Gıdalarda Ağır Metal Birikimi ve Potansiyel Sağlık Riskleri

Sanayileşmenin artması ile ülkeler kalkınırken, endüstriyel toksik atıklar çevre kirliliğine yol açmaktadır. Günümüzde özellikle ağır metal kirliliği dünya genelinde önemli bir sorun haline gelmiştir. Toksik ağır metaller içeren endüstriyel atıklar çoğunlukla suda çözünür yapıda olmalarından dolayı ağır metaller toprağa ve suya kolayca geçmektedir. Bu da toprağın ve suyun bileşimini etkilemekte, bunun sonucunda hem gıda üretiminin kalitesi hem de miktarı düşmektedir. Ağır metal kirliliği çoğu zaman uzun sürelidir ve geri dönüşümlü değildir. Kirletici olarak işlev gören en yaygın ağır metaller arasında arsenik (As), kurşun (Pb), cıva (Hg), krom (Cr), çinko (Zn), kadmiyum (Cd), bakır (Cu) ve nikel (Ni) bulunmaktadır. Bu ağır metallerin sınırlı konsantrasyonun canlılarda uygun metabolizmaları sürdürmek için gerekli olduğu bilinmekle birlikte, yüksek konsantrasyonlarda hem bitkilerde hem de hayvanlarda birçok ciddi soruna neden olduğu görülmüştür. İnsanlarda cıva, arsenik ve kurşun gibi ağır metaller, böbrek ve sinir sistemi üzerinde toksik etkiler göstermekte ve bu da zayıflık, baş ağrısı, karın krampları, ishal ve anemiye ek olarak zihinsel bozuklukları beraberinde getirmektedir (1).

Gıdaların doğal yapısında ağır metaller bulunmamaktadır. Kontaminasyon; çevresel etkiler (hava, su, toprak yolu), üretimlerinde kullanılan metalik alet-ekipmanlar, depolama ve dağıtım sırasında kullanılan ambalaj materyalleri ile gerçekleşmektedir. Atık su ile sulanan topraklarda yetiştirilen sebzelerde, tüketiciler için potansiyel sağlık risklerine yol açacak kadar büyük miktarlarda ağır metal içeriği söz konusudur. Gıdaların bu yollarla kontaminasyonu sonucu bu toksik metallerin insan vücuduna girişi mümkün olmaktadır (2). Bitkilerde ağır metal birikimi bitki türüne bağlıdır. Farklı bitkilerin metalleri absorbe etme derecesi, metallerin topraktan bitkiye transfer faktörleri ile değerlendirilmektedir. Örneğin marulda kurşun birikimi, domates ve fasulyeden daha yüksektir ve aynı bitkilerde kadmiyum ve arsenik birikimi, çinko birikiminden daha düşüktür. Bunun sebeplerinden en önemlisi bitki kökleridir. Metallerin kök içine girişi, kök anatomisine (özellikle hücre duvarı) ve kökün çevresel adaptasyonuna bağlıdır. Ağır metaller, su alımı yoluyla topraktan köklere taşınmakta, daha sonra seviyeleri metal alımına bağlı olarak artan (metal stresi sonucu bitkinin üretimini arttırdığı) düşük metoksilli pektinlere bağlanmaktadırlar. Bitkilerin kök hücre duvarlarında bulunan polisakkaritler (ağır metallerin köke bağlanmasına yardımcı olan –COOH, –OH ve –SH fonksiyonel gruplarla birlikte), metal stresinin önlenmesi ve toleransında önemli bir rol oynamaktadırlar. Bitkilerde ağır metal stresi altında polisakkaritlerin yeniden yapılanmasının, hücre zarının ve organellerinin yapısal bütünlüğünün (özellikle kloroplastlar ve mitokondri) bozulması ve enzim mekanizmalarının değişmesi gibi sonuçları olmaktadır. Benzer şekilde ağır metaller bitki yapraklarında da kütikül veya stoma gözeneklerinde adsorpsiyon sonucu birikebilmektedir. Şekil 1’de ağır metal birikim mekanizması verilmiştir (3,4). Bitkilerdeki ağır metal birikimi sonucu farklı sonuçlar gözlemlenmekte, bu da bitkinin ağır metal tolerans seviyesine göre değişmektedir. Örneğin kurşun ve kromun nohut bitkisinde birikiminin, tohum çimlenmesini inhibe ettiği, nohutta kuru ağırlığın azalmasına sebep olduğu görülmüştür. 20 μM konsantrasyonunda kadmiyum stresinin, bezelye bitkisinin kök kuru ağırlığını, yüksekliğini, yaprak sayısını ve toplam klorofil konsantrasyonunu (a ve b) önemli ölçüde etkilediği görülmüştür. Yukarıda verilen örnekler, ağır metal birikiminin gıdaların kalitesini ve üretimini nasıl etkilediğini ortaya koymaktadır (5).

