Нитраты в овощах и пути снижения их содержания

Жизнь на Земле - грандиозный химический процесс, получающий энергию Солнца, в нем принимают участие едва ли не все элементы таблицы Д. И. Менделеева. Нарушение химического баланса в каком-нибудь из звеньев окружающей среды неизбежно приведет к изменению во всей экосистеме. В связи с этим в современном мире со все возрастающей долей антропогенного воздействия на природу призыв: «Знать, чтобы не навредить» - становится актуальным.

В начале 70-х годов ХХ в. в ряде стран Западной Европы, а также в США и Канаде произошла вспышка загадочных отравлений. Заболевали главным образом дети. Они теряли сознание, задыхались. Были отмечены случаи со смертельным исходом. Впоследствии подобные отравления произошли и в других странах, в т. ч. и в России. Как выяснилось, дело было в нитратах - солях азотной кислоты, используемых в больших количествах в качестве удобрений. В этой связи массовые отравления продуктами питания, загрязненными нитратами, получили название нитратных катастроф .

Попадая в организм человека с продуктами питания или водой, нитраты превращаются в более опасные нитриты, которые взаимодействуют с гемоглобином крови. В результате красные кровяные клетки - эритроциты теряют способность доставлять кислород всем органам. Особенно чувствителен к нитратам детский организм. Именно поэтому задыхались дети во время так называемых нитратных катастроф.

Очень опасно постепенное накопление нитратов в организме. Оно долгое время внешне не проявляет себя. Лишь годы спустя обнаруживаются нарушения обмена веществ и заболевания нервной системы. Есть и более грандиозные последствия такого невидимого накопления. Нитраты способствуют образованию в организме человека активных канцерогенных веществ - нитрозоаминов, вызывающих раковые заболевания.

За последние годы слово «нитраты» прочно вошло в нашу обиходную речь. По телевидению рекламируют приборы, определяющие уровень этих веществ в продуктах; в газетах описываются случаи тяжелых отравлений нитратами; в почтовые ящики опускают листовки, агитирующие покупать новейшие нитротесты.

С некоторых пор на рынках и в магазинах покупатели с опаской поглядывают на крупные, внешне привлекательные овощи и фрукты. И хотя массовых отравлений нитратами в последние годы не наблюдается, такая осторожность не повредит.

Мы напуганы зловещими нитратами, но проверить каждую морковку на наличие всякой гадости просто невозможно. Как же быть? У большинства людей нет правильных представлений о том, что стоит за словом «нитраты». Ученики 7-го класса на вопрос «Как вы понимаете термин «нитраты»? - отвечали, что это «всякие вещества», «порошок»,«жидкость»,«химикаты».

Вот почему была выбрана тема исследовательской работы: «Обнаружение нитратов в овощах и пути снижения их содержания».

1. Нитраты и овощи

1. 1. Интенсификация сельскохозяйственного производства

Интенсификация сельскохозяйственного производства – естественный процесс, присущий эпохе научно- технического прогресса. По сути, это качественно новый уровень антропогенного воздействия человека на окружающую среду, при котором достижения науки и техники направлены на увеличение уровня производства пищевых продуктов, в первую очередь растительных. В основе решения данной проблемы лежат не только современные агротехнические приемы, но и применение широкого спектра агрохимикатов: минеральных удобрений, регуляторов роста, пестицидов и др. Это, в свою очередь, породило другую проблему - необходимость обеспечения химической безопасности и высокого качества продуктов питания.

При недостатке азота в почве у растений наступает азотное голодание. Оно характеризуется изменением зеленой окраски листьев, т. к. замедляется процесс образования хлорофилла. Листья приобретают бледно-зеленую окраску. Другой признак азотного голодания растений – это сильная задержка роста из-за ограниченного образования белков, необходимых для формирования молодых клеток. Азотные удобрения вносят под все культуры, они увеличивают урожай.

1. 2. Содержание и накопление нитратов в продукции растениеводства

Потребление азота растениями зависит от биологических особенностей вида и сорта, гидротермического режима, физических и агрохимических свойств почвы, использования агротехники. В основных овощах и кормовых культурах в виде нитратов накапливается значительное количество азота, достигающее 38-43 кг/га (до 47 кг/га). Зачастую факторы, способствующие накоплению нитратов, воздействуют в комплексе. Ключевым ферментом, определяющим ассимиляцию нитратов, является нитратредуктаза, активность которой в 5-20 раз ниже, чем нитритредуктазы. Поэтому нитриты, образующиеся на первом этапе редукции нитратов, не накапливаются, а быстро восстанавливаются до аммиака.

