Badania porównawcze wybranych skażeń chemicznych w olejach roślinnych

Transkrypt

1 Tom XIX Rośliny Oleiste 1998 Piotr S. Jankowski, Robert Karpiński, Agnieszka Cozel, Krzysztof Krygier Beata Cieślak, Elżbieta Bartnikowska, Mieczysław W. Obiedziński Instytut Przemysłu Mięsnego i Tłuszczowego w Warszawie Dział Monitoringu Żywności i Ochrony Środowiska Badania porównawcze wybranych skażeń chemicznych w olejach roślinnych Comparison of the content of selected contaminants in cold pressed vegetable oils and refined oils Aspekty higieniczne łańcucha żywnościowego oraz metody produkcji żywności stają się przedmiotem coraz żywszego zainteresowania konsumentów. Monitoring żywności w Polsce stanowi istotny element realizacji strategii zabezpieczenia polskiego konsumenta w zdrową i bezpieczną żywność. System monitoringu pozwala określić zmiany jakościowe żywności zarówno w ujęciu krótko- jak i długookresowym. Przedmiotem zainteresowania badawczego są nie tylko skażenia chemiczne pochodzące ze środowiska, ale również powstające w czasie procesów produkcyjnych i dystrybucji, które są istotne z punktu widzenia zdrowia konsumentów. Do grupy tych związków należą między innymi pozostałości trwałych (perysystentnych) związków chloroorganicznych (chloroorganiczne pestycydy (OCP) i polichlorowane dwufenyle (PCB)) oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH). Prezentowana praca przedstawia sytuację w Polsce w zakresie wspomnianych grup związków w produktach i surowcach przemysłu tłuszczowego. Badania wskazują, że pozostałości OCP/PCB oraz PAH nie stanowią zagrożenia zdrowotnego dla polskich konsumentów. The hygienic features of food chain and methods of production and processing of food are important for the consumer as nutritional and sensory attributes of food products. The strategy of providing the human with safe and health food calls for plan of establishing and executing the effective food monitoring system, as a tool to achieve presented targets. The monitoring system of food quality is not only indicating the actual state of contamination level but is also revealing the long-term trends. The system not only deala with environmental contaminates, but as well with residues left over during production or processing and other important components which are significant for nutrition and consumer protection. To the group of important food contaminates belong residues of persistent organochloride compounds (chloroorganic pesticides and polychlorinated biphenyl) and polynuclear aromatic hydrocarbons. The paper presents the situation in Poland in view of contamination by the above listed group of chemical vegetable oil products and byproducts. At present the levels of considered residues are not creating any significant impairment to the consumer.

