Исследования содержания нитратов в продуктах растениеводства

Краевая научно-практическая конференция «Эврика»

        Малой академии наук учащихся Кубани

                                                            секция «Химия»

Исследования содержания нитратов в продуктах растениеводства

                                                                                                 Автор:

                                                                      Никулаичева Ирина

                                                                           г. Новокубанск

                                                                              муниципальное

                                                                                                 общеобразовательное                                                                                                                              

                                                                      бюджетное учреждение  средняя

                                                                      общеобразовательная школа № 1,

                                                                      9 класс.

                                                                      Руководитель:

                                                                      Черновол Наталья Васильевна

                                                                        учитель химии и биологии                   МОБУСОШ№ 1.

                                                                  Новокубанск

2011-2012гг.

  Оглавление

1.Введение……………………………………………………………………………………1-2

  2.Основная часть…………………………………………………………………………….2-8

  3.Заключение………………………………………………………………………………...8-9

  4.Литература………………………………………………………………………………….9

                                                                                         1

                                                       Никулаичева Ирина

Г.Новокубанск Краснодарского края

МОБУСОШ№1, 9класс

Исследование содержания нитратов в продуктах растениеводства

Введение

Цель. Изучить и проанализировать положительные и отрицательные стороны применения  нитратов в продуктах растениеводства, предложить меры по предотвращению отравления нитратами.

Задачи. 

1. показать необходимость внесения нитратов с целью восстановления плодородия почвы и повышения урожайности;

1. провести, опираясь на знания химии и экологии, опытную проверку содержания нитратов в различных продуктах растительного происхождения;
2.  научиться  использовать приобретенные знания в быту.

На протяжении многих веков людей занимает  вопрос достаточного количества продуктов питания. В XXI веке нас на Земле больше 6 миллиардов человек, и с  ростом населения растут и потребности. Как известно, уникальным источником растительных продуктов  является ухоженная, плодородная земля.

В естественных условиях осуществляется непрерывный круговорот химических элементов. После того как растение погибает, элементы, взятые им из почвы, вновь возвращаются в нее в результате деятельности микроорганизмов. Но человек, собирая урожай, забирает все химические элементы, использованные растением: N, Р, K, Са, Мn и др. Это длится в течение многих лет и приводит к истощению почвы. Как показывают примерные расчеты, с урожаем ежегодно уносится с каждого гектара около 22,2 кг азота, 8,7 кг P2O5, 2,5 кг K2О. Следовательно, в почву надо вносить эти элементы, чтобы восполнить их убыль. Корневые системы всех без исключения растений хорошо усваивают нитраты. В результате участия ферментов и углеводов происходит восстановление нитратов до аммиака через нитриты:

Образующийся аммиак взаимодействует с органическими кислотами, в результате получаются аминокислоты – строительный материал для белков:                                        

                     NH3 + органическая  кислота                      аминокислота

                                       Азотные удобрения                                            Таблица 1

                                                                                                                2

Азотные удобрения представляют собой белые или желтоватые кристаллические порошки (кроме жидких удобрений), которые хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой.

    С одной стороны азот - один из основных питательных элементов, необходимых для роста растений (он входит в состав белков, хлорофилла и многих ферментов; при недостатке азота растения медленно развиваются, плохо цветут, листья теряют интенсивность зеленой окраски, рано опадают; у злаков наблюдается слабое кущение, у плодовых деревьев – опадение завязей), а с другой стороны -повышенное содержание нитратов в растительной продукции не только влияет на ее качество, но может вызвать отравление при ее употреблении в пищу.                                                                                                                  К основным факторам, вызывающим накопление нитратов в овощах, относятся биологические особенности и сортовые признаки растений, уровень плодородия почвы, температура и влажность почвы и воздуха, интенсивность и продолжительность освещения, технология выращивания овощных растений. С овощами и фруктами в организм человека поступают до 70 – 80% нитратов. Сами по себе они не представляют опасности для здоровья, тем более, что большая часть этих соединений выделяется с мочой (65 – 90% за сутки). Однако часть нитратов (5-7%) при избыточном их содержании в овощах, в желудочно-кишечном тракте может перейти в нитриты ( соли азотистой кислоты ), которые оказывают вредное воздействие на организм.

