МАУДО г. Иркутска СЮН Муниципальное автономное учреждение дополнительного образования города Иркутска

"Станция юных натуралистов"

Исследовательская работа

Тема: « Содержание нитратов в растительных продуктах: причины накопления"

педагог дополнительного образования

г. Иркутск

2017 г.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность.

В последнее время гигиенисты проявляют большой интерес к вопросу о содержании нитратов в продуктах питания. Прежде всего, это связано с теми нарушениями состояния здоровья человека, которые могут быть вызваны нитратным загрязнением.

Основными источниками пищевых нитратов являются растительные продукты. Частота обнаружения нитратов в растительных продуктах довольно высока. Нитраты являются элементом минерального питания растения, поставляя им азот для синтеза белков. Поэтому безоговорочное приравнивание нитратов к химическим загрязнителям неправомерно. Но, с другой стороны, повышенное содержание нитратов может вызвать резкое ухудшение качества и питательной ценности овощей.

При потреблении в повышенных количествах нитраты образуют более токсичные соединения: нитриты и нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью и даже способствующие образованию раковых опухолей. Более всего страдают от нитратного отравления дети первого года жизни, а у школьников наблюдаются нарушения деятельности желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.

Все эти обстоятельства указывают на актуальность и большую практическую значимость оперативного и своевременного определения содержания нитратов в растительных тканях, проведение мониторинга, а также основных причин и механизмов их накопления в растительных объектах.

В связи с этим, основной целью работы было проведение долговременного мониторинга содержания нитратов в растительных продуктах, реализуемых на различных рынках города Иркутска, а так же исследование закономерностей накопления нитратов в растениях, произрастающих на территории агробиостанции ИГУ.

В ходе работы решались следующие задачи :

1. Дать сравнительную характеристику содержания нитратов в растительных продуктах, приобретенных на различных рынках г.Иркутска в разное время в период с 2009 по 2016 годы.

2. Исследовать закономерности накопления нитратов в растениях в естественных условиях (агробиостанция ИГУ, летний период) и установить возможную связь с другими физиологическими процессами (фотосинтез, дыхание, транспирация).

3. Исследовать условия, при которых возможно восстановление нитратов в растительных продуктах перед употреблением.

Объекты исследования: Наборы овощей, приобретенных на рынках города Иркутска в разное время в 2009-2016 годах; растения, произраставшие на агробиостанции ИГУ летом 2015 года.

Предмет исследования: Сравнительная характеристика содержания нитратов в овощах, приобретенных в различные сезоны года на рынках г.Иркутска; связь с процессов накопления и восстановления нитратов в растениях с процессами фотосинтеза, дыхания и транспирации.

Метод исследования: Дифениламиновая цветная реакция на наличие нитратов в растительном материале, оцениваемая визуально по пятибалльной системе.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Проблема нитратов активно обсуждается общественностью нашей страны. Попробуем разобраться в этом вопросе и мы. Нитраты – соли азотной кислоты, например NaNO 3 , KNO 3 , NH 4 NO 3 , Mg(NO 3 ) 2 . Они являются нормальными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма – растительного и животного, поэтому «безнитратных» продуктов в природе не бывает. Даже в организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов. Из нитратов, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает с овощами, 20% – с водой и 6% – с мясом и консервированными продуктами.

Но почему же говорят об опасности нитратов? При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), а последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию Кроме того, из нитритов в присутствии аминов могут образоваться N-нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью (способствуют образованию раковых опухолей). При приеме высоких доз нитратов с питьевой водой или продуктами через 4–6 ч появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов и слизистых, понос. Сопровождается все это общей слабостью, головокружением, болями в затылочной области, сердцебиением. Первая помощь – обильное промывание желудка, прием активированного угля, солевых слабительных, свежий воздух. Какова же безопасная доля нитратов? Допустимая суточная доза нитратов для взрослого человека составляет 325 мг в сутки. Как известно, в питьевой воде допускается присутствие нитратов до 45 мг/л. Рекомендуемое потребление продуктов питания, где используется питьевая вода (чай, первые и третьи блюда), примерно 1,0–1,5 л, максимум – 2,0 л в день. Таким образом, с водой взрослый человек может употребить около 68 мг нитратов. Следовательно, на пищевые продукты остается 257 мг нитратов. Исследования показали, что токсическое действие нитратов пищевых продуктов проявляется слабее, чем содержащихся в питьевой воде, примерно в 1,25 раза.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для получения результатов по многолетнему мониторингу содержания нитратов в растительных продуктах, реализуемых на рынках города Иркутска, мы впервые на кафедре провели подборку разрозненных материалов измерений с помощью дифениламинового метода, регулярно, начиная с 2009 года, проводимых студенческими исследовательскими группами на лабораторных занятиях по физиологии растений, при написании ими курсовых и выпускных работ. Первичные материалы, которые мы использовали для дальнейшего анализа, представляли собой хранящиеся на кафедре текущие записи по теме, включая электронные файлы, распечатки отчетов по лабораторным работам и полевым практикам, курсовые и выпускные работы студентов различных годов обучения.

С ноября 2015 по июнь 2016 года мы проводили собственные измерения содержания нитратов по аналогичной методике в растительных продуктах, приобретенных нами одновременно на рынках «Сензон», «Парус» и Центральном рынке.

В качестве объектов исследования мы выбрали из всего многообразия овощей и фруктов только стандартный набор из 8 наименований овощей (без указания сортов и производителей растительной продукции), данные по которым сохранились по всем годам использования дифениламинового метода: огурцы, помидоры, перец, салат, лук, укроп, петрушка, редис.

Во все годы наличие нитратов в растительном материале обнаруживали с использованием стандартной методики с помощью качественной цветной реакции, образующейся при взаимодействии нитратов с дефиниламином, который производится отечественной химической промышленностью. Используется как полупродукт для синтеза стабилизаторов полимеров и красителей, как ингибитор окисления и как полупродукт в производстве других ингибиторов окисления для пластичных смазок и при получении лекарственных средств. По внешнему виду представляет собой чешуйки или мелкие кристаллы от светло-жёлтого до светло-коричневого или расплав коричневого цвета. Растворяется в ацетоне, бензоле, метаноле, этаноле, сероуглероде, минеральных кислотах, диэтиловом эфире.

В своей работе мы использовали 1% раствор дифениламина на концентрированной серной кислоте. При взаимодействии с нитратами даёт характерное окрашивание от светло-голубого до тёмно-фиолетового, в зависимости от концентрации нитратов (Викторов, 1991). Для определения содержания нитратов высечки из мякоти овощей и фруктов объемом около 1 см 3 помещали на предметное стекло и с помощью тщательного надавливания на высечку с помощью стеклянной палочки, выдавливали клеточный сок. Дифениламин добавляли в каплю клеточного сока с помощью автоматической пипетки с объемом капли - 100 мкл. Об относительном содержании нитратов судили по интенсивности окрашивания (условно - от 0 до 5 баллов). При появлении слабого светло голубого окрашивания, ему присваивали 1 балл. За 2 балла принимали голубое окрашивание, за 3 – синее, за 4 – фиолетовое, за 5 – черно-фиолетовое. Изображения цветной реакции с дифениламином по баллам показаны ниже:

Необходимость принятия условной шкалы была связана с малым временем жизни проявляющейся окраски в растворах нитратов (до 3-5 минут), после чего она исчезала, что делает невозможным применение другого метода оценки (например, спектрофотометрического).

Измерения в каждый период проводили на 3-4 образцах каждого наименования растительного продукта в 2-3 повторностях, в качестве показателя фиксировали среднее количество баллов по этим измерениям.

Для исследования закономерностей накопления нитратов в растениях в естественных условиях мы обработали и проанализировали результаты измерений, произведенных студентами во время полевой практики в июле 2015 года на агробиостанции Педагогического института ИГУ. При этом, наряду с накоплением и восстановлением нитратов, одновременно исследовались различными студенческими бригадами такие физиологические процессы у этих растений, как фотосинтез, дыхание и транспирация.

В целях получения результатов по интенсивностям фотосинтеза, дыхания и транспирации мы обработали и проанализировали отображенные в отчетах по полевой практике данные многократных (до 3-4 повторностей) измерений стандартными, наиболее часто используемыми в лабораторном практикуме, методами (Викторов, 1991):

Фотосинтез – метод ассимиляционной колбы по количеству поглощаемого углекислого газа;

Дыхание – метод определения количества выделенного углекислого газа (по Бойсен-Иенсену);

Транспирация – весовой метод по уменьшению массы срезанных листьев.

Для установления возможности снижения содержания нитратов в приобретенных на рынках овощах мы помещали их в воду и оставляли на 3-6 часов при комнатной температуре и на рассеянном свету, после чего повторно определяли содержание нитратов дифениламиновым методом.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В соответствии с основной поставленной в работе задачей мы провели детальный анализ многолетнего мониторинга содержания нитратов в стандартном наборе овощах, приобретенных на разных рынках города Иркутска (в основном, «Сезон» и Центральный рынок), который позволил выявить ряд характерных особенностей, приведенных ниже.

