Frontiers in Pharmacology

Introduction

Slovní spojení chemická kontaminace je jasným označením přítomnosti chemických látek tam, kde by neměly být, nebo jsou přítomny v množství, které je vyšší než množství, které je považováno za bezpečné. Chemická rizika jsou jednou z hlavních příčin kontaminace potravin, která souvisí s propuknutím onemocnění z potravin (Faille et al., v tisku). Původ chemických kontaminantů je různý od pole až po talíř, a to půda, životní prostředí, vedlejší produkty dezinfekce, výrobky osobní péče, vzduch, voda a obalový materiál. Chemické kontaminanty inhibují téměř všechny masově vyráběné výrobky každodenního použití, jako jsou dezinfekční prostředky, plasty, detergenty, deodoranty, pesticidy atd. Před invazí chemických látek v nebezpečných koncentracích nejsou v bezpečí ani konzumované potraviny a voda. Kontaminace potravin, ať už náhodná nebo úmyslná, je nešťastným činem, který s sebou přináší řadu závažných důsledků pro lidské zdraví. Kontaminace potravin byla v historii zaznamenána již před 8 000 lety, nicméně růst agrobyznysu a globalizace napomohly rozšíření tohoto problému po celé planetě (Robertson et al., 2014). Americké Centrum pro kontrolu a prevenci nemocí potvrdilo v roce 2013 více než 11 000 infekcí z potravin (Salter, 2014), přičemž kontaminaci potravin způsobuje několik původců, jako jsou viry, bakterie, toxiny, paraziti, kovy a další chemické látky (Callejón et al., 2015). Příznaky onemocnění z potravin způsobených chemickou kontaminací sahají od mírné gastroenteritidy až po fatální případy jaterních, renálních a neurologických syndromů. Právě v této souvislosti se kontaminace potravin často dostává na titulní stránky novin v důsledku svých škodlivých následků. V letech 2009-2010 bylo ve Spojených státech zaznamenáno celkem 1527 případů výskytu onemocnění z potravin, které měly za následek 29 444 případů onemocnění a 23 úmrtí (CDC, 2013). Kontaminace potravin je navíc v posledních letech stále závažnější v důsledku rozvoje průmyslu a následného znečištění životního prostředí (Song et al., 2017). Kromě toho může požití kontaminovaných potravin pesticidy a těžkými kovy způsobit gastrointestinální infekce (Song et al., 2017). Například v Nigérii zemřelo odhadem 400 až 500 dětí na akutní otravu olovem v důsledku požití potravin kontaminovaných půdou a prachem s obsahem olova (Tirima et al., v tisku). Keeping such incidents in the mind and the overall harmful health implications in the fore, this review examines the reasons and types of chemical contaminants in food along with individual’s exposure to such contaminated foods on the daily basis and further elaborates the health impacts of such food impurities.

Důvody kontaminace potravin

Potraviny jsou zásadním faktorem přispívajícím k lidské zdravotní pohodě a hlavním zdrojem starostí, potěšení a stresu (Wilcock et al., 2004), přičemž jednou z příčin stresu a starostí jsou nemoci způsobené v důsledku kontaminovaných potravin. Příčin kontaminace potravin je více (Ingelfinger, 2008). Příprava potravin prochází dlouhým řetězcem zpracování, kde každá fáze je potenciálním zdrojem invaze chemických kontaminantů do potravin. Základem kontaminace potravin může být také jejich přeprava, konkrétně za špatných hygienických podmínek (Unnevehr, 2000). Stejně tak jsou některé chemické látky záměrně přimíchávány během procesu přípravy potravin, aby se zlepšila trvanlivost potravinářského výrobku. Kontaminující látky mohou obsahovat nečistoty potravin při přípravě pokrmů v kuchyni, nicméně jejich přenos závisí především na účinnosti hygieny v kuchyni (Gorman et al., 2002). Chemické kontaminanty se do potravinového řetězce dostávají přirozeně i s patogeny, které jsou přítomny v životním prostředí a vykazují vysoký počet bakterií na některých klíčových syrových potravinách, jako je drůbeží maso (Humphrey et al., 2007).

Typy kontaminantů potravin

Kontaminanty potravin obvykle zahrnují kontaminanty z prostředí, kontaminanty ze zpracování potravin, neschválené přídatné látky a potravinářská aditiva a migranty z obalových materiálů (Mastovska, 2013). Kontaminanty životního prostředí jsou nečistoty, které do potravin vnáší člověk nebo se přirozeně vyskytují ve vodě, vzduchu nebo půdě. Kontaminanty při zpracování potravin zahrnují ty nežádoucí sloučeniny, které vznikají v potravinách při pečení, pražení, konzervování, zahřívání, fermentaci nebo hydrolýze (Schrenk, 2004). Přímý kontakt potravin s obalovými materiály může vést k chemické kontaminaci v důsledku migrace některých škodlivých látek do potravin. Dále může ke kontaminaci potravin vést použití neschválených nebo chybných přídatných látek.

