II Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НИТРАТОВ В ОВОЩАХ И ФРУКТАХ
Колодезная Д.А., Кушнарева Е.А.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Азот – составная часть жизненно важных для растений, а так же для животных организмов в соединении – белка. В растения азот поступает из почвы, а затем поступает в организм животных и человека через продовольственные культуры. При избыточном внесении минеральных удобрений в растениях накапливаются нитраты. Нитраты, нитриты и другие азотсодержащие соединения в настоящее время привлекают особое внимание гигиенистов. Они проявляют большой интерес к вопросу об остаточном содержании нитратов в продуктах питания и тем нарушениям в состоянии здоровья человека, которые могут быть вызваны нитратным загрязнением.[1]

Систематическое поступление в организм повышенных количеств нитратов, чревато неблагоприятными сдвигами в жизнедеятельности организма, возрастанием риска онкологических заболеваний.

Актуальность данной темы, в первую очередь связанна с тем, что повышенное содержание нитратов в продуктах питания опасно для здоровья человека.

Цель работы: Выявить вред соединений азота для здоровья человека и определить их качественное содержание в пищевых продуктах.

Задачи:

1) проанализировать научно–методическую литературу по вопросам определения понятие «нитраты»; происхождения и накопления нитратов в растениях;

2) изучая литературу, выяснить способ попадания в пищевые продукты соединений азота и их влияние на организм человека;

3) провести опыты по выявлению содержания нитратов в овощах и фруктах, купленных на рынке и в магазинах города Борисоглебска;

4) установить, не превышает ли это содержание предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных Министерством здравоохранения;

5) составить перечень практических рекомендаций по снижению содержания нитратов.

Практическое значение: полученные результаты дают возможность проинформировать обучающихся колледжа о состоянии сельскохозяйственной продукции, реализуемой на рынке и в магазинах г. Борисоглебска, на наличие нитратов и предложить рекомендации по их уменьшению.

Объектом нашего исследования является сельскохозяйственная продукция, продаваемая на рынках и в магазинах г. Борисоглебска.

Предмет исследования – наличие нитратов в овощах и фруктах.

Гипотеза: в сельскохозяйственной продукции, особенно выращенной в теплицах, имеют место случаи превышения допустимых норм нитратов.

При выполнении исследовании мы использовали методы наблюдений и эксперимента, а также приёмы: сопоставления, обобщения.

2. Основная часть.

2.1. Нитраты, их источники.

Химия нитратов

Нитраты – это соли азотной кислоты. Наибольшее значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются селитрами. Они применяются в качестве минеральных удобрений, стимулирующих рост и увеличение зеленой массы растений. Корневые системы всех без исключения растений хорошо усваивают нитраты. В результате участия ферментов и углеводов происходит восстановление нитратов до аммиака, который при взаимодействии с органическими кислотами образует аминокислоты – строительный материал для белков. Если в почве избыток нитратов, то они не успевают полностью превратиться в аминокислоты. Нитраты поднимаются по корню и могут осесть в любой части растения. Они превращаются в нитриты и отравляют организм.

Природные источники нитратов

В небольшом количестве нитраты находятся в окружающей среде, обуславливая круговорот азота в природе. В повышенной концентрации они содержатся в почве, как следствие интенсификации производства (внесение удобрений, отходов, переработки сырья животного происхождения и т. д.). Из почвы они попадают в воду и растения. В регионах с развитой промышлен-ностью, из-за выбросов в атмосферу вместе с отработанными газами кислородсодержащих соединений азота, нитраты накапливаются и в дождевой воде. Наибольшее количество (свыше 200 мг/л) нитратов находится в бытовых стоках и в стоках животноводческих комплексов. Существенному повышению количества нитратов в природных водах способствуют азотные удобрения. В естественных (природных) условиях количество их не превышает 9 мг/л. Грунтовые воды содержат, как правило, меньше нитратов, чем поверхностные, поскольку почва служит своего рода «фильтром» по пути передвижения нитратного азота. Чем глубже залегают грунтовые воды, тем меньше содержится в них нитратов.[1]