2 280 Piotr S. Jankowski... Wstęp Ocena pozostałości chemicznych w artykułach spożywczych nabiera coraz większego znaczenia w wyniku krytycznego nastawienia konsumentów wobec metod produkcji rolnej i skażenia środowiska naturalnego w Polsce. Skażenia chemiczne stają się obecnie w świadomości konsumentów istotnym składnikiem pojęcia jakości produktów rolnych i żywności. Kryteria higieniczne odgrywają obok wartości sensorycznej i odżywczej decydującą rolę w ocenie artykułu spożywczego ze strony konsumentów. Występowanie zanieczyszczeń chemicznych w produktach spożywczych można podzielić na dwie grupy, tj. niemożliwe i możliwe do uniknięcia. Do pierwszej grupy zaliczają się powszechnie występujące substancje, jak metale ciężkie, pozostałości pestycydów chloroorganicznych (OCP) i inne trwałe w środowisku związki chemiczne jak polichlorowane dwufenyle (PCB), wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH). Do drugiej grupy pozostałości możliwych do uniknięcia można zaliczyć substancje stosowane w produkcji zwierzęcej, jak środki lecznicze (antybiotyki, leki), dodatki do pasz, a także substancje stosowane w przetwórstwie jako techniczne środki pomocnicze i konserwujące (azotyny, azotany, dodatki do żywności, dym wędzarniczy i inne). W celu zminimalizowania zagrożeń konsumenta ustawodawca wprowadził maksymalne dopuszczalne pozostałości dla substancji szkodliwych, toksycznych mogących występować w żywności. W żywności i środkach spożywczych produkowanych w kraju występują związki, których dopuszczalne pozostałości nie są regulowane polskimi przepisami (są one zazwyczaj określane przez grupy robocze FAO/WHO, bądź przepisy innych organizacji (np. OECD), dyrektywy UE lub krajów importerów). Często wymogi dotyczące pozostałości chemicznych w surowcach, artykułach rolnych i produktach spożywczych są barierą dla polskiego eksportu rolno-spożywczego. Na rysunku 1 przedstawiono wzajemne powiązania pomiędzy elementami środowiska produkcji rolnej a żywnością oraz miejsce i rolę systemów monitoringu żywności i płodów rolnych. Materiał i metody badań Materiał do badań stanowiły nasiona rzepaku pobrane przez Stacje Chemiczno Rolnicze z plantacji w fazie pełnej dojrzałości oraz oleje roślinne pobrane przez próbobiorców PISiPAR z zakładów przemysłu tłuszczowego z kolejnych faz procesów przetwórstwa. Oznaczenia OCP i PCB wykonano stosując metodę opartą na wykorzystaniu wysokorozdzielczej chromatografii gazowej (WRCG) przy zastosowaniu detektora wychwytu elektronów (ECD) (Obiedziński i in. 1996). PAH oznaczano stosując WRCG sprzężoną z spektrometrią masową i monitorowaniem wybranych jonów

3 Badania porównawcze wybranych skażeń chemicznych (SIM) (Obiedziński i in. 1996). Analizy chromatograficzne OCP/PCB wykonano przy zastosowaniu chromatografu Hewlett Packarda model HP 5980A wyposażonego w detektor ECD 63 Ni. Dane zbierano przy użyciu systemu Hewlett Packard Peak 96. Próbki podawano na kolumnę w sposób bezdzielnikowy (splitless), stosując automat nastrzykowy HP Do analiz stosowano kolumny kapilarne wykonane ze spieczonego krzemu (fused silica capillary columns, 30 m x 0,22 mm id. x 0,25 µm grubość fazy) pokryte fazą stacjonarną usieciowaną, BPX35 (Scientific Glass Engineering, SGE England). Kolumny właściwe wyposażono w przedkolumny o długości 5 metrów. Warunki analizy chromatograficznej: temperatura detektora 285 o C, temperatura komory nastrzykowej 250 o C, temperatura kolumny programowana: temperatura początkowa 60 o C przez 5 minut, podwyższanie do temperatury 180 o C z szybkością 8 o C/min, następnie do 260 o C przy szybkości 2,5 o C/min, temperaturę końcową utrzymuje się przez 10 minut; gaz nośny hel z przepływem 0,8 ml/min i azot jako gaz płuczący ECD o przepływie 60 ml/min. Powietrze Air Żywność Foods Woda Water Gleba Soil Pasze Fodder Fauna i Flora Integratory skażenia środowiska Fauna and Flora environment contaminants integrators Związki chemiczne lub ich metabolity w tkance zwierzęcej i roślinnej Chemical compound or its metabolites in animal and plant tissue Regionalny monitoring środowiska Regional monitoring of environment Monitoring żywności i płodów rolnych Monitoring of foods and crops Rys. 1. Wzajemne powiązania pomiędzy elementami środowiska produkcji rolnej a żywnością oraz miejsce i rolę systemów monitoringu Relations between the environment of agriculture and agri-food products and the position of food monitoring systems

