способ определения содержания кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота

Формула изобретения

Способ определения содержания кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота, включающий анализ биосубстрата животного, отличающийся тем, что проводят химический анализ сыворотки крови крупного рогатого скота методами атомно-эмиссионной спектрометрии и атомно-абсорбционной спектрофотометрии, затем устанавливают в сыворотке крови концентрацию одного или нескольких элементов, выбираемых из Ва, Р, Zn, Rb, и рассчитывают уравнения регрессии:

y=0,0092+0,00011х, где x - концентрация Ва в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани;

y=0,0342-0,00015х, где x - концентрация Р в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани;

y=0,0233-0,0000118х, где x - концентрация Zn в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани;

y=0,0209-0,0000262х, где x - концентрация Rb в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к животноводству и экологии и предназначено для использования в качестве теста прижизненной оценки степени накопления в мышечной ткани крупного рогатого скота кадмия, который, по данным Агентства по охране окружающей среды (Г.Г.Онищенко. Химическая безопасность как межведомственная проблема. Роль госсанэпидемслужбы России в обеспечении химической безопасности населения // Токсикологический вестник. - 2002. - № 1. - С.2-7), вместе с другими 7 тяжелыми металлами: Cu, As, Ni, Hg, Rb, Zn и Cr выделены в качестве приоритетных загрязнителей.

Накоплению различных загрязняющих веществ в атмосфере, почве и воде способствуют выбросы промышленных предприятий, бытовые и сельскохозяйственные отходы, в которые входят соединения, не имеющие природных разрушителей и обладающие токсическим действием на живые организмы. Наибольшее количество химических элементов поступает в организм человека с пищей. В связи с этим снабжение населения высококачественными, биологически полноценными и экологически безопасными отечественными продуктами животноводства до сих пор остается актуальной проблемой (А.П.Авцын, А.А.Жаворонков, М.А.Риш и др. Микроэлементозы человека. - М.: Медицина, 1991. - С.48-67).

Одним из опаснейших химических токсикантов является кадмий. В природу ежегодно выбрасывается приблизительно 5 тыс. т кадмия (Н.А.Уразаев, В.Я.Никитин, А.А.Кабыш и др. Эндемические болезни сельскохозяйственных животных. - М.: Агропромиздат, 1990. - С.172). Главными источниками загрязнения почвы кадмием являются фосфорные удобрения, отходы цветной металлургии, осадки сточных вод.

В количестве 70% кадмий поступает в растения из почвы и только 30% - из воздуха. Верхняя пороговая концентрация кадмия составляет 5 мг/кг корма. При превышении этой концентрации у животных развивается кадмиевый токсикоз (Н.А.Уразаев, В.Я.Никитин, А.А.Кабыш и др. Эндемические болезни сельскохозяйственных животных. - М.: Агропромиздат, 1990. - С.172-173.).

Кадмий нарушает обмен цинка, кальция, фосфора, железа и меди, что приводит к потере аппетита, снижению прироста, анемии, разрушению костной ткани, изменению простаты. Характерными проявлениями кадмиевой интоксикации являются поражение центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, гипертония, почечная недостаточность с протеинурией, цианоз, ринит, бронхопневмония, некротические изменения в гонадах, некроз плаценты и гибель плода (В.Д.Фокина, С.Ф.Покровская. Влияние загрязнения окружающей среды на сельскохозяйственных и диких животных. - М., 1981. - С.26-28; Г.И.Оксенгендлер. Яды и противоядие. - Л.: Наука, 1982. - С.96).

Принимая во внимание различные пути проникновения кадмия в организм (при вдыхании, с пищей и питьем), среднее загрязнение кадмием составляет на одного человека в сутки от 1,95 до 5,22 мкг - для сельской местности, от 1,96 до 5,24 мкг - для городов и от 4,23 до 6,44 мкг - для особо загрязненных территорий. Из крови кадмий переносится в печень и почки, где его содержание составляет половину от всего кадмия в организме человека (С.Л.Давыдова, В.И.Тагасов. Тяжелые металлы, как супермутагены XXI века. - М.: Изд-во РУДН, 2002. - С.106-107.).

В настоящее время известны способы определения содержания кадмия в пищевых продуктах (мышечная ткань, внутренние органы и другие ткани), которые можно использовать только после убоя животных (ГОСТ Р 51301-99. Продукты пищевые и продовольственное сырье. Инверсионно-вольтамперометрические методы определения содержания токсических элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). - М.: Госстандарт России, 1999. - С.7-13; ГОСТ 30538-97. Продукты пищевые. Методика определения токсических элементов атомно-эмиссионным методом. - М.: Госстандарт России, 1997. - С.10-21; ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсических элементов (кадмия, свинца, меди и цинка). - М.: Госстандарт России, 1994. - С.2-7).

