Chemiczne

zanieczyszczenia żywności

i metody ich oznaczania – cz. I

Streszczenie
Bezpieczeństwo i jakość żywności wzbudzają szczególne zainteresowa-
nie konsumentów. Obecność zanieczyszczeń chemicznych w żywności
jest jednym z podstawowych kryteriów oceny bezpieczeństwa produk-
tów żywnościowych. Substancjami specjalnie szkodliwymi dla ludzi są:
metale ciężkie, pozostałości pestycydów, wielopierścieniowe węglowo-
dory aromatyczne, polichlorowane bifenyle, dioksyny oraz mykotoksyny.
Dostają się one do żywności ze środowiska naturalnego oraz podczas
procesów technologicznych. Z tego względu istnieje konieczność ciągłe-
go monitorowania poziomu zanieczyszczeń chemicznych w surowcach
i produktach żywnościowych. Wymaga to posiadania odpowiednich
metod analitycznych oraz uregulowań prawnych.

Summary
Food safety and quality arouse interest of consumers. Presence
of chemical contaminants in food products is one of basic criteria
during food safety evaluation. Substances especially detrimental
for human are: heavy metals, pesticides, polycyclic aromatic
hydrocarbons, polychlorinated biphenyls, dioxins and mycoto-
xins. They get to the food from natural environment and during
technological processes. For that reason exists the necessity of
continuous monitoring of the level of chemical contaminants in
raw materials and food products. These actions require suitable
analytical methods as well as legal settlements.

Słowa kluczowe
żywność, zanieczyszczenia chemiczne, metody analityczne

Key words
food, chemical contaminants, analytical methods

Bezpieczeństwo i jakość zdrowotna żywności wzbudzają obecnie szero-
kie zainteresowanie konsumentów. Obok czystości mikrobiologicznej
zawartość zanieczyszczeń chemicznych stanowi kryterium bezpieczeń-
stwa zdrowotnego produktów spożywczych. Podstawowym aktem praw-
nym określającym wymagania i procedury niezbędne dla zapewnienia
bezpieczeństwa żywności i żywienia jest Ustawa o bezpieczeństwie
żywności i żywienia z dn. 25.08.2006 r. (Dz.U. nr 171, poz. 1225).
Substancjami toksycznymi dla organizmu człowieka, a obecnymi
w żywności, mogą być:
– składniki naturalne, które są produktami metabolizmu surowców

roślinnych i zwierzęcych,

– substancje wchłonięte ze środowiska przez organizmy roślinne i zwie-

rzęce,

– pozostałości nawozów mineralnych i preparatów stosowanych do

ochrony roślin,

– związki stosowane w hodowli i lecznictwie zwierząt oraz w produkcji

pasz,

– substancje wprowadzone do produktów żywnościowych wskutek

procesów technologicznych,

– substancje migrujące z urządzeń, sprzętu, naczyń i opakowań,
– substancje wytworzone w żywności wskutek działania drobnoustrojów

i innych składników.
W żywności kumulują się wszystkie te związki, które znajdują się

w powietrzu atmosferycznym, glebie i wodzie. Przyczyny ekologicznego
skażenia żywności można podzielić na dwie grupy:
– działalność człowieka: postęp cywilizacyjny, awarie przemysłowe,

katastrofy elektrowni atomowych i tankowców, zmniejszenie areału
powierzchni lasów, stosowanie środków chemicznych w produkcji

żywności, spalanie odpadów przemysłowych i komunalnych, moto-
ryzacja,

– zjawiska naturalne występujące w przyrodzie: wybuchy wulkanów,

emisja do środowiska nuklidów oraz innych toksycznych związków
ze złóż naturalnych oraz z kosmosu.
Zanieczyszczenia chemiczne obecne w żywności można podzielić na

dwie grupy:
– powszechnie występujące w środowisku: metale ciężkie, pozostałości

pestycydów, dioksyny, polichlorowane bifenyle, wielopierścieniowe
węglowodory aromatyczne,

– substancje, których obecność w żywności jest możliwa do uniknięcia

lub zminimalizowania do akceptowalnego poziomu w wyniku sto-
sowania systemów zapewniających bezpieczeństwo żywności (GMP,
GHP, HACCP): środki lecznicze, środki ochrony roślin, techniczne
środki pomocnicze i konserwujące, substancje powstające w wyniku
niewłaściwego przechowywania żywności (np. mikotoksyny) czy sto-
sowanych technologii przetwórczych (np. WWA).
Szczególnie szkodliwe dla zdrowia człowieka są: metale ciężkie, pe-

stycydy, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, polichlorowane
bifenyle, dioksyny oraz mikotoksyny.

