Просмотр содержимого документа
«Организация исследовательской работы в 11 классе»
Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 42
НИТРАТЫ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ НИТРАТОВ.
Исследовательская работа
Ученицы 11 «А» класса
Макаровой Татьяны
Руководитель:
Ладыгина Галина Владимировна
Комсомольск-на-Амуре
2018
Введение
Проблема:
Для чего применяются нитраты в сельском хозяйстве?
Какие продукты могут накапливать нитраты?
Как влияют нитраты на организм человека?
Как определить содержание нитратов в продуктах питания?
Как защитить себя и своих близких от пагубного воздействия нитратов?
Гипотеза:
Для увеличения продуктивности в сельском хозяйстве применяют азотистые удобрения, которые могут вести к накапливанию вредных для человека нитратов в продуктах повседневного питания. Чтобы защитить своё здоровье, люди должны знать, какие продукты чаще всего накапливают нитраты и как можно определить содержание этих опасных веществ в пище.
Цель проекта:
Исследование информации о нитратах, их влиянии на организм человека.
Поиск различных путей определения содержания нитратов в продуктах питания.
Составление эффективных рекомендаций для защиты здоровья от пагубного воздействия нитратов.
Задачи:
Найти материал по теме «Нитраты» и провести его анализ.
Установить, в каких продуктах питания могут накапливаться нитраты.
Составить классификацию фруктов и овощей по среднему количеству накапливаемых нитратов и их распределению в растении.
Узнать, какие факторы влияют на количество нитратов в овощах.
Определить значения ПДК нитратов для овощей и фруктов.
Проанализировать возможные пути попадания нитратов в организм человека.
Установить влияние нитратов на человеческое здоровье.
Научиться рассчитывать индивидуальные допустимые нормы нитратов.
Найти разные способы определения содержания нитратов.
Измерить содержание нитратов в яблочном и морковном соке при помощи индикаторной тест-системы.
Определить содержание нитрат-ионов в яблочном и морковном соке при помощи школьной цифровой лаборатории RELAB.
Подвести итоги проведённых опытов.
Проанализировать возможные способы снижения количества потребляемых нитратов.
Составить советы и рекомендации по защите организма от воздействия нитратов.
Актуальность:
В наше время прилавки изобилуют аппетитными фруктами и овощами, однако очевидно, что такое количество продукции невозможно получить без применения химикатов и удобрений. Для сохранения здоровья люди должны уметь отличать продукты, содержащие избыток нитратов, от безопасных и натуральных.
Методы исследования:
Теоретический анализ информации из Интернет-источников, журналов и научной литературы;
Аналитическая переработка собранной информации;
Классификация продуктов питания по способности накапливать нитраты;
Опытное определение содержания нитратов в яблочном и морковном соке;
Обобщение;
Синтез эффективных рекомендаций.
Основная часть.
1. Рассмотрение проблемы.
Нитраты – это соли азотной кислоты HNO3. Они являются продуктом метаболизма азотсодержащих веществ любого живого организма.
В растениях нитраты образуются в процессе роста и при использовании азотных удобрений. При неправильном применении последних в растениях может накапливаться значительное количество нитратов.
Нитраты необходимы для обеспечения жизнедеятельности и роста растений, так как без нитратного азота невозможен синтез белков и аминокислот. Применение нитратных удобрений дает 30-40 % прибавки продукции растениеводства.
Нитратные соединения малотоксичны для животных и человека. Но при определенных условиях (реакции восстановления) нитраты превращаются в нитриты, которые являются высокотоксичными ядами.
2. Нитраты в продуктах питания.
В животных продуктах (мясо, молоко, рыба) содержание нитратов и нитритов значительно ниже, чем в растительных.
В мясную продукцию (ветчинно-колбасные изделия) нитриты и нитраты добавляют не только как консерванты для подавления деятельности болезнетворных бактерий, но и как фиксатор окраски для придания аппетитного красно-коричневого оттенка.
При производстве сыров нитраты и нитриты применяются в качестве консервантов, однако их содержание не превышает 50 мг/кг.
В растительных продуктах максимальное накопление нитратов происходит в период созревания плодов. Недозрелые овощи (кабачки, баклажаны, картофель), а также овощи раннего созревания могут содержать большее количество нитратов, чем растения, достигшие нормальной уборочной зрелости.
Накопление нитратов различными культурами имеет наследственно закреплённый характер: они обладают сортовой спецификой.
Содержание нитратов в овощах может резко увеличиться при неправильном применении азотистых удобрений (не только минеральных, но и органических). При, например, внесении их незадолго до уборки урожая.
3. Растения-«накопители» нитратов.
