Экологические основы инновационного совершенствования пищевых продуктов

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИБИРСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ 
ПЕРЕРАБОТКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

(ГНУ СибНИИП)

Т.И. Бокова

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 

ИННОВАЦИОННОГО  СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ 

ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Новосибирск 2011

УДК 631.95:664
ББК 28.081:65.9(2).304.25
         Б 786

Рецензенты:

д-р биол. наук, проф., засл. деятель науки РФ В.М. Позняковский;

д-р техн. наук, проф. В.И. Бакайтис;

д-р с.-х. наук, чл.-кор. Россельхозакадемии В.Г. Шелепов

Утверждена и рекомендована к изданию ученым советом 

ФГБОУ ВПО НГАУ (протокол № 6 от 27 июня 2011 г.).

Экологические основы инновационного со
вершенствования пищевых продуктов: монография / 
Т.И. Бокова; Новосиб. гос. аграр. ун-т, СибНИИ переработки с.-х. продукции. – Новосибирск: Изд-во НГАУ 
2011. – 284 с. – Табл.  48, ил. 18. –  Библиогр.: 525 назв.

ISBN 978-5-94477-108-7

Рассмотрены вопросы влияния антропогенных факторов на 

живые организмы в лабораторных условиях, показана биологическая 
роль тяжелых металлов в организме животных, особое внимание уделено свинцу и кадмию как микроэлементам. Широко исследованы способы инактивации токсического действия металлов-микроэлементов в 
организме животных. Предлагается классификация детоксикантов, используемых в системе «корм – животное – продукт питания человека». 
Важная роль отводится экологическим подходам к созданию продуктов 
функционального назначения. 

Книга представляет интерес для научных работников, экологов, 

специалистов в области пищевой промышленности, медицины, сельского хозяйства, аспирантов, магистрантов и студентов биологических 
и технологических специальностей и направлений.

© Т.И. Бокова, 2011

© ФГБОУ ВПО НГАУ, 2011

© ГНУ СибНИИП, 2011
ISBN 978-5-94477-108-7

УДК 631.95:664
ББК 28.081:65.9(2).304.25

Б786

Т.И. Бокова

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Автор выражает признательность своему научному 

руководителю и консультанту, директору ГНУ СибНИИП, 
члену-корреспонденту Россельхозакадемии, доктору биолгических наук профессору К.Я. Мотовилову за определение 
направления исследований, за обсуждение результатов, за 
совместную работу.

В книге обобщены результаты исследований Т.И. Бо
ковой и ее аспирантов: кандидата биологических наук 
И.И. Бочкаревой, кандидата технических наук А.Т. Инербаевой, кандидатов биологических наук А.В. Смолякова, 
Д.Л. Носенко, О.С. Желтышевой, О.Г. Грачевой. Исследования проведены на базе Новосибирского государственного 
аграрного университета и ГНУ Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной 
продукции в период 1998–2010 гг.

В первом разделе изложены вопросы влияния ан
тропогенных факторов на живые орагнизмы в лабораторных условиях. Он посвящен проблемам экологии, в нем 
представлены результаты экспериментальных исследований Т.И. Боковой и проведенных О.Г. Грачевой (НГАУ) и 
А.Т. Инербаевой (ГНУ СибНИПТИП) совместно с автором.

Второй раздел рассматривает корма как основной ис
точник поступления антропогенных загрязнителей в организм животных и сельскохозяйственной птицы.

В третьем разделе изложены способы инактива
ции тяжелых металлов в организме животных и человека. 
Представлены результаты исследований, выполненных 
под руководством Т.И. Боковой научными сотрудниками 
А.Т. Инербаевой, Д.Л. Носенко, О.С. Желтышевой. Физиологический опыт по изучению влияния ряда полисахаридов 
как компонентов рыбных продуктов проведен и проанализирован Д.Л. Носенко. Плодово-ягодные гомогенаты как де

токсиканты свинца и кадмия изучены и описаны О.С. Желтышевой.

В четвертом разделе представлены исследования по 

установлению влияния витамина D3 на аккумуляцию тяжелых металлов в организме цыплят-бройлеров, которые проведены и описаны О.Г. Грачевой.

Предложена концепция классификации детоксикантов 

тяжелых металлов по происхождению, которая излагается в 
пятом разделе. 

Шестой раздел посвящен созданию продуктов функ
ционального назначения, их качеству и безопасности. Обсуждаются в том числе результаты, полученные О.Г. Грачевой, Д.Л. Носенко, О.С. Желтышевой.

Экспериментальные исследования по использованию 

селенсодержащих препаратов в птицеводстве проведены совместно с И.И. Бочкаревой, работы по применению 
пробиотиков с целью детоксикации тяжелых металлов – с 
А.В. Смоляковым. Большой вклад в разработку технологий 
инновационных продуктов питания внесла А.Т. Инербаева. 

Автор выражает благодарность всем своим аспиран
там и докторантам за совместное проведение и обсуждение 
исследований, представленных в данной работе. Ваш вклад 
в эти исследования неоценим.

Автор признателен Е.И. Шипиловой за помощь в под
готовке рукописи к изданию.

