Нормирование радиолитических продуктов в облучённых пищевых продуктах: механизмы, безопасность, регулирование и аналитический контроль (аналитический обзор)

Введение

Радиационная обработка пищевых продуктов рассматривается как эффективный метод повышения микробиологической безопасности, продления сроков хранения и снижения риска пищевых инфекций. Ионизирующее излучение используется для инактивации патогенных микроорганизмов и паразитов, подавления прорастания (картофель, лук), замедления процессов порчи и обеспечения фитосанитарных требований при международной торговле [1–3].

Ключевым объектом научной и регуляторной дискуссии остаются продукты радиолиза – вторичные соединения, возникающие при взаимодействии радиационно-индуцированных радикалов с макромолекулами пищевой матрицы. Радиолиз воды приводит к образованию гидроксильных радикалов, атомарного водорода, гидратированных электронов и других реакционноспособных частиц, которые инициируют цепь реакций окисления, фрагментации и перегруппировки органических соединений [4–7]. Уже в 1981 г. Совместный комитет экспертов ФАО/ВОЗ/МАГАТЭ по безвредности облучённой пищи (JECFI) пришёл к выводу, что облучение любых пищевых продуктов до средней дозы 10 кГр не даёт токсикологических оснований для запрета технологии и не требует дополнительного тестирования каждого конкретного продукта [1]. В 2011 г. Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA), пересмотрев массив данных о химической безопасности облучения, подтвердило, что при соблюдении установленных доз и перечня продукции применение ионизирующего излучения не приводит к дополнительным рискам для здоровья потребителя [2, 5].

На этом фоне особое значение приобретает систематизация знаний о составе и токсикологическом значении продуктов радиолиза, в том числе о специфических маркёрах облучения (2-алкилциклобутаноны) и соединениях, обсуждаемых в связи с канцерогенным риском (фуран, акриламид и др.).

Целью настоящей работы является аналитический обзор:

• механизмов радиолиза основных компонентов пищевой продукции и формируемых классов продуктов радиолиза;
• токсикологической характеристики ведущих продуктов радиолиза (2-алкилциклобутаноны, фураны, производные сахаров, продукты окисления липидов и белков);
• международных подходов к регламентации облучения пищевых продуктов с учётом роли продуктов радиолиза в оценке безопасности;
• современных методов аналитического контроля содержания продуктов радиолиза и идентификации факта облучения;
• перспектив использования радиационной обработки с учётом химической и токсикологической безопасности.

Радиолиз пищевых компонентов и классы продуктов радиолиза

Радиационная химия воды и органических молекул. Основным первичным событием при облучении пищевых продуктов является радиолиз воды, в результате которого образуются гидроксильные радикалы (·OH), гидратированные электроны, радикалы водорода (·H), перекись водорода и другие реакционноспособные частицы [4, 5]. Эти виды инициируют цепные реакции с участием макромолекул (липидов, белков, углеводов) и низкомолекулярных компонентов (витаминов, органических кислот), приводя к образованию широкого спектра продуктов радиолиза.

Липиды и 2-алкилциклобутаноны. Липиды (триацилглицерины) являются одним из основных субстратов радиолиза. При взаимодействии с радикалами происходит разрыв углерод-углеродных связей в жирных кислотах с последующим внутримолекулярным циклированием и образованием 2-алкилциклобутанонов (2-ACB) – специфических маркёров облучения жиров [5]. Наиболее изучены 2-додецилциклобутанон (2-DCB, производное пальмитиновой кислоты) и 2-тетрадецилциклобутанон (производное стеариновой кислоты). Эти соединения практически не образуются при кулинарной термической обработке в сопоставимых количествах, что делает их высокоспецифичными индикаторами факта облучения жиросодержащих продуктов (мясо, птица, рыба, молочные продукты) [6].

Выход 2-ACB линейно зависит от дозы облучения и содержания жира. Концентрации, как правило, составляют единицы (десятки) мкг/г жира на 1 кГр; при типичных дозах 1–5 кГр суммарное содержание 2-ACB остаётся на уровне, сопоставимом с другими продуктами окислительной деградации липидов [7].

Белки и аминокислоты. Белки и аминокислоты при облучении подвергаются реакциям окисления (образование карбонильных групп, сульфоксидов, сшивок), дезаминирования, дезкарбоксилирования и частичному расщеплению цепей [4, 8]. Важный продукт радиолиза белков – орто-тирозин, образующийся при гидроксилировании фенилаланина гидроксильными радикалами, который рассматривается как дополнительный дозиметрический маркёр радиационной обработки белковых матриц.

Углеводы, витамин C, фураны и органические кислоты. Углеводы и аскорбиновая кислота под действием свободных радикалов декомпозируются с образованием низкомолекулярных альдегидов, кетонов, органических кислот и фурановых производных. На модельных системах показано, что при облучении водных растворов глюкозы, фруктозы, сахарозы и витамина C образуются уксусная и муравьиная кислоты, 2-фурфурол, 5-гидроксиметилфурфурол (HMF), фурфуриловый спирт, 2-фуровая кислота и 2(5H)-фуранон [4]. Эти соединения хорошо известны и как продукты термической обработки (карамелизация, реакции Майяра). Сравнение концентраций показывает, что их уровни при облучении, как правило, сопоставимы или ниже, чем при пастеризации и стерилизации [9–11].

Особый интерес представляют фуран и акриламид, классифицируемые IARC как возможные (вероятные) канцерогены. Они образуются преимущественно при высокотемпературной обработке (жарка, обжарка, выпечка) в углеводно-белковых матрицах, тогда как при облучении их образование de novo выражено значительно слабее [10, 11].