Metale ciężkie

Pierwiastki śladowe występują w sposób naturalny w środowisku człowie-
ka. Niektóre z nich w odpowiednio małych stężeniach, jako tzw. mikro-
elementy, są niezbędne dla prawidłowego rozwoju organizmu człowieka,
ponieważ katalizują wiele reakcji biochemicznych. Pozytywnego działania
na organizm człowieka nie stwierdzono w przypadku takich pierwiastków
jak rtęć, ołów i kadm. Przy wyższych (ponadnaturalnych) stężeniach

dr inż. Lesław Juszczak

Katedra Analizy i Oceny Jakości Żywności
Akademia Rolnicza w Krakowie

laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

3

/2008

38

niebezpieczne mogą być także związki arsenu, chromu, kobaltu, miedzi,
niklu, molibdenu i cynku. W wyniku znacznego uprzemysłowienia i urba-
nizacji zwiększyła się możliwość występowania nadmiaru metali ciężkich
w środowisku naturalnym człowieka. Głównymi źródłami zanieczyszczeń
środowiska są: procesy spalania paliw, transport, składowanie i spalanie
odpadów oraz różne gałęzie przemysłu. Metale ciężkie mogą przedostawać
się do gleby również ze środków ochrony roślin i nawozów. Chociaż
w ostatnim dwudziestoleciu obserwuje się w Polsce tendencję spadkową
dotyczącą emisji metali ciężkich, skażenie gleby tymi pierwiastkami jest
procesem trudno odwracalnym.

Do żywności metale ciężkie przenikają głównie z powietrza atmosfe-

rycznego, gleby i wody. Źródłem skażenia żywności metalami ciężkimi
mogą być także procesy technologiczne. Zanieczyszczenia mogą pocho-
dzić ze środków pomocniczych stosowanych przy produkcji żywności,
aparatury, naczyń i opakowań.

Zasadniczym aktem UE ustalającym maksymalne dopuszczalne pozio-

my dla niektórych zanieczyszczeń w środkach spożywczych jest Rozporzą-
dzenie Komisji (WE) nr 1881/2006 z dnia 19.12.2006 r. (tab. 1, str. 40).
W przypadku rtęci rozporządzenie to podaje jedynie maksymalne
poziomy zanieczyszczeń dla produktów rybołówstwa i niektórych gatun-
ków ryb (0,5-1,0 mg/kg). Rozporządzenie podaje również dopuszczalne
poziomy zanieczyszczeń cyną nieorganiczna, której zawartość w żywności
pakowanej w puszki nie może przekraczać 50-200 mg/kg.

Spośród metali największe zagrożenie dla zdrowia człowieka stwa-

rzają kadm, ołów oraz rtęć. Ich wspólnymi cechami są zdolność do
kumulacji w organizmie ludzkim, długi okres biologicznego półtrwa-
nia i związana z tym toksyczność chroniczna. Zatrucia ostre metalami
ciężkimi zdarzają się bardzo rzadko – tylko w przypadku przyjęcia ich
w dużych dawkach. Pobieranie metali ciężkich prowadzi do zaburzeń
przewlekłych. Do podstawowych negatywnych oddziaływań metali
ciężkich należą: zmiany w syntezie białek, zaburzenia wytwarzania
ATP, uszkodzenia błon i organelli komórkowych (mitochondriów,
lizosomów, jąder), reakcje z grupami sulfhydrylowymi, karboksylowy-
mi i fosforanowymi ligandów biologicznych, uszkodzenia w układzie
pokarmowym, oddechowym, nerwowym, krążenia, krwiotwórczym
i wydalniczym, w przypadku niektórych działanie rakotwórcze. Głów-
nymi miejscami kumulacji metali ciężkich są: kości, mózg, gruczoł
krokowy, wątroba, nerki i mięśnie.

Szacuje się, że około 80-90% całkowitego pobrania metali ciężkich

do organizmu następuje z żywnością, natomiast reszta – poprzez układ
oddechowy. Poziom pobrania metali ciężkich przez organizm człowieka
z racji pokarmowych zależy nie tylko od zawartości tych zanieczyszczeń
w surowcach i środkach spożywczych. Odpowiednie postępowanie z su-
rowcem roślinnym przed jego spożyciem lub dalszym przetwarzaniem (sta-
ranne mycie i czyszczenie) w znacznym stopniu może obniżyć zawartość
metali ciężkich. Wykazano również, że takie operacje technologiczne, jak
blanszowanie i gotowanie, istotnie redukują poziom zanieczyszczenia żyw-
ności metalami ciężkimi. Ponadto o przyswajaniu metali ciężkich przez
organizm człowieka decydują również czynniki związane ze sposobem
żywienia. Składnikami, które redukują toksyczność metali ciężkich, są:
białka, błonnik pokarmowy, witaminy C, D i E, tiamina oraz niektóre
składniki mineralne.

