Пищевая химия летучих органических веществ

• Летучие органические вещества (ЛОВ) VOC (volatile organic compounds) Это органические соединения, которые обладают достаточно высоким давлением насыщенных паров при нормальных условиях, чтобы испаряться и попадать в воздух. Именно они формируют запахи и ароматы, воспринимаемые обонятельной системой. К ним относятся альдегиды, спирты, кетоны, эфиры, терпены, ароматические углеводороды, альдегиды, терпеноиды и многие другие соединения.

• Ароматические вещества в пище Это более широкий класс соединений, которые создают вкус и запах продукта. Большинство из них действительно являются ЛОВ, так как именно летучесть обеспечивает их попадание в носовую полость и восприятие запаха. Однако существуют и неорганические пахучие вещества (например, аммиак, сероводород), которые тоже дают запах, но не относятся к органическим ЛОВ.

Термин (ЛОВ) VOC чаще используют в англоязычных странах, в контексте регулирования (особенно законодательного регулирования органами EPA в США) уровней загрязнения атмосферного воздуха, в экологии; но также и в отношении естественно продуцируемых лесными массивами летучих веществ (ЛВ) — таких, как фитонциды, эфирные масла. Данный термин применим как и к определенным органическим соединениям, так и к их смесям. Иногда этот же термин используют для обозначения концентрации суммы т. н. «Летучей органики», или «Летучих органических соединений», в пересчете на элементарный углерод — «volatile organic carbon» — «органический углерод», но в настоящее время это значение используется все реже и реже.

Понятие пищевого вкуса тесно связано с обонянием

Простой эксперимент

Попробуй:

1. зажми нос

2. съешь кусочек яблока или конфеты

3. отпусти нос

ты почувствуешь, как внезапно появляется настоящий вкус

Лимонен , распространенное биогенное летучее органическое соединение, выбрасывается в атмосферу преимущественно деревьями, произрастающими в хвойных лесах .

Респираторные , аллергические или иммунные эффекты у младенцев и детей связаны с антропогенными летучими органическими соединениями и другими загрязнителями воздуха в помещениях или на открытом воздухе.

Некоторые ЛОС, такие как стирол и лимонен , могут реагировать с оксидами азота или с озоном, образуя новые продукты окисления и вторичные аэрозоли , которые могут вызывать симптомы раздражения органов чувств. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . ЛОС способствуют образованию тропосферного озона и смога .

К последствиям для здоровья относятся раздражение глаз, носа и горла ; головные боли , нарушение координации, тошнота , нарушения слуха и повреждение печени , почек и центральной нервной системы . Некоторые летучие органические соединения (ЛОС) подозреваются или известны как вызывающие рак у человека. Ключевые признаки или симптомы, связанные с воздействием ЛОС, включают раздражение конъюнктивы, дискомфорт в носу и горле, головную боль, аллергическую кожную реакцию, одышку , снижение уровня холинэстеразы в сыворотке крови , тошноту, рвоту, носовое кровотечение, усталость, головокружение .

Способность органических химических веществ вызывать последствия для здоровья сильно варьируется: от высокотоксичных до тех, которые не оказывают известного воздействия на здоровье. Как и в случае с другими загрязняющими веществами, степень и характер воздействия на здоровье зависят от многих факторов, включая уровень воздействия и продолжительность воздействия. Раздражение глаз и дыхательных путей, головные боли, головокружение, нарушения зрения и ухудшение памяти — вот некоторые из непосредственных симптомов, которые некоторые люди испытывали вскоре после воздействия некоторых органических веществ. В настоящее время мало что известно о последствиях для здоровья, которые возникают при уровнях органических веществ, обычно обнаруживаемых в домах.

Хотя концентрации бензола , толуола и метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) в образцах грудного молока были нулевыми по сравнению с концентрациями, обнаруженными в воздухе помещений , они повышают концентрацию ЛОС, воздействию которых мы подвергаемся в течение дня. В одном исследовании отмечается разница между ЛОС в альвеолярном дыхании и вдыхаемом воздухе, что предполагает, что ЛОС попадают в организм, метаболизируются и выводятся через внелегочный путь. ЛОС также попадают в организм с питьевой водой в различных концентрациях. Некоторые концентрации ЛОС превышали Национальные основные правила питьевой воды Агентства по охране окружающей среды и Национальные стандарты питьевой воды Китая, установленные Министерством экологии и окружающей среды .