Токсикологическая характеристика продуктов радиолиза

Международные экспертные оценки и предел 10 кГр. Совместный экспертный комитет ФАО/ВОЗ/МАГАТЭ по безвредности облучённой пищи (JECFI) в 1980 г. обобщил результаты многолетних исследований токсичности облучённых рационов и продуктов радиолиза и пришёл к ключевому выводу: облучение любой пищевой продукции до средней дозы 10 кГр приемлемо с точки зрения безопасности, и дополнительное токсикологическое тестирование таких продуктов не требуется [1]. Комитет не выявил тератогенных, мутагенных или канцерогенных эффектов ни при кратковременном, ни при длительном потреблении рационов, полностью или преимущественно состоящих из облучённых продуктов [1].

В 2011 г. EFSA опубликовало развёрнутое заключение о химической безопасности облучения пищи, подтвердившее, что:

• ионизирующее излучение вызывает в пищевых продуктах радиолитические превращения, однако их спектр и уровни сопоставимы с изменениями при традиционной термообработке;
• отсутствуют данные, свидетельствующие о необходимости введения ПДУ для отдельных продуктов радиолиза;
• целесообразно регулировать облучение через установление допустимых доз, перечня разрешённых продуктов и требований к маркировке [2, 3].

Позиции JECFI и EFSA поддерживаются и другими авторитетными обзорами, подчёркивающими, что совокупный пакет токсикологических данных об облучённой пище по уровню доказательности сопоставим с традиционными технологиями обработки (пастеризация, стерилизация) [5, 8].

2-алкилциклобутаноны как специфические продукты радиолиза жиров. Уровни образования и экспозиция. 2-Алкилциклобутаноны формируются только при облучении жиров и не образуются в значимых количествах при других технологических воздействиях [6, 7]. Их содержание в пищевых продуктах зависит от поглощённой дозы и массовой доли жира, типичные уровни при дозах 1–5 кГр составляют единицы (десятки) мкг/г жира.

Сопоставление расчётных диетарных экспозиций с данными токсикологических исследований показывает, что уровень 2-ACB, потребляемых населением даже при максимальном использовании технологии, на несколько порядков ниже доз, вызывающих эффекты в экспериментальных моделях [6, 11, 12].

Экспериментальные модели канцерогенеза. В ряде работ 1990–2000-х годов изучалась роль 2-ACB как возможных промоторов канцерогенеза толстой кишки. Наиболее цитируемое исследование F. Raul и соавт. показало, что добавление 2-DCB в рацион крыс, экспонированных азоксиметаном (AOM), приводило к увеличению числа и размеров опухолей толстой кишки [13]. Авторы трактовали 2-DCB как потенциальный промотор опухолевого процесса.

Ключевым ограничением этих работ было то, что применявшиеся дозы 2-ACB во много раз превышали возможное реальное поступление с пищей. EFSA и другие эксперты отмечают, что перенос подобных эффектов high-dose напрямую на диетарные экспозиции человека некорректен [2, 3].

Современные критические обзоры и подострые эксперименты in vivo. Современный этап изучения токсичности 2-алкилциклобутанонов (2-ACB) характеризуется переходом от отдельных фрагментарных работ к комплексным критическим обзорам и стандартизированным подострым (хроническим) исследованиям in vivo. Ключевым обобщающим источником является критический обзор Song B.S. и соавт. (2014), в котором систематизированы данные экспериментов in vitro, in vivo и результаты многоцентровых токсикологических исследований 2-ACB, в том числе работы H. Delincée, F. Raul, E. Marchioni и др. [6, 12–15]. Авторы отмечают, что выявляемые генотоксические и промоторные эффекты возникают преимущественно в условиях очень высоких доз 2-ACB (на несколько порядков выше реальной пищевой экспозиции), тогда как перенос этих результатов на реальные уровни потребления ограничен [6].

Важное место занимает многоцентровое токсикологическое исследование E. Marchioni и соавт. (2004), в котором оценивали цитотоксичность и генотоксичность 2-ACB в различных тест-системах, а также влияние 2-DCB и 2-tDCB в диетарных моделях [14]. Это исследование стало одним из основных источников данных, использованных регуляторами (EFSA, национальные органы) при пересмотре оценок риска: было показано, что при высоких концентрациях возможны повреждения ДНК в отдельных моделях in vitro, но полученные значения доз не сопоставимы с реальным диетарным поступлением.

Ряд классических работ H. Delincée и соавт. показал, что 2-DCB может индуцировать повреждения ДНК в клеточных системах (комет-тест, хромосомные аберрации) при высоких концентрациях [15]. Эти данные легли в основу гипотезы о возможном промоторном эффекте 2-ACB в канцерогенезе толстой кишки. В то же время последующие исследования Sommers C.H. и соавт. не подтвердили мутагенности 2-DCB в модифицированном тесте Эймса, что указывает на зависимость результатов от выбранной тест-системы и условий экспонирования [15].

Критический анализ совокупности таких результатов был выполнен не только в научных обзорах, но и в регуляторных документах. EFSA (2011) выделило 2-ACB в самостоятельный раздел заключения по химической безопасности облучения, указав, что имеющиеся генотоксические эффекты наблюдались в условиях явно завышенной дозовой нагрузки, а оценка диетарной экспозиции показывает многократный запас безопасности [2]. Аналогичный вывод содержится в оценке Health Canada, где сопоставлены реальные уровни 2-ACB в облучённой пище с дозами, использованными в экспериментальных исследованиях. Отмечено, что даже при максимальном сценарии потребления получаемые величины экспозиции остаются в зоне, далёкой от эффект-уровней, выявленных в испытаниях на животных [16]. Обзоры C.H. Sommers и соавт., P.B. Roberts, R. Ravindran и A.K. Jaiswal также подчёркивают, что 2-ACB являются прежде всего специфическими маркёрами облучения, а не самостоятельными критическими токсикантами при реальных уровнях их присутствия в рационе [5, 17, 18].