Według zaleceń Europejskiego Komitetu Ekspertów FAO/WHO

ds. Żywności istotną jest wielkość pobrania metali ciężkich z pożywie-
niem w określonym przedziale czasowym. Doprowadziło to do ustalenia
norm tygodniowego pobrania metali z żywnością przez człowieka (PWTI
– provisional tolerance weekly intake) (tab. 2, str. 40).

Najwięcej metali ciężkich w całodziennej diecie dostarcza żywność

pochodzenia roślinnego. Warzywa, ze względu na stały kontakt z glebą,

potrafią w znacznym stopniu kumulować metale ciężkie. Kumulacja metali
toksycznych pobieranych przez rośliny z gleby zależy od jej temperatury,
odczynu, pojemności wodnej, potencjału oksydoredukcyjnego, obecności
związków kompleksujących i drobnoustrojów, jak również stopnia wysy-
cenia środowiska glebowego tymi pierwiastkami oraz ich biodostępności.
W warunkach dużej emisji rośliny mogą pobierać metale ciężkie z powie-
trza przez blaszki liściowe. Znaczącym źródłem kadmu i ołowiu w diecie
człowieka są ziemniaki, ze względu na ich duże spożycie.

Pomimo obserwowanego spadku stopnia zanieczyszczenia środowiska

naturalnego metalami ciężkimi ich poziomy muszą być stale monitorowa-
ne. Szczególnie dotyczy to produkcji żywności, z którą dostarczana jest
większość metali toksycznych. Gwałtowny rozwój technik analitycznych
pozwolił w znaczny sposób na poprawę precyzji, dokładności oraz
czułości metod stosowanych w analizie pierwiastków. Procedury anali-
tyczne wykorzystujące głównie barwne reakcje i pomiar kolorymetryczny
(spektrofotometryczny), jak np. reakcja ołowiu z ditizonem czy arsenu
z dietyloditiokarbaminianem srebra w obecności urotropiny, nie mają już
praktycznego znaczenia w nowoczesnym laboratorium analizy żywności.
Obecnie najbardziej rozpowszechnioną metodą w analizie metali (w tym
ciężkich) jest absorpcyjna spektrometria atomowa. Metodę tą zalecają
polskie normy dla artykułów żywnościowych (PN-EN 14082; 14083;
14084:2004; 14332:2006), skrobi i produktów pochodnych (PN-EN ISO
11212-1 do 4:2001/2002), a także olejów i tłuszczów roślinnych oraz zwie-
rzęcych (PN-EN ISO 12193:2005). Absorpcyjna spektrometria atomowa
(AAS) jest metodą analityczną, która opiera się na zjawisku absorpcji
promieniowania elektromagnetycznego przez wolne atomy, powstające
w trakcie termicznego wzbudzenia, podczas której większość substancji
ulega dysocjacji. Metoda ta pozwala na oznaczenie około 70 pierwiastków,

39

laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

3

/2008

39

pomiarowej. Granice wykrywalności rtęci tą metodą kształtują się na
poziomie μg/dm

3

, a przy zastosowaniu koncentratora – nawet ng/dm

3

.

Procedurę oznaczania zawartości rtęci tą metodą podaje norma PN-EN
13806:2003. Producenci nowoczesnych spektrometrów AAS oferują
ponadto szeroką gamę rozwiązań, które z jednej strony mają na celu
obniżenie granicy wykrywalności (pułapka atomów, koncentrator rtęci),
z drugiej natomiast – usprawnienie procesu analitycznego (autosam-
plery, systemy do rozcieńczania próbek i dozowania modyfikatorów,
wielopozycyjne zmieniacze lamp, systemy szybkiej sekwencji). Jak każda
metoda analityczna, spektrometria AAS nie jest całkowicie wolna od
interferencji, których istota i sposoby eliminacji wydają się dobrze po-
znane i opisane w literaturze fachowej. Istotne są również zagadnienia
związane z metodami pobierania i przygotowania próbek do analiz.
Sposób pobierania próbek i metody analiz do celów urzędowej kontroli
poziomów ołowiu, kadmu, rtęci i cyny nieorganicznej reguluje Rozpo-
rządzenie Komisji (WE) nr 333/2007 z dnia 28.03.2007 r. Wytyczne
dotyczące kryteriów sprawności, zasad ogólnych i przygotowania próbek
określa norma PN-EN 13804:2003.