Каждый сорт своей культуры уникален по характеристикам, в том числе по способности накапливать нитраты, которая может зависеть от условий окружающей среды, режима минерального питания, разной продолжительности вегетационного периода и генетически закреплённого уровня активности нитроредуктазы. В целом, разные сорта одного вида накапливают примерно одинаковое количество нитратов.
Растения можно разделить по количеству накапливаемых нитратов:
- Более 5 г/кг: все виды салатов, редис, петрушка;
- До 5 г/кг: шпинат, редька, кольраби, зелёный лук, свёкла;
- До 4 г/кг: репчатый лук, морковь, белокочанная капуста;
- До 3 г/кг: ревень, укроп, лук-порей, тыква;
- Менее 1 г/кг: арбузы, огурцы, дыни, помидоры, картофель, баклажаны, яблоки.
Наибольшей склонностью к накапливанию нитратов обладают:
а) такие культивируемые растения, как картофель, свёкла, кормовая капуста, кабачок, арбуз, дыня, горох посевной, клевер, подсолнечник и люцерна;
б) такие дикорастущие растения, как крапива, лебеда, донник, паслён, щавель и молочай.
4. Распределение нитратов в растениях.
Содержание нитратов в недозревших растениях значительно больше, чем в спелых.
В среднем, части растения по уменьшению способности накапливать нитраты можно расположить таким образом:
- СТЕБЛЬ – ЛИСТЬЯ – ПЛОДЫ – СЕМЕНА.
Следовательно, больше всего нитратов в тех частях растения, где находится большое количество ксилемы, служащей для проведения воды и растворённых в ней минеральных веществ.
В кожице и поверхностных слоях содержание нитратов преобладает над внутренними слоями.
В свёкле до 65% нитратов сосредоточено в верхней части корнеплода.
В моркови около 90% нитратов сосредоточено в сердцевине корнеплода и всего около 10% – во внешних частях.
В капусте наибольшее количество нитратов сосредоточено в основании кочана, «кочерыжке» и в толстых черешках листьев.
В картофеле основная масса нитратов сосредоточена в верхней трети радиуса клубня, то есть ближе к кожуре. Как правило, в мелких клубнях нитратов содержится больше, чем в крупных.
В мелких огурцах, наоборот, нитратов содержится меньше, чем в крупных. В огурцах, сорванных утром, нитратов также будет ниже.
5. Способы снижения количества нитратов в сельскохозяйственной продукции.
Агробиологами насчитывается более 30 факторов, влияющих на накопление нитратов в растениях. Основным из них является чрезмерное внесение нитратных удобрений: аммиачной (NH4NO3), натриевой или чилийской (NaNO3), калиевой или индийской (KNO3) и кальциевой или норвежской (Ca(NO3)2) селитр.
Подкармливать растения следует амидными или аммонийными удобрениями: карбамидом или мочевиной ((NH2)2CO) и сульфатом аммония ((NH4)2SO4), так как именно аммиачный азот сразу усваивается растениями и включается в аминокислоты и белки без стадии накопления нитратов.
Необходимо поддерживать баланс органических и минеральных удобрений. Органические удобрения обогащают почвы полезной микрофлорой, поглощающей на время лишний азот и замедляющей процесс нитрификации почв на начальных этапах развития растений.
Соблюдение оптимальных сроков посева обеспечивает максимальное вызревание плодов и, следовательно, получение более безопасной продукции.
При увеличении сроков хранения, количество нитратов в продукции снижается в среднем в 1,5-2 раза за 6 месяцев.
Овощи не должны храниться при повышенной температуре воздуха, так как при наличии большой концентрации нитратов активируется процесс их восстановления до нитритов.
6. МДУ/ПДК нитратов для человека.
Максимально допустимые уровни (МДУ) или предельные допустимые концентрации (ПДК) нитратов установлены для всех овощей и продуктов, употребляемых в пищу. Показатели содержания, превышающие данную норму, могут быть опасны для жизни и здоровья человека.
Допустимая суточная доза нитратов для человека составляет 4 мг на 1 кг веса, то есть для среднестатистического взрослого человека массой 70 кг – 280 мг нитратов в сутки. Превышение дозы может нанести ущерб здоровью.
Токсичной для организма считается доза, превышающая 600 мг в сутки.
Официально установленная в России доза – 312 мг на человека в сутки, однако фактическое потребление нитратов в некоторых случаях достигает 800 мг в сутки.
В России, по сравнению с другими странами, установлены одни из самых низких ПДК для нитратов.