4 282 Piotr S. Jankowski... Analizy PAH wykonano przy użyciu spektrometru masowego Hewlett- Packard (HP) MS Engine model 5989A sprzężonego z chromatografem gazowym HP model 5890 II Series oraz systemem przetwarzania danych HP MS Chem Station. Rozdziały chromatograficzne wykonywano na takiej samej kolumnie jak stosowanej w analizach OCP. Rozdziały chromatograficzne wykonano stosując program temperaturowy od 60 o C w izotermie przez 5 minut, a następnie podwyższanie temperatury z szybkością 20 o C/min do 120 o C, izoterma przez 0,5 minuty, następnie podwyższanie temperatury z szybkością 4 o C/min do 315 o C i izoterma końcowa w tej temperaturze przez 7 minut; gaz nośny hel z przepływem 0,8 ml/min. Temperatura linii łączącej GC/MS 280 o C, temperatura źródła jonów 260 o C oraz standardowa energia jonizacji 70 ev (electron impact). Wybrane jony masowe do analiz PAH przedstawiono w tabeli 2 wraz z limitami detekcji. Tabela 1 Odzyski i limity detekcji pozostałości pestycydów chloroorganicznych oraz chlorowanych dwufenyli techniką GC-ECD Recoveries and limits of detection of chlororganic pesticides and polichlorinated biphenyls by means of GC-ECD Związki Compound Limity detekcji* Limits of detection [ppm] Odzysk Recovery [%] Współczynnik zmienności Variability coefficient [%] HCB 0,005 87,8 11,3 α HCH 0,005 92,3 9,8 β HCH 0,005 93,4 8,8 γ HCH 0,005 94,8 7,9 p,p' DDT 0,005 92,3 5,8 o,p' DDT 0,005 90,1 7,4 p,p' DDE 0,005 96,5 5,8 p,p' DDD 0,005 89,2 6,3 PCB (28,52,101,130,153,180) 0,005 93,0 4,6 Średnio Mean 92,2 7,5 * Limity detekcji węglowodorów oznaczono analizując roztwory standardowe PAH. Odzyski wymienionych w tabeli PAH wynosiły od 83% ± 8,2 do 91% ± 10,0 dla detekcji GC/MS-SIM. Przygotowanie próbek przedstawiono schematycznie na rysunku 2. Odzyski oznaczanych OCP/PCB oraz PAH przedstawiono w tabelach 1 i 2. W celu sprawdzenia wiarygodności metodyki badań stosowano materiały referencyjne OCP i PCB (Dr. Ehrensdorfer). Ze względu na brak materiałów referencyjnych PAH w matrycach tłuszczowych stosowano materiały referencyjne OCP/PCB z tym, wzmacniane PAH na poziomach 2 i 10 ppb (µg/kg).

5 Badania porównawcze wybranych skażeń chemicznych Próbka żywności: rozdrobnienie- wymieszanie, przygotowanie próbek laboratoryjnych Sample of foods: shredding, mixing and preparing of laboratory samples Ekstrakcja podziałowa Extraction liquid-liquid Odparowanie rozpuszczalnika rozpuszczenie w mieszaninie heksan/chlorek metylenu (1:1; v/v) Evaporation of solvent Dissolve in Hexane: Dichlorometan(1:1;v/v) GPC chromatografia żelowa Gel Permission Chromatography PL-gel column faza ruchoma mieszanina (v/v) heksan/chlorek metylenu (1:1) przepływ 0,8 ml/min Detektor ultrafioletu o długości fali 254 nm PL-gel column solvent Hexane:Dichlorometan (1:1, v/v) flow rate 0,8 ml/min; Detector DAD 254 nm Odebranie frakcji OCP/PCB i PAH Collection of OCP/PCB and PAH GC-ECD OCP-PCB PAH SIM-GC/MS Potwierdzanie obecności OCP/PCB na drodze GC-MS-SIM lub GC/MS Confirmation of OCP/PCB content by GC-MS-SIM or GC/MS Rys. 2. Schemat przygotowania próbki do analiz The flow chart of sample preparation for analysis