По результатам собственных измерений закономерных отличий по содержанию нитратов в продуктах (взят средний арифметический балл по всем 8 растительным объектам) из 3 сравниваемых рынков нами обнаружено не было. Так, для примера, средние значения по содержанию нитратов на апрель месяц 2016 года составили для Центрального рынка – 4,0±0,4, ТК «Сезон» - 3,9±0.4, ТК «Парус» - 3,7±0.5. Данное сходство мы связываем с возможной одинаковостью поставщиков продуктов на эти рынки.

За все годы мониторинга сразу обращает на себя внимание факт, что практически во всех исследованных продуктах присутствовали нитраты, содержание которых оценивалось от 1 до 5 баллов, в среднем, около 2-3. Известно, что у взрослого человека острые отравления наступают при разовом поступлении от 1 до 4 грамм нитратов и выше. Четыре-пять грамм нитратов – это как раз столько, сколько максимум может накапливаться в одном килограмме столовой свеклы или редиса (Всемирная организация здравоохранения, 1981). По нашим данным раствор нитрата калия в концентрации 2 г/л дает дифениламиновую реакцию в 2 балла. Учитывая то, что 2-4 балльное содержание нитратов в овощах было не случайным, а почти в любом овоще на выбор, все они могли представлять опасность для здоровья.

Среднемноголетние содержания нитратов в различных овощах нами были определены следующие: томаты – 1,2, огурцы – 2,7, перец – 1,7, салат – 3,7, лук – 1,8, укроп – 3,6, петрушка – 3,6, редис – 3,5.

Таким образом, наиболее высокое содержание нитратов во все периоды измерения были обнаружены в салате, укропе петрушке и редисе; промежуточное положение обычно занимали огурцы; в томатах, перце и луке нитратов было наименьшим, либо не обнаруживалось вообще.

В различных частях растения содержание нитратов может быть не одинаково. Наглядным примером служат листовые овощи (петрушка, укроп, салат) в основаниях листьев и черешках которых содержится намного больше нитратов чем в самих листьях. Это связано с тем, что нитрат- и нитрит-восстанавливающие ферментативные системы растений содержатся в листьях (и корнях) растений, а черешках практически отсутствуют. Кроме того, в концевых участках огурцов было обнаружено нитратов значительно больше, чем в мякоти серединной части, что указывает на необходимость удаления концевых участков при употреблении огурцов в пищу.

Н
а рисунке 1 показана общая динамика содержания нитратов в овощах по имеющимся данным в различные годы с указанием месяца, в котором проводилось измерение.

Данный рисунок хорошо иллюстрирует обсужденные выше сведения о наличии большого количества нитратов в растительных продуктах. При этом следует обратить внимание на отсутствие какой-либо тенденции к изменению ситуации с нитратами в сторону увеличения или уменьшения с 2009 года по 2016.

В то же время, из рисунка 1 хорошо заметна некоторая внутригодовая цикличность, повторяющаяся из года в год – возрастания содержания нитратов в осенне-зимний период и заметное снижение в весенне-летний период.

Д
ля более детального исследования этой закономерности мы нашли средние арифметические значения баллов месяцам всех исследованных годов, т.е. среднемесячные по всем имеющимся данным. Результаты показаны на рисунке 2.

Несмотря на отсутствие данных за июль, август и декабрь (ни в один из годов измерений в эти месяцы сделаны не были), из рисунка 2 хорошо видны стабильно высокие значения содержания нитратов в зимние и ранневесенние месяцы и явно выраженную тенденцию к снижению этого показателя к летним месяцам. В осенние месяцы вновь наблюдается увеличение содержания нитратов в овощах к зиме.

Причины возникновения этой закономерности мы специально не исследовали, но можно предположить, что в поздневесенний и летний период появляются свежие местного выращивания (не привозные) овощи, или выращенные при более благоприятных условиях (например, температуры и освещенности, а также при умеренной подкормке), что ведет к быстрой утилизации нитратов в тканях растений.

Как известно, одной из основных доступных для растений форм азота в почве являются нитрат-анионы (NO 3 ), легко поглощаемые корневой системой любого растения, но требующие дальнейшего восстановления. Именно на этой стадии происходит основное лимитирование скорости азотного обмена в растениях, поскольку восстановление проходит через ряд сложных этапов, каждый из которых катализируется особыми ферментативными комплексами и требует значительных затрат энергии в виде АТФ, НАДФН 2 и НАДН 2 , образующихся в ходе фотосинтеза и дыхания в листьях. С этим связана жесткая зависимость процессов утилизации нитратов от внешних факторов среды. Так, при неблагоприятных условиях среды не происходит полного восстановления нитратов, и они через паренхиму корня попадают в сосуды ксилемы и поднимаются с восходящим током к листьям, где и накапливаются в значительных количествах.

С целью установления связи накопления нитратов с условиями среды и интенсивностями различных физиологических процессов в растениях мы проанализировали данные учебных бригад студентов на полевой практике по физиологии растений в июле 2015 года, по определению содержания нитратов в листьях растений на примере различных растений в ясные и пасмурные дни. Усредненные результаты на примере постоянно произрастающих на агробиостанции ИГУ мари белой и смородины показаны на рисунках 3 и 4.

В

идно, что как в ясные, так и в пасмурные дни в листьях этих растений содержались довольно значительные концентрации нитратов, что указывает на высокое их содержание в грунте и на отставание процессов поглощения нитратов от их восстановления в растениях. Но в течение суток содержание нитратов не оставалось постоянным. Так, в ранние утренние часы как пасмурных, так и ясных теплых дней количество нитратов в листьях имело наибольшее значение. Но, с увеличением освещенности и температуры в ясные дни содержание нитратов к 12-13 часам достоверно снижалось до минимальных значений в 0-1 балл, в то время, как пасмурные холодные дни это снижение было незначительным. Далее, в течение ясного дня, до 15-16 часов содержание нитратов вновь возрастало до максимальных значений, и лишь к вечеру намечалась тенденция к уменьшению количества нитратов в листьях, совпадавшее со снижением температуры и интенсивности освещения. В холодные пасмурные дни этой тенденции не наблюдалось.

Как уже было сказано выше, процесс восстановления нитратов требует значительного притока энергии в виде АТФ и восстановительного потенциала (НАДФН 2 , НАДН 2 ), поставщиками которых являются процессы дыхания и фотосинтеза. Следовательно, между накоплением и восстановлением нитратов в растениях и интенсивностью этих процессов должна существовать определенная связь.

Д
ля установления этой связи, мы, наряду с измерением содержания нитратов, одновременно определили динамику процесса фотосинтеза и, на примере смородины, динамику процесса дыхания. Результаты показаны на рисунках 5, 6 и 7.

Хорошо видно, что во всех случаях с увеличением интенсивности фотосинтеза в период с 9 до 11 часов содержание нитратов в листьях значительно уменьшалось, и наоборот, при снижении интенсивности фотосинтеза в период максимальной солнечной активности, высокой температуры воздуха и низкой влажности, когда интенсивность фотосинтеза достигала минимальных величин (известное из литературы явление «полуденного угнетения фотосинтеза»), содержание нитратов возрастало. В пасмурный холодный день, когда интенсивность фотосинтеза постоянно держалась на низком уровне, и содержание нитратов оставалось высоким и довольно постоянным.

Аналогичную зависимость мы обнаружили и при анализе связи интенсивности дыхания и накоплением-восстановлением нитратов в листьях смородины.

Таким образом, динамика содержания нитратов в растениях и интенсивности процессов фотосинтеза и дыхания развивалась в противофазе, что подтверждает представленное выше предположение о связи между этими процессами. Все это указывает на то, что содержание нитратов в листьях в значительной мере определяется общим уровнем метаболической активности растений. При подавлении процессов фотосинтеза и дыхания снижается и скорость восстановления поглощенных корневой системой нитратов, которое требует значительных затрат энергии и метаболитов, поставляемых энергетическим и пластическим обменом в растениях.

В заключение следует отметить, что, несмотря на невысокую точность и условность, но, учитывая техническую простоту и оперативность дифениламинового метода, его вполне можно использовать для организации мониторинга содержания нитратов в реализуемых на рынках растительных продуктов, а также при организации различных других направлений научной работы соответствующей тематики на базе школьных или студенческих исследовательских групп.

ВЫВОДЫ

1. На основании анализа результатов измерений в естественных условиях на примере произрастающих на агробиостанции растений, установлена обратная связь между содержанием нитратов в растениях и интенсивностями процессов фотосинтеза и дыхания: при их угнетении неблагоприятными внешними факторами (недостаточное или избыточное освещение, температурный режим) содержание нитратов в растениях значительно возрастала, и, наоборот, при возрастании интенсивности фотосинтеза и дыхания, поставляющего на азотный обмен растений необходимую энергию, содержание нитратов в растениях снижалось.