Kronik düşük seviyeli toksik metal alınımının insan sağlığı üzerinde istenmeyen etkileri olmakta; bu etkiler ise ancak birkaç yıl toksik metallere maruz kalındıktan sonra gözle görülebilir hale gelmektedir. Örneğin insan vücudunda fazla kurşun birikimi sonucunda anemi, beyin hasarı, anoreksiya, halsizlik, iştahsızlık, karaciğer hasarı, böbrek hasarı, gastrointestinal hasar ve çocuklarda zihinsel gerilik gözlemlenirken; fazla bakır birikimi sonucu nörotoksisite, akut toksisite, baş dönmesi ve ishal görülmektedir. Benzer olarak kadmiyum birikiminin yan etkileri böbrek hasarı, bronşit, gastrointestinal bozukluk, kemik iliği rahatsızlıkları, kanser, akciğer yetmezliği, hipertansiyon, Itai-Itai hastalığı ve kilo kaybı olarak kayda geçirilmiştir (7). Ülkemizde ağır metallerle ilgili yasal limitler Türk Gıda Kodeksi Bulaşanlar Yönetmeliği’nde belirtilmiştir (8).

Kontamine sistemlerden toksik metalleri uzaklaştırmak amacıyla kimyasal çöktüme, diyaliz, iyon değişimi, ters osmoz ve çözücü ekstraksiyonu gibi yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemlerin verimi düşük ve maliyetlerinin yüksek olması ile toprak bileşimini değiştirmesi sonucunda, çevre dostu ve yüksek verimli metotlar geliştirilmiştir. Bakteri veya küf gibi mikroorganizmaların kullanımı ile gerçekleştirilebilen bu yöntemler biyolojik iyileştirme (biyoremidasyon) olarak adlandırılmaktadır. Yöntemde kullanılan mikroorganizmalar ağır metalleri absorlayarak veya bileşimini değiştirerek toksik özellikleri azaltmada yardımcı olmaktadır. Bu işlem sırasında kimyasal bağlar kopmakta, bu sırada açığa çıkan enerji ise mikroorganizmalar tarafından kullanılmaktadır. Biyolojik iyileştirme yönteminde hem aerobik hem de anaerobik mikroorganizmalar kullanılabilmekte, ancak anaerobik mikroorganizmalar daha fazla tercih edilebilmektedir. Mikroorganizmalar ağır metallerin iyonik durumunu değiştirerek ağır metalin çözünürlüğünü ve biyoyararlılığını etkileyip, toksisitesini azaltabildiği gibi; şelasyon, oksidasyonun azaltılması, pH değişimi, biyosorpsiyon, biyoakümülasyon, biyometilleme veya organik metal kompleksinin radyonüklitlerle değiştirilmesi gibi farklı yöntemleri içeren mobilizasyon veya immobilizasyon uygulamalarıyla toksisiteyi düşürebilmektedir (1,9).

Çevresel kirleticilerin gıda güvenliği, gıda güvencesi ve insan sağlığına önemli etkileri vardır. Ortamdaki ağır metal konsantrasyonları son yıllarda sanayileşmenin de etkisiyle önemli ölçüde artmıştır. Potansiyel riskleri önlemek için kullanılan mevcut yöntemler toprak ve gıda zincirindeki ağır metallerin konsantrasyonunu azaltmaya odaklanmıştır. Sonuç olarak toksik kirleticilerinin gıdalara kontaminasyonunu önlemek ve uygun iyileştirme stratejileri oluşturmak için toprak kirleticilerinin hızlı ve doğru bir şekilde tanımlanması gerektiği görülmektedir (4).

Sağlıklı günler…

Tuğçe HALİL

Kaynaklar;

1. Pratush, A., Kumar, A., Hu, Z. 2018. Adverse effects of heavy metals (As, Pb, Hg, and Cr) on health and their bioremediation strategies: A review. International Microbiology, 21(3): 97-106.
2. Beykaya, M., Yıldırım, Z., Özbey, A., Yıldırım, M. 2019. Sivas ilindeki bazı süt işletmelerine gelen sütlerin ağır metal içeriklerinin belirlenmesi. Türk Tarım – Gıda Bilim ve Teknoloji Dergisi, 7(1): 105-109.
3. Khan , S.,Cao, Q.,. Zheng, Y.M., Huang Y.Z., Zhu Y.G. 2008. Health risks of heavy metals in contaminated soils and food crops irrigated with wastewater in Beijing, China. Environmental Pollution, 152: 686-692.
4. Rai, P.K., Lee, S.S., Zhang, M., Tsang, Y.F., Kim, K-H. 2019. Heavy metals in food crops: Health risks, fate, mechanisms, and management. Environment International, 125: 365–385.
5. Sumiahadi, A., Acar, R. 2018. A review of phytoremediation technology: heavy metals uptake by plants. Earth and Environmental Science, 142(1): 012023, DOI: 10.1088/1755 1315/142/1/012023.
6. Radzali, N. R.S. M., Wan, W.R., Kadir, A., MohdShariff, S., ZainiNawahwi, M., Wakid, S.A., Jaafar, Z., Rahim, Z.I. 2014. Proceedings of 2014 International Conference on Business, Economics, Energy and Environmental Sciences (ICBEEES): Phytoremediation: Environmental-friendly Clean up Technology. Pp: 224-231.
7. Sandeep, G., Vijayalatha, K.R., Anitha, T. 2019. Heavy metals and its impact in vegetable crops. International Journal of Chemical Studies, 7(1): 1612-1621.
8. Anonim, 2011. C. Gıda Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı. Türk Gıda Kodeksi Bulaşanlar Yönetmeliği. Resmi Gazete: 29.12.2011 – 28157.
9. Namlı, A. 2018. Toprak Kirliliğinin Biyolojik Yöntemlerle İyileştirilmesi. Ders Notları, Ankara Üniversitesi, Ankara.