6 284 Piotr S. Jankowski... Tabela 2 Limity wykrywalności PAH, wybrane jony masowe do potwierdzenia techniką SIM-GC/MS Limit of detection of PAH, selected ions for the confirmation by means of SIM-GC/MS PAH Skrót Abbrev. Limity wykrywalności Limits of detection [µg/kg] m/e* Fenantren Phen 0,4 178 Antracen A 0,4 178 Fluorantren F 0,2 202 Piren Py 0,2 202 Chryzen Ch 0,2 228 Benzo(a)antracen BaA 0,1 228 Benzo(k)fluoranten BkF 0,1 252 Benzo(e)piren BeP. 0,1 252 Benzo(a)piren BaP. 0,1 252 Dwubenzo(a,h)antracen DBahA 0,2 278 Benzo(g,h,i)perylen BghiP 0,2 276 Indeno(1,2,3-c,d)piren IcdPy 0,2 276 Limity detekcji węglowodorów oznaczono analizując roztwory standardowe PAH. Odzyski wymienionych w tabeli PAH wynosiły od 83% ± 8,2 do 91% ± 10,0 dla detekcji SIM-GC/MS. * m/e masa jonu skanowanego przez spektrometr masy Wyniki i ich dyskusja Pestycydy chloroorganiczne i polichlorowane dwufenyle (PCB) to grupa ksenobiotyków o szczególnym znaczeniu toksykologicznym, która ze względu na znaczną trwałość w środowisku i właściwości lipofilne stanowi duże zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt. Mimo znacznego ograniczenia, a nawet zakazu stosowania niektórych pestycydów chloroorganicznych w rolnictwie, a PCB w przemyśle, to nadal w wielu krajach stwierdza się ich obecność w żywności pochodzenia zwierzęcego. Klasycznym przykładem jest w tym względzie DDT. Wycofany z użycia w Polsce na początku lat siedemdziesiątych w dalszym ciągu jest stwierdzany niemal w 100% próbek tłuszczy zwierzęcych. Przy czym stężenia DDT uległy znacznemu obniżeniu na przestrzeni ostatnich 20 lat. W tabeli 3 przedstawiono średnią zawartość OCP i PCB w olejach rzepakowych tłoczonych na zimno oraz rafinowanych. Jak wynika z tabeli zawartości pozostałości pestycydów OCP oraz chlorowanych dwufenyli są znacznie poniżej tolerancji ustanowionych polskimi przepisami (Zarządzenie MZiOS z dnia

7 Badania porównawcze wybranych skażeń chemicznych Monitor Polski nr 22) jak również przepisami Unii Europejskiej. Stwierdzenia te dotyczą zarówno oleju rzepakowego tłoczonego na zimno jak i uszlachetnionego rafinowanego oleju rzepakowego. Przeprowadzone badania wykazały również, że w procesach przetwórczych olejów roślinnych można obniżyć pozostałości OCP oraz PCB, co ilustruje rysunek 3. Tabela 3 Zawartość chloroorganicznych pestycydów (OCP) i chlorowanych dwufenyli (PCB) w olejach roślinnych [mg/kg] Content of OC and PCB in vegetable oils Wartości HCH HCB ΣDDT PCB Minimum 0,01 0,01 0,01 0,01 Maksimum 0,16 0,05 0,17 0,01 Mediana 0,01 0,01 0,03 0,01 Średnia Mean 0,01 0,01 0,04 0,01 90%percentyl 0,02 0,01 0,05 0,01 n = 514 Obniżanie zawartości PAH obserwowano również w olejach rafinowanych, w porównaniu z olejami tłoczonymi na zimno. Procesy uszlachetniana, a w szczególności bielenie, mogą znacznie zmniejszać pozostałości PAH w olejach tłoczonych na zimno oraz rafinowanych. W tabeli 4 zestawiono wyniki zawartości wybranych reprezentantów poszczególnych grup PAH, tj. trzy-, cztero- i pięciopierścieniowych PAH. Na uwagę zasługują w szczególności zawartości benzo(a) pirenu, uważanego często za reprezentanta całej grupy związków PAH, z których wiele posiada silne właściwości kancerogenne i mutagenne. Według danych FAO/WHO zawartość benzo(a)pirenu w produktach spożywczych nie powinna przekraczać 10 ppb (10 µg/kg) (IARC 1987; Chen i in. 1996). Należy zwrócić jednakże uwagę, że trudno jest obecnie jednoznacznie przesądzać o wpływie pozostałości tych związków na zdrowie człowieka, ze względu między innymi na złożoność ich składu chemicznego (patrz rysunek 4, udział benzo(a)pirenu stanowi tylko część procentu całości mieszaniny) oraz powszechność ich występowania w otoczeniu człowieka. Mając zapewne m.in. te względy na uwadze Komitet Toksykologii PAN uznał za priorytetowe badania nad tymi związkami w środowisku człowieka.