2. Впервые нами обнаружено значительное содержание нитратов в растительных продуктах, реализуемых на рынках города Иркутска, при отсутствии различий по этому показателю между рынками города, а также при отсутствии какой-либо тенденции к изменению ситуации с нитратами в сторону увеличения или уменьшения с 2009 года по 2016.

3. Наиболее высокое содержание нитратов во все периоды измерения были обнаружены в салате, укропе петрушке и редисе; промежуточное положение обычно занимали огурцы; в томатах, перце и луке нитратов было наименьшим, либо не обнаруживалось вообще.

4. Впервые нами обнаружена некоторая внутригодовая цикличность содержания нитратов в овощах, повторяющаяся из года в год – значительное возрастание содержания нитратов в осенне-зимне-ранневесенний период и заметное снижение к весенне-летнему периоду. Можно предположить, что в поздневесенний период появляются более свежие (не привозные) овощи, или выращенные при более благоприятных условиях (например, температуры и освещенности).

5. Выдерживание зеленых овощей в течение нескольких часов в воде и на рассеянном свету приводит к снижению содержания нитратов в растительных продуктах.

Само по себе присутствие нитратов в растениях - нормальное явление, т. к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т. к. они (как мы уже знаем) обладают высокой токсичностью для человека и домашних животных.

Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах.

Нитратов также больше в зеленых плодах, чем в спелых. Больше всего нитратов содержится в салате (особенно в тепличном), в редьке, петрушке, редисе, столовой свёкле, капусте, моркови, укропе:

в свекле и моркови больше нитратов в верхней части корнеплода, а в моркови также и в его сердцевине;

в капусте - в кочерыжке, в толстых черешках и в верхних листьях.

Выяснено также, что у всех овощей и плодов больше всего нитратов содержится в их кожице.

По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы (2):

со средним содержанием (300 – 600 мг): цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурцы;

С физиологической точки зрения количество нитратного азота в растениях определяется соотношением:

процессов поглощения;

транспорта;

ассимиляции;

распределения его в разных органах и частях растения.

И все эти процессы обусловлены совокупностью почвенно-экологических условий, агротехнических и генетических факторов.

Таким образом, накопление нитратов в растениях зависит от комплекса причин:

от биологических особенностей самих растений и их сортов. Выяснено, что больше всего нитратов содержится в редисе сорта “Красный великан” по сравнению с другими её сортами (“розовый с белым кончиком”, “жара” и др.).

от возраста растений: в молодых органах их больше (кроме шпината и овса). Меньше накапливается нитратов в гибридных растениях. Нитратов больше в ранних овощах, чем в поздних.

от режима минерального питания растений. Так, микроэлементы (особенно молибден) снижают содержание нитратов в редисе, редьке и цветной капусте; цинк и литий - в картофеле, огурцах и кукурузе. Уменьшается содержание нитратов в растениях и в результате замены минеральных удобрений на органические (навоз, торф и др.), которые постепенно разлагаются и усваиваются растениями. Органические удобрения положительно влияют на капусту, морковь, свеклу, петрушку, картофель, шпинат. Нерациональное, халатное использование химических удобрений, чрезмерные дозы их приводят к сильному накоплению нитратов, особенно в столовых корнеплодах.

Содержание нитратов возрастает сильнее при использовании нитратных удобрений (KNO3, NaNO3, Ca(NO3)2), чем при употреблении аммонийных. За последние годы (по словам руководителя лаборатории пищевой токсикологии института питания Т. С. Хотимченко) произошло существенное снижение нитратов в продуктах отечественного растениеводства по причине меньшего использования химических удобрений в виду их дороговизны. Если в 1988 – 89 годах ПДК по нитратам превышал 15% у овощей, то теперь - не более 3%.

от факторов окружающей среды (температуры, влажности воздуха, почвы, интенсивности и продолжительности светового освещения):

чем длиннее световой день, тем меньше нитратов в растениях;

при влажном и холодном лете количество нитратов увеличилось в 2,5 раза.

при повышении температуры до 20 °С количество нитратов снизилось в столовой свекле в 3 раза. Нормальная освещённость растений снижает содержание нитратов, поэтому в тепличных растениях нитратов больше.

При употреблении фруктов в пищу мы должны внимательно следить за их качеством. Чтобы яблоки дольше хранились, их покрывают эмульсионным налётом и насыщают консервантами. Такие яблоки внешне очень привлекательны, но порой в них нет ни вкуса, ни запаха, ни живой сочности, а консерванты в них убивают в кишечнике человека полезную микрофлору. Такие же консерванты используются и для хранения других продуктов (растительного масла, сосисок, колбас). Поэтому надо внимательно следить за сертификатами импортных продуктов.

Вопрос накопления нитратов в растениях нашей области стал изучаться СахНИИ с/х с 1989 года, сотрудники которого выяснили, что на Сахалине в связи с особыми агрометеорологическими условиями содержание нитратов в растениях увеличивается:

большое количество дней, частые туманы;

заниженная солнечная радиация;

более низкие температуры воздуха и почвы;

12. Нитраты в растениях

Среди многих причин, обусловливающих накопление нитратов в растении, следует выделить следующие; видовая и сортовая специфика накопления нитратов; условия минерального питания, почвенно-экологические факторы. Зачастую факторы, способствующие накоплению нитратов, воздействуют в комплексе , что осложняет прогнозирование уровня нитратов в продукции.

Видовые различия растений по накоплению нитратов зачастую обусловлены локализацией нитратов в отдельных органах растений. Выяснение особенностей локализации нитратов в разных органах и тканях представляется важным как для понимания механизмов перераспределения и запасания нитратов в ходе онтогенеза, так и диагностики качества продукции овощных и кормовых культур.

Распределение нитратов в растениях

Знание особенностей распределения нитратов в товарной части урожая продукции представляет особый интерес для потребителя, так как позволяет рационально использовать продукцию как на переработку (варка, приготовление соков, квашение, соление, консервирование), так и в пищу в свежем виде. Это, в свою очередь, обеспечивает снижение количества нитратов, поступающих в организм человека.

Распределение нитратов связано с физиологической специализацией и морфологическими особенностями отдельных органов возделываемых культур, типом и расположением листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах. Распределение нитратов тесно связано с видом растения. Так, нитраты практически отсутствуют в зерне злаковых культур и в основном сосредоточены в стеблях и листьях. Зеленые культуры накапливают большое количество нитратов, как правило, в стеблях и черешках листьев. В листовой пластинке зеленых культур нитратов содержится в 4-10 раз меньше, чем в стеблях. Высокое содержание нитратов в стеблях и черешках вызвано тем, что они являются местом транспорта нитратов к другим органам растений, где они ассимилируются до органических соединении азота. Способность же ткани накапливать нитраты связана с целым комплексом факторов как внутренних, так и внешних. Наибольшее их количество находится в нижней 11 части листа, минимальное - в его верхушке.

Накопление нитратов меняется в зависимости от типа органа растения. В клубнях картофеля низкий уровень нитратов обнаружен в мякоти клубня, тогда как в кожуре и сердцевине их содержание возрастало о 1,1-1.3 раза. Сердцевина, кончик и верхушка столовой свеклы отличаются от остальных его частей повышенным содержанием нитратов. Поэтому у столовой свеклы необходимо отрезать верхнюю и нижнюю части корнеплода.

В белокочанной капусте наибольшее количество нитратов находится в верхушке стебля (кочерыжке). Верхние листья кочана содержат их в 2 раза больше, чем внутренние. И так же как у зеленых овощей, черешки листьев капусты отличаются более высоким содержанием нитратного азота, чем листовые пластинки.

Введение

Овощи и фрукты – важный поставщик витаминов и минеральных веществ, необходимых для организма человека. Но вместе с полезными веществами в организм человека попадают и опасные, которые накапливаются в растениях и вызывают отравление организма. Этими опасными веществами являются нитраты. Само по себе присутствие нитратов в растениях – нормальное явление, т. к. они являются источниками азота в этих организмах, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, потому, что они обладают высокой токсичностью для человека и сельскохозяйственных животных. Нитраты в основном скапливаются в корнях, корнеплодах, стеблях, черешках и крупных жилках листьев, значительно меньше их в плодах, причём больше в зеленых, чем в спелых. За последнее время сообщения об отравлениях нитратами практически не встречаются, но угроза попадания на прилавки торговых точек города продукции с повышенной концентрацией солей азотной кислоты, например NaNO 3 , KNO 3 , NH 4 NO 3 , Mg(NO 3) 2 , велика и последствия их для населения очень серьёзны.

Выбранная нами тема актуальна , т. к. нитраты, попадающие в организм человека с продукцией растениеводства, оказывает негативное воздействие на здоровье.

Поэтому проблемой нашего исследования является случаи превышения допустимых норм нитратов в сельскохозяйственной продукции.

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

Предмет исследования – наличие нитратов в сельскохозяйственной продукции.

В работе мы выдвинули следующую гипотезу : имеют место случаи превышения допустимых норм нитратов в сельскохозяйственной продукции на рынках и в магазинах нашего города.