Степень ассимиляции аммонийной формы азота зависит от многих факторов, благоприятного сочетания которых, как правило, не бывает. Для растений существует реальная опасность аммиачного отравления, приводившего к хлорозу (пожелтению) листьев, подвяданию, угнетению роста и гибели. При усилении нитратного питания активность нитратедуктазы растет до определенного предела, в результате чего часть нитратов остается невосстановленной, что предохраняет растения от накопления нитритов – токсичных промежуточных продуктов ассимиляции.

Образование нитратов может быть также связано с окислением избыточного количества ионов аммония в растении, что не только предотвращает нарушение обмена веществ, но и позволяет сохранить азот в минеральной форме для дальнейшего использования в процессах ассимиляции. С физиологической точки зрения, количество нитратного азота в растениях определяется соотношением:

• процессов поглощения;

• транспорта;

• ассимиляции;

• распределение его в разных органах и частях растений.

Содержание нитратов в растениях зависит и от свойств почвы. Чем богаче гумусом и общим азотом почва, тем больше накапливается нитратов в корнеплодах. Собирать овощи рекомендуется спелыми, а не переспевшими, вечером. В это время нитратов в них содержится меньше .

1. 3. Допустимые уровни нитратов в овощах

Разработка системы контроля содержания посторонних веществ в сырье и готовой продукции – одна из важнейших задач, имеющая огромное значение для повышения качества продукции и, главное, - ее безопасности для здоровья людей. Ее решение возможно, в частности, путем принятия и выполнения соответствующих постановлений, касающихся ограничений в содержании определенных веществ в овощной продукции. В природе нет абсолютно чистых продуктов питания. Нитраты в окружающей среде были и будут. Все дело в том, сколько накапливается их в продуктах. Нам необходим такой уровень нитратов, который не представляет опасности для здоровья человека.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) установила предельно допустимые концентрации (ПДК) нитратов и нитритов в организме человека. Суточная допустимая доза составляет 3,7 мг нитратов (NO3-) на 1 кг массы тела, а нитритов (NO2-) – 0,2 мг на 1 кг массы тела. Это означает, что человек массой 70 кг может без опасности для своего организма потреблять до 250 мг нитратов в сутки (в пересчете на нитрат натрия – до 350 мг) и нитритов – до 14 мг в сутки.

Однако нитраты поступают в организм не только с овощами. Определенное количество их попадает с питьевой водой, лекарственными препаратами, при курении табака.

Доказано, что влияние нитрат-ионов, содержащихся в пище, почти на четверть слабее, чем растворенных в воде. Причем в воде они присутствуют в чистом виде, не в связанном, как в растениях, а именно «чистые» нитраты для организма намного опаснее. По ГОСТу в одном литре воды может содержаться до 45 мг нитратов. В среднем человек выпивает 2 л воды в сутки. Поэтому на долю растительных и других продуктов остается до 160 мг. Это количество распределяется на все основные виды растительных продуктов суточного рациона (мясные и молочные продукты в расчете не учитываются, поскольку содержание нитратов в них незначительно)

4. Влияние нитратов на организм человека

Впервые заговорили о нитратах в нашей стране в 1970-е гг. , когда в Узбекистане произошло несколько массовых желудочно-кишечных отравлений арбузами, которые чрезмерно подкармливали аммиачной селитрой.

1)Нитраты в организме восстанавливаются до нитритов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нем двухвалентное железо в трехвалентное. В результате образуется метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма (тканевая гипоксия), в результате чего в них накапливаются молочная кислота, холестерин и резко падает содержание белка.

2)Особенно опасны нитраты для грудных детей, т. к. их ферментная система несовершенна и восстановление метгемоглобина в гемоглобин идет медленно.

3)Нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, выделяющей в организм человека ядовитые вещества (токсины), в результате чего идет интоксикация, т. е. отравление организма. Основными признаками нитратных отравлений у человека являются:

• Синюшность ногтей, лица, губ и видимых слизистых оболочек;

• Тошнота, рвота, боли в животе;

• Диарея, часто с кровью, увеличение печени, желтизна белков глаз;

• Головные боли, повышенная усталость, сонливость, снижение работоспособности;

• Одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания;

• При повышенном отравлении – смерть.