Автор благодарит рецензентов: доктора биологических 

наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ В.М. Позняковского (КемТИПП), доктора технических наук, профессора В.И. Бакайтис (СибУПК), доктора сельскохозяйственных наук, члена-корреспондента Россельхозакадемии 
В.Г. Шелепова (СО Россельхозакадемии) за высказанные 
замечания и предложения по совершенствованию данного 
издания.

Книга предназначена для специалистов в области 

экологии и производителей функциональных продуктов 
питания, а также представителей других специальностей, 
занятых изучением экологических вопросов, связанных с 
регулированием содержания тяжелых металлов в организме 
сельскохозяйственных животных и продуктах питания.

Мы будем признательны читателям за критические за
мечания и предложения по совершенствованию данного издания (b0k0va@mail.ru).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

БВМД – белково-витминно-минеральная добавка
БАД – биологически активная добавка
ВСС – влагосвязывающая способность
ГК – гуминовые кислоты
ЖКТ – желудочно-кишечный тракт
КС – комплексообразующая способность
ЛПКД – лечебно-профилактическая кормовая добавка
МДУ – максимально допустимый уровень
МО –  микроорганизмы
МЭ − микроэлементы
МФ – модельный фарш
МКД – молочно-кислая добавка
НТД – научно-техническая документация
ОР – основной рацион
ПТГ – паратиреоидный гормон
ПВ – пищевые волокна
ПД – пищевые добавки
ПС –  полисахариды
ПДК – предельно допустимая концентрация
РФ – рыбный фарш
ТЭ – токсичные элементы
ТМ – тяжелые металлы
ЭДТА – этилендиаминтетраацетат натрия
ЭМ – эффективные микроорганизмы

Посвящается учителю и наставнику

члену-корреспонденту Россельхозакадемии,

доктору биологических наук,
профессору К.Я. Мотовилову

ВВЕДЕНИЕ

В среду обитания сельскохозяйственных животных, 

в технологии их получения, выращивания и использования внедрились факторы, с которыми животные ранее не 
встречались. Прежде всего, это устойчивый повышенный 
фон в почве, кормах, воде тяжелых металлов, галогенов, 
диоксинов. Все ксенобиотики объединяет то, что, поступая 
в организм в больших количествах, они нарушают обмен 
веществ, и это ведет к снижению резистентности. Поэтому 
особое внимание в книге уделено процессам детоксикации 
тяжелых металлов. В монографии обобщены исследования 
отечественных и зарубежных авторов по вопросам, которые 
представляются нам наиболее актуальными.

На всех этапах прохождения через организм вещества 

претерпевают химические превращения, и токсичность их 
на каждом этапе может изменяться. Структуры, в которых 
накопление элементов максимально, как правило, повреждаются больше. 

Определенную перспективу в качестве детоксикантов 

имеют препараты, которые обладают сорбционными, ионообменными и биологически активными свойствами. Они способствуют эвакуации металлов через ЖКТ, повышают иммунологическую сопротивляемость и биологическую защиту.

Эта проблема требует дальнейшего и более детального 

изучения. Сегодня актуальна разработка новых комплексных 
детоксикантов различного происхождения, уменьшающих 
концентрацию тяжелых металлов в организме животных и человека. Создание инновационных технологий продуктов питания с использованием биологически активных веществ представляется нам своевременным в научных исследованиях.

Потребление в пищу продуктов, содержащих тяжелые 

металлы, имеет опасные последствия. Особенно опасными 
считаются свинец, кадмий, никель, цинк, медь, хром.

Обнаруживается несоответствие максимально допу
стимого уровня по токсикантам в импортируемой продукции. Отмечены случаи превышения ПДК тяжелых металлов 
практически во всех видах продовольственного питания, 
включая детское.

При написании книги автор ставил перед собой задачу 

показать комплексный подход к созданию продуктов питания, безопасных для человека.

Проведено разностороннее исследование изменения 

концентрации свинца и кадмия в мышечной и костной ткани различных лабораторых животных на фоне раздельной и 
совместной интоксикации тяжелыми металлами при применении различных детоксикантов. Предложен ряд препаратов-детоксикантов для уменьшения аккумуляции антропогенных загрязнителей в организме.

Так, рекомендовано использовать в качестве деток
сикантов тяжелых металлов полисахариды растительного 
происхождения, плодово-ягодные гомогенаты. Установлена целесообразность введения природных полисахаридов в 
продукты на основе рыбы, мяса птицы, сельскохозяйственных животных.

На основе собственных экспериментальных исследо
ваний сформулированы научные принципы и разработана 
концепция детоксикации антропогенных загрязнителей и 
классификация детоксикантов в системе «корма – животное – продукт питания человека», способствующие производству экологичных продуктов питания.

1. ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ 
НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ В ЛАБОРАТОРНЫХ 

УСЛОВИЯХ

1.1. Тяжелые металлы как экологический фактор 

Сегодня человечество в полной мере ощутило глобаль
ный экологический кризис, который однозначно указывает 
на антропогенную токсикацию биосферы, на быстрое сокращение биоразнообразия, деградацию на огромных пространствах природных экосистем. По имеющимся данным, 
в процессе дальнейшего развития производительных сил 
антропогенная нагрузка на окружающую среду может удваиваться через каждые 10-15 лет. Так, в России около 15 % 
территории относится к зоне экологического неблагополучия (Баранников, 2005).

Только предприятия промышленности и сельского хо
зяйства ежегодно выбрасывают в окружающую среду миллионы токсических веществ и отдельных элементов: ртути, 
кадмия, свинца, фтора и т.п. При этом в системе «вода – почва – растения – животное – человек» мигрируют тяжелые 
металлы, пестициды, нитраты и нитриты и другие антропогенные загрязнители.

Увеличение количества химических компонентов сре
ды, а также проникновение (введение) в нее химических 
веществ, не свойственных ей или в концентрациях, превышающих норму, заключает в себе термин «химическое загрязнение». В настоящее время в природной среде находится 
около 7-8 млн химических веществ, причем их арсенал ежегодно пополняется еще на 250 тыс. новых соединений. Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами, среди которых особенно опасны 200 
наименований (список составлен экспертами ЮНЕСКО). В 
него включены и тяжелые металлы (ртуть, кадмий, свинец) 
(Панин, 2002).

Важно отметить, что с экологических позиций те или 

иные компоненты вносятся не просто в воду, атмосферный 
воздух или почву – объектом загрязнения всегда является 
экосистема (биогеоценоз). Кроме того, избыток одних веществ в природной среде или просто наличие в ней других 
веществ (новых примесей) означает изменение режимов экологических факторов, так как вредные вещества и являются 
экологическими факторами. Следовательно, режим (состав) 
этих факторов отклоняется от требований экологической 
ниши того или иного организма (или звена в пищевой цепи). 
При этом нарушаются процессы обмена веществ, снижается 
интенсивность ассимиляции продуцентов, а значит, и продуктивность биоценоза в целом (Стадницкий, 2002).

Известно, что мир живой природы действует по прин
ципу полной утилизации органических отходов благодаря 
функционированию гетеротрофов-деструкторов. Однако такие организмы способны разлагать не все соединения. Неразложившиеся вещества накапливаются в окружающей среде и 
нарушают жизнедеятельность живой системы, а при высоких 
нагрузках загрязнителей не исключается ее гибель. Накопление таких соединений осуществляется по закону прогрессивного накопления токсичных веществ в трофических цепях: 
концентрирование вещества в экосистеме или пищевой цепи 
возрастает на высших трофических уровнях по сравнению с 
низшими (Колесников, 2002; Околелова, 2005).

В зависимости от степени загрязнения окружающей 

среды экотоксиканты могут приводить к экологическому 
напряжению или к экологическому кризису среды, в результате чего нарушается весь цикл производства экологически 
безопасной продукции. Начальным элементом этой цепи является техногенная деятельность человека, затем почва, которая аккумулирует в себе экотоксиканты. Далее они могут 
мигрировать в растения (корма), затем в организм животных 
и в конечном итоге накапливаться в продукции животновод

ства (Абрамова и др., 2002; Бокова, 2005; Детоксикация …, 
2005; Палагина, Шаманова, 2002; Симениоди, 2006).

В пищу ионы металлов могут попадать также из удо
брений и из химических препаратов для защиты растений. 
К сожалению, нередко, обращая внимание на опасность использования сточных вод в сельском хозяйстве, упускают 
из виду и другую проблему, а именно наличие металлов в 
выпускаемых промышленностью удобрениях. Так, в 1973 г. 
в Швеции для удобрения почвы было использовано около 
84 кт отстоев от сточных вод, но при этом в почву попало 
примерно 1260 кг кадмия (при пересчете на максимально 
допустимое содержание кадмия в отстое) (Давыдова, Тагасов, 2002). 

Проблема загрязнения окружающей среды, а в конеч
ном счете и пищевых продуктов токсичными элементами 
коснулась и г. Новосибирска. При рассмотрении экологического состояния окружающей среды Новосибирской области за 2003 г. было выявлено, что особую опасность представляют загрязнения почв такими токсикантами, как ртуть, 
кадмий и свинец. В Октябрьском районе г. Новосибирска 
концентрация свинца в почвенных образцах в 2003 г. по 
сравнению с 2002 г. увеличилась в 3 раза. Содержание кадмия в сточных водах возросло на 0,07 т за счет МУП «Горводоканал» г. Новосибирска по причине перепрофилирования 
промышленных предприятий на выпуск другой, востребованной рынком продукции (Доклад …, 2004). 

При рассмотрении экологического состояния окружа
ющей среды г. Новосибирска было выявлено, что из тяжелых металлов кадмий и свинец встречались в корнеплодах в 
количестве, превышающем норму (Ильин, Сысо, 2001).

Уровень загрязнения окружающей среды Западной 

Сибири продолжает оставаться высоким. Ежегодно Новосибирск и Омск спускают в бассейны Оби и Иртыша 
600,0 млн м3 загрязненных сточных вод, а Новокузнецк,