Наличие летучих органических соединений (ЛОС) в воздухе и грунтовых водах побудило к проведению дополнительных исследований. Было проведено несколько исследований для измерения эффектов дермального всасывания конкретных ЛОС. Дермальное воздействие ЛОС, таких как формальдегид и толуол, снижает активность антимикробных пептидов на коже, таких как кателицидин LL-37, человеческий β-дефенсин 2 и 3. Ксилол и формальдегид усугубляют аллергическое воспаление в экспериментах на животных. Толуол также усиливает дисрегуляцию филаггрина : ключевого белка в дермальной регуляции. Это было подтверждено иммунофлуоресценцией для подтверждения потери белка и вестерн-блоттингом для подтверждения потери мРНК. Эти эксперименты проводились на образцах человеческой кожи. Воздействие толуола также уменьшило содержание воды в трансэпидермальном слое, что делает слои кожи уязвимыми.

Предельные значения выбросов ЛОС в воздух внутри помещений публикуются AgBB , AFSSET , Департаментом общественного здравоохранения Калифорнии и другими организациями. Эти правила побудили ряд компаний в лакокрасочной и клеевой промышленности адаптировать свою продукцию, снизив уровень ЛОС. [ требуется ссылка ] Маркировка ЛОС и программы сертификации могут неадекватно оценивать все ЛОС, выделяемые продуктом, включая некоторые химические соединения, которые могут иметь значение для качества воздуха в помещении. Каждая унция красителя , добавленного в тонировочную краску, может содержать от 5 до 20 граммов ЛОС. Однако для получения темного цвета может потребоваться от 5 до 15 унций красителя, что составляет 300 и более граммов ЛОС на галлон краски.

ЛОС также встречаются в больницах и медицинских учреждениях. В этих условиях эти химические вещества широко используются для уборки, дезинфекции и гигиены различных помещений. Таким образом, медицинские работники, такие как медсестры, врачи, сотрудники санитарной службы и т. д., могут испытывать неблагоприятные последствия для здоровья, например, астму ; однако необходимы дальнейшие исследования для определения точных уровней и факторов, влияющих на воздействие этих соединений.

Уровни концентрации отдельных ЛОС, таких как галогенированные и ароматические углеводороды, существенно различаются между зонами одной и той же больницы. Как правило, этанол , изопропанол , эфир и ацетон являются основными соединениями внутри помещения. Следуя той же логике, в исследовании, проведенном в Соединенных Штатах, было установлено, что помощники медсестер подвергаются наибольшему воздействию таких соединений, как этанол, в то время как лица, занимающиеся подготовкой медицинского оборудования, подвергаются наибольшему воздействию 2-пропанола .

Что касается воздействия ЛОС на персонал, занимающийся уборкой и гигиеной, исследование, проведенное в 4 больницах в Соединенных Штатах, показало, что работники, занимающиеся стерилизацией и дезинфекцией, связаны с воздействием d-лимонена и 2-пропанола, в то время как те, кто отвечает за уборку с использованием хлорсодержащих продуктов, с большей вероятностью подвергаются более высокому уровню воздействия α-пинена и хлороформа . Те, кто выполняет работы по уборке полов и других поверхностей (например, полировка полов) и кто использует четвертичные аммониевые соединения, спирт и хлорсодержащие продукты, связаны с более высоким уровнем воздействия ЛОС, чем две предыдущие группы, то есть они особенно связаны с воздействием ацетона, хлороформа, α-пинена, 2-пропанола или d-лимонена.

Другие медицинские учреждения, такие как дома престарелых и учреждения по уходу за пожилыми людьми, редко становились предметом исследований, хотя пожилые и уязвимые группы населения могут проводить значительное время в этих помещениях, где они могут подвергаться воздействию ЛОС, образующихся в результате частого использования чистящих средств, спреев и освежителей воздуха. В одном исследовании было выявлено более 200 химических веществ, из которых 41 оказывает неблагоприятное воздействие на здоровье, 37 из них являются ЛОС. К последствиям для здоровья относятся сенсибилизация кожи, репродуктивная и органоспецифическая токсичность, канцерогенность , мутагенность и эндокринно-разрушающие свойства. Кроме того, в другом исследовании, проведенном в той же европейской стране, было обнаружено, что существует значительная связь между одышкой у пожилых людей и повышенным воздействием ЛОС, таких как толуол и о-ксилол , в отличие от остального населения.