1)Нитраты снижают содержание в пище витаминов, входящих в состав многих ферментов, стимулирующих действие гормонов, а через них влияющих на все виды обмена веществ.

2)При длительном поступлении нитратов в организм человека в нем уменьшается количество йода, что приводит к нарушению функций щитовидной железы.

3)Установлено, что нитраты провоцируют возникновение раковых опухолей в желудочно-кишечном тракте человека.

4)Нитраты способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.

Учитывая вышеизложенное, следует помнить, что вред наносят организму человека не сами нитраты, а нитриты, в которые они превращаются при определенных условиях.

2. Опытно-экспериментальная работа

2. 1. Ионометрический метод определения нитратов

Ионометрический метод используют при количественном определении нитратов в овощах, плодах и ягодах.

Метод основан на извлечении нитратов из анализируемого материала раствором алюмокалиевых квасцов с последующим измерением их концентрации в полученной вытяжке с помощью ионоселективного электрода. Для ускорения анализа вместо вытяжки можно использовать сок анализируемой продукции, разбавленной раствором алюмокалиевых квасцов. При анализе капусты для разрушения примесей, мешающих определению нитратов, проводят их окисление марганцево-кислым калием.

Метод непригоден, если содержание хлоридов в анализируемом материале более чем в 25 раз превышает содержание нитратов при их концентрации до 11 мг/кг и в 50 раз - при более высоких.

Нижний предел обнаружения нитратов - 6 мг на 1дм3 анализируемого раствора. Предел надежного определения нитратов в анализируемой пробе 30 млн-1 (мг/кг) .

Метод требует длительного приготовления вытяжки из мезги овощей или фруктов, дорогостоящего прибора и высокой профессиональной подготовки специалистов. Для школьных лабораторий этот метод малодоступен.

Именно поэтому исследования проводились в химической лаборатории Центра гигиены и эпидемиологии с. Месягутово.

2. 2. Аппаратура, реактивы, материалы

Иономер типа ЭВ-74, ионоселективный нитратный электрод, электрод вспомогательный лабораторный хлорсеребряный, весы лабораторные 4-ый класс точности, колбы мерные, мерные цилиндры, пипетки, стеклянные палочки, стаканы лабораторные, терка пластмассовая, нож, шпатель, квасцы алюмокалиевые, КМnO4, КNOз, КС1, H2SO4, вода дистиллированная; сырые овощи - свекла, морковь, картофель, капуста, лук.

2. 3. Подготовка к исследованию

1)Приготовление раствора алюмокалиевых квасцов с массовой долей 1 % (экстрагирующий раствор); 10 г алюмокалиевых квасцов, взвешенных с точностью до 0,1 г, растворяем дистиллированной водой в мерной колбе вместимостью 1000см3 и доводим объем до метки.

2)Приготовление основного раствора KNO3 концентрацией c (KNO3) = 0,1 моль/дм3 : 10,11 г высушенного при температуре 110-120°С до постоянной массы и взвешенного с точностью до 0,001 г растворяем экстрагирующим раствором в мерной колбе вместимостью 1000см3 и доводим объем до метки.

3)Приготовление растворов сравнения нитрата калия.

Приготовление ионоселективного нитратного электрода и хлорсеребряного электрода сравнения к работе согласно с инструкциями, прилагаемыми к ним .

2. 4. Проведение исследования

Пробы для анализа картофеля, моркови, свеклы, капусты и лука, взятые в школьной столовой, измельчаем с помощью терки.

10 г измельченного материала взвешиваем с точностью до 0,01 г, помещаем в стакан, приливаем 50 мл раствора алюмокалиевых квасцов и перемешиваем с помощью мешалки в течение 3 минут.

В суспензии, приготовленной таким образом, измеряем концентрацию нитрат-ионов.

2. 5. Содержание нитратов в овощах в зимний период в различных продуктивных органах растений и при вымачивании

Согласно полученным результатам, количество нитратов в исследованных видах овощей не превышает ПДК, принятых в России.

В различных частях растений содержится разное количество нитратов. Больше всего их в тех частях тканей, в которых хорошо развиты вакуоли, обеспечивающие транспортировку из почвы питательных веществ в разные части растения.

В капусте белокочанной нитраты распределены неравномерно. Верхние кроющие листья кочана и сердцевина содержат нитратов больше, чем внутренние листья. Поэтому перед употреблением срезают верхние листья и из кочана удаляют кочерыгу. Ее можно употреблять отдельно, но в очень ограниченных количествах.