Inną metodą instrumentalną stosowaną w analizie pierwiastków jest

emisyjna spektrometria atomowa (AES). Najprostszą techniką w tym
obszarze jest płomieniowa emisyjna spektrometria atomowa (F-AES),
nazywana częściej fotometrią płomieniową. Pomiary tą metodą oparte są
na interpretacji widm emisyjnych wysyłanych przez wzbudzone atomy. Ma
ona jednak ograniczone zastosowanie, gdyż może być używana jedynie
w analizie pierwiastków o niskim potencjale wzbudzenia. Procedury
dotyczące oznaczania pierwiastków śladowych, w tym metali ciężkich,
w olejach i tłuszczach z zastosowaniem atomowej spektrometrii emisyjnej
podają normy PN-A-86939-1 do 7:1998/1999. Dalszy rozwój tej techniki
nastąpił wraz z wprowadzeniem plazmowych źródeł wzbudzenia. Wśród
nich największe zastosowanie znalazła metoda z indukcyjnie sprzężoną
plazmą (ICP), co doprowadziło do powstania atomowej spektrometrii
emisyjnej z indukcyjnie generowaną plazmą (ICP-AES). Zastosowanie
tej techniki pozwala na istotną eliminację interferencji chemicznych.
Charakteryzuje się ona dużą czułością oznaczeń, która jest porówny-
walna do czułości AAS. Pomiary tą metodą pozwalają na prowadzenie
wielopierwiastkowej analizy składu próbki, co znacznie przyczynia się
do skrócenia czasu analiz.

Obok AAS i AES znana jest również atomowa spektrometria fluore-

scencyjna (AFS), która pozwala prowadzić analizę wielopierwiastkową.
Jednak brak efektywnych źródeł wzbudzenia ograniczył zastosowanie i roz-
wój tej techniki. Daje ona natomiast dobre efekty w analizie pierwiastków
tworzących lotne wodorki oraz rtęci techniką zimnych par (CV-AFS).

Nowatorską metodą w analizie pierwiastków jest spektrometria mas

z plazmą wzbudzoną indukcyjnie (ICP-MS). Należy ona do grupy
technik sprzężonych, w których plazma generowana indukcyjnie jest
efektywnym źródłem jonów, ulegających rozdzieleniu w spektrometrze
masowym według ładunku i masy. Procedury oznaczania pierwiastków
z wykorzystaniem tej techniki podczas analizy wody podają normy PN-
-EN ISO 17294-1:2007 i 17294-2:2006. Pod względem czułości i wartości
granicy wykrywalności metoda ICP-MS dorównuje technice GF-AAS,
umożliwiając jednocześnie analizę wielopierwiastkową, tak jak w metodzie
ICP-AES. Kolejny rozwój techniki ICP-MS wiąże się z zastosowaniem
analizatora mas rozdzielającego jony w oparciu o wykorzystanie różnic
w czasie ich przelotu przez określony odcinek w warunkach wysokiej
próżni (ICP-TOF-MS). W urządzeniu tym doprowadzone do jednakowej
energii kinetycznej jony docierają do detektora w czasie zależnym od ich
masy, co w znacznym stopniu ułatwia ich detekcję.

Ponieważ pierwiastki w środowisku, w tym także w środkach spożyw-

czych, mogą występować w różnych postaciach, oznaczenie ich całkowitej

Środek spożywczy

Pb (mg/kg)

Cd (mg/kg)

mleko

0,02

–

preparaty dla niemowląt

0,02

–

mięso

0,1

0,05 (konina 0,2)

podroby

0,5

0,5-1,0

ryby

0,3

0,05-1,0

skorupiaki

0,5

0,5

małże

1,5

1,0

zboża

0,2

0,1-0,2

warzywa

0,1-0,3

0,05-0,2

owoce

0,1-0,2

0,05

tłuszcze i oleje

0,1

–

soki owocowe, koncentraty

0,05

–

wina

0,2

–

Pb

Hg

Cd

As

Cu

Zn

Sn

PTWI (mg/kg

masy ciała)

0,025

0,005

0,007

0,025

0,05-0,5

1,0

14,0

Środek spożywczy

Suma dioksyn

PCDD/F-TEQ

(pg/g tłuszczu)

Suma dioksyn

i PCB PCDD/

F-PCB-TEQ

(pg/g tłuszczu)

mięso i produkty mięsne:

wołowina i jagnięcina

drób

wieprzowina

3,0
2,0
1,0

4,5
4,0
1,5

wątroba

6,0

12,0

ryby

4,0

8,0

węgorz

4,0

12,0

mleko i produkty mleczne

3,0

6,0

jaja kurze i wyroby z jaj

3,0

6,0

mieszane tłuszcze zwierzęce

2,0

3,0

oleje i tłuszcze roślinne

0,75

1,5

oleje ze zwierząt morskich

2,0

10,0

Tabela 1. Maksymalne dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń Pb i Cd w wy-
branych środkach spożywczych

Tabela 3. Maksymalne dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń środków spożyw-
czych dioksynami i polichlorowanymi bifenylami

Tabela 2. Normy tygodniowego pobrania metali z żywnością przez człowieka

w tym metali ciężkich. W nowoczesnych spektrometrach AAS możliwe
jest stosowanie różnych atomizerów. Niektórzy producenci proponują
również spektrometry dwukomorowe, w których montuje się dwa rodzaje
atomizerów. Najstarszą techniką atomizacji jest atomizacja w płomieniu
palnika (F-AAS). Stosowanie tego typu atomizacji pozwala na prowadzenie
rutynowych oznaczeń większości pierwiastków na poziomie mg/dm

3

.