Нитраты в продуктах питания

Впервые заговорили о нитратах в нашей стране в 70-х годах ХХ века, когда в Узбекистане случилось несколько массовых желудочно-кишечных отравлений арбузами, при их чрезмерной подкормке аммиачной селитрой. В мировой науке о нитратах знали уже гораздо раньше. По данным ООН, только за период с 1962 по 1972 г. производство азотных удобрений возросло с 16 до 42 млн т

Наличие нитратов в продуктах питания обусловлено рядом причин. В небольшом количестве они находятся в окружающей среде, обусловливая круговорот азота в природе. В повышенной концентрации они содержатся в почве, как следствие интенсификации производства (внесение удобрений, отходов, переработки сырья животного происхождения и т. д.). Из почвы они попадают в воду и растения. В регионах с развитой промышленностью из-за выбросов в атмосферу вместе с отработанными газами кислородсодержащих соединений азота нитраты накапливаются и в дождевой воде. ПДК нитратов в почве 76,8 мг/кг. Нитриты являются промежуточными продуктами метаболизма азота. В почве они содержатся в очень незначительном количестве, которое может повышаться при нитрификации, а затем снова уменьшаться при денитрификации. Обычно в непораженном болезнями растительном сырье они практически отсутствуют. Нитриты образуются при неправильном хранении растительного сырья или при переработке сырья, содержащего повышенное количество нитратов.

В пищевой промышленности нитраты и нитриты применяются главным образом при консервировании мяса, для улучшения сенсорных показателей мясных изделий и для предотвращения возникновения ботулизма. В мясной промышленности их используют в виде калиевых или натриевых солей для получения красной окраски мяса. Обычно миоглобин, содержащийся в мясе, при варке превращается в серо – коричневый метмиоглобин, под действием же нитрата миоглобин превращается в нитрозомиоглобин, имеющий красную окраску. Он не разрушается в процессе варки, по сравнению с миоглобином более устойчив к воздействию кислорода воздуха.

Пругар Я. и Пругарова А. в работе «Избыточный азот в овощах» отмечают, что суточное потребление нитратов, без учета их содержания в питьевой воде составляет 107,8 мг в расчете на одного человека. При этом из общего их количества 75% приходится на овощи, около 18% на мясо и копчености и около 10% на остальные продукты. У растений максимальное накопление нитратов происходит в период наибольшей активности при созревании плодов. Поэтому недозрелые овощи (кабачки, баклажаны) и картофель, а также овощи раннего созревания могут содержать нитратов больше, чем достигшие нормальной уборочной зрелости. Кроме того, содержание нитратов в овощах может резко увеличиться при неправильном применении азотистых удобрений (не только минеральных, но и органических). Например, при внесении их незадолго до уборки урожая.[6]

По способности накапливать нитраты растения можно разделить на пять групп – по содержанию в 1 кг продукции:

• больше 5 г (все виды салатов, петрушка, редис);

• до 5 г (шпинат, редька, кольраби, свекла, зеленый лук);

• до 4 г (белокочанная капуста, морковь, репчатый лук);

• до 3 г (лук-порей, ревень, укроп, тыква);

• менее 1 г (огурцы, арбузы, дыни, помидоры, баклажаны, картофель).

В растениях нитраты распределены неравномерно:

1) у свеклы нитраты сконцентрированы в верхней части корнеплода – до 65%;

2) у моркови: в сердцевине – 90% и в наружной части – 10%;

3) у капусты – в кочерыжке и в толстых черешках листьев;

4) у картофеля, в мелких клубнях нитратов больше, чем в крупных, сосредоточены они под кожурой;

5) маленькие огурцы содержат нитратов меньше, чем большие, в огурце, сорванном утром, нитратов меньше.[3,5]

Овощи нельзя хранить при повышенной температуре, особенно размороженные. Установлено, что чем выше температура хранения и чем больше концентрация нитратов, тем интенсивнее протекает процесс их восстановления и больше образуется нитритов.