8 286 Piotr S. Jankowski OLEJE TŁOCZONE ppb HCB Alfa HCH Beta HCH Gamma HCH DDT PCB Maks Min 90% 10% Median 340 OLEJE RAFINOWANE ppb HCB Alfa HCH Beta HCH Gamma HCH DDT PCB Maks Min 90% 10% Mediana Rys. 3. Porównanie zawartości OCP w rzepakowych olejach tłoczonych na zimno i rafinowanych Comparison of the content of OCP in cold pressed oils and refined ones

9 Badania porównawcze wybranych skażeń chemicznych Naftalen Acenaftylen Fluoren Fenantren Fluorantren Antracen Piren Chryzen Benzo(a)antracen Benzo(k)fluorantren Benzo(e)piren Benzo(a)piren Dibenzo(a,h)antracen Indeno(1,2,3-cd)piren Benzo(g,h,i)perylen Rys. 4. Chromatogram otrzymany podczas analizy oleju tłoczonego (GC/MS) Total ion chromatogram of PAHs isolated from cold pressed vegetable oil Jak wynika z tabeli 4 najniższe pozostałości PAH stwierdzono w surowym oleju sojowym. Najprawdopodobniej związane jest to z technologią przetwórstwa, co potwierdzają wyniki dla innych badanych olejów. W poszczególnych procesach przetwarzania zanieczyszczenia z grupy PAH mogą być usuwane. Wiadomym jest, że skuteczność procesu usuwania PAH podczas rafinacji olejów roślinnych zależy od ciężaru cząsteczkowego poszczególnych PAH i można zmniejszyć ich pozostałość od 4 do 30 razy w porównaniu z ich początkową zawartością w oleju surowym, co przedstawiono w tabeli 4. Wnioski 1. Przeprowadzone badania wskazują, że produkowane w Polsce oleje roślinne rzepakowe tłoczone na zimno i rafinowane charakteryzują się niską zawartością pozostałości chloroorganicznych pestycydów i polichlorowanych dwufenyli i nie przekraczają one najniższych dopuszczalnych stężeń (NDS) ustalonych przepisami Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej. 2. Środowiskowe skażenia wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych w olejach roślinnych mogą być skutecznie minimalizowane w procesach przetwórstwa i ich zawartości są poniżej wymogów proponowanych przez Komitet Ekspertów FAO/WHO.

10 288 Piotr S. Jankowski... Tabela 4 pozioma

11 Badania porównawcze wybranych skażeń chemicznych Literatura Obiedziński M. W., Jankowski P., Cieślak B., Węgrzyn E., Grześkiewicz S., Karpiński R., Cozel A Multi component multi residue method of analysis. Approach to simultaneous analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and organochloride residues (OC and PCB) in food samples.: EPRW 96, 1 st European Pesticide Residue Workshop Pesticides in food and drink, June 10 12, w IARC, Monographs on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to humans. Overall evaluation of carcinogenicity; An updating of IARC monographs volume 1 to 42; IARC, Lyon, Chen B. H., Wang C. Y., Chiu C. P Evaluation of analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in meat products by liquid chromatography. J. Agr. Fd. Chem., vol. 44, 8: Guillen M. D Polycyclic aromatic compounds: extraction and determination in food. Food Additives and Contaminats, v. 11, 6: Grob K. i in Attempt for an on-line size exclusion chromatography gas chromatography method for analyzing pesticide residues in foods. J. Agric. Food Chem., 39: Poustka J., Hajslova, Holadova K The comparison of elution profiles of polychlorinated biphenyls and fats in various gel permeation chromatographic systems. Intern. J. Environm. Anal. Chem., 57,