Цель заключается в том, чтобы выявить случаи превышения норм содержания нитратов в сельскохозяйственной продукции растительного происхождения, периоды наибольшей концентрации солей азотной кислоты в этих продуктах и влияние их на здоровье человека.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

– Проанализировать научно–методическую литературу по вопросам происхождения и накопления нитратов в растениях.
– Выяснить влияние нитратов на окружающую среду и организм человека.
– Исследовать содержание нитратов в различных продуктах растениеводства в разное время года.
– Сделать вывод о причинах количественного содержания нитратов сельскохозяйственной продукции в разные периоды её сбора.
– Разработать рекомендации по возможному уменьшению содержания нитратов в овощах.

В исследовании мы использовали методы наблюдений и эксперимента, а также приёмы: сопоставления, доказательства, обобщения.

Новизна исследования заключается в исследовании продукции растениеводства урожая 2009 года и тепличных овощей и зелени, продаваемых на рынках и в магазинах города. Практическое значение заключается в том, что полученные результаты дают возможность проинформировать население о состоянии сельскохозяйственной продукции на наличие нитратов и предложить рекомендации по их уменьшению.

Нитраты в растениях

Растения усваивают азот из почвы. При правильном азотном питании растения хорошо растут и развиваются. Азот используется для синтеза белков – основы жизнедеятельности всякого организма. Рост и развитие, образование новых листьев, корней, цветков, плодов и других органов зависят от достаточного поступления этого химического элемента. У плодовых деревьев и ягодных кустарников он не только повышает урожай, но и улучшает качество плодов.

При недостатке в почве азота растения растут слабо, плохо развиваются и ветвятся, становятся тонкими. Листья мельчают и приобретают желтоватую окраску. Наблюдается преждевременный листопад, в результате чего ослабляется цветение и снижается декоративность растений. Недостаток азота отражается также и на урожае: ослабляется процесс закладки и развития цветочных почек, завязывания плодов, ягод, образовавшиеся завязи плодов и ягод осыпаются.

Азот усваивается растениями после нитрификации – процесса превращения азотосодержащих веществ в форму, пригодную для усвоения высшими растениями: Аммиак – Нитриты – Нитраты. Нитрификация повышает плодородие почв. Различают:

– автотрофную нитритификацию, осуществляемую бактериями–нитрификаторами (на корневой системе бобовых растений размножаются клубеньковые бактерии, переводящие молекулярный азот в химические соединения. В процессе жизнедеятельности клубеньковые бактерии обогащают почву соединениями азота);

– гетеротрофную нитрификацию, осуществляемую микроорганизмами (N; в ходе гетеротрофной нитрификации происходит превращение органических и неорганических соединений азота.

Виды азотных удобрений

Растения не могут усваивать молекулярный азот N 2 из воздуха. Это проблема “связанного азота”.

Соединения азота (оксиды и азотная кислота) в небольших количествах образуются в атмосфере и с осадками на 1 га площади в год поступает 2,5–4 кг связанного азота. Но этого недостаточно для нормального роста и плодоношения культурных растений, поэтому используется дополнительное обогащение почвы азотом. Для этого применяют так называемое зеленое удобрение – это специально выращенная и запаханная растительная масса. Используют главным образом растения семейства бобовых (люпин, люцерна, клевер, горох, вика), способные связывать в химические соединения азот воздуха. Ещё один приём обогащения почвы – внесение минеральных азотосодержащих удобрений. Минеральные азотные удобрения подразделяют на:

– аммиачные,
– нитратные
– амидные.

К первой группе относится сам аммиак NH 3 (безводный и водные растворы) и его соли – прежде всего, сульфат (NH 4) 2 SO 4 и хлорид аммония NH 4 Cl.

Ко второй группе – селитры: натриевая NaNO 3 , калиевая КNО 3 и кальциевая Ca(NO 3) 2 . Промышленностью также выпускаются аммиачно–нитратные удобрения, например аммиачная селитра NH 4 NO 3 .

К амидным удобрениям относятся цианамид кальция CaCN 2 и мочевина (карбамид) NH 2 CONH 2 . Мочевина при взаимодействии с водой, в конечном счете, тоже превращается в аммиак. Наряду с ним получается диоксид углерода, который также является питательным веществом для растений:

NH 2 CONH 2 + Н 2 О = 2NН 3 + СО 2

В настоящее время распространение получили жидкие удобрения. К их числу относят жидкий аммиак и аммиачную воду (20–22% по NH 3), а также растворы в жидком аммиаке или в концентрированной аммиачной воде, в которых растворяют аммиачную селитру, карбамид, кальциевую селитру. Жидкие удобрения легче вносить на поля и удобно использовать для подкормки растений. В то же время их производство проще и дешевле, чем твердых удобрений.

Почвы обладают ионообменными свойствами, аналогичными свойствам ионообменных смол.. Плохо закрепляются в почве анионы NO3 – и С1 – и потому они очень подвижны. При избытке влаги эти анионы легко вымываются из поверхностных слоев почв и переносятся в более глубокие слои. Считают, что в подземные воды уходит до 13 % нитратного азота, содержащегося во вносимых на поля удобрениях. Поэтому нитратные удобрения вводят в почву во время посева или в период развития растений в виде подкормки и не рекомендуется вносить поздней осенью или ранней весной, т. к. талые воды смывают до половины удобрений.

Бывают случаи перенасыщения почвы азотными удобрениями. Избыток азота в почве не всегда правильно используется растениями. Неблагоприятные погодные условия, недостаток света и тепла ранней весной существенно снижают активность фотосинтетических процессов, а на фоне усиленного азотного питания, заставляют растения накапливать неиспользованный нитратный азот “впрок”.

“Растения обладают способностью поглощать из хорошо удобренной почвы в несколько раз больше азота, чем его требуется для их развития. Эти излишки азота накапливаются в клеточном соке”.

При избыточном содержании азота в почве происходит излишнее накопление нитритов в растениях.

Причина и способность накопления нитратов в растениях

Среди многих причин, обусловливающих накопление нитратов в растении, следует выделить следующие; видовая и сортовая специфика накопления нитратов; условия минерального питания, почвенно–экологические факторы. Зачастую факторы, способствующие накоплению нитратов, воздействуют в комплексе, что осложняет прогнозирование уровня. В разные периоды вегетации ход процессов обмена азотистых веществ протекает по–разному. Наиболее интенсивно азот поглощается во время роста и развития стеблей и листьев. При созревании семян потребление азота из почвы практически прекращается. Белковые соединения, синтезированные в вегетативных частях растения, подвергают гидролизу, продукты которого оттекают в репродуктивные органы, где вновь используются для синтеза белка. Нитраты, поступившие в этот период в растение, не превращаются в белки, а накапливаются в неизменном виде.

В норме плоды, достигшие полной (биологической) зрелости, уже не содержат нитратов–произошло полное превращение соединений азота в белки. Но у многих овощей ценится именно незрелый плод (огурцы, кабачки) Отмечено, что огурцы, выращенные в теплицах в ранневесенний период, накапливают нитратов значительно больше, чем грунтовые летние.

Вот почему они могут быть причиной отравления нитратами. Удобрять такие культуры азотными удобрениями желательно не позднее, чем за 2 – 3 недели до уборки урожая.

Кроме того, полному превращению нитратов в белки препятствует плохая освещённость, избыточная влажность и несбалансированность питательных элементов (недостаток фосфора и калия).

Способность к накоплению нитратов у разных растений неодинакова. Наиболее выражена она у листовых овощей – салатов, капусты, зеленых культур, а также у корнеплодов; в меньшей степени – у томата, баклажана, перца. Тыквенные культуры – кабачок, патиссон, огурец, тыква, арбуз и дыня – склонны к накоплению нитратов и наиболее чувствительны к изменению внешних условий выращивания. Количество накопленных нитратов во многом определяется сбалансированностью минерального питания, интенсивностью освещенности, температурным режимом и влажностью, а также сортовыми особенностями.

Овощи и картофель – основные поставщики нитратов в организм человека. При сбалансированном пищевом рационе на их долю приходится около 70 процентов суточной дозы, остальное попадает с водой, мясными и другими продуктами.

Распределение нитратов в растениях

Знание особенностей распределения нитратов в товарной части урожая продукции представляет особый интерес для потребителя, так как позволяет рационально использовать продукцию как на переработку (варка, приготовление соков, квашение, соление, консервирование), так и в пищу в свежем виде. Это, в свою очередь, обеспечивает снижение количества нитратов, поступающих в организм человека.

