Nehézfémek és a környezetünk

A közlekedés intenzitásának növekedése, mezőgazdasági technológiák átalakulása, az ipari termelés fejlődése környezetünk szempontjából számos, nemegyszer előnytelen változást eredményezett. Ezek a hatások nyomon követhetők a talaj, a felszíni vizek, valamint a növény- és állatvilág kémiai összetételének módosulásában is.
Az életterünk szennyeződésének forrásai közül kiemelkedő jelentőségűek az emberi eredetűek (antropogének), amelyek pontszerű vagy nem pontszerű (diffúz) szennyeződést okozhatnak. Antropogén, pontszerű szennyeződés fordulhat elő a mezőgazdasági tevékenységek során, ha például nem megfelelően kezelik a hígtrágyát, istállótrágyát. Diffúz szennyeződés ott alakulhat ki, ahol a közlekedés, ipari emisszió következtében a levegőben előforduló szennyező anyagok kiülepednek (Lippman, 2009).

Az ipari és közlekedési szektorok szennyezőanyag-kibocsátása jelentősen módosította a természetes ökológiai egyensúlyt. A legtöbb problémát a környezetbe került higany (Hg), ólom (Pb), kadmium (Cd), nikkel (Ni), réz (Cu), króm (Cr) és cink (Zn) okozzák. A mezőgazdasági művelés alatt álló területek közül vannak olyanok, melyek közvetlenül nagy járműforgalmú autópályák, illetve ipari létesítmények közelében helyezkednek el. Ezeken a területeken nagymértékű lehet egyrészt a talajba bejutott, másrészt a levegőből kiülepedett és a növényzetre lerakódott nehézfémek mennyisége is (Kádár, 1995). Ez a folyamat egyes toxikus nehézfémek feldúsulásához vezetett a talaj–növény–állat rendszerben (Szabó et al., 1987), s ennek következtében élelmiszereink is veszélynek vannak kitéve.

Kémiai értelemben azokat a fémeket nevezzük nehézfémeknek, amelyek sűrűsége 5 g/cm³-nél, valamint rendszámuk a periódusos rendszerben 20-nál nagyobb. A toxikusnak tekintett elemek, valamint esszenciális, de bizonyos határértéket meghaladó mennyiségben ártalmas elemek vizsgálata már hosszú idő óta áll az érdeklődés középpontjában. A nehézfémek állattenyésztéssel kapcsolatos kutatásai az 1920-as években kezdődtek. Sorra mutatták ki a réz, a mangán, a kobalt, a molibdén esszenciális voltát, melyek elsősorban a termeléshez kapcsolódó biokémiai-élettani folyamatok szempontjából jelentősek.

A kémiai elemeket biológiai-élettani szerepük szerint szokás csoportosítani, de az egyes elemek (köztük a nehézfémek) megítélése mégsem egyszerű, számos tényező befolyásolja hatásukat: bizonyos átalakulási folyamatok során mérgező hatásuk csökkenhet, az elemek között fellépő segítő jellegű (szinergista), illetve ellenirányú (antagonista) hatás következtében változhat (Pais, 1999). A kérdéses elem koncentrációjának is jelentős szerepe van a megítélésben, hiszen bizonyos határok felett minden elem toxikus lehet, még a létfontosságúak is. Ugyanakkor a szervezet hozzászoktatható bizonyos toxikus elemmennyiséghez, így képes tolerálni magasabb koncentrációkat is. Osztrák, hegyvidéki embereknél írták le például az arzén szándékos fogyasztását; ők élénkítő, állóképességnövelő hatása miatt alkalmazták (Jones, 2007).

A nehézfémek műszeres mérése

A kémiai analízis során nagy figyelmet kell fordítani arra, hogy a mérni kívánt komponens mellett előforduló egyéb, a mérést zavaró anyagok hogyan befolyásolják a mérés érzékenységét. Minél nagyobb a nemkívánatos anyagok mennyisége a mérendő nehézfémhez képest, annál nehezebb a mérés reproduktivitását és megbízhatóságát biztosítani. Egy analízist akkor lehet elvégezni, ha az általunk használt módszer érzékenysége és kimutatási határa megfelelő.

A környezeti analitikában a fémtartalom-meghatározásokat általában a különböző optikai atomspektroszkópiai módszerekkel, illetve tömegspekrometriás módszerrel végzik. Ezek közül az eljárások közül is kiemelkednek az induktív csatolású plazma (ICP) módszerek, melyeket külföldön is előszeretettel alkalmaznak (Chiara – Beatrice, 2008): az induktív csatolású plazma optikai atomemissziós módszer (ICP-OES), ami hetven-nyolcvan elem mennyiségi meghatározását teszi lehetővé a plazmában keletkező gerjesztett részecskék fénykibocsátásának felhasználásával. A mintaoldat porlasztással, gázárammal kerül az induktív csatolású plazmába, ahol a minta komponensei elpárolognak, a keletkező szabad részecskék gerjesztődnek, és az elemekre jellemző hullámhosszúságú fotonokat bocsátanak ki (Settle, 1997). A hatékonyság növelhető, ha az ICP-t tömegspektrométerrel kombináljuk. Az ICP–MS-módszer az ICP–OES-módszerben használt induktív csatolású argon-argon plazmát mint atmoszférikus nyomáson üzemelő ionforrást használja. Kimutatási határa ppb nagyságrendű. Az ICP-ionforráson keresztül a tömegspektrométerbe bevitt minta ionjai tömeg/töltés (m/z) hányados szerint időben elválasztva kerülnek detektálásra. A módszerrel nagyszámú minta és nagyszámú elem határozható meg.