Качественно новый этап развития доказательной базы связан с проведением стандартизированных подострых и 90-дневных экспериментов по OECD-подходам. В работе Song B.S. и соавт. (2018) проведена острая и 28-дневная пероральная токсикологическая оценка 2-додецилциклобутанона (2-DCB) у грызунов [12]. Было показано, что LD₅₀ превышает 2000 мг/кг массы тела, а в 28-дневном исследовании повторного введения 2-DCB крысам NOAEL составил 1 мг/кг массы тела в сутки по совокупности клинических, гематологических, биохимических и гистопатологических показателей [12]. Сопоставление этой величины с оценками диетарной экспозиции показывает, что фактическое поступление 2-DCB с облучённой пищей у человека на несколько порядков ниже установленных в эксперименте уровней без эффекта.

Другим ключевым исследованием является работа M. Sato и соавт., в которой оценивали 90-дневную пероральную токсичность 2-тетрадецилциклобутанона (2-tDCB) на крысах F344, а также его возможное влияние на канцерогенез толстой кишки, индуцированный азоксиметаном (AOM) [19]. Животные получали 2-tDCB с кормом в концентрациях 0; 12; 60 и 300 ppm (≈ 0,7–17 мг/кг/сут). Авторы не выявили системной токсичности и статистически значимого увеличения частоты или тяжести опухолей толстой кишки по сравнению с группой животных, получавших только AOM; морфологические изменения носили адаптационный характер и не сопровождались клинически значимыми нарушениями [19]. Эти данные прямо опровергают предположение о сильном промоторном влиянии 2-ACB на AOM-индуцированный канцерогенез при реалистичных уровнях экспозиции.

Дополнительный вклад в понимание профиля безопасности 2-ACB внесли исследования метаболизма и генотоксичности in vivo. В исследовании F. Hijaz и соавт. изучен метаболизм 2-DCB in vitro и in vivo у крыс: показано, что соединение быстро метаболизируется и выводится, не накапливаясь в тканях, а образующиеся метаболиты по своей структуре сходны с обычными продуктами β-окисления [20]. В работе R. Martins и соавт. изучена в модели на крысах генотоксичность смеси 2-ACB при потреблении облучённого какао-масла; использование комет-теста и других маркёров повреждения ДНК не выявило генотоксических эффектов в клетках печени при уровнях экспозиции, близких к возможным пищевым [21]. Включение этих данных в критические обзоры (B.S. Song и соавт., регуляторные отчёты EFSA, Health Canada) позволило сделать более взвешенный вывод о низкой вероятности генотоксического (канцерогенного) риска 2-ACB при реальном потреблении.

Таким образом, современные критические обзоры и стандартизированные подострые и 90-дневные эксперименты in vivo подтверждают, что:

• генотоксические и промоторные эффекты 2-ACB регистрируются преимущественно при очень высоких дозах, несопоставимых с диетарным поступлением;
• подострые и 90-дневные исследования (2-DCB и 2-tDCB) демонстрируют отсутствие системной токсичности и промоции опухолей при дозах, многократно превышающих возможное реальное потребление;
• современные оценки риска (EFSA, Health Canada и др.), учитывающие эти данные, рассматривают 2-ACB преимущественно как специфические маркёры облучения жиросодержащих продуктов, а не как лимитирующий фактор безопасности при соблюдении регламентированных доз облучения.

Радиолиз углеводов и витамина C: фураны, HMF и акриламид. Экспериментальные работы по радиолизу водных растворов сахаров и витамина C показали образование органических кислот, фурановых производных и других низкомолекулярных соединений [13]. Значительная часть этих продуктов идентична соединениям, возникающим при термической обработке.

Особое внимание уделяется фурану и акриламиду как возможным канцерогенам, присутствующим в термообработанных продуктах (кофе, жареный картофель, хлеб, кондитерские изделия). В исследовании X. Fan и K. Mastovska показано, что:

• в водных растворах ионизирующее излучение при дозах 1–3 кГр практически полностью разрушает фуран и акриламид;
• в реальных продуктах (сосиски, детское пюре из сладкого картофеля) дозы 2,5–3,5 кГр, достаточные для 5-log-редукции патогенов, снижали уровни фурана примерно на 25–40%;
• новый акриламид при облучении не образовывался, а исходный частично разлагался, главным образом в водных системах [10].

Обзор исследований акриламида подтверждает, что ионизирующее излучение может рассматриваться как одна из технологических стратегий снижения содержания акриламида в некоторых водных системах (соусах, растворах), но не является универсальным методом для жирных и крахмалистых матриц [10].

Таким образом, в отношении фурана и акриламида радиационная обработка скорее уменьшает, чем увеличивает экспозицию потребителя, особенно если облучение применяется после термообработки.

Общие продукты радиолиза белков, жиров и витаминов. Обзоры исследований в области радиационной химии пищевых компонентов показывают, что:

• в белках радиолиз приводит к образованию карбонильных производных, сшивок, окислению серосодержащих аминокислот;
• в жирах – к образованию первичных гидропероксидов, вторичных продуктов (альдегиды, кетоны, малоновый диальдегид);
• из витаминов наибольшую чувствительность проявляют витамин C и тиамин; жирорастворимые витамины (A, D, E, K) более устойчивы [4, 5].

Масштаб этих изменений при дозах до 10 кГр сопоставим или ниже, чем при длительном хранении и кулинарной обработке (варка, пастеризация, стерилизация).

В экспериментах с использованием мяса, птицы и рыбы установлено, что при дозах 1–5 кГр повышение содержания белковых карбонилов статистически значимо, но по величине сопоставимо с изменениями при хранении в условиях охлаждения и воздействия света [22, 23]. Существенных изменений аминокислотного состава и показателей белковой ценности не выявлено даже при облучении консервированных продуктов высокими стерилизующими дозами, что отражено в обзорах JECFI и EFSA [24]. Комплексные обзоры исследований с облучением мяса подчёркивают, что при дозах до 10 кГр структурные и функциональные изменения белков технологически и нутритивно допустимы и обычно менее выражены, чем при традиционной тепловой обработке [22, 23].