Přirozeně se vyskytující kontaminanty v potravinách

Několik bakterií, virů a parazitů přirozeně osídluje povrch syrových potravin. Ke kontaminaci syrových potravin může dojít také vlivem odpadních vod, půdy, vnějších povrchů, živých zvířat, vnitřních orgánů masných zvířat. Dalším zdrojem kontaminovaných potravin jsou potraviny, které pocházejí z nemocných zvířat, i když pokrok ve zdravotnictví tento zdroj kontaminace potravin téměř eliminoval (Marriott a Gravani, 2006). Kontaminace potravin z chemických zdrojů zahrnuje náhodné přimíchání chemických zásob do potravin nebo chemických látek v krmivech či antibiotických injekcích podávaných drůbeži (Martin a Beutin, 2011). Několik parazitů se v potravinách vyskytuje také prostřednictvím symbiotických vztahů mezi organismem a parazitem. Řada z nich způsobuje infekce a epidemie z potravin. Široká kategorizace těchto parazitů je uvedena v tabulce 1A (Newell et al., 2010).

Tabulka 1A. Paraziti v různých potravinách (upraveno a je použito se souhlasem Newell et al., 2010).

Enterické infekce způsobené parazity se mohou přenášet fekálně-orální cestou konzumací vnitřně kontaminovaných potravin nebo příjmem volně žijících parazitů z prostředí. Kontaminace potravinářských produktů, jako je maso, zelenina a ovoce, je možná zavlečením parazita v odpadních vodách, zavlažovací vodě, výkalech, půdě, manipulací člověka nebo nesprávným zpracováním infikovaného masa. Zvířata produkující potraviny mohou sama přenášet parazity, protože jsou sama infikována (Pozio, 1998).

Kontaminace ve fázích výroby, zpracování, skladování a přípravy potravin

Kontaminanty mohou být přítomny v potravinách v jejich surové fázi v důsledku zdrojů kontaminantů z prostředí. Během přepravy potravin jsou běžnými zdroji kontaminace výfukové plyny z vozidel s naftou a benzínem nebo křížová kontaminace ve vozidle používaném pro přepravu potravin. Dálkové lodě určené k přepravě jsou také často křížově kontaminovány chemickými látkami používanými k dezinfekci nebo jinými zdroji (Nerín et al., 2007a). Vysoké bariéry používané k ochraně potravin zabalením při dálkové přepravě nejsou vždy testovány z hlediska svých bariérových vlastností, což je příčinou kontaminace. Ve fázi čištění při výrobě a přípravě potravin mohou kontaminující látky vniknout v důsledku zbytků dezinfekčních a čisticích prostředků na povrchu zařízení pro manipulaci s potravinami (Nageli a Kupper, 2006; Villanueva et al., 2017). Dalším zdrojem kontaminantů je tepelná úprava ve výrobním procesu. Používání vysoké teploty při vaření v domácnostech a v průmyslu je široce používanou metodou při zpracování potravin. Používání vysoké teploty při vaření ve spojení s vnějšími faktory potenciálně vede ke vzniku toxických sloučenin, které zanechávají dopad na bezpečnost a kvalitu potravin. Toxické sloučeniny, jako jsou nitrosaminy chloropropanoly, akrylamid, furany nebo polycyklické aromatické uhlovodíky, vznikají při metodách zpracování potravin, jako je ohřívání, pražení, grilování, pečení, konzervování, fermentace nebo hydrolýza (Nerín et al., 2016). Smažení je hlavním zdrojem vzniku řady toxických sloučenin při procesech přípravy potravin (Roccato et al., 2015). Kromě toho může mikrovlnný ohřev také dát vzniknout kontaminujícím látkám v potravinách, protože společným znakem mikrovlnného ohřevu je, že potravina se v mikrovlnné troubě připravuje v nádobě nebo obalové fólii (obalovém materiálu) (Nerín et al., 2003). Mezi mikrovlnné obalové materiály patří lepenka, kompozitní materiály a plasty a během vaření mohou složky těchto materiálů přecházet z obalu do potraviny, což má za následek snížení bezpečnosti a kvality potravin (Ehlert et al., 2008).