Zwiększenia czułości oznaczeń tą metodą można dokonać, stosując tzw.
pułapkę atomów, powodującą lokalny wzrost stężenia atomów. Wartości
współczynnika podwyższenia czułości przy zastosowaniu pułapki atomów
wynoszą dla kadmu 3,4, a dla ołowiu – 2,9. Nowszą metodą atomizacji
jest zastosowanie atomizerów elektrotermicznych, którymi są najczęściej
kuwety (piece) grafitowe. Do tego typu atomizerów możliwe jest rów-
nież bezpośrednie dozowanie substancji stałych. Atomizacja w kuwecie
grafitowej odbywa się w sposób programowany i w pełni sterowany.
Zastosowanie atomizacji elektrotermicznej pozwala na oznaczenie pier-
wiastków śladowych na poziomie nawet ng/dm

3

.

Innymi technikami stosowanymi w absorpcji atomowej są metody:

generacji wodorków oraz oznaczanie zawartości rtęci techniką zimnych
par. Metoda generacji wodorków polega na wytworzeniu lotnych
wodorków niektórych pierwiastków i przetransportowaniu ich do
komory absorpcyjnej, gdzie w podwyższonej temperaturze następuje
ich termiczny rozkład i powstają wolne atomy. Metoda ta pozwala na
oznaczanie pierwiastków tworzących wodorki na poziomie μg/dm

3

.

Technikę tą zalecają polskie normy do oznaczania zawartości arsenu
(PN-EN 14546:2005 i 14627:2005). Oznaczenie zawartości rtęci techniką
zimnych par (CV-AAS) polega na redukcji [chlorkiem cyny(II) lub bo-
rowodorkiem sodu] rtęci zawartej w próbce do stanu podstawowego.
Lotne w temperaturze pokojowej atomy rtęci przenoszone są do komory

laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

3

/2008

40

zawartości w próbce może nie dać wystarczających informacji z punktu
widzenia np. toksykologii. Również metale ciężkie zanieczyszczające
żywność mogą występować na różnych stopniach utlenienia i tworzyć
kompleksy ze związkami organicznymi i nieorganicznymi. Określeniem
formy występowania danego pierwiastka w próbce zajmuje się analiza
specjacyjna. Wymaga ona jednak zastosowania bardzo zaawansowanych
technik instrumentalnych, ponieważ każde działanie, np. przygotowanie
próbek do analiz, może mieć wpływ na specjację pierwiastków w niej
występujących.

Pestycydy

Pestycydy (pestis – szkodnik, zaraza, cedeo – zabijanie) to bardzo duża
grupa związków chemicznych (ok. 1000) stosowanych do niszczenia
pasożytów zwierząt hodowlanych i roślin. W zależności od kierunku
zastosowania pestycydy dzieli się na środki do zwalczania: szkodników
zwierzęcych (zoocydy), bakterii (bakteriocydy), chwastów (herbicydy)
i grzybów (fungicydy). Pestycydy mogą być przyczyną zatruć ostrych
(awaryjnych zawodowych i środowiskowych), a także omyłkowych
i świadomych oraz zatruć przewlekłych powstałych w wyniku kumulacji
małych dawek pestycydów w organizmie. Największe zagrożenie zatru-
ciami i działanie szkodliwe istnieje ze strony insektycydów, szczególnie
fosforoorganicznych, karbaminowych, chloroorganicznych, związków
rtęci oraz piretroidów syntetycznych. Insektycydy fosforoorganiczne są
triestrami kwasów fosforowych i tiofosforowych, łatwo rozpuszczalnymi
w lipidach. Są one inhibitorami niektórych enzymów, uszkadzają wątro-
bę i nerki. Karbaminiany są to estry kwasu karbaminowego, w których
wodór grupy aminowej jest podstawiony jedną lub dwoma grupami
metylowymi; są inhibitorami esteraz. Węglowodory chlorowane, np.
DDT, dobrze rozpuszczają się w lipidach, kumulują się w wątrobie,
nerkach, mózgu i sercu oraz wykazują dużą odporność na czynniki
detoksykacyjne. Pyretroidy są pochodnymi kwasu chryzantemowego,
niekorzystnie działają na układ nerwowy i oddechowy. Organiczne związki
rtęci – pochodne alkilortęciowe, arylortęciowe i alloksyalkilortęciowe
– należą do najbardziej skutecznych środków grzybobójczych. Toksyczne
działanie rtęci polega na blokowaniu grup tiolowych, karboksylowych
i aminowych białek ustrojowych. Związki te uszkadzają mózg, wątrobę,
nerki i mięsień sercowy.