Для овощей и фруктов установлены определенные значения предельно допустимых концентраций нитратов (ПДК). ПДК - количество вредного вещества в окружающей среде, которое не оказывает отрицательного воздействия на здоровье человека или его потомство при постоянном или временном контакте с ним (данные приведены в таблице №1). Таблица № 1

Продукт

Содержание (мг/кг)

Kартофель

250

Kапуста белокочанная ранняя

900

Kапуста белокочанная поздняя

500

Морковь ранняя

400

Морковь поздняя

250

Томаты

150/300

Огурцы

150/400

Свекла столовая

1400

Лук репчатый

80

Листовые овощи (салат, петрушка, укроп)

2000

Перец сладкий

200

Kабачки

400

Дыни

90

Арбузы

60

Яблоки, груши

60

2.2. Влияние нитратов на организм человека

Пути попадания нитратов в организм человека

Пути попадания нитратов в организм человека различны.

  • Основная масса нитратов попадает в организм человека с консервами и свежими овощами (40-80% суточного количества нитратов).

  • Незначительное количество нитратов поступает с хлебобулочными изделиями и фруктами; с молочными продуктами попадает их - 1% (10-100мг на литр).

  • Нитраты поступают в организм человека с водой, которая является одним из основных условий нормальной жизни человека.

  • Также нитраты могут поступать в организм через лекарственные препараты и табак.

  • Часть нитратов может образоваться в самом организме человека при его обмене веществ.

Допустимые нормы нитратов для человека

В организме человека нитриты образуются в пищеварительном тракте (желудке и кишечнике) или уже непосредственно в полости рта. Поступающие с пищей нитраты всасываются в пищеварительном тракте, попадают в кровь и с ней в ткани. Через 4-12 часов большая часть их (80% у молодых и 50% у пожилых людей) выводится из организма через почки. Остальное их количество остается в организме.65% поступивших в организм нитратов превращается в нитриты. С возрастов интенсивность этой реакции повышается, что, вероятно, связано с изменением состава микрофлоры в полости рта. Токсическое действие нитритов в человеческом организме проявляется в форме метгемоглобинемии. Она является следствием окисления двухвалентного железа гемоглобина в трехвалентное. В результате такого окисления гемоглобин, имеющий красную окраску, превращается в метгемоглобин, который уже имеет темно – коричневую окраску (Р. Д. Габович, Л. С. Припутина « Гигиенические основы охраны продуктов питания от вредных химических веществ»).[2,7]Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов 5мг на 1кг массы тела человека, т.е. 0,25г на человека весом в 60кг. Для ребёнка допустимая норма - не более 50мг.

Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15-200мг; 500мг - это предельно допустимая доза (600мг - уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10мг нитратов. В Российской Федерации допустимая среднесуточная доза нитратов - 312мг, но в весенний период реально она может быть 500-800мг/сутки.

В малых количествах нитраты постоянно присутствуют в организме человека, как и в растениях, и не вызывают негативных явлений. Все беды начинаются тогда, когда нитратов становится слишком много. В последнее время медики уделяют большое внимание нитратам и нитритом еще и потому, что они превращаются в организме в конечном итоге в нитрозосоединения, многие из которых являются канцерогенными (способствуют образованию раковых опухолей).

2.3 Методика определения нитратов.

Цель нашей работы: качественное определение содержания нитратов в отобранных образцах овощей и фруктов.

Подготовка материала для исследования с помощью полуколичественного метода определения нитратов с использованием дифениламина.[4]

Оборудование и реактивы. Нож, ёмкость мерная, пипетка, дифениламин (кристаллический), серная кислота (концентрированная), исследуемая продукция.

Исследуемый материал (корнеплоды овощей, листья и кочерыжка капусты, плоды фруктов) очищаем от загрязнений, затем растираем в кашицу и отжимаем через марлю. Выжатый сок разливаем в пробирки по 1 мл.

В качестве реагента для определения нитрат-ионов используем 1% раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте, который по каплям добавляем к 1мл пробы сока исследуемых овощей и фруктов.

Визуально наблюдаем изменение окраски растворов:

  • бледно-голубое окрашивание – низкое содержание нитрат-ионов (более 0,001 мг/л),

  • голубое – среднее (более 1 мг/л),

  • синее – высокое (более 100 мг/л).

