CC BY
78
Г ордеева И.В. ©
Доцент кафедры физики и химии, кандидат биологических наук,
Уральский государственный экономический университет, г. Екатеринбург
АККУМУЛЯЦИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ БАЗИДИАЛЬНЫМИ ГРИБАМИ:
ПРОБЛЕМЫ И ОСОБЕННОСТИ
Аннотация
Одной из особенностей базидиальных грибов является способность к аккумуляции ионов тяжелых металлов из субстрата на протяжении длительного времени, что может представлять серьезную угрозу при употреблении плодовых тел этих грибов в пищу. Данная работа представляет собой обзор публикаций российских и зарубежных авторов, посвященных анализу зависимости концентрации ионов тяжелых металлов в плодовых телах от вида грибов, территории их произрастания, а также способам уменьшения содержания токсичных веществ в грибах при их переработке.
Ключевые слова: аккумуляция, тяжелые металлы, лесные съедобные грибы, биосорбция. Keywords: accumulation, heavy metals, wild edible mushrooms, biosorption.
В целом ряде государств, включая Россию, высшие грибы, как искусственно культивируемые, так и произрастающие в природных условиях, входят в число популярных пищевых продуктов, потребление которых может превышать несколько килограммов в год на человека [12]. При этом нередко упускается из внимания, что шляпочные макромицеты обладают повышенной способностью к аккумуляции ионов тяжелых металлов из субстрата, которая усугубляется произрастанием живых организмов данной группы в регионах с неблагополучной экологической обстановкой [13 , 20]. Не секрет, что возрастание концентрации в почве таких металлов как свинец, кадмий, кобальт, марганец, ртуть и никель, обладающих токсичным и мутагенным воздействием на организм человека, представляет собой серьезную проблему как в индустриальных, так и в постиндустриальных странах по причине интенсивного развития транспортной инфраструктуры, черной и цветной металлургии, нефтедобычи и целлюлозно-бумажной промышленности, а также использования в сельском хозяйстве пестицидов, содержащих упомянутые выше металлы [18]. Поскольку грибы, в силу ряда физиолого-биохимических особенностей, обладают большей, по сравнению со многими растениями, способностью к абсорбции ионов кадмия, ртути, свинца и некоторых других тяжелых металлов из почвы [6, 20], то возникает вопрос о безопасности получаемых их них продуктов для здоровья населения.
Данная работа представляет собой обзор некоторых результатов отечественных и зарубежных исследований, посвященных анализу содержания тяжелых металлов в плодовых телах грибов, произрастающих как в экологически благополучных регионах, так и на территориях, подверженных интенсивному антропогенному прессингу.
Общеизвестно, что поступление ионов различных металлов в грибы осуществляется через мицелий, и концентрация ионов в плодовых телах прямо пропорциональна возрасту последнего. При этом размер и возраст самих плодовых тел не влияет на содержание токсичных веществ, так как не превышает обычно 10-14 дней [8]. Интересен тот факт, что чаще всего наибольшая концентрация многих металлов фиксируется в спорообразующей части плодовых тел (шляпках), но данная закономерность не всегда соблюдается [12]. Кроме того, установлено, что для таких грибов как шампиньоны (Agaricus spp.) наблюдается обратно пропорциональная зависимость между размерами и биомассой плодовых тел с одной стороны, и концентрацией ионов марганца, меди, железа, магния, цинка и свинца - с другой. Таким образом, о повышенном содержании тяжелых металлов в почве можно судить
© Гордеева И.В., 2015 г.
и на уровне визуальной оценки, что позволяет рекомендовать грибы данной систематической группы к использованию в качестве тест-организмов в биоиндикации.
В ряде работ показано [2-5, 8, 15, 20], что разнообразные виды шляпочных макромицетов существенно отличаются по абсорбционным способностям в отношении ионов тех или иных тяжелых металлов, т.е. аккумуляция последних носит явный видоспецифичный характер. Вследствие этого, грибы разных видов, собранные на одной и той же территории, могут содержать, например ионы свинца или меди, концентрация которых отличается в несколько раз [5]. А.В. Сибиркина, в частности, отмечает, что «главным фактором, определяющим величину и избирательный характер накопления тяжелых металлов, является не экологическая обстановка, а комплекс биологических особенностей представителей разных видов» [5, с.190]. По словам автора, Agaricus campestris (шампиньон луговой) характеризуется повышенной способностью к аккумуляции ионов меди и марганца, Suillus luteus (масленок настоящий) - цинка и кобальта, а Russula lilacea (сыроежка лиловая) - хрома (Табл.1).