Najwyższe dopuszczalne poziomy pozostałości chemicznych środków

ochrony roślin, które mogą znajdować się w środkach spożywczych lub
na ich powierzchni, reguluje Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia
16.05.2007 r. (Dz.U. nr 119, poz. 817). Natomiast wymagania dotyczące
sposobu pobierania próbek żywności w celu oznaczania chemicznych
środków ochrony roślin reguluje Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia
20 kwietnia 2004 r. (Dz.U. nr 86, poz. 810).

Ze względu na stosunkowo małe stężenia pozostałości pestycydów

w żywności etap przygotowania próbek wymaga nie tylko izolacji analitu
ze skomplikowanej matrycy, ale często wzbogacenia przed oznaczaniem.
Najczęściej stosowanymi metodami są ekstrakcja w fazie stałej lub eks-
trakcja ciecz – ciecz. Głównym problemem w analizie pestycydów, obok
małych stężeń, jest zróżnicowanie ich właściwości. Pestycydy nie mogą
być traktowane jako jednorodna grupa zanieczyszczeń, gdyż różnią się
wieloma właściwościami. Oznaczanie pozostałości pestycydów wykonuje
się najczęściej z wykorzystaniem metod chromatograficznych: chromato-
grafii gazowej, cieczowej lub cienkowarstwowej z użyciem selektywnych
i specyficznych detektorów. Analizę insektycydów azoto- i fosforoorga-
nicznych można wykonać, stosując chromatografię gazową z detektorem
termojonowym. W przypadku insektycydów chloroorganicznych stosuje
się detektor wychwytu elektronów. Ponadto bardzo użyteczna jest chro-
matografia gazowa sprzężona ze spektrometrią mas (GC/MS). Bardziej

polarne pestycydy (np. fenoksykwasy) można oznaczyć z wykorzystaniem
wysoko sprawnej chromatografii cieczowej z detektorem diodowym.
Innymi detektorami w zestawach HPLC przydatnymi przy oznaczaniu
pestycydów mogą być: detektor UV, fluorescencyjny lub detektor am-
perometryczny. Procedury oznaczania N-metylokarbaminianów z wyko-
rzystaniem HPLC zawarte są w polskich normach (PN-EN 14185-1:2004
oraz 14185-2:2007). Użyteczną techniką w analizie pestycydów może
być również zespolenie chromatografii cieczowej ze spektrometrią mas
(LC/MS). Przykładem jej wykorzystania jest oznaczanie chloromekwatu
i mepikwatu (PN-EN 15054:2007 oraz 15055:2007). Rzadziej stosowanymi
metodami są: chromatografia w fazie nadkrytycznej (SFC), elektroforeza
kapilarna (CE), analiza przepływowo-wstrzykowa (FIA) oraz metody
chemiluminescencyjne. Niektóre pestycydy można również oznaczyć
metodami immunoenzymatycznymi. Szczegółowe procedury dotyczące
ekstrakcji, oczyszczania oraz oznaczania pestycydów z wykorzystaniem
głównie chromatografii gazowej można znaleźć w polskich normach
(np. PN-EN 1528-1 do 4:2000, PN-EN 12393-1 do 3:2000, PN-EN ISO
14181:2002, PN-EN ISO 14182:2002).

Dioksyny i polichlorowane bifenyle

Powszechnie stosowana nazwa „dioksyny” obejmuje polichlorowane
dibenzoparadioksyny (PCDDs) oraz polichlorowane dibenzofurany
(PCDF). Ze względu na to, że atomy chloru mogą zajmować w nich różne
pozycje, znanych jest 75 kongenerów PCDD oraz 135 kongenerów PCDF.
Poszczególne kongenery zaliczane do dioksyn wywierają różne działanie na
organizmy żywe, przy czym uważa się, że najsilniejsze niekorzystne działa-
nie na organizm człowieka wywiera 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksyna
(TCDD).