С токсикологической точки зрения продукты белкового радиолиза (орто-тирозин, карбонильные производные, сшивки) рассматриваются преимущественно как маркёры окислительного стресса, а не как самостоятельные критические токсиканты. В длительных диетарных опытах с полностью облучёнными рационами не получено данных о специфических эффектах, связанных именно с продуктами радиолиза белков.

Многочисленные долговременные и многопоколенные эксперименты на крысах, мышах, собаках и птицах с использованием рационов со значительным удельным весом облучённого мяса, рыбы, овощей, а также лабораторных диет не выявили тератогенных, мутагенных или канцерогенных эффектов и выраженных нарушений репродуктивной функции, роста, развития или гистопатологии органов, что отражено в обобщающих оценках JECFI/WHO и европейских экспертных комитетов [24–27].

По данным совместных экспертных оценок ФАО/ВОЗ/МАГАТЭ и EFSA, основанных на многолетних токсикологических исследованиях и опыте длительного потребления облучённой продукции различными популяциями, не получено свидетельств повышения риска рака, врождённых пороков развития или нарушений репродуктивной функции при длительном употреблении облучённой пищи [2, 3, 24]. Масштабная коммерческая обработка специй и сухих овощных приправ ионизирующим излучением во многих странах (США, государства ЕС, Бразилия, Китай, Республика Корея, ЮАР и др.) – сотни тысяч тонн продукции на рынке с 1970–1980-х годов – не сопровождалась регистрацией специфических неблагоприятных последствий для здоровья населения [28–30]. Дополнительный опыт получен при длительном использовании облучённых продуктов в питании космонавтов и иммунокомпрометированных пациентов. Негативных эффектов, выходящих за пределы ожидаемых колебаний фоновой патологии, не обнаружено [31, 32].

Исследования продуктов радиолиза и безопасности облучённой пищи, выполненные российскими учёными

Формирование отечественной доказательной базы по безопасности облучённых пищевых продуктов началось ещё в 1950–1960-е годы. Было показано, что при дозах, обеспечивающих микробиологический эффект, химические изменения (окисление липидов, частичная денатурация белка) сопоставимы с наблюдаемыми при традиционной тепловой обработке и хранении, а облучённые продукты не вызывают неблагоприятных изменений здоровья обследованных людей [33]. В дальнейшем эти выводы были подтверждены практикой отечественной радиационной химии и гигиены питания. Обзоры, отражающие влияние ионизирующего излучения на пищевые продукты (Л.К. Петриченко, А.К. Пикаев и др.), показали, что радиолиз липидов и белков в пищевой матрице приводит к образованию свободных радикалов, перекисных соединений, альдегидов и кетонов, по своему характеру не отличающихся от продуктов окисления жиров при жарке, стерилизации и длительном хранении [34, 35]. При технологически обоснованных дозах (как правило, до 3–5 кГр для радуризации и до 10 кГр для радаппертизации) концентрации этих соединений остаются в диапазоне, сопоставимом с традиционными способами консервирования, и не свидетельствуют о формировании специфической радиоиндуцированной химической опасности.

На современном этапе российские исследования в значительной мере охватывают мясо и мясные продукты. В ряде работ (А.А. Семёнова и соавт.) изучено образование продуктов радиолиза в мясном фарше и кусковом мясе в зависимости от поглощённой дозы γ-излучения и условий хранения [36, 37]. Показано, что при дозе ≈ 0,5 кГр специфические продукты радиолиза практически не детектируются используемыми методами, при повышении дозы до 2–3 кГр отмечается рост ТБК-активных соединений и других маркёров перекисного окисления липидов, однако их значения соответствуют уровню окисления жиров в процессе обычного холодильного хранения. Одновременно фиксируется выраженное снижение общей микробной обсеменённости и увеличение сроков годности продукции, что в совокупности трактуется как положительный баланс «химический риск – микробиологический выигрыш» при соблюдении режимов облучения.

Особое место занимает использование метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) для оценки и индикации продуктов радиолиза. Работы Р.Т. Тимаковой и соавт. показали, что в костной ткани облучённого мяса и рыбы формируются устойчивые радиационно-индуцированные радикалы, параметры ЭПР-спектра которых (g-фактор, амплитуда, площадь сигнала) зависят от вида животного, дозы и условий хранения [38, 39]. Эти радикальные центры рассматриваются как физический маркёр факта обработки и глубины радиолиза твёрдой фазы, однако их наличие в используемых диапазонах доз не сопряжено с выявляемыми токсическими эффектами и служит преимущественно для идентификации облучённой продукции и контроля технологических режимов.

Отечественные исследования подтверждают, что в жиросодержащих продуктах животного происхождения (говядина, свинина, баранина, мясо диких животных) с ростом дозы облучения на уровне верхней границы технологического коридора (6–10 кГр) усиливаются свободнорадикальные процессы и снижается антиоксидантная активность тканей, однако эти изменения остаются в пределах адаптационного диапазона и по своим величинам сопоставимы с окислительными процессами при интенсивной тепловой обработке. Данные экспериментов на животных и in vitro не выявили специфических «радиотоксинов», обладающих большей токсичностью, чем комбинация уже известных продуктов перекисного окисления липидов.

Значительный вклад в исследование продуктов радиолиза внесли работы Ф.Р. Вафина и соавт., изучавших растительное сырьё и зерно: учёными разработаны подходы к индикации продуктов радиолиза в облучённом зерне с использованием реакции бентонитовой флоккуляции [40]. Показано, что при увеличении дозы γ-облучения ячменя возрастает концентрация хиноидных радиотоксинов, которые могут выступать как разобщители окислительного фосфорилирования при высоких уровнях накопления. На практике же при дозах, пригодных для пищевых и кормовых технологий, их содержание остаётся ниже порогов, ассоциированных с неблагоприятными биологическими эффектами, и используется прежде всего как аналитический индикатор режима обработки.