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в плодовых телах лесных грибов (по А.В. Сибиркиной)
Вид грибов Концентрация металла, мг/кг
Cu Zn Pb Cd Mn Co Ni
Agaricus campestris 20 35 28 6,9 720 1,9 8,2
Russula lilacea 23 19 57 10 360 2,5 12
Russula rubra 17 18 48 8,6 620 1,6 5,8
Russula densifolia 100 65 24 7,2 470 1,5 6,3
Suillus luteus 80 100 38 9,8 240 5,0 5,2
N. Das также отмечает видоспецифичный характер аккумуляции тяжелых металлов плодовыми телами базидиомицетов, но приводит несколько другие данные [8]. По его утверждениям, грибы рода Agaricus наиболее интенсивно аккумулируют ионы меди, кадмия, свинца, цинка, марганца, железа, хрома и никеля, а также ртути, которую достаточно сложно выявить атомно-эмиссионным методом вследствие испаряемости данного металла при нагревании. В то же время в плодовых телах грибов рода Russula обнаруживается высокое содержание цинка, кобальта, кадмия, железа и меди. Примечательно, что во всех случаях речь шла о грибах, собранных в лесных массивах вдалеке от автострад и крупных промышленных предприятий. Тем не менее, по данным Сибиркиной [5], в большинстве плодовых тел изученных макромицетов содержание цинка, меди, свинца и кадмия превышало ПДК от 1,13 (для меди) до 219,4 раз (для свинца). Подобные результаты свидетельствуют о проблематичности употребления данных грибов в пищу. Следует учитывать, что высокая концентрация ионов тех или иных тяжелых металлов в плодовых телах грибов далеко не всегда свидетельствует об экологически неблагополучной ситуации в данной местности, так как, согласно утверждению ряда авторов, многие виды грибов аккумулируют кадмий, ртуть и медь в концентрациях, значительно превышающих их содержание в субстрате, являясь своего рода «накопителями» определенных металлов, токсичных для человеческого организма [1, 11,17].
Представляют определенный интерес исследования, авторы которых проводят сравнительный анализ содержания ионов тяжелых металлов в съедобных, несъедобных и ядовитых грибах [11, 14, 20]. По данным Mardic et al, содержание кадмия в съедобных грибах в среднем ниже, чем в представителях двух других групп, в то время как концентрация свинца, напротив, в первых значительно выше [9, 14]. По мнению многих авторов, место произрастания (близость автострад и т.д.) играет гораздо большую роль в накоплении ионов тяжелых металлов, чем пригодность или непригодность плодовых тел грибов в пищу вследствие особенностей их биохимического состава [9, 19]. В то же время Yilmaz et al на основании результатов проведенных на территории Турции исследований утверждают, что «элементарный состав грибов отличался в зависимости от их съедобности, местообитания и
региона сбора», но корреляция между всеми этими факторами не была выявлена, -концентрация в плодовых телах ионов тяжелых металлов является в большей степени видоспецифичной, нежели зависящей от экологических факторов [20]. Ниже в Табл.2 представлены выборочные результаты оценки концентрации ионов тяжелых металлов в нескольких видах съедобных, несъедобных и ядовитых грибов, собранных в одном и том же регионе.
Таблица 2
Сравнительное содержание тяжелых металлов в съедобных, несъедобных и ядовитых грибах
(по Yilmaz et al)
Вид грибов Концентрация металла, мг/кг
Cu Zn Mn Co Cd Ni Pb
Lycoperdon perlatum (съедобен) 115,2 199,3 27,9 3,6 1,2 6,6 6,5
Laetiporus sulphureus (съедобен) 5,6 33,2 5,6 1,8 0,44 4,7 3,8
Suillus bellini (съедобен) 82,3 98,5 11,4, 1,5 0,6 2,7 2,7
Omphalottus olearis (ядовит) 21,1 27,3 36,5 5,0 1,0 8,6 5,2
Hydrophorus hedyricii (не съедобен) 37,5 97,1 11,2 1,2 0,41 2,0 2,7
Laccaria laccata (съедобен) 186,3 120,1 23,2 1,4 0,72 2,0 6,4
Lepiota alba (не съедобен) 29,5 86,8 22,1 3,0 0,83 5,8 5,8
Leucoagaricus pudicus (не съедобен) 36,7 90,8 11,6 1,9 1,2 3,2 3,7
Agaricus placomyces (ядовит) 54,3 68,1 20,5 2,3 0,6 4,4 3,7
Hypholoma asciculare (съедобен) 31,2 66,3 20,5 2,1 0,58 4,0 3,5
Представленные в Табл.2 данные действительно не отражают наличия какой бы то ни было корреляции между пригодностью грибов в пищу и способностью их плодовых тел к аккумуляции тяжелых металлов. В то же время можно отметить, что для видов Laetiporus sulphureus, Agaricus placomyces и Hypholoma fasciculare в целом характерна пониженная концентрация ионов всех металлов. Общей особенностью вышеупомянутых видов является то, что они относятся к ксилофитным бадиомицетам, поселяющимся на разрушающейся древесине и играющим существенную роль в ее деструкции. Поскольку субстратом для мицелия являются древесные остатки (пни, гниющие стволы и пр.), содержащие гораздо меньшее количество токсичных веществ, чем почва, то это существенно сказывается на аккумуляционной способности грибов в отношении тяжелых металлов [5]. Аналогичные результаты были получены М.Е Марковой с коллегами, показавшими, что плодовые тела вешенки обыкновенной Pleurotius ostreatus, выросшей в условиях природных экосистем, в среднем содержат меньшую концентрацию ионов кадмия, стронция, цезия и свинца, чем плодовые тела белого гриба Boletus edulis, встречающегося на той же территории [3].
