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.
  
  
  

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.

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.