Параллельно развиваются работы по радиолизу микропримесей и биоактивных компонентов. В радиационно-химических исследованиях Т.В. Мельниковой показано, что облучение растворов и пищевых матриц, содержащих устойчивые хлорорганические пестициды, приводит к частичному разложению исходных ксенобиотиков. Образующиеся продукты трансформации не демонстрируют большей токсичности по сравнению с исходными соединениями в пределах технологических доз [41, 42]. В модельных системах с антоцианами (А.А. Суворова и соавт.) продемонстрировано, как радиолиз воды, металлокомплексы и ионы железа влияют на устойчивость растительных пигментов и антиоксидантных свойств; эти данные важны для прогнозирования изменений цвета и антиоксидантного потенциала облучённых соков, вин и растительного сырья [43].

К специфическим низкомолекулярным продуктам радиолиза, получившим нормативное закрепление в России, относятся 2-алкилциклобутаноны (2-ACB), образующиеся в следовых количествах при облучении жиросодержащих продуктов. В отечественных обзорах (О.Н. Мусина, К.Л. Коновалов и др.) обобщены международные и российские данные о 2-додецил- и 2-тетрадецилциклобутаноне как маркёрах обработки. Подчёркивается, что уровни их содержания в продуктах при дозах до 10 кГр на порядки ниже доз, при которых в экспериментальных моделях регистрировались потенциально неблагоприятные эффекты [44, 45].

В последние годы активно развиваются высокочувствительные методы индикации продуктов радиолиза. З.Р. Камалова и соавт. предложили иммунологическую тест-систему на основе малослойных графенов для обнаружения специфических продуктов радиолиза в облучённом мясе. Такая платформа позволяет регистрировать целевые молекулы при низких концентрациях и может использоваться для контроля соблюдения режимов облучения и подтверждения факта обработки [46].

Российские авторы в современных обзорах и аналитических исследованиях систематизируют международный и национальный опыт применения радиационных технологий обработки продовольственного сырья, уделяют особое внимание химическим изменениям и токсикологической оценке продуктов радиолиза. Подчёркивается, что при соблюдении регламентированных доз и технологических параметров радиационная обработка не формирует нового критического химического фактора риска по сравнению с традиционными технологиями консервирования. Продукты радиолиза по своему спектру и уровням укладываются в диапазон вариабельности, характерный для термически обработанной и длительно хранившейся пищи, а основное значение исследований в этой области заключается в развитии методов идентификации, прослеживаемости и обосновании национальных нормативных документов по облучённой продукции [47–49].

В совокупности исследования российских авторов подтверждают, что:

• спектр продуктов радиолиза в отечественных экспериментальных моделях соответствует данным зарубежных работ;
• уровни образующихся соединений при регламентированных дозах облучения не превышают диапазона, характерного для термической обработки и хранения;
• результаты токсикологических и гигиенических исследований не выявляют специфических неблагоприятных эффектов, связанных именно с продуктами радиолиза, что согласуется с международной оценкой безопасности облучённой пищи.

Международное регулирование облучённых продуктов и роль продуктов радиолиза

В международной практике продукты радиолиза не рассматриваются как самостоятельный объект количественного нормирования. Регулирование ориентировано на установление максимально допустимых доз облучения для различных категорий продуктов, определение перечней разрешённой к облучению продукции, требования к маркировке и прослеживаемости, обеспечение надлежащей производственной практики и дозиметрического контроля.

Европейский союз. В ЕС облучение пищевых продуктов регулируется директивами 1999/2/EC и 1999/3/EC. На уровне ЕС разрешено облучение сушёных ароматических трав, специй и овощных приправ при средней дозе до 10 кГр. Государства-члены могут дополнительно разрешать облучение других продуктов на национальном уровне. EFSA в 2011 г. подтвердило безопасность технологии при соблюдении установленных условий и не рекомендовало вводить ПДУ для отдельных продуктов радиолиза [2].

США и Канада. В США облучение пищевых продуктов регулируется Управлением по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) (21 CFR Part 179). Для каждой категории продукции (специи, мясо, птица, фрукты, овощи и др.) установлены максимально допустимые дозы; отдельные ПДУ для 2-ACB, фурана или других радиолитических соединений не предусмотрены, поскольку их токсикологическая значимость при реальных уровнях экспозиции признана низкой. Сходный подход реализован в Канаде, где облучение рассматривается как одна из стандартных технологий обеспечения безопасности и долговечности продуктов, а контроль направлен на соблюдение доз, маркировки и качества процесса [17].

Страны Азии, Латинской Америки, Африки и Ближнего Востока. В ряде азиатских стран (Республике Корея, Китай, Индия, Таиланд и Вьетнам) действует достаточно широкий перечень разрешённых к облучению видов продовольственного сырья (картофель, лук, чеснок, зерновые и бобовые культуры, сухофрукты, орехи, специи и др.). Регламентация во всех этих странах строится по близкой схеме: устанавливаются перечень категорий продукции и диапазоны допустимых доз облучения, закрепляются требования к маркировке облучённых продуктов, а специфические продукты радиолиза как отдельный химический фактор риска не нормируются. Контроль сосредоточен на соблюдении доз и корректном информировании потребителя.

В Республике Корея регулирование облучения пищевых продуктов основано на Food Sanitation Act и подзаконных актах Министерства безопасности пищевых продуктов и медикаментов (MFDS), прежде всего Food Code (Standards and Specifications for Foods – Стандарты и спецификации на пищевые продукты). В структуре Food Code выделен раздел Стандарт облучения пищевых продуктов (Food Irradiation Standard), в котором даётся определение обработки ионизирующим излучением, перечисляются виды продукции, допускаемой к облучению (картофель, лук, чеснок, зерновые, бобовые, сухие овощи, специи и др.), а также устанавливаются технологические цели (подавление прорастания, защита от насекомых, снижение микробной обсеменённости) и диапазоны допустимых доз (kGy). Требования к указанию факта облучения интегрированы в общие правила маркировки (Стандарты маркировки / Пищевой кодекс – Labeling Standards / Food Code). При этом отдельные предельно допустимые уровни специфических продуктов радиолиза (2-алкилциклобутанонов, вторичных продуктов ПОЛ и др.) в корейских стандартах не предусмотрены, а безопасность обеспечивается через дозиметрический контроль и маркировку.

