Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №28/2004

ХИМИЯ В ШКОЛЕ И ДОМА

НИТРАТЫ И НИТРИТЫ:
методика определения
в сельскохозяйственной
продукции

Научно-исследовательская работа по химии и экологии

В последнее время во многих школах создаются научные общества, в которых учащиеся приобщаются к научно-исследовательской работе. Не исключение и наша школа. В прошлом учебном году я со своей ученицей представила на суд компетентному жюри, состоящему из научных сотрудников хинганского государственного заповедника, данную работу на областную научно-практическую конференцию. Из 24 конкурсных работ 6 (в том числе и наша) были признаны победителями.
Предлагаемый материал можно использовать как лекцию, сопровождаемую демонстрационным экспериментом (или лабораторными опытами, по усмотрению учителя) при изучении темы «Нитраты» в 9-м классе.

Цель работы. Изучить литературу о нитратах и нитритах, овладеть методикой их определения, определить содержание нитратов и нитритов в сельскохозяйственной продукции, купленной в магазине и выращенной на собственном огородном участке.
Перспективные цели. Определить наличие нитратов и нитритов в зелени, овощах и фруктах, выращенных на полях района. Проверить соответствие нормам количества вносимых азотных удобрений.

План урока

Проблема нитратов и нитритов.
Нитрозамины.
Качество овощей и условия их выращивания.
Определение нитратов в растениях.
Определение нитритов в растениях.

 


 

Проблема нитратов и нитритов

Нитраты могут содержаться в домашних блюдах
Нитраты могут содержаться
в домашних блюдах

Проблема нитратов активно обсуждается общественностью нашей страны. Попробуем разобраться в этом вопросе и мы.
Нитраты – соли азотной кислоты, например NaNO3, KNO3, NH4 NO3,
Mg(NO3)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. Фактически безопасно с пищевыми продуктами потреблять 320 мг нитратов в сутки.
Для овощей и фруктов установлены следующие значения предельно допустимых концентраций нитратов (табл. 1).

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации нитратов
в продуктах растениеводства

Продукт Содержание,
мг/кг
Kартофель 250
Kапуста белокочанная ранняя 900
Kапуста бело-кочанная поздняя 500
Морковь ранняя 400
Морковь поздняя 250
Томаты 150/300
Огурцы 150/400
Свекла столовая 1400
Лук репчатый 80
Листовые овощи
(салат, петрушка, укроп)
2000
Перец сладкий 200
Kабачки 400
Дыни 90
Арбузы 60
Виноград 60
Яблоки, груши 60

Каковы же основные источники пищевых нитратов? Практически это исключительно растительные продукты. В животных продуктах (мясо, молоко) содержание нитратов весьма незначительно. Максимальное накопление нитратов происходит в период наибольшей активности растений при созревании плодов. Чаще всего максимальное содержание нитратов в растениях бывает перед началом уборки урожая. Поэтому недозрелые овощи (кабачки, баклажаны) и картофель, а также овощи раннего созревания могут содержать нитратов больше, чем достигшие нормальной уборочной зрелости. Кроме того, содержание нитратов в овощах может резко увеличиться при неправильном применении азотистых удобрений (не только минеральных, но и органических). Например, при внесении их незадолго до уборки.