Свекла столовая отличается повышенной способностью накопления нитратов.

При приготовлении овощей в пищу, особенно при употреблении их в свежем виде, места концентрации нитратов (кожура, сердцевины корнеплодов, черешки, места переходов корнеплодов в корни, кочерыги) надо удалять.

Содержание нитратов снижается при вымачивании.

Чтобы снизить на 30-50% содержание нитратов в корнеплодах и капусте, достаточно в течение 1 ч подержать их в воде, предварительно нарезав на небольшие кусочки. При этом следует помнить, что при усиленной мойке и бланшировании овощей в воду уходят не только нитраты, но и ценные вещества: витамины, минеральные соли и др.

2. 6. Содержание нитратов в овощах после термической обработки

Наиболее эффективно снижает содержание нитратов в картофеле и овощах термическая обработка.

Практические рекомендации по снижению содержания нитратов

В очищенном и неочищенном картофеле после варки отмечен более низкий уровень нитратов, поэтому для приготовления салатов рекомендуется картофель отварить в мундире, больше сохраняется витамина С.

Слабее всего снижается содержание нитратов в процессе отваривания капусты, поэтому рекомендуется перед отвариванием в течение 1 ч подержать ее в воде. В процессе отваривания моркови и свеклы наиболее интенсивный переход нитратов в отвар происходит в первые 30-40 мин. , далее процесс практически приостанавливается. Кроме того, свеклу, морковь и лук, перед тем как положить в борщ, бланшируют в малом количестве 5-10 мин. Воду после бланширования не используют. Таким образом опасность отравления нитратами сокращается на 30 %.

Снижение нитратов в овощах наблюдается при варке их в воде, однако при этом теряется большое количество витаминов и минеральных веществ.

Результаты испытания, проведенного с помощью иономера ЭВ-74, показали, что нитраты содержатся во всех исследуемых продуктах питания.

Содержание нитратов не превышает предельно допустимые уровни в картофеле. В моркови содержание нитратов близко к предельно допустимому уровню, а в свекле столовой в 1,5 раза содержание нитратов превышает предельно допустимый уровень. Поэтому следует рекомендовать работникам школьной столовой не брать на реализацию корнеплоды свеклы массой больше одного килограмма. Употреблять в пищу свеклу только в вареном виде. При варке у корнеплода удалять верхнюю часть, так как в ней содержание нитратов наибольшее.

* Зелень - петрушку, укроп, сельдерей и др. - необходимо поставить, как букет, в воду на прямой солнечный свет. В таких условиях нитраты в листьях в течение 2-3 часов полностью перерабатываются и потом практически не обнаруживаются.

* Свеклу, кабачки, капусту и др. перед употреблением необходимо нарезать мелкими кубиками и 2-3 раза залить теплой водой, выдерживая по 5-10 минут. Нитраты хорошо растворимы в воде. При варке овощей снижается содержание нитратов на 50 и даже на 80%.

* Овощи необходимо очищать от кожицы (огурцы, кабачки)

* Необходимо удалять участки наибольшего скопления нитратов

* Уменьшается количество нитратов в овощах при квашении, солении, мариновании.

Заключение

В результате проведенных исследований выяснено:

• при чистке овощей нужно учитывать, что повышенное содержание нитратов приходится на кожуру и сердцевину;

• наиболее действенный способ нейтрализации нитратов – кулинарная обработка продуктов (варка, тушение, жарка);

• самый «правильный» вариант готовки овощей – на пару;

• для приготовления салатов полезнее использовать вареные овощи, а не сырые;

• если вы хотите приготовить овощной суп, предварительно нарезанные овощи вымочите в воде, слейте ее, а продукты опустите в кипящую воду;

• для приготовления салатов предпочтительнее использовать растительное масло, а не майонез и сметану (в них очень быстро и активно развивается микрофлора, ускоряющая переход нитратов в нитриты);

• для приготовления овощей лучше использовать эмалированную посуду, алюминиевая посуда способствует процессу перехода нитратов в нитриты;

• если же сваренный суп или борщ оставляют при комнатной температуре, в нем быстро образуются нитриты, поэтому необходимо оперативно остужать приготовленную еду и убирать в холодильник.

Результаты данной работы могут быть использованы для рекомендации работникам столовой, для проведения бесед о проблеме токсичного накопления нитратного азота в сельскохозяйственной продукции и вредного воздействия его на человека, а также как дополнительный материал на уроках химии, биологии, экологии.