P. Kalac et al отмечают, что общий уровень содержания всех токсичных для организма человека металлов значительно ниже в искусственно культивируемых грибах, чем в дикорастущих представителях того же или родственных видов безотносительно от территории произрастания [10-11]. Это обусловливается не только различиями в химическом составе субстрата, но и возрастом мицелия, составляющим, как правило, не более нескольких месяцев для искусственно выращиваемых плодовых тел. Таким образом, с точки зрения безопасности для потребителя, предпочтительнее употреблять в пищу грибы,
приобретенные в продовольственных магазинах, а не собранные в лесопарковой или пригородной зоне.
Возможно ли снизить содержание токсичных веществ (в нашем случае тяжелых металлов) в съедобных грибах? Ряд авторов отвечает на данный вопрос утвердительно [7, 13, 21]. Существуют сведения, что значительного снижения концентрации кадмия и ртути в плодовых телах можно добиться с помощью стандартных методов кулинарной обработки. В частности, мытье и очистка плодовых тел Agaricus bisporus снижает уровень содержания кадмия на 30-40% [21], а уменьшения концентрации ртути на 1/3 удавалось добиться путем термической обработки. Аналогичные результаты достигались при термической сушке, варке и заморозке плодовых тел Xerocomus badius [16], в то время как посол грибов не давал подобного эффекта. Таким образом, приготовление любых грибных блюд, сопряженное с длительной термической обработкой плодовых тел (варка, жаренье) позволяет в значительной мере обезопасить потребителя от использования в пищу продуктов с повышенным содержанием токсичных веществ.
Проведенный анализ источников, посвященных изучению содержания ионов тяжелых металлов в грибах разных видов, позволяет сделать следующие выводы:
1) Шляпочные макромицеты обладают способностью аккумулировать ионы многих тяжелых металлов из субстрата, причем нередко в концентрациях, превышающих таковые в самом субстрате.
2) Содержание ионов тех или иных тяжелых металлов в плодовых телах базидиомицетов зависит от сочетания многих факторов, включая возраст мицелия, место произрастания (экологически благополучная или загрязненная территория), а также видовую принадлежность самого гриба.
3) В искусственно культивируемых грибах содержание всех токсичных металлов значительно ниже, чем в дикорастущих, что определяется как составом субстрата произрастания, так и длительностью существования мицелия.
4) Кулинарная обработка, в первую очередь, термическая, плодовых тел позволяет значительно (на 30-40%) снизить содержание в грибных продуктах уровня содержания таких тяжелых металлов как ртуть и кадмий.
Литература
1. Горовой Л. Ф., Косяков В. Н. Сорбционные свойства хитина и его производных / Л. Ф. Горовой,
B. Н. Косяков // Хитин и хитозан. Получение, свойства и применение.- М.: Наука, 2002.- С. 217246.
2. Королева Ю. В., Стеганцев В. В., Вахранева О. П. Аккумуляция тяжелых металлов лесными грибами в Калининградской области / Ю. В. Королева, В. В. Стеганцев [и др.] // Вестник Балтийского федерального университета.- 2014.- Вып.1.- С.78-85.
3. Маркова М. Е., Урьяш В. Ф., Степанова Е. А. Сорбция тяжелых металлов высшими грибами и хитином разного происхождения в опытах in vitro / М. Е. Маркова, В. Ф. Урьяш [и др.] // Вестник Нижегородского университета.- 2008.- №6.- С. 118-124.