Основная часть

Для проведения нашего исследования мы  использовали литературные источники, материалы наблюдений, результаты химического анализа  овощей.

При недостатке азота растение медленно растет, имеет мелкие, бледные, преждевременно желтеющие листья. При избытке азота бурно развивается вегетативная часть растений, а генеративная (наряду с клубнями и корнеплодами) оказывается в угнетенном состоянии. Если в почве избыток нитратов, то они не успевают полностью превратиться в аминокислоты. Нитраты по корню поднимаются и могут осесть в любой части растения. Они превращаются в нитриты и отравляют организм. Кроме того, избыток соединений азота вымывается из верхнего слоя водой и просачивается в грунтовые воды. Далее они попадают в наш дом с обыкновенной питьевой водой.

Нужно принять во внимание, что из всего количества внесенных минеральных удобрений сельскохозяйственные растения используют лишь 40–50%, остальное вымывается из почвы в водоемы и улетучивается в атмосферу. Химикатов накопилось в земле так много, что потребуется несколько десятилетий, чтобы они разложились.                                                                                                                                                                    Обыкновенный кочан капусты, попав на наш стол, может оказаться «миной замедленного действия»: вызвать расстройство желудка, отравить организм, подавить его жизненно важные функции, ухудшить способность крови обеспечивать клетки кислородом, дать толчок к возникновению онкологических заболеваний. Виновники – нитраты( 2).

               Биологическая роль важнейших азотных удобрений                            Таблица 2

Избыток в почве нитратов ухудшает качество выращиваемых овощей, фруктов, зерновых культур и др. При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию. Кроме того, из нитритов в присутствии аминов могут образовываться N-нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью (способствуют образованию раковых опухолей). Вредное воздействие нитратов и нитритов на организм проявляется в следующем.Во-первых, попадая в кровь, нитриты окисляют двухвалентное железо в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, неспособный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье.
Угроза для жизни начинает возникать тогда, когда уровень метгемоглобина в крови достигает 20% и выше. Снижается давление крови и нарушаются функции печени. В результате чего уменьшается физическая и умственная активность человека.                      Из всего сказанного можно сделать вывод о последствиях употребления некачественных продуктов:                                                                                                                                              •развитие онкологических заболеваний;                                                                                               • появление заболевания, при котором кровь не способна удерживать кислород, – метгемоглобинемии (кислородного голодания);                                                                                    • нарушение деятельности щитовидной железы и др.                                                          Каковы же основные источники пищевых нитратов? Практически, это исключительно растительные продукты. В животных продуктах (мясо, молоко) содержание нитратов весьма незначительно. Максимальное накопление нитратов в овощах происходит в период наибольшей активности растений при созревании плодов.Чаще всего наибольшее содержание нитратов в растениях бывает перед началом уборки урожая. Незрелые овощи (кабачки, баклажаны, огурцы, картофель), а также овощи раннего созревания могут содержать нитратов больше, чем достигшие нормальной уборочной зрелости, когда произошло полное превращение соединений азота в белки. Удобрять растения азотными удобрениями желательно не позднее, чем за 2–3 недели до уборки урожая. Кроме того, полному превращению нитратов в белки препятствуют плохая освещенность, избыточная влажность и несбалансированность питательных элементов (недостаток фосфора и калия).

Биологические особенности растений и накопление нитратов.