№ | Наименование продукта | Мг/кг сырого продукта |
Открытый грунт | Закрытый грунт |
1 | Томаты | 150 | 300 |
2 | Огурцы | 150 | 400 |
3 | Перец сладкий | 200 | 400 |
4 | Лук (перо) Лук репчатый | 600 80 | 800 – |
5 | Листовые овощи (укроп, петрушка, салат, щавель) |
2000 |
3000 |
6 | Морковь ранняя (до 1 сентября) | 400 | – |
7 | Морковь поздняя | 250 | – |
8 | Капуста ранняя (до 1сентября) ---------поздняя | 900 500 | – – |
9 | Картофель | 250 | – |
10 | Арбузы | 60 | – |
11 | Дыни | 90 | – |
12 | Яблоки, груши | 60 | – |
7. Пути попадания нитратов в организм человека.
Основная масса нитратов попадает в организм человека пищей. Так, с консервами и свежими овощами поступают 40-80% суточного количества нитратов. Незначительное количество нитратов поступает с хлебобулочными изделиями и фруктами; с молочными продуктами их попадает 1% (10-100мг на литр). Нитраты содержатся и в животной пище. Рыбная и мясная продукция в натуральном виде содержит немного нитратов (5-25мг/кг в мясе, и 2-15мг/кг в рыбе). Но нитраты и нитриты добавляют в готовую мясную продукцию с целью улучшения её потребительских свойств и для более длительного её хранения (особенно в колбасных изделиях). В сырокопчёной колбасе содержится нитритов 150мг/кг, а в варёной колбасе - 50-60мг/кг.
Употребление питьевой воды с повышенным содержанием нитратов. Колодезная вода может накапливать нитраты, поступающие в почву с полей, подкормленных азотными удобрениями, или с заводов, производящих эти удобрения. В питьевой воде из подземных вод содержится до 200 мг/л нитратов. В воде из артезианских колодцев этот показатель значительно ниже.
Через табак и различные лекарственные препараты.
Небольшая часть нитратов образуется в организме в процессе метаболизма.
8. Влияние нитратов на организм человека.
Механизм токсического действия нитратов:
1. Нитраты превращаются в нитриты, которые действуют как внутрисосудистые яды.
2. Нитриты вступают в химическое взаимодействие с гемоглобином крови: окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. Образуется метгемоглобин, неспособный транспортировать кислород к тканям: формируется синдром гемической гипоксии: в переводе «гипо-» – «недостаток кислорода в организме или отдельных органах и тканях» и «аноксия» – «отсутствие кислорода в организме или в отдельных органах, тканях, крови». Наиболее опасна аноксия мозга, сердца и печени.
3. Нитраты угнетают сосудодвигательный центр: происходит расширение периферических сосудов, угнетение работы сердца, снижение системного артериального давления, замедление кровотока. Эти изменения усиливают кислородное голодание тканей.
Симптомы кратковременного отравления нитратами:
- Усиленное сердцебиение, одышка, возможна потеря сознания.
- Головокружение, резкая головная боль.
- Боли в животе, рвота, тошнота.
- Увеличение печени.
- Желтизна белков глаз.
- Слизистые оболочки губ и глаз, ногти и кожа приобретают серо-синюю окраску (развивается цианоз).
- Цвет крови шоколадно-бурый. В анализах крови высокое содержание метгемоглобина (до 60-70 %).
Долгосрочная опасность употребления нитратов заключается в постепенном переходе нитратов и нитритов в N-нитрозосоединения при различных биохимических реакциях. Образующиеся вещества обладают канцерогенным и мутагенным действиям. Сначала они ведут к снижению работоспособности, сонливости и повышенной усталости, а в перспективе к злокачественным опухолям, в первую очередь органов желудочно-кишечного тракта, нарушениям работы центральной нервной системы и сердечной деятельности.
В качестве антидотов при отравлениях нитратами применяются:
- Метиленовый синий. Препарат, который обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом. Механизм действия заключается в реактивации метгемоглобина в гемоглобин за счет реакции восстановления (Fe+3 превращается в Fe+2), что ведет к нормализации кислородной функции гемоглобина, устранению синдрома гемической гипоксии.
- Глюкоза, которая ускоряет процесс реактивации гемоглобина за счет двух механизмов:
а) Стимулирует синтез энергии (макроэргических фосфатов – АТФ), белка и ферментов, участвующих в процессах ферментативного восстановления метгемоглобина в гемоглобин.
б) Метаболит глюкозы – глюконовая кислота нейтрализует метгемоглобинобразующиее яды (нитриты, нитраты) и ускоряет их выведение из организма.
9. Способы определения нитратов.
В современной лаборатории ветеринарно-санитарной экспертизы точное содержание нитратов в растительном продукте можно определить в течение 5 минут при помощи ионометрического экспресс-метода с использованием высокоточного нитратного электрода.