Работники сферы гостеприимства также подвергаются воздействию летучих органических соединений из различных источников, включая чистящие средства (освежители воздуха, средства для мытья полов, дезинфицирующие средства и т. д.), строительные материалы и мебель, а также ароматизаторы. Одним из наиболее распространенных летучих органических соединений, встречающихся в сфере гостеприимства, являются алканы , которые являются основным ингредиентом чистящих средств (35%). Другие продукты, присутствующие в сфере гостеприимства и содержащие алканы, — это стиральные порошки, краски и смазочные материалы. Горничные, в частности, также могут подвергаться воздействию формальдегида , который присутствует в некоторых тканях, используемых для изготовления полотенец и постельного белья, однако воздействие уменьшается после нескольких стирок. Некоторые отели до сих пор используют отбеливатель для уборки, и этот отбеливатель может образовывать хлороформ и тетрахлорметан . Ароматизаторы часто используются в отелях и состоят из множества различных химических веществ.

Воздействие летучих органических соединений (ЛОС) в сфере гостиничного бизнеса связано со многими негативными последствиями для здоровья. ЛОС, содержащиеся в чистящих средствах, могут вызывать раздражение кожи, глаз, носа и горла, которое может привести к дерматиту . ЛОС в чистящих средствах также могут вызывать более серьезные заболевания, такие как респираторные заболевания и рак. Одно исследование показало, что н-нонан и формальдегид являются основными причинами раздражения глаз и верхних дыхательных путей, в то время как хлороформ и формальдегид повышают риск развития рака. Также было показано, что некоторые продукты на основе растворителей могут повреждать почки и репродуктивные органы. Одно исследование показало, что звездный рейтинг отеля может влиять на воздействие ЛОС, поскольку отели с более низким звездным рейтингом, как правило, используют материалы более низкого качества для обстановки. Кроме того, в связи с тенденцией среди высококлассных отелей к большей экологичности, наблюдается переход к использованию менее агрессивных чистящих средств.

Еще одна похожая среда, подвергающая работников воздействию ЛОС, — это торговые помещения. Исследования показали, что в торговых помещениях концентрация ЛОС выше, чем во всех других закрытых помещениях, таких как жилые дома, офисы и транспортные средства. Концентрация присутствующих ЛОС, а также их типы зависят от типа магазина, но распространенными источниками ЛОС в торговых помещениях являются выхлопные газы автомобилей, строительные материалы, чистящие средства, товары и ароматизаторы. Одно исследование показало, что концентрация ЛОС была выше в складских помещениях розничной торговли по сравнению с торговыми зонами, особенно формальдегида. В торговых помещениях концентрация формальдегида варьировалась от 8,0 до 19,4 мкг/м³ по сравнению с 14,2–45,0 мкг/м³ в складских помещениях. Профессиональное воздействие ЛОС также зависит от выполняемой задачи. Одно исследование показало, что работники подвергались воздействию пиковых концентраций ЛОС при снятии пластиковой пленки с новых товаров. Этот пик был в 7 раз выше, чем пиковые значения общей концентрации ЛОС при выполнении всех других задач, что в значительной степени способствовало воздействию ЛОС на работников розничной торговли, несмотря на то, что это была относительно короткая задача.

Один из способов минимизировать концентрацию летучих органических соединений в розничной торговле и сфере общественного питания — это обеспечение надлежащей вентиляции воздуха. Работодатели могут обеспечить надлежащую вентиляцию, размещая мебель таким образом, чтобы улучшить циркуляцию воздуха, а также проверяя, правильно ли работает система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для удаления загрязняющих веществ из воздуха. Работники могут убедиться, что вентиляционные отверстия не заблокированы.