Накопление нитратов в овощных растениях во многом определяется их биологическими особенностями 6 разные виды обладают неодинаковой способностью аккумулировать нитраты.К овощам, характеризующимся способностью аккумулировать большое количество нитратов, относятся зеленые – салат кочанный, шпинат, укроп, кольраби, ревень, редис, редька и свекла столовая. Склонны к избыточному поглощению таких соединений патиссоны и тыквы. В них содержание этих веществ колеблется от 1200 до 5000 мг/кг сырой массы. Среднее положение (100 – 1000 мг/кг) занимают баклажаны,

                                                                                                                                                        4

дыни, капуста, морковь, огурцы, петрушка, сельдерей, чеснок, фасоль. Сравнительно низкая концентрация нитратов ( 60 - 90 мг/кг ) свойственна арбузам, зеленому горошку, картофелю, луку, перцам, томатам. Как правило, концентрация нитратов в овощах защищенного    грунта больше в 2 раза, чем в овощах открытого грунта.
По возрастанию концентрации нитратов тепличные растения располагаются в следующем порядке: томаты, огурцы, лук репчатый на зелень, капуста цветная, редис, салат кочанный, салат листовой.

                          Минимальное и максимальное накопление нитратов в овощах.                                                                                                                                        
                                                                                                                                       Таблица 3

В растениях, выращенных в оптимальных условиях, нитраты содержатся в низких концентрациях. При нарушении обмена в растениях их накапливается значительное количество ( таблица 3 ).

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

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

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

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

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

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

                                                                                                                                                        5

 В различных частях растений содержится разное количество нитратов(таблица 4).

                                                                                                                                  Таблица 4

Содержание нитратов в органах зелёных растений ( мг/кг )

 Наибольшее количество нитратов содержится в корнях, жилках и черенках листьев, стеблях, наименьшее – в мякоти листьев и плодах. В кожице и поверхностных слоях плодов содержание нитратов значительно выше. Зная особенности накопления и распределения нитратов в различных органах овощных растений при технической или биологической спелости, можно определить степень использования их в питании человека.    

 Как распределяются нитраты в различных овощах?                                                                                  

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

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

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

4) у картофеля в мелких клубнях нитратов больше, чем в крупных, сосредоточены они под кожурой (поэтому необходимо чистить не экономя);

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

 Уменьшить потребление нитратов ( в среднем на 15 – 20 % ) возможно, если в пищу листья с небольшим нежным стеблем петрушки, сельдерея, укропа, щавеля. следует применять высокий срез над зеленой массой, оставляя на грядке черешки листьев и стебли. 

Таким образом, накопление нитратов в целом растения и в отдельных частях его происходит крайне неравномерно. Характер распределения нитратов определяется биологической особенностью растений и строением органа.

Допустимые уровни нитратов в овощах.

Разработка системы контроля посторонних веществ в сырье и готовой продукции – одна из важнейших задач, имеющих огромное значение для повышения качества продукции и главное - безопасности для здоровья людей.
Решение этой весьма важной задачи возможно, в частности, путем принятия соответствующих постановлений, касающихся ограничений в содержании определенных веществ в овощной продукции.

                                                                                                                                                                                                                      6

В природе нет абсолютно чистых продуктов питания. Нитраты в окружающей среде были и будут. Все дело в том, сколько накапливается их в продуктах.
Нам необходим такой уровень нитратов, который не представляет опасности для здоровья человека(таблица 5).                                                                                     Таблица5 Предельно допустимые концентрации нитратов  в продуктах растительного происхождения

(Нормы СанПин 2.3.2.1078-01 от 06.11.2001)

 Проблема нитратов активно обсуждается общественностью нашей страны. Попробуем разобраться в этом вопросе и мы.

Теперь, когда нам все известно о пищевых нитратах, в доказательство сказанного проведем опыты по определению содержания нитратов в картофельном, капустном, огуречном и луковом соках. Для проведения нашего исследования мы  использовали литературные источники, материалы наблюдений, результаты химического анализа сока овощей.

                                                                 Ход работы

1. Осуществляем приготовление стандартных растворов нитрата калия по известным значениям ПДК нитрат-ионов в сырых овощах(см. таблица 3).

2.Реактивом на нитрат-ион может служить 1% -ный раствор  дифениламина в концентрированной серной кислоте, дающий синее окрашивание разной интенсивности.

3.Из стандартных растворов отбираем наиболее ярко окрашенные и проводим исследование тех продуктов, ПДК нитрат-ионов которых соответствуют отобранным растворам.

4.Проводим реакцию с дифениламином, сравнивая окраску раствора со стандартным раствором для данного продукта.

