохранения пестицидов в почве или на культурных растениях после обработки. Хлорированные углеводороды, такие, как ДДТ, и пестициды, содержащие мышьяк, свинец или ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона под действием солнца, экзоферментов или микроорганизмов.
Период полужизни у ДДТ, например, может продолжаться до 20 лет. За этот период только половина первоначально использованного ДДТ разложится до простых соединений. Устойчивость ддт способствовала его накоплению в пищевых цепях, что оказывало губительное действие на их концевые звенья. Когда в США концентрация ддт в молоке кормящих матерей в результате передачи этого вещества через пищевые цепи достигла уровня в 4 раза выше предельно допустимого, применение ДДТ было запрещено. Далее ДДТ был запрещен в Новой Зеландии, СССР, Венгрии, Швеции, Дании, Финляндии и в других странах. Правда, не всегда запреты были полными и неограниченными. Например, в СССР вначале не могли отказаться от использования ДДТ в борьбе с клещами - переносчиками таежного энцефалита, так как не было другого подходящего акарицида. Позже ВОЗ разрешила применение ДДТ в беднейших развивающихся странах для борьбы с переносчиками болезней - малярийными комарами и мухами. До сих пор ДДТ используют в Австралии для опрыскивания садов.
Пестицидная нагрузка на человека в разных странах различна в зависимости от ассортимента потребляемых продуктов, принятой системы защиты растений и регламентирования остаточного содержания пестицидов в пищевых продуктах. Допустимые остатки пестицидов в продуктах - это официальноё разрешенное безвредное количество остатков пестицидов в пище (вмг/кг) того или иного продукта. Все приемы хранения, переработки и приготоаления продуктов, как правило, способствуют уменьшению остатков пестицидов в пище. В России утверждены гигиенические нормы максимально допустимых уровней пестицидов в продуктах питания.
Пocтyпление с пищей предельно допустимых остаточных количеств пестицидов, как правило, не приводит к острым отравлениям. Оно проявляет себя pacтянутым во времени хроническим действием со слaбoaвыражениoй этиолorиeй, либо практически никак себя не проявляет. Непосредственный контакт с пecтицидными препаратами, потребление продукции с высоким их содержанием могут стать причиной острых отравлений и даже гибели людей.
По данным ООН, ежегодно почти у 1 млн человек регистрируют отравления пестицидами, применяемыми при обработке сельскохозяйственных культур, из них около 40 тыс. человек погибают.
При этом следует отметить, что число острых отравлений вызванных пестицидами, как правило, не превышает 10% общего числа острых отравлений. В Нидерландах, например, применяли 413 химических средств защиты растений, содержащих 221 действующее вещество. Доля вызванных ими острых отравлений составила 10,7%. В Австрии этот показатель был равен 4%. в CШA - 5,3% в СССР-6,7%.
Таким образом, пестициды, казалось бы, нельзя отнести к химическим средствам, представляющим ощутимую реальную опасность в повседневной жизни человека. В то же время существует опасность косвенного влияния пестицидов на здоровье человека и его наследственный аппарат. Таким образом токсиколого-гигиенические проблемы, с которыми сталкивается человек при применении пестицидов, носят хронический характер.
Попавшее в организм постороннее вещество становится физиологически активным в том случае, когда оно предварительно соединяется с рецептором. В качестве рецептора могут служить белки клеточных мембран, ферменты и другие белки, например тубулин, актин и миозин, способные встраиваться в биологические процессы. Механизм расщепления пестицидов в организме во многих случаях остается неустановленным. Основные данные относятся к накоплению препаратов в жировых клетках и материнском молоке.
Инсектициды на основе хлорорганических соединений проникают в организм человека через пищеварительный тракт или кожу. Располагаясь в мембранах нервных клеток, они изменяют их способность к возбудимости. Алкилфосфаты являются сильными ингибиторами ацетилхолинэстеразы. Снижение активности этого фермента приводит к накоплению ацетилхолина, что вызывает отек легких, колики, понос, тошноту, ухудшение зрения увеличение артериального давления, мышечные спазмы и судороги. 2,4-Дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д) и 2,4,5-трихлорфеноксиуксусная кислота (2,4,5- Т) обладают исключительной устойчивостью, поэтому их систематический контроль в пищевой продукции обязателен.
Третья проблема -это способность вредителей становиться устойчивыми к пестицидам: пестициды перестают их убивать. Устойчивость организма к пестициду. или резистентность, - это биологическое свойство организма сопротивляться отравляющему действию пестицида, способность выживать и размножаться в присутствии химического вещества, которое раньше подавляло это развитие. При многократном воздействии пестицидов подавляются нормальные чувствительные формы популяции и выживают резистентные формы, которые получают преимущество становятся доминирующей частью популяций
Все это приводит к необходимости увеличения кратности химических обработок, повышению концентрации применяемых пестицидов, что, в свою очередь, приводит к увеличению остаточных их количеств в продуктах питания.
Кроме того, развитие устойчивости у насекомых поставило под угрозу успешное использование пестицидов для борьбы с насекомыми переносчиками заболеваний. Например, комары стали невосприимчивы сначала к ДДТ, а потом к пропоксуру, который заменил ДДТ. Сейчас снова наблюдается рост числа заболеваний малярией.
С четвертой проблеммой столкнулись сравнительно недавно. Пестициды основное влияние оказывают на живую фазу почвы. Было установлено, что почвенные микроорганизмы адаптируются к пестицидам и начинают разрушать или использовать их, или угнетаются и погибают. Выпадение отдельных таксономических групп микробиоценоза характеризует направленность действия химических соединений. Из трех основных типов средств защиты растений влияние фунгицидов является максимальным, а гербицидов - минимальным. Гербициды способны оказывать побочное действие на культуру, подавляя или активизируя развитие болезней растений
В peзультате пестициды становятся неэффективными в борьбе с вредными организмами, а их все увеличивающееся количество включается в пищевые цепи и сети.
Альтернативу использованию пестицидов представляет экологизированная система защиты от болезней, вредителей и сорняков включающая биологические методы борьбы.