Распределение нитратов связано с физиологической специализацией и морфологическими особенностями отдельных органов возделываемых культур, типом и расположением листьев, размером листовых черешков и жилок, диаметром центрального цилиндра в корнеплодах. Распределение нитратов тесно связано с видом растения. Так, нитраты практически отсутствуют в зерне злаковых культур и в основном сосредоточены в стеблях и листьях. Зеленые культуры накапливают большое количество нитратов, как правило, в стеблях и черешках листьев. В листовой пластинке зеленых культур нитратов содержится в 4-10 раз меньше, чем в стеблях. Высокое содержание нитратов в стеблях и черешках вызвано тем, что они являются местом транспорта нитратов к другим органам растений, где они ассимилируются до органических соединении азота. Способность же ткани накапливать нитраты связана с целым комплексом факторов как внутренних, так и внешних. Наибольшее их количество находится в нижней части листа, минимальное - в его верхушке.

Накопление нитратов меняется в зависимости от типа органа растения. В клубнях картофеля низкий уровень нитратов обнаружен в мякоти клубня, тогда как в кожуре и сердцевине их содержание возрастало в 1,1-1.3 раза. Сердцевина, кончик и верхушка столовой свеклы отличаются от остальных его частей повышенным содержанием нитратов. Поэтому у столовой свеклы необходимо отрезать верхнюю и нижнюю части корнеплода.

В белокочанной капусте наибольшее количество нитратов находится в верхушке стебля (кочерыжке). Верхние листья кочана содержат их в 2 раза больше, чем внутренние. И так же как у зеленых овощей, черешки листьев капусты отличаются более высоким содержанием нитратного азота, чем листовые пластинки.

Представители семейства тыквенных (кабачки, огурцы, патиссоны, арбузы, дыни, тыква) широко представлены в ассортименте продуктов питания человека. Содержание нитратов в огурцах и кабачках уменьшается от плодоножки к верхушке плода, их больше в кожице, чем в семенной камере и мякоти. Поэтому перед употреблением в пищу необходимо отрезать часть плода, примыкающую к хвостику. То же самое необходимо еде дать и с плодами патиссона, поскольку больше всего нитратов находится в этой зоне плода. Больше нитратов сосредоточено по периферии плодов, чем в их середине.

Зоны с разным содержанием нитратов и в корнеплодах. В нижней части корнеплодов, где расположены мелкие всасывающие корешки содержание нитратов всегда выше, чем в верхней и средней части. В середине корнеплодов моркови уровень нитратов выше, чем в коре, и снижается в направлении от кончика корня к верхушке. Высоким он остается и в верхней части корнеплода редьки и редиса. Свекла столовая отличается повышенной способностью накопления нитратов. У нее основное количество их содержится в верхней части и кончике корнеплода.

По способности накапливать нитраты овощи, плоды и фрукты делятся на 3 группы:

С высоким содержанием (до 5000 мг/кг сырой массы): салат, шпинат, свекла, укроп, листовая капуста, редис, зелёный лук, дыни, арбузы;
со средним содержанием (300 – 600 мг): цветная капуста, кабачки, тыквы, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурцы;
с низким содержанием (10 – 80 мг): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый лук, фрукты и ягоды.

Влияние нитратов на организм человека

При употреблении продуктов с повышенным содержанием нитратов в организм человека поступают не только нитраты, но и их метаболиты: нитриты и нитрозосоединения. Составить точный баланс прихода и расхода нитратов в организме пока не удалось. Дело в том, что нитраты не только поступают в организм извне, но и образуются в нем. Еще в 1861 г. в Тартуском университете Wilffins было обнаружено, что даже при безнитратной диете из организма с мочой выделяются нитраты. 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.

Допустимые нормы нитратов для человека

Для взрослого человека предельно допустимая норма нитратов - 5 мг на 1 кг массы тела человека, т. е. 0,25 г на человека весом в 60 кг. Для ребёнка допустимая норма составляет не более 50 мг.

Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15 – 200 мг; 500 мг - это предельно допустимая доза (600 мг - уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10 мг нитратов.

В Российской Федерации допустимая среднесуточная доза нитратов - 312 мг, но в весенний период реально она может достигать 500 – 800 мг/сутки.

Нитраты под воздействием фермента нитратредуктазы восстанавливаются до нитратов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нём двухвалентное железо в трехвалентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Метгемоглобинемия – это кислородное голодание (гипоксия), вызванное нитритами. Для образования 2000 мг метгемоглобина достаточно 1 мг нитрита натрия. В нормальном состоянии у человека содержится в крови около 2% метгемоглобина. Если содержание метгемоглобина возрастает до 30%, то появляются симптомы острого отравления (одышка, тахикардия, цианоз, слабость, головная боль), при 50% метгемоглобина может наступить смерть. Концентрация метгемоглобина в крови регулируется метгемоглобинредуктазой, которая восстанавливает метгемоглобин в гемоглобин. Метгемоглобинредуктаза начинает вырабатываться у человека только с трехмесячного возраста, поэтому дети до года, и особенно до трех месяцев, перед нитратами беззащитны.

Нитраты способствуют развитию патогенной (вредной) кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека ядовитые вещества - токсины, в результате чего идёт токсикация, т. е. отравление организма. Основными признаками нитратных отравлений у человека являются:

Синюшность ногтей, лица, губ и видимых слизистых оболочек;
тошнота, рвота, боли в животе;
понос, часто с кровью, увеличение печени, желтизна белков глаз;
головные боли, повышенная усталость, сонливость, снижение работоспособности;
одышка, усиленное сердцебиение, вплоть до потери сознания;
при выраженном отравлении - смерть.

Нитраты снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, стимулируют действие гормонов, а через них влияют на все виды обмена веществ.

У беременных женщин возникают выкидыши, у здоровых мужчин - снижение потенции.

При длительном поступлении нитратов в организм человека (пусть даже в незначительных дозах) уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы.

Установлено, что нитраты сильно влияют на возникновение раковых опухолей в желудочно–кишечном тракте у человека.

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

Хроническое поступление субтоксичных доз нитратов приводит к тяжелым последствиям не так быстро, как при токсичных дозах, но так же неотвратимо. Ветеринарной практикой установлено, что при использовании кормов с высоким содержанием нитратов у коров, овец, свиней увеличивается число абортов. Исследования хронических отравлений у животных показали, что поражаются в первую очередь те органы и ткани, где происходит интенсивное размножение клеток.

Ф. Н. Субботин (профессор Филипп Никанорович Субботин и заслуженный деятель науки РСФСР, гигиенист) и Н. В. Волкова вводили нитраты и нитриты в куриные эмбрионы. При введении нитрита натрия до инкубации повреждалось 100% эмбрионов, после инкубации - 40.7%. нитратом натрия повреждалось соответственно 22,2 и 17,6%.

У цыплят отмечались уродства мозга, лаз, дефекты грудной и брюшной стенок, конечностей, клюва, редукция хвоста. Кроме того, наблюдалась значительная жировая и белковая дистрофия печени. Все изменения зависели от вводимой дозы. Чем раньше эмбрион начинал получать нитраты или нитриты, тем значительнее были изменения.

Н. В. Волкова, продолжая исследования на крысах, ежедневно вводила одной группе беременных самок нитрит натрия (0,05 мг/кг), другой - нитрат натрия (40 мг/кг). В результате увеличилась гибель эмбрионов, у них появились отеки, подкожные кровоизлияния, дефекты мозга, развитие их затягивалось. У некоторых эмбрионов отсутствовали задние конечности. Крысята, матери которых в течение всей беременности получали нитраты, рождались с низким средним весом, чаще гибли. Автор выяснила, что причиной снижения жизнеспособности крысят являются отклонения в становлении сердечного ритма и серьезные изменения в печени. Нарушения отмечены только у крысят, на их матерей нитрит натрия в дозе 0,05 мг/кг и нитрат натрия в дозе 40 мг/кг заметных воздействий не оказали.

Заслуживают внимания данные, полученные Н.И. Опополем с соавторами при определении допустимой суточной дозы (ДСД) нитратов для человека. Крысам в течение 10 мес. давали нитрат натрия в дозе 40мг/ кг и нитрат кальция в дозах 10 и 20 мг/кг. В первые 6 мес. никаких различий в поведении и внешнем виде экспериментальных и контрольных животных не наблюдалось. К 10–ому месяцу затравки у (отдельных животных, получавших 40 мг/кг нитрата натрия появились сначала единичные, а затем и множественные расчесы, и прокусы кожи. Позже такие явления стали наблюдаться у большинства животных этой группы, а также у получавших нитрат кальция в дозах 10 и 20 мг/кг. Животные становились осе покойными, агрессивными. Шерсть теряла блеск, становилась редкой, взъерошенной, особенно в области спины и передней части туловища, По мнению автора, это свидетельствует о том, что хроническое употребление нитратов приводит к аллергическим явлениям в организме.

Кроме того, в начале 10–го месяца затравки начался падеж животных. На вскрытии у павших животных обнаружены признаки пневмонии. Хроническое отравление нитратами опасно еще и тем, что восстанавливающиеся из них нитриты соединяются с аминами и амидами любых доброкачественных белковых продуктов и образуют канцерогенные нитрозамины и нитрозамиды.