В Китае ключевым документом является национальный стандарт GB 14891 Irradiated Foods (Облучённые пищевые продукты), консолидировавший прежние гигиенические стандарты по отдельным группам продуктов (мясо, орехи и цукаты, сухие специи, свежие фрукты и овощи, зерно и бобы и др.). Стандарт GB 14891 определяет несколько основных категорий облучаемой продукции (злаки и бобовые, мясо и мясопродукты, рыба и морепродукты, свежие фрукты и овощи, сухие специи и обезвоженные овощи, орехи и др.) и для каждой категории устанавливает минимальную эффективную и максимальную среднюю поглощённую дозу, а также общие санитарные требования к проведению облучения и контролю. Правила маркировки облучённых продуктов закреплены в GB 7718-2011 General standard for the labelling of prepackaged foods (Общий стандарт маркировки расфасованных пищевых продуктов), где прямо указано, что на этикетке продукта, обработанного ионизирующим излучением, рядом с наименованием должно быть обозначение irradiated food, а подвергавшиеся облучению ингредиенты отдельно отмечаются в перечне. Дополнительный стандарт GB 18524-2016 Hygienic specification for food irradiation processing (Гигиенические требования к обработке пищевых продуктов облучением) регламентирует гигиенические требования к процессу, оборудованию, дозиметрическому контролю и документации. При этом в китайских документах детализируются перечень продукции и дозы, но не вводятся ПДК для продуктов радиолиза; безопасность оценивается через соблюдение доз и санитарных требований, а факт обработки фиксируется в маркировке.

В Индии правовой основой служат Atomic Energy (Control of Irradiation of Food) Rules (Правила использования атомной энергии (контроль за облучением пищевых продуктов), 1996, принятые во исполнение Atomic Energy Act 1962. Они определяют понятие облучённой пищевой продукции, устанавливают, что облучение допускается только на лицензированных установках под контролем Atomic Energy Regulatory Board (Совет по регулированию атомной энергетики), содержат приложение с перечнем видов пищевых продуктов и диапазонами допустимых доз (картофель, лук, чеснок, зерновые и бобовые, специи, сухофрукты, мясо и др.). На уровне пищевого законодательства требования к облучённым продуктам интегрированы в систему стандартов FSSAI: в Food Safety and Standards (Food Products Standards and Food Additives) Regulations (Безопасность и стандарты пищевых продуктов. Стандарты на пищевые продукты и пищевые добавки. Нормативные документы), 2011 выделен раздел 2.13 Irradiation of Food (Облучение пищевых продуктов), в котором даётся определение облучённых пищевых продуктов и увязываются возможные режимы обработки с перечнем продуктов и технологическими целями, а Food Safety and Standards (Packaging and Labelling) Regulations (Правила безопасности пищевых продуктов и стандарты. Упаковка и маркировка), 2011, устанавливают специальные требования к маркировке (указание факта облучения, типа излучения, номера лицензии установки и др.). Как и в Китае, эти акты не содержат нормативов концентраций индивидуальных продуктов радиолиза. Регулирование строится вокруг перечня разрешённых продуктов, дозовых коридоров и правил маркировки.

В Таиланде регулирование основано на уведомлениях Министерства здравоохранения, в частности Notification of the Ministry of Public Health No. 297 B.E. 2549 (2006) Re: Irradiated Food и последующих актах, которые дают определения «облучённые пищевые продукты» и «облучение пищевых продуктов», устанавливают требования к производственным процессам, лицензированию и документации и предписывают обязательную маркировку облучённых продуктов с указанием факта обработки и данных оператора облучения. Во Вьетнаме регулирование базируется на решении Министерства здравоохранения Decision No. 3616/2004/QD-BYT On the issuance of the regulations on safety and sanitation of foods preserved by irradiation (О введении в действие правил безопасности и санитарии пищевых продуктов, консервированных путём облучения), устанавливающем санитарные требования к продуктам, сохранённым путём облучения (перечень классов продукции и диапазоны доз по целям обработки), и циркуляре Circular No. 76/2011/TT-BNNPTNT Министерства сельского хозяйства, который содержит подробный список разрешённых к облучению продуктов (зерно, бобовые, овощи, фрукты, орехи и др.) и максимальные поглощённые дозы для каждой позиции. В Таиланде, Вьетнаме, как и в рассмотренных выше странах, регулируются перечень продуктов, цели и дозы облучения и маркировка, тогда как ПДК для специфических продуктов радиолиза не устанавливаются. Безопасность облучённой продукции определяется соблюдением дозовых ограничений и общих санитарно-гигиенических требований.

В большинстве стран Латинской Америки, Африки и Ближнего Востока регулирование облучения пищевых продуктов строится по той же логике, что и в Азии: утверждаются перечни разрешённых к облучению продуктов и диапазоны доз, устанавливаются требования к маркировке и лицензированию установок, а специфические продукты радиолиза как отдельный химический фактор риска не нормируются. Безопасность связывается с соблюдением дозовых коридоров и общих гигиенических требований, как это предусмотрено Общим стандартом на облучённые пищевые продукты Кодекса CXS 106-1983 – Codex General Standard for Irradiated Foods (CXS 106-1983).