Проведение эксперимента

Участницы эксперимента:

студентки 2 курса Колодезная Дарья и Кушнарева Екатерина

   

Первый эксперимент( Приложения 1-7)

Для исследования взяты овощи, купленные на рынке и в магазине.

   

Рис. 1. Материал для исследования

Результаты эксперимента занесены в таблицу №2 и представлены на рисунках и в Приложениях 1-7 .

Таблица № 2

Название овощей

Изменение окраски

Содержание

нитрат-ионов

Морковь

синее

высокое

Капуста

синее

высокое

Картофель

бледно-голубое

низкое

Перец сладкий

синее

высокое

Редька черная

синее

высокое

Петрушка

синее

высокое

Томат

не изменилась

отсутствует

Лук репчатый

не изменилась

отсутствует

Рис.2 Изменение окраски редьки черной

Рис.3 Изменение окраски

кочерыжки капусты

Рис. 4 Изменение окраски листьев салата

Второй эксперимент

Для исследования взяты предварительно обработанные овощи и фрукты (2-3 часа в холодной воде и отварные). Результаты эксперимента занесены в таблицу №3. Таблица № 3

Название овощей

Изменение окраски

Содержание

нитрат-ионов

Морковь

бледно-голубое

низкое

Капуста (в хол. воде)

бледно-голубое

низкое

Капуста (отварная)

не изменилась

отсутствуют

Перец сладкий (в хол. воде)

бледно-голубое

низкое

Перец сладкий (отварной)

не изменилась

отсутствуют

Вывод. Исследования, проведенные в двух экспериментах, показали, что содержание нитратов в образце сока капусты, купленной в магазине, превышает ПДК для данной овощной культуры (согласно установленным нормам, ПДК для капусты составляет 500 мг/ кг). Скорее всего, такой результат является следствием нарушения технологии выращивания белокочанной капусты, ведь эта культура очень отзывчива на азотные удобрения, но внесение избыточных доз и поздние подкормки вызывают накопление нитратов в кочерыге, центральных жилках и листьях.

Третий эксперимент

Для исследования взяты фрукты, купленные на рынке и в магазине (свежие и замороженные). Результаты эксперимента занесены в таблицу №4 и представлены на рисунках.

Таблица №4

Название фруктов

Изменение окраски

Содержание нитрат-ионов

Груши

бледно-голубое

низкое

Апельсины

не изменилась

отсутствуют

Яблоки

бледно-голубое

низкое

Бананы

бледно-голубое

низкое

Рис.5 Апельсин. Сок апельсина

Рис. 6 Яблоко. Мякоть яблока

Исследования показали, что во всех образцах содержание нитратов не превышает ПДК, а наличие незначительного количества, скорее всего, обусловлено неправильным применением органических и минеральных удобрений, а так же и свойствами самой почвы.

Четвертый эксперимент

Для исследования взяты другие продукты питания, в которых могут содержаться нитраты. Результаты эксперимента занесены в таблицу №5.

Таблица №5

Название фруктов

Изменение окраски

Содержание нитрат -ионов

Вода водопроводная

бледно-голубое

низкое

Вода кипяченная

не изменилась

отсутствуют

Исследования показали, что во всех образцах содержание нитратов не превышает ПДК, а наличие незначительного количества, скорее всего, обусловлено свойствами почвы и добавлением в готовую мясную продукцию нитратов, с целью улучшения её потребительских свойств и для более длительного её хранения.

Вывод: органами санитарного надзора установлены жесткие нормы содержания токсических элементов в пищевом сырье и готовых продуктах питания. Для большинства продуктов имеются предельно допустимые концентрации токсичных элементов в основных продуктах питания.

3. Заключение

Изучение литературы по теме нашего исследования показало, что причина избыточного нитратного азота в овощных и плодовых культурах - это не только неграмотное применение азотных удобрений при выращивании продукции. На самом деле все гораздо сложнее.

