токсичность кормов

Послал Елена Черемных 17 апреля 2000 09:27:47

Биологический метод определения токсичности пищевых и кормовых
продуктов, фармпрепаратов, препаратов пищевой химии и его приборная реализация –прибор БИОЛА.

Иванова Е.Г.

1. Оценка безвредности с помощью биотоксикологических испытаний.
Безвредность - один из самых важных аспектов качества продуктов питания челове-ка и животных, а также пищевых компонентов и добавок. Задача адекватной оценки степе-ни опасности пищи в массовых масштабах сегодня уже поставлена - от эффективности ее решения зависит здоровье нации, и возможно, выживание.
Объективно оценить пищевые продукты, являющиеся сложными природными объ-ектами, с помощью аналитических методов в повседневной практике невозможно. Такое определение отдельных ядов при общей оценке токсичности в продукте сравнимо с изме-рением линейкой земного шара по трем осям координат: определяя расстояния, делать это придется так долго, что к концу измерения надобность в нем уже отпадет, при этом вряд ли можно получить общую картину геометрии Земли.
Исходя из системных правил, оценить сложную систему может только система, имеющая более высокий уровень сложности. Впрочем, существует еще один подход к оценке качества пищи – биологическое моделирование, если такое моделирование приме-няется для оценки безвредности, то более уместен термин биотоксикологическое испыта-ние или биотест.
Основной проблемой таких испытаний различных веществ и продуктов, поступающих в организм человека, является проблема адекватности биологической модели. В классиче-ской токсикологии используются различные виды высших животных, но и такие модели то-же являются приближенными к моделируемому организму. Например, для получения ре-альной оценки действия новых фармпрепаратов после всех биологических испытаний на животных производятся обязательные клинические испытания, т.е. для получения таких характеристик, как эффективность лекарственного препарата и его токсичность, новые ле-карства испытывают на людях.
Что же касается препаратов нелекарственного назначения, таких как, например, консер-ванты или красители, в той или иной степени поступающих в организм человека, токсич-ность их определяется только по биоиспытаниям на животных. Но для прогнозирования действия тех или иных веществ на человека таких данных недостаточно, т.к. нет формали-зованного описания степени приближения организмов подопытных животных к организму человека. Вполне возможно, что определение этой степени приближения, задача даже не завтрашнего дня.
Существует огромное количество несравниваемых данных биотоксикологических ис-пытаний, систематизация которых, возможно, прояснит пути развития теории таких испыта-ний, но сейчас уже понятно и то, что для повышения достоверности биомоделирования необходимо увеличивать видовое разнообразие организмов и количество опытов в сериях испытаний. Это может быть достигнуто с помощью методов биоиспытаний на низших орга-низмах и культурах клеток – в этом случае использование высших животных возможно, если не исключить, то свести к минимуму.
При этом целесообразно проводить испытания в несколько этапов, начиная с самого быстрого и технологичного, заканчивая наиболее трудоемким и длительным. Каждый сле-дующий этап оценки должен повышать информативность и точность такой оценки. Для раз-ных целей количество таких этапов может быть разное. При массовой оценке пищи можно ограничиваться одним этапом – быстрым, технологичным и достоверным биологическим методом.
2.Биологические методы с использованием клеток.
Живые организмы, принадлежащие различным иерархическим уровням в системе классификации всего живого на Земле, по-разному реагируют на токсичные вещества, но всех их объединяет одно гениальное изобретение Природы: единица жизни в каждом орга-низме – клетка. Известно также, что все качественные реакции при воздействии тех или иных токсикантов начинаются на клеточном уровне.
Культуры клеток тканей человека и животных, применяемых в качестве тестов при биоиспытаниях, дают результат, имеющий высокую достоверность и сопоставимость с реакцией целого организма, но в силу высокой сложности и трудоемкости таких методов применять эти тесты для массовой оценки пока затруднительно. Поэтому для такой оценки целесообразно применять биотесты на простейших.
Среди простейших организмов на роль спасителей человека от созданной им самим беды – загрязнения среды обитания – имеются два претендента: бактерии и инфузории.
Бактерии – прокариотные организмы, отстоящие от человека в эволюционном ряду дальше, чем эукариоты – инфузории, хороши там, где легко найти регулярный эталон, на-пример при оценке воды. Регулярный эталон – постоянно присутствующий при анализах чистый образец, реакцию на который принимают за точку отсчета при исследовании неиз-вестного образца.