В Латинской Америке одним из наиболее ярких примеров регламентации считается Бразилия, где Resolução RDC n° 21/2001 Regulamento Técnico para Irradiação de Alimentos (Технический регламент облучения пищевых продуктов) разрешает облучение любых пищевых продуктов при технологически обоснованной дозе и задаёт цели обработки, требования к дозиметрии и ссылку на стандарты Codex. Более ранняя Portaria n° 9/SVS/1985 содержит детализированный перечень конкретных групп продуктов и доз.

В Аргентине иррадиация регулируется Пищевым Кодексом Аргентины Código Alimentario Argentino, в котором статья 174 главы III, изменённая Resolución Conjunta 13-E/2017, определяет консервирование ионизирующим излучением, перечисляет классы разрешённых продуктов (мясо, рыба, фрукты и овощи, клубни, зерно и бобовые и др.) и устанавливает максимальные дозы для каждой категории. Факт обработки отражается в маркировке в общем порядке для упакованных продуктов.

В Мексике Официальный Стандарт Norma Oficial Mexicana NOM-033-SSA1-1993 устанавливал дозы для различных групп продуктов, сырья и добавок и опирался на Codex. Впоследствии этот документ был отменён, однако современный подход по-прежнему разрешает облучение как фитосанитарный метод на основе действующих норм и стандартов (например, NOM-022-SAG/FITO-2016), при этом отдельные уровни содержания продуктов радиолиза в норматив не выносятся.

В Африке показателен пример Южно-Африканской Республики: Regulations relating to Irradiated Foodstuffs (R.1600 of 1983) – Правила, касающиеся облучённых пищевых продуктов, принятые во исполнение документа «Продукты питания, Косметика и дезинфицирующие средства» (Foodstuffs, Cosmetics and Disinfectants Act 54 of 1972), определяют понятие «облучённые пищевые продукты», устанавливают требования к источникам излучения, эксплуатации установок, дозовому контролю и государственной регистрации. Последующие руководства по мониторингу описывают типичные объекты обработки (специи, сухие ингредиенты, мясо, фрукты) и схемы контроля, но не вводят специальных ПДК для продуктов радиолиза.

В Нигерии «Правила облучения пищевых продуктов» (Food Irradiation Regulations 2021 – NAFDAC) и Стандарт для облучённых пищевых продуктов (DNIS 620:2010 Standard for irradiated foods) разрешают облучение отдельных категорий продуктов при лицензировании установок и привязке к стандартам Codex, уделяя внимание дозе и маркировке, а не нормированию отдельных радиолиз-соединений.

Решения и стандарты Египетской организации по стандартизации и качеству (Egyptian Organization for Standardization and Quality), в том числе документы, регулирующие облучение специй, сушёного лука и чеснока, также ориентированы на перечень объектов обработки, гигиенические требования и дозовые лимиты. Специфические продукты радиолиза рассматриваются Египтом в рамках общих подходов к безопасности без установления отдельных предельно допустимых уровней.

На Ближнем Востоке для стран Совета сотрудничества арабских государств Персидского залива (GCC) действует единая система стандартов «Организация по стандартизации стран Персидского залива» (Gulf Standardization Organization. GSO 1814:2007). Общий стандарт для облучённых пищевых продуктов (General standard for irradiated foods) устанавливает общие требования к облучённым продуктам, содержит перечень допустимых объектов обработки (специи, сухие ингредиенты, фрукты, овощи и продукты животного происхождения и др.), допустимые диапазоны доз и технологические требования в логике Codex. Стандарт «Маркировка расфасованных пищевых продуктов» GSO 9:2022 Labeling of prepackaged foodstuffs и его национальные реализации (например, UAE.S GSO 9:2017 / UAE.S 9:2019 в ОАЭ и соответствующие техрегламенты SFDA в Саудовской Аравии) уточняют, каким образом следует указывать факт облучения в маркировке, в том числе устанавливают словесное обозначение и, при необходимости, символ Radura. При этом ни GSO 1814, ни национальные акты стран Персидского залива не содержат специальных нормативов для концентраций продуктов радиолиза: контроль строится вокруг допустимых доз, перечня обрабатываемых продуктов и требований к маркировке и надзору за установками.

Япония традиционно придерживается более осторожной позиции: допускается очень ограниченный спектр облучённых продуктов, что обусловлено в большей степени социально-историческими факторами, а не наличием токсикологических оснований для запрета технологии [21].

В целом ни одна из ведущих юрисдикций не рассматривает продукты радиолиза как объект самостоятельного нормирования. Их безопасность оценивается в рамках общей концепции оценки риска облучённых продуктов [1–3, 18–24].

Методы идентификации облучённых продуктов и контроля продуктов радиолиза

Хроматографические и масс-спектрометрические методы. Для идентификации и количественного определения продуктов радиолиза широко применяются:

• газовая хроматография (ГХ) и ГХ-МС для анализа 2-ACB, фуранов и летучих продуктов радиолиза;
• ВЭЖХ и ВЭЖХ-МС для определения органических кислот, HMF и других неполярных соединений.

Определение 2-ACB (прежде всего 2-DCB и 2-TCB) в жиросодержащих продуктах остаётся «золотым стандартом» химической идентификации факта облучения, особенно в комбинации с подтверждающим масс-спектрометрическим анализом [9–11].

Спектроскопические и люминесцентные методы. Спектроскопические методы включают:

• ЭПР (ESR) для регистрации стабильных свободных радикалов в костной ткани, сахаре, целлюлозе и др. (используется, в частности, для идентификации облучённого мяса на кости, рыбы, специй);
• ИК- и ЯМР-спектроскопию для исследования структурных изменений и вторичных продуктов;
• термо- и фотостимулированную люминесценцию для анализа минеральных примесей и неорганических фрагментов в пряностях, сушёных травах, чае и др. [10, 30].

Эти методы широко представлены в стандартах ЕС и международных рекомендациях как подтверждающие тесты для установления факта облучения.