Obaly potravin s sebou nesou několik výhod, jako je fyzická ochrana a zvýšená ochrana potravin; přesto však mohou představovat hrozbu (Marsh a Bugusu, 2007). Při procesech balení se využívá několik přísad, jako jsou stabilizátory, antioxidanty, změkčovadla a kluzné látky, které zlepšují vlastnosti obalového materiálu. Nicméně jakýkoli přímý nebo nepřímý kontakt potraviny s obalovým materiálem může vést k přenosu těchto látek z obalu do potraviny. Takový jev se označuje jako migrace. Při použití kovových plechovek v obalech stojí koroze jako zdroj kontaminace potravin v důsledku migrace kovových iontů do potravin (Buculei et al., 2012). Aby se tomu zabránilo, je vnitřní strana plechovek běžně potahována laky, jako jsou epoxidové pryskyřice, které chrání před korozí, ale i drobné vedlejší produkty z výroby epoxidových pryskyřic, jako je cyklo-di- BADGE, bisfenol A nebo diglycidylether bisfenolu A (BADGE), mohou migrovat do potravin. Tyto sloučeniny jsou známé jako endokrinní disruptory (Cabado et al., 2008). Existuje také riziko, že látky, které nebyly přidány záměrně, migrují z obalového materiálu do potravin a vyvolávají nepříznivé účinky (Nerin et al., 2013). Skladování potravin je dalším krokem, který může vést ke vzniku toxinů v potravinách. Mezi kontaminující faktory patří přímé sluneční záření, které urychluje znehodnocování potravin a obalů, a adsorpce nežádoucích pachových látek. Potraviny s delší dobou skladování obsahují aromata a barvy, které ohrožují výživovou hodnotu potravin. Také potraviny s vysokým obsahem tuku jsou náchylné ke kontaminaci pachy (Nerín et al., 2007a). Kontaminace potravin v důsledku celé fáze jejich zpracování až po balení je shrnuta na obrázku 1.

Obrázek 1. Kontaminace potravin. (A) Kontaminace při výrobě a zpracování potravin. (B) Kontaminace způsobená vlivy prostředí.

Kontaminace způsobená vlivy prostředí

Formát biosenzorového testu pomáhá stanovit četné znečišťující látky z prostředí, které způsobují kontaminaci potravin (Baeumner, 2003). Několik kovů, především toxické těžké kovy kadmium, rtuť, olovo a polychlorované bifenyly (PCB), se dostávají prostřednictvím průmyslového prostředí do kontaminace potravin. Příkladem je průmyslová oblast Huludao v severovýchodní Číně, která je vážně kontaminována těžkými kovy, jako je rtuť, olovo, kadmium, zinek a měď, v důsledku tavení těžkých kovů v této oblasti (Zheng et al., 2007). Rostliny tvoří základ potravinového řetězce a mohou snadno absorbovat toxické látky z půdy, čímž kontaminují nejen ovoce a zeleninu, ale také mořské plody (Peralta-Videa et al., 2009). Dalším zdrojem kontaminace potravin je půdní prostředí. Těžké kovy z průmyslových oblastí mohou proniknout do půdy a dostat se do potravinového řetězce, kde infikují surové zdroje potravin (Krishna a Govil, 2006). Pesticidy používané jako prostředky na ochranu rostlin se také dostávají do potravinového řetězce a vystavení člověka těmto chemikáliím vykazuje širokou škálu zdravotních problémů, jako je potlačení imunity, snížení inteligence, hormonální poruchy, rakovina a reprodukční abnormality (Abhilash a Singh, 2009). Na celém světě se každoročně aplikují přibližně 3 miliardy kg pesticidů (Pimentel, 2005), což představuje vážnou hrozbu, protože tyto chemické látky kontaminují surové zdroje potravin. V případě pesticidů je však maximální limit reziduí (MRL) důležitým faktorem určujícím riziko, které představují pro lidské zdraví. Hladiny reziduí pesticidů v potravinách jsou regulovány právními předpisy, aby se minimalizovala jejich expozice spotřebitele (Nasreddine a Parent-Massin, 2002). V řadě málo rozvinutých zemí však taková legislativa neexistuje nebo je nedostatečně uzákoněna. Podobně jako pesticidy jsou na tom rezidua veterinárních léčiv v mase hospodářských zvířat, která mohou zůstat v mase a ohrožovat jedince expozicí těmto reziduím léčiv, přenosem rezistence na antibiotika a rizikem alergií (Reig a Toldrá, 2008).