При использовании инфузорий иметь такой образец необязательно, достаточно один раз найти норму реакции данного вида инфузорий на данный вид продукта и стабилизиро-вать факторы, влияющие на достоверность анализа. Подтверждением этому служит ус-пешное внедрение метода на инфузориях Stylonichia mytilus оценки токсичности зернофу-ража и комбикормов в сельскохозяйственном производстве. В производственных лаборато-риях более чем 400 сельскохозяйственных предприятий оперативно определяют общую токсичность по данной методике.
Методика биологических испытаний с помощью данного вида инфузорий по ГОСТ 13496.7-97 «Зернофураж и комбикорма на его основе. Методы оценки токсичности.» осно-вана на двукратном подсчете живых инфузорий – до введения пробы и через 1 час после введения и регламентирует культивирование, подготовку проб и проведение испытаний. При этом в качестве тест-реакции используется лизис или разрушение погибших организ-мов. Культивирование инфузорий осуществляется в чашках Петри, а подсчет их во время анализа – визуально под микроскопом. Метод разработан к.б.н. Гроздовым А.О. в 1991году.
3.Автоматизация биотеста на инфузориях.
С целью увеличения производительности и технологичности данный метод имеет реализацию в виде прибора БИОЛА. В этом приборе процессы культивирования тест-объектов и проведения анализов на токсичность автоматизированы.
Подготовка проб в общем виде представляет собой измельчение, экстракцию, разве-дение и осуществляется для различных продуктов по-разному.
Все остальные действия производятся автоматически под управлением программы Био98, имеющую интуитивно-прозрачный интерфейс, гибкую систему настройки и возмож-ность управления прибором с разной степенью автоматизации.
Прибор является открытой программно-аппаратной системой, позволяющей приме-нять различные алгоритмы проведения биотоксикологических анализов разнообразных ве-ществ и продуктов, а также легко интегрирующейся с иными лабораторными приборами.
Прибор БИОЛА состоит из:
- компьютера с процессором не менее P-166, видеограббером и вторым портом (LPT2);
- блока минибиологической лаборатории (БМЛ), функциями которой являются авто-матическое культивирование инфузорий и проведение анализов;
- блока электрического согласования (БЭС) управляющих сигналов компьютера и исполнительных устройств БМЛ.
БМЛ представляет собой блок из пластика размерами 700*500*300 с нагревателем и термореле, с системой сосудов для культивирования инфузорий, клапанов для автома-тической смены среды культивационоим сосуде и устройства для подсчета инфузорий при анализах.
Степень токсичности пробы оценивается на основе сравнения 2х и более подсчетов живых организмов в лунках планшетки. Планшетка представляет собой колесо из оргстекла с 16 лунками. Одновременно на одной планшетке можно разместить 5 проб. Каждая проба повторяется в 3х лунках (рабочий режим) или в заданном количестве лунок (исследова-тельский режим).
Подсчет живых объектов в системе осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом:
- двукратный покадровый ввод изображения лунки с инфузориями в оперативную память компьютера,
- операция вычитания двух кадров,
- распознавание объектов по заданной величине площади.
Далее эти операции повторяются для всех заданных лунок, позиционирование по объектив оптической системы осуществляется автоматически.
4.Возможности применения метода и прибора.
Для оценки возможностей применения данного прибора в пищевой отрасли прове-дены исследования по разработке методик оценки зерновых пищевых продуктов, колбас, спиртов.
Для зерна и зерновых продуктов методика подготовки проб такая же, как для зер-нофуража: размельчение в лабораторной мельнице, экстракция ацетоном, разведение во-дой.
Для колбасы – размельчение в гомогенизаторе, экстракция спирто-ацетоновой сме-сью и разведение до 2% по ацетону.
При идентификации технического и пищевого этиловых спиртов – разведение водой, метилового спирта – выдержка исследуемого образца в емкости с раскаленной медной проволокой и разведение водой.
С помощью БИОЛЫ проводятся исследования вновь синтезируемых дезинфектан-тов в темпе их создания. Цель этих исследований – выявление наиболее эффективных препаратов, обладающих максимальной избирательной токсичностью. Оперативная ин-формация о степени токсичности таких препаратов позволила оптимизировать научный поиск в данном направлении.
Были исследованы некоторые консерванты, традиционные и вновь применяемые, что может служить основанием для применения данного метода и прибора при анализе продуктов питания на превышение содержания консервирующих веществ и других добавок.
Проведение большого числа биотоксикологических испытаний при наличии ограни-ченных рабочих сил оказалось возможным благодаря высокому уровню автоматизации данного биологического метода, и его возможное применение не ограничивается приве-денными примерами.
Начата опытная эксплуатация прибора БИОЛА на трех предприятиях: ГИЦАС «Мос-ковский», Вологодский комбинат хлебопродуктов, ООО «ПРОВИМИ».
Данная разработка защищена патентом №2122025 и двумя заявками на изобрете-ние.