Недостатком этих способов является невозможность прижизненного определения степени накопления кадмия в мышечной ткани животных с целью оценки и коррекции экологической безопасности будущего продовольственного сырья.

Известен также способ определения содержания кадмия в органах и мышечной ткани свиней (Патент РФ № 2342659.). Его недостатком является сложность взятия образцов копытного рога и подготовки их для исследования на содержание химических элементов.

От методов определения содержания кадмия в пищевых продуктах и сырье (ГОСТ Р 51301-99; ГОСТ 30538-97; ГОСТ 26929-94), при которых концентрация данного элемента устанавливается непосредственно в мышечной ткани убитых животных, заявленный способ отличается тем, что проводят химический анализ сыворотки крови, взятой у живых животных. Определение содержания кадмия в мышечной ткани свиней (Патент РФ № 2342659) основано на установлении концентрации марганца в копытном роге.

При заявляемом способе проводят химический анализ сыворотки крови крупного рогатого скота методами атомно-эмиссионной спектрометрии и атомно-абсорбционной спектрофотометрии, затем для определения содержания кадмия в мышечной ткани устанавливают в сыворотке крови концентрацию одного или нескольких элементов, выбираемых из Ва, Р, Zn, Rb, и рассчитывают уравнения регрессии:

y=0,0092+0,00011х, где x - концентрация Ва в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани;

y=0,0342-0,00015х, где x - концентрация Р в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани;

y=0,0233-0,0000118х, где x - концентрация Zn в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани;

y=0,0209-0,0000262х, где x - концентрация Rb в сыворотке крови,

y - содержание Cd в мышечной ткани.

Заявляемым способом решается задача оценки накопления кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота, которая является основной составной частью мяса - важнейшего продукта питания человека. Поставленная задача достигается путем установления концентрации в сыворотке крови Ва, Р, Rb или Zn с последующим расчетом уровня кадмия в мышечной ткани по уравнениям регрессии.

От существующих способов, при которых определение содержания одного из тяжелых металлов - кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота возможно только после убоя животных, заявляемый способ отличается тем, что устанавливается в сыворотке крови концентрация Ва, Р, Rb или Zn и по ней прижизненно оценивается накопление кадмия в мышечной ткани.

Пример выполнения. Кровь для исследования микро- и макроэлементов в сыворотке брали у бычков 18-месячного возраста из яремной вены утром до кормления животных. Пробы мышечной ткани массой до 1 г и пробы сыворотки крови объемом до 1 мл подсушивают на плите при температуре около 150°С в течение 12 часов. Озоление проб проводили в муфельной печи при постоянном увеличении температуры через каждые 30 минут на 50°С от 100 до 480°С. Процесс минерализации обычно происходит в течение 10-15 часов. В охлажденные при комнатной температуре пробы вносят 5 мл азотной кислоты и оставляют на 12 часов, затем их нагревают на электроплитке до получения сухого осадка. Далее в каждую пробу вносят 1 мл хлорной и 5 мл азотной кислоты, содержимое чашек упаривают на электроплите. Когда раствор становится прозрачным, в каждую чашку вносят 5 мл соляной кислоты (1:1). Это повторяют до влажного осадка солей желтоватого цвета, затем вносят 5 мл 5% соляной кислоты, нагревают на электроплите до растворения осадка и оставляют остывать при комнатной температуре. После остывания в каждую пробу добавляют 2 мл скандия, аккуратно переливают полученный раствор в пробирки и разбавляют его бидистиллированной водой до 10 мл.

Концентрацию макроэлементов в пробах определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) на спектрометре серии IMS Advantage производства Thermo Jarrell Ash. Концентрацию Cd, Pb, Sr и других микроэлементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии, используя спектрофотометр Per- kin-Elmer Zeeman/3030.

Из табл.1 видно, что из 7 химических элементов, концентрация которых была определена в мышечной ткани бычков, наибольшее содержание приходилось на Р и Са, а наименьшее - на Cd и Ва. По уровню содержания в мышечной ткани химические элементы располагаются в следующем порядке: P>Ca>Zn>Cu>Rb>Ba>Cd. Таким образом, содержание отдельных химических элементов в мышечной ткани на многие порядки превосходит концентрацию других. Наиболее широким является отношение крайних вариантов по Ва, а более узким - по Р.