Chemical Contaminants in Drinking Water

Problematika spotřeby potravin se vyvinula z krátkého obchodního řetězce mezi výrobcem a spotřebitelem do složitého řetězce různých stran (Pongratz et al., 2011). Podobně jako potraviny je i pitná voda ohrožena kontaminanty s vážnými zdravotními důsledky nejen pro život člověka, ale také pro mořské živočichy a další organismy, které znečištěnou vodu konzumují. Zdrojů těchto kontaminantů je více, včetně průmyslových a komunálních výpustí, přírodních geologických útvarů, městských a venkovských splachů, procesu úpravy pitné vody a materiálů pro distribuci vody (Calderon, 2000). Lidské činnosti, jako je hydraulické štěpení a horizontální vrty, zvýšily produkci energie, avšak také zvýšily výskyt kontaminace pitné vody. Pitná voda pocházející z podzemních vod může být také kontaminována těžkými kovy (např. niklem, rtutí, mědí a chromem), což by mohlo mít za následek zvýšený počet případů zdravotních poškození karcinogenní i nekarcinogenní povahy (Wongsasuluk et al., 2013), včetně fekální kontaminace (Kostyla et al., 2015). Takový zdroj kontaminace pitné vody se vyskytuje zejména v zemích s nízkými a středními příjmy (Bain et al., 2014). Vedlejší produkty léčiv jsou rovněž toxické a jsou dalším identifikovaným zdrojem kontaminace vody chemickými látkami (Shen a Andrews, 2011).

Kontaminanty pitné vody zahrnují několik chemických látek, jako je arsen, hliník, olovo, fluorid, vedlejší produkty dezinfekce, radon a pesticidy (tabulka 1B). Jejich účinky na zdraví sahají od četných nádorových onemocnění, kardiovaskulárních onemocnění, nepříznivých reprodukčních výsledků až po neurologická onemocnění. Currie et al. (2013) také zjistili, že konzumace chemicky kontaminované vody matkami, konkrétně těmi méně vzdělanými, vykazuje významné účinky na těhotenství kojenců a porodní hmotnost dítěte.

Tabulka 1B. Běžné chemické kontaminanty v pitné vodě uváděné v recentní literatuře.

Zdravotní důsledky kontaminantů v potravinách

Nemocí z potravin je v USA ročně asi 48 milionů. (Gould et al., 2013) Chemicky kontaminované potraviny mají závažné důsledky pro zdraví osob. Škodlivé účinky sahají od drobných žaludečních potíží až po závažná úmrtí na zdraví. Chemické kontaminanty jsou silně spojeny s vážnými následky, nedostatkem osobní kontroly a dlouhodobými účinky (Kher et al., 2011). Konzumace potravin je nejpravděpodobnějším zdrojem expozice člověka kovům. Kovy, jako je kadmium a olovo, se snadno dostávají do potravinového řetězce. Těžké kovy mohou vážně vyčerpat specifické živiny v těle, které mohou snížit imunologickou obranyschopnost, zhoršit psychosociální zázemí a způsobit intrauterinní růstovou retardaci. Konzumace těžkých kovů je také spojena s podvýživou a zvyšuje výskyt gastrointestinálních onemocnění (Khan et al., 2008). Kontaminanty v potravinách jsou také hlavní příčinou rakoviny (Abnet, 2007) Vystavení polychlorovaným bifenylům (PCB) v důsledku kontaminace potravin může nepříznivě ovlivnit neurologický vývoj dětí a imunitní reakce (Schantz et al., 2004). Pesticidy v potravinách jako kontaminanty rovněž vykazují závažné zdravotní důsledky. Nadměrné množství těchto chemických látek v potravinách způsobuje poškození nervů a ledvin, vrozená postižení, reprodukční problémy a může se ukázat jako karcinogenní (Bassil et al., 2007). Hromadění pesticidů v tělesných tkáních může mít za následek také metabolickou degradaci (Androutsopoulos et al., 2013). Existuje také riziko neurovývojových poruch, jako jsou poruchy pozornosti, autismus, dětská mozková obrna a mentální retardace, způsobené průmyslovými chemickými látkami, jako jsou arsen, PCB a olovo, v potravinách i ve vodě. Vystavení těmto chemickým látkám ve fázi vývoje plodu může způsobit poškození mozku a taková celoživotní postižení při mnohem nižších dávkách, než jsou ty, které mohou ovlivnit funkci mozku dospělých (Grandjean a Landrigan, 2006).