Нитрозамины токсичны и канцерогенны в присутствии дополнительных ферментных систем, которые всегда имеются в организме теплокровных, а нитрозамиды проявляют эти свойства даже без дополнительной метаболизации и поражают в первую очередь кроветворную, лимфоидную, пищеварительную системы. Нитрозамины на ранних стадиях отравления подавляют иммунитет. Нитрозосоединения обладают мутагенной активностью.

Существует гипотеза о возникновении рака желудка. По этой гипотезе, в первые десятилетия жизни химический канцероген, вероятно нитрозосоединение, проникает в клетки верхней части пищеварительного тракта через повреждения защитной слизистой оболочки и вызывает мутацию клеток. Мутированные клетки вырабатывают слизь другого состава, рН повышается, в верхнюю часть желудочно–кишечного тракта проникают микроорганизмы, восстанавливающие нитраты в нитриты, образуются дополнительные нитрозосоединения. Атрофия и метаплазия слизистой желудка нарастает в течение 30-50 лет, пока у некоторых людей с такой патологией не возникнут злокачественные опухоли. На первый взгляд, 30-50 лет латентного периода - это очень много, но для тех, у кого отсчет начался с первого года жизни, с первого в жизни огурца с нитратами, срок в 30-50 лет вряд ли покажется большим.

Методы исследования содержания нитратов в продуктах растениеводства

Среди методов определения нитратов в продуктах главенствующее положение занимают физико-химические: спектрофотометрия, хроматография, электрохимия и хемилюминесценция.

Спектрофотометрические методы определения нитратов можно разделить на 4 группы, основанные на:

Нитровании ароматических органических соединений (особенно фенолов);
окислении органических соединений;
восстановлении нитрат-ионов до нитрит-ионов;
поглощении нитратов в УФ-области спектра. Получаемые соединения имеют максимум светопоглощения в ближней ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Интенсивность светопоглощения пропорциональна содержанию нитратов в анализируемой пробе.

Давно известен метод газожидкостной хроматографии, который заключается в нитровании органических соединений ароматического ряда - бензола и его производных в присутствии серной кислоты, разделение их с помощью колонки, заполненной специальными сорбентами, испарении и количественном определении нитропроизводных пламенно-ионизационным детектором или детекторами электронного захвата.

Газохроматографический метод определения нитратов обладает высокой чувствительностью и достаточной точностью. Недостатком этого метода является влияние на результаты анализа сопутствующих веществ. Наличие галогенидов приводит к занижению результатов анализа, а загрязненность серной кислотой нитратами - к их завышению, причем оба влияния значимы и не поддаются оценке.

Количественный ионометричесний метод определения нитратов.

Ионометрический метод является унифицированным количественным методом определения нитратов, предназначенный для серийных (массовых) анализов свежей продукции растениеводства с использованием приборов иономеров-112, 113, 130, ЭВ-74, нитратомера “Ионикс-302” и др. Сущность метода состоит в извлечении нитратов из анализируемого материала раствором алюмокалиевых квасцов и последующем измерении концентрации нитратов в полученной вытяжке с помощью ионоселективного электрода.

полуколичественный метод определения нитратов с помощью индикаторной бумаги “индам”

Этот метод может быть использован для анализа мелких партий овощей в условиях рынка. Сущность метода состоит в визуальной оценке окрашенных соединений, образующихся при взаимодействии нитратов с реагентами, нанесенными на бумагу.

Состав, который наносится на бумагу “ИНДАМ”, включает цинковую пыль, сульфат марганца, сульфаниловую, лимонную или винную кислоту, а-нафтиламин, а также наполнитель - сульфат бария или кальция. Он разработан в НПО “Селекция” Республики Молдова.

Нижний предел обнаружения нитратов (в пересчете на нитрат-ион) в анализируемой пробе - 50 мг/кг.

Метод не может быть использован для анализа красной свеклы и моркови.

Полуколичественный метод определения нитратов с использованием дифениламина.

Этот метод может быть использован для анализа продукции растениеводства как ориентированный, результаты его не могут служить основанием для отбраковки продукции. Сущность метода состоит в визуальной оценке окрашенных соединений, образующихся при взаимодействии нитратов с дифениламином.

Нижний предел обнаружения нитратов в анализируемой пробе - 100 мг/кг.

Метод может быть использован при определении нитратов во всех продуктах растениеводства.

Оценку концентрации нитратов в пробе проводят путем визуального сравнения интенсивности окраски растворов сравнения и сока анализируемых образцов.

Тестер нитратов (нитратомер портативный).

Персональный электронный тестер для определения нитратов в овощах, фруктах. Прибор сконструирован для быстрого определения относительного содержания солей нитратов в распространенных овощах и фруктах.

Зеленая зона. Если стрелка при нахождении щупа в толще продукта находится в «зеленой зоне» - содержание нитратов незначительное и далеко от предельной концентрации.

Желтая зона. Если стрелка при нахождении щупа в толще продукта находится в «желтой зоне» - содержание нитратов зависит от типа продукта и нужно сравнить результаты с таблицей, приведённой ниже и имеющейся в описании прибора.

Оранжевая зона. Если стрелка при нахождении щупа в толще продукта находится в «оранжевой зоне» - содержание нитратов зависит от типа продукта, что так же показано в таблице. Если стрелка стоит с начале (слева) оранжевой зоны - то мы рекомендуем Вам провести тщательную мойку и варку данных овощей или фруктов с тем, чтобы снизить в них уровень нитратов. Если же стрелка стоит в середине, либо в правой части оранжевой зоны - рекомендуем Вам воздержаться от употребления таких продуктов.

Красная зона. Если после калибровки и теста стрелка стоит в красной зоне - то такие овощи или фрукты употреблять нельзя!

Исследование продукции растениеводства с помощью персонального электронного тестера и с применением полуколичественного метода определения нитратов с использованием дифениламина

Наше первое исследование продуктов растениеводства пришлось на пик их появления в торговых точках города – в сентябре. Кроме продуктов растениеводства, которые продаются в разрешённых местах (имеются в виду рынок Тракторозаводского района), мы приобрели продукцию на несанкционированной торговой точке – третья продольная магистраль близ строительной базы ВИТ. На таких «стихийных рынках» никогда не осуществляется государственный санитарный надзор, и поэтому продукция с этой торговой точки вызвала у нас сомнение по поводу её безопасности.

Исследование проводилось 18.09 2009 года на базе санитарной лаборатории колхозного Тракторозаводского рынка.

Работниками лаборатории нам было предложено два метода исследования продукции на нитраты:

Персональным электронным тестером для определения;
- применение полуколичественного метода определения нитратов с использованием дифениламина.

Для исследования были приобретены следующие продукты растениеводства:

Томаты;
- лук репчатый;
- редис;
- арбуз;
- картофель.

Первую проверку на наличие нитратов в продукции проводили с помощью персонального электронного тестера

Результаты тестирования занесли в таблицу.

Вторую проверку этой же продукции провели с помощью полуколичественного метода определения нитратов с использованием дифениламина. При выполнении проверки мы руководствовались «Методическими указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства», утвержденными начальником Главного санитарно-профилактического управления Минздрава СССР, 04.07.1989, № 5048-89.

Оборудование и реактивы.

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

Для проведения качественной пробы на присутствие нитритов в растениях на поверхность свежего среза наносили несколько капель раствора кристалликов дифениламина, смешанных с концентрированной серной кислоты и сравнивали результаты тестирования с данными, приведёнными в таблице.

Изменение окраски раствора при наличии нитратов.

Результаты тестирования занесли в таблицу.

Вывод

Результаты исследований с помощью персонального электронного тестера и с применением полуколичественного метода определения нитратов с использованием дифениламина показали отсутствие нитратов в исследуемой продукции. Такие показатели могут быть связаны со следующими причинами:

Высокая цена на удобрения (вносятся удобрения, как мы выяснили в период вегетации растений);
- поздние продукты растениеводства (сентябрь) уже не содержат нитратов.

Исследование продуктов растениеводства на наличие нитратов в зимний период

Второе исследование мы проводили в кабинете химии МОУ СОШ №74 с сельхозпродукцией, приобретённой в магазине «Пятёрочка» Тракторозаводского района 16.01.2010г. Для исследования использовали продукцию урожая 2009 года (капуста, груша импортная, морковь, лук репчатый, яблоко, а также тепличные огурцы, укроп, петрушку, лук зелёный).

Проверку этой продукции провели с помощью полуколичественного метода определения нитратов с использованием дифениламина.

Вывод

Проверка продукции растениеводства, сделанная в январе, показала наличие нитратов в разном количестве в плодах, корнеплодах и зелени. Особенно велико содержание этих веществ в сельскохозяйственной продукции, выращенной в теплицах (зелень). Много – в моркови и кочерыжке капусты. Причины связаны с видовой принадлежностью продуктов растениеводства и концентрацией нитратов в определённых частях растения, а также с условиями выращивания этих культур.

Способы снижения количества нитратов в продуктах растениеводства

Очень важно не только знать, в каких растениях, в каких их частях, употребляемых в пищу содержатся нитраты, но и не менее важно знать, как уменьшить содержание ядовитых веществ, вредных для здоровья человека.