41

laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

3

/2008

41

Związki należące do dioksyn charakteryzują się znaczną opornością na

degradację termiczną, chemiczną i biologiczną. Ulegają natomiast degradacji
pod wpływem promieni UV. Dioksyny charakteryzują się słabą rozpuszczal-
nością w wodzie, natomiast dobrze rozpuszczają się w tłuszczach. Ponadto
odznaczają się wysoką biodostępnością i kumulują się we wszystkich
ogniwach łańcucha żywnościowego. Dioksyny powstają głównie w pro-
cesach spalania (w szerokim zakresie temperatur: 400-1400°C) odpadów
pochodzenia przemysłowego, węgla kamiennego, drewna impregnowanego,
benzyn etylizowanych oraz odpadów komunalnych. Tworzą się również
w procesach produkcji papieru i celulozy, asfaltu, przerobu złomu metali
kolorowych (np. aluminium) czy w procesie termicznego usuwania powłok
lakierniczych. Źródłem emisji dioksyn są również pożary lasów i erupcje
wulkanów. Dioksyny dostające się do środowiska naturalnego mogą być
przenoszone wraz z pyłami na duże odległości.

Dioksyny wywierają silne działanie kancerogenne i embriotoksyczne.

Mogą być przyczyną wad rozwojowych (defekty kończyn, wodoner-
cze, rozszczep podniebienia, bezpłodność) czy też uszkodzeń DNA
oraz systemu odpornościowego. Do organizmu człowieka dioksyny
są wchłaniane z przewodu pokarmowego, przez inhalację lub przez
skórę. Szacuje się, że 97% dioksyn dostaje się do organizmu człowieka
z pożywieniem, a tylko 3% drogą wziewną i przez skórę. Głównym
źródłem dioksyn są produkty zawierające tłuszcz zwierzęcy: mięso
i jego przetwory, drób, ryby, mleko i jego przetwory oraz jaja. Ponie-
waż dioksyny występują w paszach i żywności w postaci mieszanin
związków o różnym działaniu, ich toksyczność wyraża się poprzez
tzw. równoważniki dawki toksycznej (TEQ), uwzględniające udział
poszczególnych kongenerów oraz stopień ich toksyczności. Tolerowane
dzienne pobranie (TDI) dioksyn wynosi 1 pg TEQ/kg masy ciała/dobę.
Zawartość dioksyn w produktach spożywczych zależy od wielu czynni-
ków i może wynosić: w rybach – 1,2-40 ng TEQ/kg tłuszczu, w mięsie
wołowym – 2,4-8,5 ng TEQ/kg tłuszczu, natomiast w mięsie drobiowym
– 0,6-12,8 ng TEQ/kg tłuszczu. Istotne znaczenie ma również sposób
obróbki termicznej surowca. Wykazano, że zawartość dioksyn w su-
rowej wieprzowinie wynosi 0,05-1,3 ng TEQ/kg tłuszczu, natomiast
w grilowanej – 20-50 ng TEQ/kg tłuszczu.

Inną grupą związków, która przedostaje się do pasz i żywności w wyniku

skażenia środowiska naturalnego, są polichlorowane bifenyle (PCB).

Grupa związków określanych jako polichlorowane bifenyle obejmuje

około 200 kongenerów. Część związków z tej grupy, tworząca struktury
chemiczne podobne do dioksyn, przejawia silne właściwości toksyczne.
Podobnie jak dioksyny, PCB charakteryzują się dużą odpornością na
degradację, a z uwagi na dużą biodostępność kumulują się we wszystkich
ogniwach łańcucha żywnościowego. Polichlorowane bifenyle dostają się do
środowiska na skutek uszkodzeń i niewłaściwej utylizacji takich urządzeń,
jak transformatory i kondensatory. Ich źródłem są izolacje elektryczne
oraz płyny hydrauliczne. Zawartość PCB w żywności waha się w szerokich
granicach i jest ściśle związana ze skażeniem środowiska naturalnego. Za-
wartość związków z tej grupy w mleku może wynosić 10-200 ng/g tłuszczu,
a w mięsie i rybach – 7-500 ng/g tłuszczu. Potencjalnie niebezpieczne dla
człowieka mogą być również polibromowane bifenyle oraz polichlorowane
trifenyle. Maksymalne dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń dioksynami
i polichlorowanymi bifenylami w środkach spożywczych reguluje Rozporzą-
dzenie Komisji (WE) nr 1881/2006 z dnia 19.12.2006 r. (tab. 3, str. 40).