5.Определяем  приблизительное значение  концентрации нитрат-ионов в данном продукте, сравнивая окраску раствора с другими стандартными растворами. По интенсивности

                                                                                                                                                    7                                                                                                                                                                      

окрашивания раствора визуально определяем концентрацию ионов, содержащихся в данном растворе.

                                                                                                                                          Таблица 6

Обнаружение нитратов в различных овощах (неокрашенных соках) при помощи раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте:

Выводы по химическому эксперименту: проведя ряд лабораторных опытов по обнаружению нитрат-ионов в овощах (соках овощей),  мы убедились, что в капустном соке не содержатся нитраты,  в картофельном и луковом соке обнаружено среднее количество нитратов, а в огурцах закрытого грунта - повышенное. Для опытов были взяты овощи(картофель, капуста, лук) с центрального рынка , огурцы- из супермаркета.                  

Избыточное накопление нитратов в продукции защищенного грунта связано с выращиванием растений на богатых органикой и азотным питанием грунтах, и неблагоприятными, особенно в зимний период, условиями синтеза нитратов.                                               Продовольственной и сельскохозяйственной комиссией ФАО ООН установлено предельно допустимое количество ( ПДК ) потребления человеком нитратов в сутки – 500 мг.

В странах СНГ для взрослого человека допустимая суточная доза нитратов принята равной 300-325 мг (среднее 312,5 мг), для детей и рассчитывают исходя из 5 мг нитратов на 1 кг массы тела.                                                                                                            Поскольку овощи в сыром виде употребляют относительно небольшими порциями ( на порцию в качестве приправы расходуется 35 г салата, для гарнира вместе с другими продуктами 75г ), то опасность нитратного отравления практически невелика. Токсичной является доза 700 мг нитратов для взрослого человека массой 70 кг. Для получения такой дозы человек должен съесть в один прием 1750 г тепличных огурцов, 1165 г капусты, 1750 г моркови, 777 г свеклы, 875 г редиса или 1000 г салата ( по максимальному уровню ). Так как эти овощи в таких количествах не употребляются, это снижает опасность нитратного отравления при включении их в рацион питания.

С учетом полученных данных  рассчитываем приблизительную массу нитратов, съеденных с продуктами одним человеком (с учетом ПДК).

                                                                                                        8

Результаты опытов заносим в таблицу  

Что же делать, если в продуктах присутствует избыток нитратов?

 Взрослый человек нормально переносит 150–200 мг нитратов в день, а 500 мг – предельно допустимая для него доза. Для грудного ребенка токсичны уже 10 мг.

Заключение

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

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

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

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

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

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

Рекомендации по предотвращению отравления нитратами :

                                                                                                                                                     9                                                                                                                                              

1) варка овощей;

2) очистка от кожуры;

3) удаление участков наибольшего скопления нитратов;

4) вымачивание.

Выводы

 В ходе работы мы познакомились с различными способами использования азотных удобрений, отражающими позитивные и негативные стороны их применения, решили ряд экспериментальных задач по определению нитратов в продуктах питания.

Как вырастить экологически чистую продукцию и избежать отравления нитратами? Чтобы достичь этих целей, необходимо иметь в виду следующее.

1. 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.

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

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

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

Литература

1. Назаренко В.М. Изучение круговорота веществ в школьном курсе химии. Химия в        школе, 1994, № 6, с. 62–72  

2. ХарьковскаяН.Л., ЛяшенкоЛ.Ф., Баранова.Осторожно-нитраты. . Химия в  школе, 1999, № 1, с. 53–56  

3.ЖелезняковоЮ.В.,НазаренкоВ.М.Учебно-исследовательские экологические проекты. . Химия в школе, 2000, № 3, с. 52–56                                                                                               4. Методические указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства. - М.: Химия, 1989г.

Интернет-ресурсы 

1. http://www.medbookaide.ru/books/fold1002/book1004/p22.php 

2. http://www.ysrp.ru/archive/ysrp-2006/ysrp-2006-theses/521-2008-08-27-21-05-12 

3. http://www.znaytovar.ru/new136.html