Перед приготовлением пищи обязательно мыть овощи перед приготовлением. Это снижает количество нитратов на 20%;
Замачивать на длительное время (за 2 часа в воду переходит до 60% нитратов)
Удалять перед употреблением части, которые содержат высокое количество нитратов.
При бланшировании, тушении и жаренье содержимое нитратов в готовых кушаньях уменьшается на 10%. При варке большинства овощей на пару интенсивность снижения концентрации нитратов на 10-15 % ниже, чем при варке в воде.
При варке овощи гораздо лучше класть в холодную воду без соли. Солить к концу варки. Воду брать в количестве 1,0-1,2 л на 1 кг овощей, (соотношение вода: овощи должно быть 3:1). В картофеле, моркови, свекле, брюкве после чистки и мытья концентрацию нитратов снижается, соответственно, на 65%, 35%, 25% и 70 %. Слив первый отвар, можно дополнительно снизить количество нитратов.
В случае приготовления многокомпонентных кушаний на овощной основе, технология которых которые предусматривают отваривание и жарение, концентрация нитратов снижается на 35 - 40 %.
При квашении капусты содержание нитратов уменьшается в 2-3 раза, а при мариновании - в 3 раза. Заквашенную капусту употреблять лучше не раньше, чем через неделю, когда большая часть нитратов переходит в рассол.
Салаты следует готовить непосредственно перед их употреблением и съедать сразу.
Хранить овощи и плоды надо в холодильнике, т. к. при температуре +2°С невозможно превращение нитратов в более ядовитые вещества - нитриты.
Чтобы уменьшить содержание нитритов в организме человека, надо в достаточном количестве использовать в пищу витамин С (аскорбиновую кислоту) и витамин Е, т. к. они снижают вредное воздействие нитратов и нитритов.

Заключение

На основании полученных результатов мы поставил перед собой следующие задачи:

Познакомить жителей посёлка Водстрой Тракторозаводского района со сложившейся обстановкой на рынке и в магазинах с продукцией растениеводства и предложить разработанные учёными рекомендации по уменьшению содержания нитратов в продуктах питания;
продолжить работу по изучению содержания нитратов в других продуктах растениеводства;
изучить возможность выращивания растений с наименьшим накоплением нитратов и донести эти данные до жителей посёлка, имеющих дачные участки и частные домовладения;
продолжить просветительскую работу среди учащихся пропаганды полученных знаний, с целью сохранения здоровья.

Выполнили:

Болдовская Анастасия 11кл,
Тарасова Екатерина 11 кл

Руководитель:

учитель биологии Сотникова Татьяна Ивановна

МОУ СОШ № 74 Тракторозаводского района г.Волгограда

Введение

Одной из важных проблем экологии является охрана агроэкосистем от негативного воздействия научно-технического прогресса: интенсификации и химизации сельского хозяйства, химического загрязнения окружающей среды, которое вызывает накопление в продуктах растениеводства и животноводства различных токсических веществ, особенно нитратов и нитритов. Наряду с поступлением азота в виде азотных удобрений, примерно такое же количество азота поступает в биосферу в виде окислов от сжигания топлива и с выбросами промышленных предприятий. Вклад нитросоединений антропогенного и техногенного происхождения в общем круговороте азота устойчиво возрастает, что обусловливает увеличение нитрат-нитритной нагрузки на человека.

Известно, что поступление нитратов в больших количествах может вызвать различные нарушения функционального состояния организма - метгемоглобинемию, тканевую гипоксию, установлена также их способность к иммунодепрессивному действию.

Таким образом, разработка мероприятий, направленных на ограничение поступления нитратов в организм человека путем регулирования и качественного контроля по содержанию нитратов в пищевых продуктах, является актуальным и перспективным.

Целью настоящих исследований явилась оценка содержания нитратов в пищевых продуктах растительного происхождения.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

Изучить литературу по данным вопросам;

Провести сравнительный анализ содержания нитратов в пищевых продуктах, приобретенных в супермаркетах города и выращенных на приусадебном участке;

Выявить способы снижения количества нитратов в пищевых продуктах.

Научная новизна и теоретическая значимость данной работы заключается в том, что ранее подобные исследования на территории Симферополя и Симферопольского района не проводились; нами были показаны методы снижения содержания нитратов в сельскохозяйственных овощных культурах.

1. Определение содержания нитратов в растениях

1.1 Превращение соединений азота в почве и растениях

Азот - важнейший элемент питания, необходимый для нормального развития растений. Он входит в состав белков (до 16-18% их массы), нуклеиновых кислот, нуклеопротеидов, хлорофилла, гемоглобина, алкалоидов. Соединения азота играют большую роль в процессах фотосинтеза, обмена веществ, образования новых клеток. В формировании почвенного покрова и плодородия экосистем, в повышении продуктивности земледелия и улучшении белкового питания человека азот столь же незаменим, как углерод .

Для растений азот - дефицитный элемент. Если некоторые микроорганизмы способны усваивать атмосферный азот, то растения могут использовать лишь азот минеральный, а животные - только азот органического происхождения. Например, мочевина животным организмом непосредственно не усваивается.

При недостатке азота в среде обитания тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков, наблюдается мелколистность. Одновременно уменьшается ветвление корней, но соотношение массы корней и надземной части может увеличиваться.

Растения для своего развития нуждаются в значительных количествах азота. Запасы азота в почве могут пополняться разными путями. При возделывании сельскохозяйственных культур много внимания уделяют внесению минеральных удобрений. В естественных же условиях основная роль принадлежит специализированным группам микроорганизмов-азотфиксаторов, а также почвенных бактерий, способных минерализовать и переводить азот в доступную для растений форму.

Большинство растений, за исключением бобовых культур, поглощают азот только в виде ионов NH4 и NO3. Рассматриваем пути и формы поступления азота в почву: минеральные удобрения представляют собой соединения, содержащие NH4 и NO3, а в органических удобрениях азот включен в белковые соединения. В такой форме азот не может усваиваться растениями и должен предварительно минерализоваться. Под минерализацией понимают процесс превращения органических соединений азота в неорганические. В общем виде этот процесс можно представить следующей схемой: белки → аминокислоты → аммиак → нитриты → нитраты → молекулярный азот.

Если для облегчения понимания принять, что в органических соединениях азот находится только в составе аминогрупп - NH2, то схема его превращения будет выглядеть следующим образом:− NH2 → NH3 → NO2 → NO3→ N2.

Рассмотрим подробно каждый этап минерализации.

Первая стадия распада органических азотсодержащих веществ до аммиака называется аммонификацией. Она протекает под действием почвенных микроорганизмов (амммонифицирующие бактерии), которые выделяют необходимые протеолитические ферменты. Таким образом, аммонификацию можно отнести к каталитическим процессам. Для объяснения химической сущности этого процесса необходимо написать уравнение реакции гидролиза белка (любой дипептид); превращения аминокислоты в аммиак (схематично): взаимодействия аммиака с углекислотой почвенного раствора:

NН3 + Н2СО3 = (NH4) 3СО3.

Вторая стадия - нитрификация - окисление аммиака до NO3, происходящее под действием нитрифицирующих бактерий:

NН3 + 3О2 = 2 Н2О + 2 НNO2;

НNO+ О2 = 2 НNO3.

При этом важно отметить, что в почвенном растворе постоя присутствуют катионы, которые образуют соли с нитрит - и нитратанионами.

Параллельно с аммонификацией и нитрификацией в почве протекает и процесс денитрификации - восстановление нитрат - ионов под действием денитрифицирующих бактерий до молекулярного азота по схеме:

Ca (NO3) 2 →Ca (HCO3) 2+CO2+H 2O+N2.

Таким образом, очевидно, что аммонификация и нитрификация способствуют накоплению в почве доступного для растений азота и повышению урожайности сельскохозяйственных культур; а денитрификация оказывает противоположное, негативное действие.

Нерациональное применение удобрений, как и несоблюдение других агротехнических требований, обуславливает увеличение остаточного содержания нитратов в растениях. В сочетании с нитратами питьевой воды это увеличивает нагрузку загрязнителя на население. Кроме того, нитраты широко используются в различных отраслях промышленности (пищевой, химической, текстильной, резиновой, металлургической) и фармакологии. Нитросоединения, поступая в организм человека с пищей, водой, вдыхаемым воздухом и лекарствами могут вызывать серьезные отравления.

Одним из главных опасных явлений при отравлении нитратами является образование метгемоглобина в крови. Это вызвано тем, что нитраты, попадая в пищеварительную систему человека и восстанавливаясь до нитритов, взаимодействуют с гемоглобином крови, окисляя в нем двухвалентное железо в трехвалентное. В результате чего образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород. Вследствие этого нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма, от чего накапливается молочная кислота, холестерин, резко падает количество белка в организме. Нитраты способствуют развитию патогенной кишечной микрофлоры, выделяющей токсины и приводящей к интоксикации организма.

Другая серьёзная опасность - способность нитрит-иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате чего образуются канцерогенные нитрозосоединения.