Kőolajfeldolgozó és járműforgalommal terhelt területeken termelt tehéntej nehézfémtartalmának vizsgálata

A TÁMOP-4.2.1/B-09 projekt nyújtott anyagi támogatást ahhoz, hogy különböző hatásoknak kitett körzetekben termelt takarmánynövények és azokkal takarmányozott tehenek tejében vizsgáljuk a nehézfémtartalom alakulását. A begyűjtött minták három csoportja, melyeket humán-környezeti hatások alapján választottunk ki, a következők voltak: ipari körzet, forgalmas közlekedési terület környéke és zöld régió. Az ipari körzet mintáit kőolajfeldolgozó közeléből gyűjtöttük. A forgalmas közlekedésnek kitett területek az M6-os és M7-es autópályák mellett található tehenészeti telepek területei voltak. A zöld régió mintái az Őrség, illetve Hetés (Zala megye) vidékéről származtak.

A nehézfémek mennyiségi megoszlásának sorrendje mindhárom vizsgált csoportban a következő volt: cink > réz > vanádium > arzén > ólom > kadmium (Kodrik et al., 2011). Valamennyi minta esetében, a vizsgált elemek közül a cink koncentrációja volt a legnagyobb (1. ábra). Ennek több oka lehet: egyrészt a cink kiürülése a tejjel jelentősnek mondható (Regiusné et al., 1990), másrészt ennek az elemnek a mennyisége a tejben nagyon szoros korrelációt mutat a takarmányban felvett mennyiséggel (Zali – Ganjkhanlou, 2009).

1. ábra • Cink és réz mennyiségi megoszlása (µg/kg) a zöld környezet, az autópálya melletti terület és az ipari körzet tejmintáiban

Az ipari és a forgalmas közutak környezetében termelt tehéntej ólom-, kadmium- és arzéntartalma meghaladta a zöld környezetből gyűjtött tejmintákét

(2. ábra). Az utóbbi régióban termelt tejmintákban, olyan kis koncentrációjú kadmium volt jelen, hogy azt nem tudtuk kimutatni. Az arzén, hasonlóan az előbbi elemhez, mind az ipari, mind az autópályák körzetében előállított tejben közel azonos mennyiségben volt kimutatható, míg a zöld környezet mintáiban csak közel feleakkora mennyiséget mértünk, mint az előzőekben említett két csoportban.

2. ábra • Vanádium, arzén, ólom és kadmium mennyiségi megoszlása (µg/kg) a zöld környezet,

az autópálya melletti terület

és az ipari körzet tejmintáiban

A legnagyobb különbség az ólom esetében mutatkozott, az ipari, majd az autópálya melletti területek mintáiban nagyobb koncentrációkban volt kimutatható. Hasonló megállapításra jutottak külföldi szakemberek is, a járműközlekedésnek kitett területekről származó tej ólomtartalma megváltozott: közel kétszer akkora értéket mutatott, mint a forgalomtól távol eső vidékeken begyűjtött tej esetében (Simsek et al., 2000).

Az ipari környezetben termelt tejben az ólom- és a réz-, míg az autópályák mentén a vanádiumszennyezettség volt kiemelkedőbb a tejmintákban. A krómtartalom mind az ipari, mind az autópályák környezetében nagyobb koncentrációkat mutatott a tejben, mint a zöld környezetből származóak.

A réz koncentrációja az előző nehézfémekhez képest nagyobb volt valamennyi mintában, egyedül a cinktartalom volt kimutathatóan nagyobb ennél az elemnél. Az ipari körzet mintáiban mértük a legnagyobb értékeket; a zöld régió mintáiban a legkisebbet.

A laktáció előrehaladásával is változhatnak az elemkoncentrációk. Vizsgálatok szerint a tej cink- és réztartalmára is hatással van ez a tényező. Fontos megjegyezni, hogy a tehenek egyedi tulajdonságai, az ellés óta eltelt idő, az állatok egészségi állapota, ill. a tejkezelés és -raktározás körülményei is nagy szerepet játszottak az elemek koncentrációjában.

Összefoglalás

A tejben, tejtermékekben előforduló nehézfémek koncentrációja nagy ingadozásokat mutat, amely számos hatással magyarázható. A genetikai tényezőkön kívül a takarmányozás, a takarmányokban és az ivóvízben előforduló elemtartalom, valamint egyéb környezeti tényezők is befolyásoló tényezők (Csapó – Csapóné, 2009).