W celu prawidłowej oceny ekspozycji człowieka na dioksyny i po-

lichlorowane bifenyle niezbędne jest prawidłowe pobieranie próbek,
postępowanie z nimi oraz stosowanie odpowiednich wiarygodnych metod
analitycznych. Jest to związane ze śladowym (pg/g próbki) ich wystę-
powaniem oraz ze złożonością mieszanin kongenerów tych związków.
Procedury oznaczania dioksyn i PCB wymagają bardzo pracochłonnego

procesu izolacji analitu z próbki oraz oczyszczenia go ze związków
stanowiących tło. Oczyszczanie prowadzi się na drodze wielokrotnej
chromatografii kolumnowej oraz z wykorzystaniem selektywnych reakcji
chemicznych. Operacje te mogą jednak spowodować straty analitu, stąd
przed ekstrakcją wprowadza się do próbki wzorce wewnętrzne stanowiące
analogi kongenerów PCDD i PCDF znaczone stabilnymi izotopami
węgla

13

C. Odzysk znaczonych dioksyn jest na tym samym poziomie co

związków naturalnych, stąd na podstawie oznaczenia w badanej próbce
poziomu substancji znaczonej i naturalnej możliwe jest skorygowanie
wyniku. Do jakościowego i ilościowego oznaczania dioksyn wykorzy-
stuje się chromatografię gazową w sprzężeniu ze spektrometrią mas. Do
rozdziału 17 najważniejszych kongenerów PCDD i PCDF posiadających
atomy chloru w pozycjach 2, 3, 7 i 8 stosuje się kolumny kapilarne ze
średniopolarną fazą stacjonarną. Techniką chromatografii gazowej można
również rozdzielić wszystkie koplanarne kongenery polichlorowanych
bifenyli. W analizie dioksyn jako detektory wykorzystuje się magnetyczne
spektrometry masowe o wysokiej rozdzielczości (HRMS), w których
istnieje możliwość rejestrowania sygnału analitycznego od wybranego
jonu fragmentacyjnego (SIM). Innym rozwiązaniem jest zastosowanie
chromatografii gazowej sprzężonej z detektorem masowym z wielokrot-
ną fragmentacją oznaczanej cząsteczki (GC-MS/MS). Rozwiązanie to
stanowi nowszą wersję urządzenia opartego na zasadzie pułapki jonowej
z możliwością rejestracji jonów powstałych wskutek wtórnej wielokrotnej
kolizji z atomami helu. Granica oznaczalności tymi metodami wynosi
1 pg 2,3,7,8 TCDD/g próbki.

Odrębną grupą metod stosowanych w analizie dioksyn są metody

bioanalityczne. Wyróżnia się tu analizy biologiczne, analizy na pod-
stawie wiązania ligandu oraz immunologiczne i radioimmunologiczne.
W analizach biologicznych bada się stężenie produktów działania
enzymów hydroksylujących i innych enzymów sprzęgających wytwo-
rzonych z genów w jądrze komórkowym pod wpływem indukujących
właściwości receptorów związków aromatycznych, do których wcześniej
nastąpiło przyłączenie cząsteczki dioksyny. W metodach opartych na
zdolności wiązania ligandu wykorzystuje się właściwości konkurencyjne-
go przyłączania cząsteczki dioksyny do wewnątrzkomórkowego białka
receptorowego z wprowadzonymi cząsteczkami dioksyn znaczonych
izotopem

3

H lub

14

C. Metody immunologiczne polegają na wykorzysta-

niu zdolności przeciwciał do selektywnego wiązania cząsteczki związku
organicznego wcześniej przyłączonego do cząsteczki białka, przeciw
któremu zostało wytworzone przeciwciało. W konsekwencji następuje
związanie białka z przyłączoną cząsteczką dioksyny z przeciwciałem.
Oznaczenie ilościowe polega na określeniu różnicy w stężeniu pozosta-
łych, niezwiązanych przeciwciał. Modyfikacją powyższych metod jest
analiza radioimmunologiczna, w której po oddzieleniu niezwiązanych
przeciwciał od kompleksów przeprowadza się pomiar radioaktywności,
tak jak w metodzie wiązania ligandu.

Wymagania dotyczące pobierania próbek żywności oraz metod anali-

tycznych stosowanych w badaniach dioksyn i polichlorowanych bifenyli
o właściwościach podobnych do dioksyn w ramach urzędowej kontroli
żywności reguluje Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 6 maja 2004 r.
(Dz.U. nr 122, poz. 1287) z późniejszą zmianą z dnia 1 czerwca 2005 r.
(Dz.U. nr 100, poz. 840). Ze względu na wagę problemu występowania
dioksyn i PCB w żywności Urząd Nadzoru EFTA wydał w 2006 r. zale-
cenia w sprawie ograniczenia obecności dioksyn, furanów i polichloro-
wanych bifenyli w paszach i środkach spożywczych (144/06/COL) oraz
w sprawie monitorowania poziomu tła dioksyn, dioksynopochodnych
PCB oraz niedioksynopochodnych PCB (2006/794/WE).

‰

Drugą część artykułu opublikujemy w następnym numerze.

laboratorium przemysłowe

Laboratorium |

3

/2008

42