На содержание нитратов в овощах, помимо доз применяемых удобрений, влияют сроки и способы внесения, условия возделывания (перепады температур, влажность, освещенность), вид культуры и генетическая особенность сортов. Причинами избыточного содержания нитратов в образцах, взятых для исследования, являются нарушения агротехнических и агрохимических приемов выращивания овощных культур, предназначенных для реализации населению через торговые точки. Содержание нитратного азота, не превышающее ПДК в образцах, находившихся в воде в течение 2-3 часов и более, а также отварных свидетельствуют о том, что содержание нитратов в овощах и фруктах можно регулировать, т.е. снижать.

Практические рекомендации по снижению содержания нитратов

1. Тщательное промывание овощей и фруктов уменьшает содержание нитратов на 10%, а механическая очистка – на 15–20%. Следует срезать те части овощей, в которых их концентрация максимальна. То есть в капусте это кочерыжка и зеленые верхние листья, в корнеплодах - это корень, а в огурцах и кабачках - это место крепления плодоножки.

2. Зелень (петрушку, укроп, салат и др.) необходимо поставить, как букет, в воду на прямой солнечный свет. В таких условиях нитраты в листьях в течение 2–3 ч полностью перерабатываются и потом практически не обнаруживаются. После этого зелень можно без опасения употреблять в пищу.

3. Свеклу, кабачки, капусту, тыкву и другие овощи перед приготовлением необходимо нарезать мелкими кубиками и 2–3 раза залить теплой водой, выдерживая по 5–10 мин. (Нитраты хорошо растворимы в воде (особенно теплой) и вымываются из овощей).

4. Варка овощей снижает содержание нитратов на 50–80%.

5. Квашение, соление, консервирование и маринование способствуют снижению нитратов на 60–70%.

6. Нейтрализовать поступившие в организм нитраты могут ягоды черной и красной смородины, зеленый чай, аскорбиновая кислота (по 0,3–0,4 г в сутки).

7. Нельзя хранить и приготавливать пищу в декоративной фарфоровой или керамической посуде (т. е. в посуде, предназначенной для украшения, но не для приготовления пищи), так как очень часто глазурь, особенно желтого и красного цвета, содержит соли свинца и кадмия, которые легко переходят в пищу, если такую посуду использовать для еды.

8. Для приготовления и хранения продуктов следует использовать только посуду, специально предназначенную для пищевых целей. То же самое относится к красивым пластмассовым пакетам и пластмассовой посуде. В них можно хранить и то непродолжительное время только сухие продукты.

4. Список используемой литературы

1. Бандман А.Л., Волкова Н.В. и др. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V–VIII групп. Справочное издание. Под ред. В.А.Филова и др. Л.: Химия, 1989

2.Габович Р.Д., Припутина Л. С. Гигиенические основы охраны продуктов питания от вредных химических веществ.- Киев: Здоровье, 1987 г.

3.Доценко В. Д. Овощи и плоды в питании.- Лениздат, 1988 г.

4. «Методические указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства»(утвержденные начальником Главного санитарно-профилак-тического управления Минздрава СССР, 04.07.1989, № 5048-89) М.1989г.

5. Пичугина Г.В. Химия и повседневная жизнь человека. – М.: Дрофа, 2004.

6. Пругар Я., Пругарова А. Избыточный азот в овощах. -М.: ВО «Агропромиздат». 6. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высшая школа, 1991

7. Штабский Б. М., Ладанивский Р. И., Левинтон Ш. Б., Столмакова А. И., Габович Р.Д. Гигиеническая экспертиза пищевых продуктов.- Киев: Здоровье, 1989 г.

Приложение 1

Проведение эксперимента

 

Качественная реакция на нитраты.

Приложение 2

Огурец пупырчатый

   

ДО ПОСЛЕ

Приложение 3

Зелёный перьевой лук

ДО ПОСЛЕ

Приложение 4

Морковь

 

ДО ПОСЛЕ

Приложение 5

Листовой салат

ДО

ПОСЛЕ

Приложение 6

Картофель

Кожура

Мякоть

Приложение 7

Редька чёрная

ДО ПОСЛЕ