Неразрушающие и мультиомные подходы. Перспективным направлением являются неразрушающие методы, прежде всего гиперспектральная визуализация в комбинации с алгоритмами машинного обучения. Анализ спектральных отпечатков поверхности плодов, овощей и других продуктов позволяет с высокой точностью различать облучённые и необлучённые образцы, не разрушая продукт [50–53].

Развиваются мультиомные подходы (метаболомика, протеомика), ориентированные на построение интегральных профилей малых молекул и белков, характерных для облучённой продукции. Такие подходы потенциально позволяют одновременно контролировать продукты радиолиза и оценивать влияние облучения на пищевую и биологическую ценность продуктов [54–57].

Перспективы исследований и практического применения

Несмотря на значительный массив накопленных данных, область радиационной обработки пищевых продуктов и изучения продуктов радиолиза сохраняет несколько ключевых направлений, требующих целенаправленного развития. Одной из приоритетных задач остаётся более глубокое изучение метаболизма отдельных специфических продуктов радиолиза, прежде всего 2-алкилциклобутанонов, в организме человека. Доступные в настоящее время токсикологические данные в целом свидетельствуют об отсутствии значимых рисков при уровнях, формирующихся в облучённых продуктах, однако вопросы биотрансформации, путей выведения, возможного участия в регуляции клеточного сигнального ответа и взаимодействия с другими компонентами рациона остаются недостаточно детализированными. Проведение современных фармакокинетических исследований, исследований омикс-уровня и моделирования in silico могло бы существенно повысить степень определённости в отношении долгосрочной безопасности конкретных маркёров радиолиза.

Важным вектором является анализ возможных комбинированных эффектов, если радиационная обработка сочетается с другими технологическими воздействиями (термическая обработка, сушка, копчение, использование антиоксидантов и консервантов) и с фоновым присутствием химических загрязнителей в сырье. Современная повестка пищевой безопасности смещается от оценки отдельных факторов к концепции совокупной экспозиции, рассматривающей суммарное воздействие множества агентов при различных сценариях потребления. В этом контексте необходимы экспериментальные и моделирующие исследования, позволяющие оценить, каким образом радиационная обработка влияет на профили термогенных и процесс-индуцированных контаминантов и нет ли синергизма или, напротив, компенсаторного эффекта при сочетании облучения с привычными технологическими режимами.

Отдельного внимания требует разработка быстрых, высокочувствительных и по возможности неразрушающих методов экспресс-идентификации факта облучения и уровня радиолиза на разных этапах цепи «от поля до стола». Практика показала, что физические методы (ЭПР-спектроскопия для костной ткани, термолюминесцентный анализ минеральных включений), химические подходы (определение 2-ACB и других специфических маркёров) и новые биоаналитические технологии (иммуносенсоры, наноматериалы, графеновые платформы) обладают значительным потенциалом, но нуждаются в стандартизации, унификации процедур и интеграции в официальные системы контроля. Перспективным направлением становится создание портативных и полуавтоматизированных систем, позволяющих осуществлять проверку в местах производства, на складах и в торговых сетях без сложной пробоподготовки и дорогостоящей лабораторной инфраструктуры.

Важна комплексная оценка вклада радиационной обработки в снижение риска пищевых инфекций и образования термогенных контаминантов, таких как фуран и акриламид, с учётом реальных потребительских практик и логистических условий. Сопоставление сценариев, при которых радиационная обработка позволяет уменьшить интенсивность теплового воздействия или отказаться от ряда химических консервантов, даёт основание рассматривать эту технологию как инструмент оптимизации профиля риска продукта. Для обоснования таких решений необходимы эпидемиологически и технологически ориентированные исследования, связывающие данные о дозах облучения, микробиологической эффективности, изменениях химического состава и фактических схемах транспортировки и хранения.

Заключение

Продукты радиолиза в облучённых пищевых продуктах – важный, но хорошо изученный элемент общей картины химических изменений, сопровождающих применение ионизирующего излучения. Современный массив экспериментальных, клинических и регуляторных данных показывает, что спектр образующихся соединений (органические кислоты, альдегиды, кетоны, фураны, 2-алкилциклобутаноны, модифицированные аминокислоты и др.) в облучённых продуктах в целом совпадает с продуктами старения и термической обработки, а их уровни, как правило, сопоставимы или ниже формирующихся при традиционных технологиях.

2-алкилциклобутаноны выступают специфичными маркёрами облучения жиров и при высоких дозах в экспериментальных моделях демонстрируют генотоксический и промоторный потенциал, однако при реальных диетарных уровнях экспозиции риск для здоровья человека оценивается как крайне низкий. Фуран и акриламид преимущественно связаны с высокотемпературной обработкой. Ионизирующее излучение не увеличивает их содержания и в ряде случаев способствует частичному разрушению уже образовавшихся количеств, особенно в водных системах.

Результаты многопоколенных, подострых и хронических исследований in vivo, клинических наблюдений и эпидемиологических исследований не выявили специфических токсикологических эффектов, ассоциированных с потреблением облучённой пищи при соблюдении действующих регламентов.

Международные и национальные регуляторы (FAO/WHO/IAEA, EFSA, FDA и др.) констатируют, что облучение пищевых продуктов при дозах до 10 кГр не создаёт дополнительного химического риска для потребителя. Регулирование сосредоточено на контроле доз, перечня продукции и маркировки, а не на установлении предельно допустимых уровней для отдельных продуктов радиолиза. Однако современные методы аналитического контроля позволяют надёжно идентифицировать факт облучения и при необходимости количественно оценивать содержание ключевых продуктов радиолиза, что формирует основу для научно обоснованного надзора и дальнейшей оптимизации технологии. В совокупности эти данные подтверждают, что при соблюдении международно признанных норм и принципов надлежащей производственной практики радиационная обработка является безопасным инструментом обеспечения качества и безопасности пищевой продукции, а продукты радиолиза не формируют нового критического фактора риска для здоровья населения.