В условиях школьной лаборатории доступны два метода измерения концентрации нитрат-ионов в растворе.
1) Индикаторная тест-система для анализа водных растворов.
2) Измерение концентрации нитрат – ионов аппаратным методом. При помощи цифровой лаборатории RELAB, программы RelabLite, датчика нитрат – ионов, ионоселективного электрода и электрода сравнения.
А) Схема ионоселективного электрода (электрод, на поверхности которых протекают реакции обмена иона).
Между измерениями хранится в конденсирующем растворе нитрат – иона с концентрацией 0,01 моль/л в течение 8 – 24 часов.
Б) Схема электрода сравнения (электрод, потенциал которого постоянен и не зависит от концентрации ионов в растворе).
Между измерениями электрод рекомендуется хранить в дистиллированной воде в вертикальном положении и с закрытым заливочным отверстием.
В) Схема цифрового датчика.
10. Проведение эксперимента.
Попробуем измерить концентрацию нитрат-ионов в яблочном соке «Агуша» и морковном соке «Теди» двумя способами, доступными и безопасными в условиях школьной лаборатории.
Индикаторная полоска.
1. Извлеку кусочек индикаторной полоски и погружу его с помощью пинцета в исследуемый раствор на 5 – 10 секунд.
2. Извлеку индикаторную полоску из раствора и через 3 минуты сравню её окрашивание с цветовой шкалой на обратной стороне упаковки.
Цифровая лаборатория RELAB.
1. Ионоселективный электрод перед измерением обязательно калибрую по стандартным растворам.
2. Перед началом измерений сниму защитный колпачок с электрода сравнения, открою заливочное отверстие и промою нижнюю часть электрода дистиллированной водой.
3. Во время проведения измерений слежу за тем, чтобы заливочное отверстие было открыто.
4. Слежу за тем, чтобы уровень электролита в электроде при измерениях был выше уровня анализируемого раствора.
5. С помощью кабеля подключу электронный блок к регистратору данных через разъем USB.
6. Подключу к соответствующим разъемам ионоселективный электрод и электрод сравнения.
7. Запущу программное обеспечение RelabLite.
Результаты проведённого эксперимента занесу в таблицу.
Способ измерения | Концентрация нитрат – ионов в исследуемом соке (мг/л) - NO3- |
Яблочный сок «Агуша» | Морковный сок «Теди» |
Индикаторная полоска | | |
Цифровая лаборатория | 1,46 ± 0,03 | 1,02 ± 0,03 |
Полученные результаты свидетельствуют о том, что ПДК нитратов в исследуемых образцах не превышает допустимую норму. Оба метода привели к схожему результату, что свидетельствует о правильности технологии проведения эксперимента. Цифровая лаборатория RELAB даёт большую точность измерений за счёт более совершенного устройства. Измерение нитратов в продуктах питания при помощи индикаторной полоски неэффективно в связи с её низкой чувствительностью к малым концентрациям и широким разбросом показателей шкалы результатов.
Заключение. Выводы.
Для уменьшения количества потребляемых нитратов необходимо пользоваться следующими рекомендациями:
Нитраты практически не обнаруживаются в хранящихся на зиму овощах.
Очистка и тщательное мытьё овощей и фруктов удаляет до 10% содержащихся в них нитратов.
Высокотемпературная обработка снижает уровень нитратов на 15-20%. Следует помнить, что воду, в которой варились продукты, нельзя употреблять в пищу, так как вредные соединения переходят именно в заливочную жидкость.
Уровень нитратов снижается при консервировании овощей и фруктов. Сами рассолы и маринады в пищу употреблять не стоит, так как в процессе приготовления в них переходят соединения азота.
Квашение овощей уменьшает концентрацию нитратов в овощах, несмотря на то, что в первые дни ферментации происходит временное увеличение их содержания.
Точную концентрацию нитратов в продуктах питания можно определить только в специализированной лаборатории. Результат, полученный в домашних условиях, может отличаться от действительности. Поэтому овощи, фрукты и мясные продукты лучше покупать в проверенных магазинах, продукция которых проходит строгий ветеринарно-санитарный контроль, или выращивать в домашних хозяйствах при соблюдении технологии внесения азотных удобрений.
Список литературы.
Интернет-источники;
Рычков А.Л., «Нитратная кухня. Химия и жизнь.» 1989г.;
Гайлите М., Гайлитис М., «Ещё раз о нитратах. Наука и мы» 1990г.;
Черпяева И.И., «Экологические проблемы использования азотных удобрений. Химизация сельского хозяйства», 1990г.