Individuální expozice kontaminantům v potravinách

Konzumace potravin je zásadní cestou expozice kontaminantům z různých zdrojů. Expozice jednotlivce těmto kontaminantům je vysoká, což vysvětluje vysoký počet hospitalizovaných případů a onemocnění nejen v USA, ale i na celém světě. Kontaminující látky jsou obsaženy téměř ve všech potravinách včetně ovoce, pečiva, zeleniny, drůbeže, masa a mléčných výrobků (Kantiani et al., 2010). Není neobvyklé, že jedna potravina obsahuje rezidua pěti nebo více než pěti perzistentních chemických toxinů (Schafer, 2002). Studie zkoumala expozici 37 kontaminantům ve stravě v USA a odhalila, že u 20 ze studovaných kontaminantů jsou k dispozici referenční koncentrace pro rakovinu. Tyto referenční koncentrace naznačovaly, že denní expozice kontaminantům má pravděpodobnost, že se u nich projeví nežádoucí vedlejší účinky (Dougherty et al., 2000). Jiná studie odhadovala expozici mnoha kontaminantům v potravě u dětí; výsledky ukázaly, že referenční hodnoty kontaminantů pro rakovinu byly překročeny u všech dětí v případě dieldrinu, arsenu, DDE a dioxinů (Vogt et al., 2012).

Preventivní opatření ke kontrole kontaminace potravin

Existují právní předpisy, které regulují množství několika chemických látek v potravinách. Nezdravé přídatné a falšující látky se ze zákona nesmějí používat. Je však zapotřebí účinných systémů dozoru a reakce, aby se zabránilo tomu, že se chemické nebezpečí dostane do potravin a poškodí veřejnost. Úřad FDA předepisuje minimální množství chemických látek, které jsou v potravinách povoleny, například koncentrace pesticidů by neměla přesáhnout stanovený limit (Bajwa a Sandhu, 2011). Při dodržování stanovených koncentrací a pokynů však stále může docházet k chybám. Zejména v případě rozvojových a málo rozvinutých zemí je prosazování právních předpisů týkajících se správy koncentrace škodlivých kontaminantů v potravinách stále slabé. Některé země jsou vysoce závislé na zemědělství, což vede k tomu, že vysoké množství pesticidů proniká do podzemních vod a kontaminuje potraviny i vodu. Zvláštní obavy vzbuzují neregulované chemické látky (Villanueva et al., 2013) a je třeba se více zaměřit na výzkum kontaminantů, které unikají lidské detekci. Zásadní jsou také obavy jednotlivých spotřebitelů, protože mohou hrát zásadní roli při řízení jejich zdraví (Liang a Scammon, 2016). Oblíbenost a rozšířenost internetu navíc také umožňuje spotřebitelům vyhledávat informace online a snižovat zdravotní rizika spojená s případy kontaminace potravin. Zpravodajská média a novináři hrají důležitou roli při informování o epidemiích, hrozbách a jejich příčinách, včetně odborných komentářů týkajících se chemických kontaminantů potravin. Kromě toho je třeba, aby si veřejnost zachovala zdravou míru skepse vůči kontaminovaným potravinářským výrobkům uváděným ve zprávách a vyhýbala se konzumaci nařčených potravinářských výrobků, dokud vědecké důkazy neodůvodní okamžitá opatření. A co je nejdůležitější, potravinářský průmysl musí akceptovat potřebu větší poctivosti a otevřenosti při výrobě bezpečných komerčních potravinářských výrobků i při ochraně veřejnosti před kontaminací potravin.

Závěr

Chemická kontaminace potravin se stala vážným problémem, který s sebou nese potenciální zdravotní rizika. K většině kontaminace potravin dochází prostřednictvím přirozeně se vyskytujících toxinů a látek znečišťujících životní prostředí nebo při zpracování, balení, přípravě, skladování a přepravě potravin. S rozvojem technologií je detekce těchto kontaminantů stále snazší. Existuje však několik kontaminantů, které jsou stále neznámé, a výzkum v tomto ohledu pokračuje. Ačkoli vláda přijala odpovídající opatření k minimalizaci individuálního vystavení kontaminantům v potravinách, stále existují opatření, která je třeba přijmout, aby se snížila zdravotní rizika a onemocnění, která přicházejí s chemickou kontaminací potravin.

Příspěvky autorů

IR navrhl, koncipoval a napsal rukopis. WK se podílel na psaní. WP a JL rukopis kriticky zkontrolovali, upravili a dokončili k odeslání.

Financování

Tato práce byla podpořena National Research Foundation of Korea (2013M3A9A504705 a 2017M3A9A5048999).

Prohlášení o střetu zájmů

Autoři prohlašují, že výzkum byl prováděn bez jakýchkoli komerčních nebo finančních vztahů, které by mohly být chápány jako potenciální střet zájmů.

Recenzent AJ deklaroval zpracovávajícímu redaktorovi společnou afiliaci bez spolupráce s jedním z autorů, IR.

.