При остром отравлении нитратами у человека возникает метгемоглобиния различной степени тяжести (вплоть до летального исхода); при хроническом отравлении - рак желудка, нарушение работы нервной и сердечно-сосудистой систем. Чувствительность к нитратам повышают факторы кислородного голодания: высокогорье, повышенная концентрация угарного газа, присутствие окислов азота, алкоголь.

Ключевым ферментом, определяющим ассимиляцию нитратов, является нитратредуктаза. Для растений существует реальная опасность аммиачного отравления, приводящего к хлорозу листьев, подвяданию, угнетению роста и гибели. При усилении нитратного питания активность нитратредуктазы растет до определенного предела и часть нитратов остается невосстановленной, что предохраняет растения от накопления токсичных промежуточных продуктов ассимиляции.

Образование нитратов может быть также связано с окислением избыточного количества аммония в растении, что не только предотвращает нарушение обмена веществ, но и позволяет сохранить азот в минеральной форме для дальнейшего использования в процессах ассимиляции.

Нитраты накапливаются в различных органах растений, а так же в разных концентрациях. К примеру, у злаков отсутствуют в зерновке и сосредоточены, в основном, в листьях и стеблях. Зеленые культуры накапливают большое количество нитратов в стеблях и черешках листьев.

Одной из причин видовых и сортовых различий в накоплении нитратов является физиологическая спелость растения к моменту уборки. Количество нитратов особенно велико, когда период товарной зрелости наступает раньше физиологического созревания.

Причиной накопления нитратов в растениях служат также условия минерального питания, отличающиеся большим разнообразием. Здесь огромная роль принадлежит правильному выбору доз азотных удобрений.

В случае несбалансированного питания растений нитраты также накапливаются в различных органах и тканях, так как при этом нарушается нормальный ход ассимиляции азота. Недостаток фосфора косвенно способствует накоплению нитратов потому, что он стимулирует активность нитратредуктазы. Калий, участвуя в процессах углеводного обмена, влияет на синтез белков. В зависимости от доз, условий и содержания прочих элементов калий и фосфор могут стимулировать накапливание нитратов или наоборот подавлять.

Среди факторов внешней среды на содержание нитратов в растении сильное влияние оказывает влажность, свет, температура воздуха и почвы. Интенсивное увлажнение усиливает поглощение нитратов, что в сочетании с пониженными температурами ведет к накоплению нитратов. С другой стороны, высокий уровень нитратов в растении в засушливый период можно снизить поливами, так как они стимулируют рост и способствуют вымыванию нитратов из почвы.

Во многих странах мира были разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК) нитратов в сельскохозяйственной продукции (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Предельно допустимые концентрации нитратов в сельскохозяйственной продукции

1.3 Современные методы анализа овощей на содержание нитратов

нитрат овощ продукт

В промышленных условиях определение нитратов производится с помощью экспресс анализов на специальных приборах, а так же ионометрическим и фотометрическим методом. Последний основан на экстракции нитратов из продукта, восстановлению их до нитритов на кадмиевой колонке с последующим фотометрированием раствора азотсоединения. Данный метод требует сложного технического обеспечения (колориметр фотоэлектрический, спектрофотометр, иономер и пр.).

Сущность ионометрического метода заключается в извлечении нитратов раствором алюмокалиевых квасцов с массовой долей 1% или растворомсернокислого калия и последующем определении нитратов в вытяжке с помощью ионоселективного электрода.

Определить содержание нитратов в продуктах можно с помощью индикаторной бумаги. Конечно, ее точность невысока, но необходимые сведения индикаторы дают.

Есть еще один способ. Овощи с очень большим содержанием нитратов имеют, как правило, неестественный вкус. Их неприятно жевать и глотать. Дегустаторы различают тончайшие вкусовые оттенки даже тогда, когда лабораторными исследованиями не удается уловить разницу.

Наиболее простым и эффективным, не требующим сложного материального и технического обеспечения методом определения нитратов является реакция с дифениламином, который в присутствии NO3 аниона образует синюю анилиновую окраску. По интенсивности посинения можно судить об относительном содержании нитратов в исследуемом объекте.

2. Материалы и методы исследования

Экспериментальная часть работы проводилась на базе кафедры ботаники и физиологии растений и биотехнологии Таврического национального университета имени В.И. Вернадского в период с августа по сентябрь 2011 года.

2.1 Объекты исследования

Материалом для проведения исследований служили овощи, выращенные на приусадебном участке и приобретенные в супермаркетах города (морковь, картофель, лук, капуста, свекла) (рис. 2.1).

В экспериментальной части работы использовали общепринятые в физиологии растений методы исследований и статистическую обработку полученных данных.

Рис. 2.1.

2.2 Методы исследования

Материалы и оборудование: 1) 2% раствор дифениламина в концентрированной серной кислоте в капельнице (хранить в темноте, капельницу поставить на крышку чашки Петри, чтобы предотвратить попадание на стол капель этой едкой жидкости); 2) ножницы; 3) фарфоровые ступки с пестиками; 4) стеклянная палочка; 5) стакан с дистиллированной водой; 6) фильтровальная бумага.

Ход работы.

Помещаем в фарфоровую ступку фрагмент исследуемого объекта, измельчаем его при помощи стеклянной палочки или пестика. Поместить содержимое ступки на предметное стекло, прилить 4-5 капель дифениламина из капельницы (Рис. 2.2).

Рис. 2.2.

Согласно методике наблюдали появление синей анилиновой окраски (рис. 2.3).

Рис. 2.3.

Интенсивность окрашивания исследуемой ткани сравниваем с цветной шкалой и таблицей (табл. 2.2) и определяем концентрацию нитрат-ионов. Результаты вносим в таблицу (табл. 3.1).

Таблица 2.2. Относительное содержание нитратов (в баллах)

3. Результаты и их обсуждение

.1 Определение нитратов в овощах

В ходе проведенных исследований нами было установлено, что количественное содержание нитратов в продукции растениеводства превышают предельно допустимые нормы (Табл.1.1).

Таблица 3.1. Относительное содержание нитратов в исследуемых растениях

Овощ	Условия выращивания	Часть растения
Картофель	Приусадебный участок	сердцевина
Картофель	Супермаркет	сердцевина
	Приусадебный участок	сердцевина
	Супермаркет	сердцевина
	Приусадебный участок	сердцевина
	Супермаркет	сердцевина
	Приусадебный участок	сердцевина
	Супермаркет	сердцевина
	Приусадебный участок	сердцевина
	Супермаркет	сердцевина

Исходя из результатов, представленных в таблице, можно судить о том, что максимальная концентрация нитрат-ионов сосредоточена в свекле и моркови, приобретенной в супермаркете. Овощи, выращенные на приусадебном участке содержат незначительное количество нитратов, не превышает предельно допустимые нормы.

Экспериментальные данные показывают, что содержание нитратов в разных частях исследуемых растений различно. Так, в кожице огурца и свеклы нитратов содержится больше, чем в сердцевине. У моркови нитраты локализованы в срединной части корнеплода.

.2 Практические советы по уменьшению содержания нитратов в пищевых продуктах

1. Тщательное промывание овощей и фруктов уменьшает содержание нитратов на 10%, а механическая очистка на 15 - 20%.

2. Зелень (петрушка, 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.

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

Варка овощей снижает содержание нитратов на 50 -8-%.

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

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

У огурцов, свеклы, редьки следует срезать оба конца.

Хранить овощи нужно в холодильнике.

1) варка овощей;

2) очистка от кожуры;

) удаление участков наибольшего скопления нитратов;

) вымачивание.

Растениевод должен грамотно вносить азотные удобрения:

а) в строго рассчитанных дозах и в оптимальные сроки;

б) под овощи доза вносимого азота не должна превышать 20 г./м².

Известкование кислых почв способствует снижению в них нитратов в течение четырех последующих лет.

Выращивать овощи, особенно зеленые культуры, надо при хорошей освещенности, оптимальных показателях влажности почвы и температуры.

Минеральные удобрения лучше вносить вместе с органическими в оптимальных соотношениях, не забывая и о микроэлементах.

Отрицательные воздействия на природу обусловлены не самими удобрениями, а неумелым их применением.

Выводы

1. Проведен анализ литературных данных по вопросам превращения азотистых соединений в почве и растениях, а так же их накоплении в продукции растениеводства.

2. Проведен сравнительный анализ количественного содержания нитратов в пищевых продуктах, приобретенных в супермаркетах города и выращенных на приусадебном участке. Показано превышение предельно допустимых концентраций нитратов в овощах, приобретенных в супермаркетах в 1,5-2 раза.

Предложены методы уменьшения содержания нитратов в пищевых продуктах.

Литература

1. Полевой В.В. Физиология растений - М.: Высшая школа, 1989. - 464 с.

Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений /Н.Н. Третьяков, Е.И. Кошкин, Н.М. Макрушин и др.; под ред. Н.Н. Третьякова. - М.: Колос, 2000