4. Отмахов В. И., Петрова Е. В., Пушкарева Т. Н. Атомно-эмиссионная методика анализа грибов на содержание тяжелых металлов и использование ее для целей экомониторинга / В.И. Отмахов, Е.В. Петрова [и др.] // Известия Томского политехнического университета.- 2004.- Т.307.- №5.-
C. 44-48.
5. Сибиркина А. В. Биогеохимическая оценка содержания тяжелых металлов в сосновых борах Семипалатинского Прииртышья / А. В. Сибиркина.- дисс. на соис. д-ра биол. н.- 2014.- С.189-201
6. Chauhan D., Suhalka Ch. Potential of Agaricus bisporus for bioremediation of different heavy metals /
D. Chauhan, Ch. Suchalka // Journal of Chemical, Biological, Physical and Science Security.- 2014.-V.4.- N.1.- P.338-341.
7. Cibulka J., Curdova E., Miholova D., Stehulova I. Mercury loss from edible mushrooms after their modal thermal treatment / J. Cibulka, E. Curdova [et al] // Czech Journal of Food Treatment.- 1999.-V.17.- P.238-240.
8. Das N. Heavy metals biosorption by mushrooms / N. Das // Natural Product Radiance.- 2005.-V.4(5).- P.454-459.
9. Garcia M., Alonso J. Fernandez M., Melgar M. Lead content in edible wild mushrooms in Northwest Spain as indicator of environmental contamination / M. Garcia, J. Alonso [et al] // Arch. Environ. Contam. Toxicology.- 1998.-V.34.- P.330-335.
10. Haldimann M., Bajo C., Haller T., Venner T. Vorkommen von arsen, blei, cadmium, quecksilber und selen in zuchtpilzen / M. Haldimann, C. Bojo [et al] // Mitteilungen aus der Gebiete der Lebensmitteluntersuchung und Hygiene.- 1995.- V.86.- P. 463-484.
11. Kalac P., Svoboda L. A review of trace element concentrations in edible mushrooms / P. Kalac, L. Svoboda // Food Chemistry.-2000.- V.69.- P.273-281.
12. Kalac P., Svoboda L., Havlickova B. Contents of detrimental metals mercury, cadmium and lead in wild growing edible mushrooms: a review / P. Kalac, L. Svoboda [et al] //Energy Education Science and Technology.-2004.- V. 13(1).- P.31-38.
13. Kalac P., Svoboda L., Havlickova B. Content of cadmium and mercury in edible mushrooms / P. Kalac, L. Svoboda [et al] // Journal of Applied Biomedicine.- 2004.- V.2.- P.15-20.
14. Mardic M., Grgic G., Grgic Z., Seruga M. The natural levels of aluminum, cadmium and lead in wildlife mushrooms in Eastern Croatia / M. Mardic, G. Grgic [et al] // Deutscuhe Lebensmittel Rundschau.- 1992.- V.88.- P.76-77.
15. Omaka N., Offor I., Ehiri R. Fe, Pb, Mn and Cd concentrations in edible mushrooms (Agaricus campestris) grow in Abalaki, Ebonyi state, Nigeria / N. Omaka, I. Offor [et al] // International Scholarly and Scientific Research & Innovation.- 2014.-V.8.- P.84-88.
16. Svoboda L., Kalac P., Spicka J., Janouskova D. Leaching of cadmium, lead and mercury from fresh and differently preserved edible mushroom, Xerocomus badius, during soaking and boiling / L. Svoboda, P. Kalac [et al] // Food Chemistry.- 2002.- V.79.- P.41-45.
17. Svoboda L., Kalac P. Contamination of two edible Agaricus spp. Mushrooms growing in town with cadmium, lead and mercury / L. Svoboda, P. Kalac // Bulletine of Environment Contamination Toxicology.-2003.- V.71.- P.123-130.
18. Tomko J., Backor M., Stofko M. Biosorption of heavy metals by dry fungi biomass / J. Tomko, M. Backor [et al] // Acta Metallurgica Slovaka.- 2006.- N 12.- P.447-451.
19. Tuzen N., Ozdemir M., Demirba? A. Study of heavy metals in some cultivated and uncultivated mushrooms of Turkish origin / N. Tuzen, M. Ozdemir [et al] // Food Chemistry.- 1998.- V.63(2).-P.247-251.
20. Yilmaz F., I?iloglu M., Merdivan M. Heavy metal levels in some mucrofungi / F. Yilmaz, M. I?iloglu [et al] // Turkish Journal of Botany.- 2003.- V.27.- P.45-56.
21. Zrodlowski Z. The influence of washing and peeling of mushrooms Agaricus bisporus on the level of heavy metal contamination / Z. Zrodlowski // Polish Journal of Food and Nutrient Science.- 1995.-V.45.- P.26-33.