Modern életvitelünkkel együtt jár, hogy olykor egészségre ártalmas anyagok is bekerülnek szervezetünkbe a tápláléklánc során. Ugyan a nehézfémek csak kis mennyiségben juthatnak be élelemmel a szervezetünkbe: a kadmium közel egyharmada származik állati eredetű termékekből, míg az ólomnak nagyjából fele származik ételeinkből (Nasreddine – Parent-Massin, 2002), mégis fejünk felett érezzük Damoklész kardját. Nem meglepő tehát, hogy a nehézfémek monitorozása fontos élelmezés-egészségügyi feladat, melyet számos rendelet szabályoz, illetve ír elő.

A 2009-től alkalmazandó, az élelmiszerekben előforduló egyes szennyező anyagok felső határértékeinek meghatározásáról szóló 629/2008/EK bizottsági rendelet előírja az élelmiszerekben előforduló egyes szennyező anyagok határértékéről, beleértve az ólom, a kadmium és a higany nehézfémekre vonatkozó határértékeket is.

Az ivóvízre vonatkozó elemkoncentrációkat hazánkban a 201/2001.(X.25.) Korm. rendelet, az ivóvíz minőségi követelményeiről és az ellenőrzés rendjéről szabályozza. Az Európai Unió az ivóvízben 10 µg/L arzén, 5 µg/L kadmium, 10 µg/L ólom és 2 mg/L réz mennyiséget tart elfogadhatónak.

A kérődzők takarmányainak egyes nehézfémtartalma a talajadottságoktól függően és a növény fejlődése során is változik. Ugyanakkor az autópályáknál és az ipari területek közelében termelt. nagyobb vegetációs felületű tömegtakarmányok jobban ki vannak téve a káros anyagok szennyező hatásának, mint a zöld környezetben termeltek.
 

Köszönetünket fejezzük ki a TÁMOP-4.2.1/ B-09/1/KONV-2010-0003 Mobilitás és környezet: Járműipari, energetikai és környezeti kutatások a Közép- és Nyugat-Dunántúli Régióban projektnek, hogy lehetővé tette a kutatásainkat. A projekt a Magyar Állam és az EU támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.
 

Kulcsszavak: nehézfém, környezetszennyezés, ICP-módszer, tehéntej
 

IRODALOM

Chiara, F. – Beatrice, B. (2008): Validation, Uncertainty Estimation and Application of a Sector Field ICP MS-based Method for As, Cd and Pb in Cow’s Milk and Infant Formulas. Microchimica Acta. 162, 43–50.

Csapó J. – Csapóné K. Zs. (2009): A tehéntej táplálkozástudományi szempontból legfontosabb összetevői. II. Laktóz-, ásványianyag- és vitamintartalom. In: Kukovics S. (szerk.): A tej szerepe a humán táplálkozásban, Melánia, Budapest

Jones, F. T. (2007): A Broad View of Arsenic. Poultry Science. 86, 1, 2–14.

Kádár I. (1995): Környezet- és természetvédelmi kutatások: A talaj-növény-állat-ember tápláléklánc szennyeződése kémiai elemekkel Magyarországon. A Környezet- és Területfejlesztési Miniszterium és az MTA Talajtani és Agrokémiai Kutató Intézete kiadványa, Budapest

Kodrik L. – Wágner L. – Imre K. – Földiné P. K. – Besenyei F. – Husvéth F. (2011): The Effect of Highway Traffic on Heavy Metal Content of Cow Milk and Cheese. Hungarian Journal of Industrial Chemistry, 39, 1, 15–19.

Lippmann, M. (ed.) (2009): Environmental Toxicants. Human Exposures and Their Health Effects. 3rd edition. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey

Nasreddine, L. – Parent-Massin, D. (2002): Food Contamination by Metals and Pesticides in the European Union. Should We Worry? Toxicology Letters. 127, 29–41.

Pais I. (1999): A mikroelemek jelentősége az életben. Mezőgazda, Budapest

Regiusné M. Á. – Anke M. – Groppel B. (1990): A haszonállatok ásványianyag státuszának meghatározása a különböző szervek Zn-,Mn-,Cu-,I-,Se-,Mo-,Cd-,Ni-,Li- és As-tartalma alapján. Állattenyésztés és takarmányozás. 39, 1, 85–95.

Settle, Frank A. (ed.) (1997): Handbook of Instrumental Techniques for Analytical Chemistry. Prentice Hall PTR, New Jersey

Simsek, O. – Gültekin, R. – Öksüz, O. – Kurultay, S. (2000): The Effect of Environmental Pollution on the Heavy Metal Content of Raw Milk. Nahrung. 6, 8, 360–363.

Szabó S. A. – Regiusné M. Á. – Győri D. – Szentmihályi S. (1987): Mikroelemek a mezőgazdaságban (Esszenciális mikroelemek). Mezőgazdasági, Budapest

Zali, A. – Ganjkhanlou, M. (2009): Effect of Zinc from Zinc Sulfate on Trace Mineral Concentrations of Milk in Varamini Ewes. African Journal of Biotechnology. 8, 22, 6464–6469.