Получение образцов для анализа представляет собой сложную задачу. ЛОС, даже при опасных концентрациях, находятся в разбавленном состоянии, поэтому обычно требуется предварительное концентрирование. Многие компоненты атмосферы взаимонесовместимы, например, озон и органические соединения, пероксиацилнитраты и многие органические соединения. Кроме того, сбор ЛОС путем конденсации в холодных ловушках также приводит к накоплению большого количества воды, которую, как правило, необходимо избирательно удалять в зависимости от используемых аналитических методов. Для сбора ЛОС в низких концентрациях для анализа используются методы твердофазной микроэкстракции (ТФМЭ). При анализе дыхания для отбора проб используются следующие методы: мешки для отбора газовых проб, шприцы, вакуумированные стальные и стеклянные контейнеры.

В США стандартные методы были разработаны Национальным институтом охраны труда и здоровья (NIOSH) и еще одним — Управлением по охране труда и здоровья США (OSHA). В каждом методе используется однокомпонентный растворитель; однако бутанол и гексан нельзя отбирать на одной и той же матрице образца с использованием методов NIOSH или OSHA.

Летучие органические соединения (ЛОС) количественно определяются и идентифицируются двумя основными методами. Основной метод — газовая хроматография (ГХ). Приборы ГХ позволяют разделять газообразные компоненты. В сочетании с пламенно-ионизационным детектором (ПИД) ГХ могут обнаруживать углеводороды на уровне частей на триллион. Используя детекторы электронного захвата , ГХ также эффективна для обнаружения галогенорганических соединений , таких как хлоруглеводороды.

Второй основной метод, связанный с анализом ЛОС, — это масс-спектрометрия , которая обычно сочетается с ГХ, образуя гибридный метод ГХ-МС.

Методы масс-спектрометрии с прямой инжекцией часто используются для быстрого обнаружения и точного количественного определения ЛОС. PTR-MS является одним из методов, наиболее широко используемых для онлайн-анализа биогенных и антропогенных ЛОС. Сообщается, что приборы PTR-MS, основанные на времяпролетной масс-спектрометрии, достигают пределов обнаружения 20 pptv после 100 мс и 750 ppqv после 1 мин времени измерения (интеграции сигнала). Разрешение по массе этих устройств составляет от 7000 до 10 500 м/Δm, что позволяет разделять большинство распространенных изобарных ЛОС и количественно определять их независимо.

Выдыхаемый воздух человека содержит несколько тысяч летучих органических соединений и используется в биопсии дыхания в качестве биомаркера ЛОС для диагностики заболеваний , таких как рак легких . Одно исследование показало, что «летучие органические соединения... в основном переносятся кровью и, следовательно, позволяют отслеживать различные процессы в организме» . И, по-видимому, соединения ЛОС в организме «могут быть либо образованы в результате метаболических процессов, либо вдыхаются/абсорбируются из экзогенных источников», таких как табачный дым в окружающей среде . Химическая дактилоскопия и анализ выдыхаемого воздуха на наличие летучих органических соединений также были продемонстрированы с помощью массивов химических сенсоров , которые используют распознавание образов для обнаружения компонентов летучих органических соединений в сложных смесях, таких как выдыхаемый газ.

Для обеспечения сопоставимости измерений ЛОС необходимы эталонные стандарты, прослеживаемые до единиц СИ . Для ряда ЛОС газообразные эталонные стандарты доступны у поставщиков специализированных газов или национальных метрологических институтов либо в виде баллонов, либо с помощью методов динамического получения. Однако для многих ЛОС, таких как кислородсодержащие ЛОС, монотерпены или формальдегид , отсутствуют стандарты в соответствующей концентрации из-за химической реактивности или адсорбции этих молекул. В настоящее время несколько национальных метрологических институтов работают над устранением недостающих стандартных газовых смесей с концентрацией на следовом уровне, минимизируя процессы адсорбции и улучшая нулевой газ. Конечные цели заключаются в обеспечении прослеживаемости и долговременной стабильности стандартных газов в соответствии с целями качества данных (DQO, максимальная неопределенность в данном случае составляет 20%), требуемыми программой ВМО / ГАВ .

• Ароматическая композиция
• Критерии загрязнения воздуха
• Скрытый выброс
• Неметановое летучее органическое соединение
• Органическое соединение
• Трихлорэтилен
• Проникновение паров
• Загрязнение грунтовых вод летучими органическими соединениями
• Протокол по летучим органическим соединениям