Таблица 1.
Содержание химических элементов в мышечной ткани бычков, мг/кг
Химический элемент			Cv, %	Lim	Отношение крайних вариантов
Ва	0,187±0,034	0,192	102,6	0,040-0,940	1:23,5
Са	108,9±9,321	51,89	47,7	48,80-227,10	1:4,7
Cd	0,015±0,001	0,006	40,0	0,009-0,036	1:4,0
Cu	1,571±0,059	0,326	20,7	1,100-2,900	1:2,6
Р	1940,0±27,9	155,3	8,0	1600-2460	1:1,5
Rb	1,458±0,053	0,293	20,1	0,936-2,473	1:2,6
Zn	52,99±1,240	6,906	13,0	24,59-63,71	1:2,6

В сыворотке крови бычков больше всего содержится фосфора и кальция, меньше - рубидия и бария (табл.2). По содержанию в сыворотке крови химические элементы образуют следующий ранжированный ряд: P>Ca>Zn>Cu>Rb>Ba, который соответствует такому же ряду в мышечной ткани.

Таблица 2.
Содержание химических элементов в сыворотке крови бычков
Химический элемент	Единица измерения			Cv, %	Lim	Отношение крайних вариантов
Ва	мкг/л	47,05±5,364	29,38	62,4	19-127	1:6,7
Са	мг/л	99,77±1,067	5,844	5,9	87-111	1:1,3
Cu	мкг/л	596,83±27,88	152,7	25,6	120-860	1:7,2
Р	мг/л	129,38±3,459	18,95	14,6	95-194	1:2,0
Rb	мкг/л	239,83±17,24	94,45	39,4	110-410	1:3,7
Zn	мкг/л	738,3±43,12	236,2	32,0	310-1590	1:5,1

Наименьшая изменчивость концентрации химических элементов в сыворотке крови характерна для кальция, а наибольшая - для бария. Соответственно для этих элементов отношение крайних вариантов изменяется от 1:1,3 до 1:6,7.

По содержанию изученных элементов мышечная ткань отличается от сыворотки крови. Например, концентрация в мышцах Ва, Rb, P и Zn в 3,98-71,8 раза выше, чем в сыворотке крови. Если отношение Р : Са в сыворотке крови было 1:1,3, то в мышцах оно значительно отличалось и составило 1:17,8.

Были рассчитаны коэффициенты корреляции между содержанием отдельных химических элементов в сыворотке крови и концентрацией кадмия в мышечной ткани бычков. При этом наиболее высокие и достоверные корреляционные связи (табл.3) были установлены между содержанием кадмия в мышцах и концентрацией в сыворотке крови бария (+0,574), фосфора (-0,483), цинка (-0,468), рубидия (-0,416).

С целью определения накопления кадмия в мышечной ткани крупного рогатого скота на основании вышеперечисленных коэффициентов корреляции были рассчитаны коэффициенты и уравнения регрессии. Содержание кадмия в мышечной ткани можно более точно определить по концентрации бария в сыворотке крови, так как между этими элементами установлена более высокая корреляция (+0,574). Для этого используется уравнение регрессии: y=0,0092+0,00011х, где x - концентрация бария в сыворотке крови, y - содержание кадмия в мышечной ткани. Концентрацию фосфора, цинка и рубидия в сыворотке крови также можно использовать для определения содержания кадмия в мышечной ткани. Однако по содержанию остальных химических элементов в сыворотке крови крупного рогатого скота не представляется возможным тестировать уровень кадмия в мышечной ткани вследствие низкой и недостоверной корреляционной связи (r=-0,187-+0,161).

Таблица 3.
Корреляционная связь между содержанием кадмия в мышечной ткани и концентрацией отдельных химических элементов в сыворотке крови бычков
Коррелирующие элементы, x (сыворотка) - y (мышцы)	r±Sr	Rx/y	y=a+bx
Ba-Cd	+0,574±0,155	2840,0	0,0092+0,00011x
P-Cd	-0,483±0,165	1542,9	0,0342-0,00015x
Zn-Cd	-0,468±0,167	18648,1	0,0233-0,0000118x
Rb-Cd	-0,416±0,172	6626,6	0,0209-0,0000262х

Следовательно, по уровню бария, фосфора, цинка или рубидия в сыворотке крови можно прижизненно тестировать у крупного рогатого скота мышечную ткань на содержание кадмия. Это позволит оценить и скорректировать экологическую безопасность говядины, получаемой, главным образом, при убое молодняка крупного рогатого скота.