Овощи – источники нитратов
Овощи – источники нитратов

Мы говорили об общей закономерности накопления нитратов. Однако у различных растений есть и свои индивидуальные особенности. Известны «накопители» нитратов. К ним относятся зеленые овощи: салат, ревень, петрушка, шпинат, щавель, которые могут накапливать до 200–300 мг нитратов в 100 г зелени. Свекла может накапливать до 140 мг нитратов (это предельно допустимая концентрация), а некоторые сорта и больше. А вот в других овощах нитратов значительно меньше. Фрукты, ягоды и бахчевые содержат нитратов очень мало (меньше 10 мг в 100 г плода).
В растениях нитраты распределены неравномерно. В капусте, например, нитраты больше всего накапливаются в кочерыжке, в огурцах и редисе – в поверхностных слоях, в моркови – наоборот. В среднем при мойке и зачистке овощей и картофеля теряется 10–15% нитратов. Еще больше – при тепловой кулинарной обработке, особенно при варке, когда теряется от 40% (свекла) до 70% (капуста, морковь) или 80% (картофель) нитратов. Поскольку нитраты химически довольно активные соединения, то при хранении овощей их содержание уменьшается за несколько месяцев на 30–50%.
Теперь, когда все известно о пищевых нитратах, попробуем представить их реальную опасность для здоровья. Рассмотрим основные источники нитратов. Начнем с зеленых овощей (салат, петрушка, укроп и т.д.). Их потребление практически редко превышает 100 г в день, а чаще всего около 50 г, т.е. с одной порцией можно получить менее трети от безопасной суточной дозы. (Выше отмечалось, что с учетом биоэквивалента безопасная доля нитратов в пищевых продуктах составляет около 320 мг.) Теперь перейдем к свекле. Ее, как известно, потребляют только в отваренном виде. Поскольку при варке (40%) и зачистке (10%) теряется половина нитратов, а общественное питание рекомендует порцию отваренной свеклы в 125 г, то со свеклой мы можем получить 100 мг нитратов (меньше трети суточной дозы). Картофель и капуста в отваренном виде потребляются порциями по 300 г. С учетом потерь при зачистке и кулинарной обработке с одной порцией этих продуктов можем потребить около 60 мг нитратов.
Аналогичные расчеты были сделаны и по остальным овощам и другим кулинарным обработкам. Оказывается, при обычном рациональном потреблении овощей в свежем виде или кулинарнообработанном виде мы с пищевыми продуктами практически никогда не сможем превысить безопасную суточную дозу нитратов. Тем более что в соответствии с рекомендациями по рациональному питанию не следует постоянно питаться одними и теми же продуктами, например картофелем или капустой.
Действительно, если обратиться к рекомендуемому рациональному среднему суточному набору продуктов, то картофеля следует потреблять 265 г (в расчете на покупной продукт), овощей и бахчевых – 450 г (включая 100 г капусты). Такой рацион может дать нам максимум 200 мг нитратов. Практически же, как показали расчеты, среднесуточное потребление нитратов с основными корнеплодами, овощами, бахчевыми и фруктами с учетом данных фактического питания и фактического содержания нитратов в пище не превышает 100 мг. При этом примерно треть нитратов попадает со свеклой, чуть меньше – с капустой и картофелем. На остальные овощи и фрукты – менее 10%. Если же нарушить принципы рационального питания, например, питаться одними овощами, да еще сырыми (как это рекомендуют некоторые поклонники вегетарианства и сыроедения, съедать до 1,5 кг сырых овощей в день), то тут действительно можно превысить безопасную дозу нитратов почти в два раза (более 650 мг в сутки), на что мы обращаем внимание.
Для дополнительной безопасности нелишне вспомнить второй принцип рационального питания, предусматривающий необходимость разнообразия пищи. Поэтому не рекомендуем постоянно потреблять, да еще три раза в день, на закуску один и тот же овощ. Ограничивать же использование овощей и фруктов в питании из-за опасности нитратного отравления не следует, это лишит нас необходимых витаминов. За содержанием нитратов сейчас устанавливается строгий контроль в местах производства овощей и на торговых базах.

Нитрозамины

Выше уже упоминалось о том, что нитраты при некоторых условиях могут восстанавливаться в нитриты. В кислой среде нитриты дают азотистую кислоту, а она, взаимодействуя со вторичными и третичными аминами, образует канцерогенные нитрозамины:

В зависимости от природы радикала могут образоваться весьма разнообразные нитрозамины, из них канцерогенным действием обладают более 100 соединений. Наиболее часто в пищевых продуктах обнаруживаются нитрозодиметиламин и нитрозодиэтиламин. Больше всего нитрозаминов встречается в копченых мясных изделиях, колбасах, приготовленных с добавлением нитритов, – до 80 мкг/кг, в соленой и копченой рыбе – до 110 мкг/кг. (В свежем мясе и рыбе нитрозамины не обнаруживаются или находятся в следовых количествах – менее 1 мкг/кг.) Из молочных продуктов нитрозамины обнаружены главным образом в сырах, прошедших фазу ферментации (до 10 мкг/кг). Из растительных продуктов нитрозамины обнаруживаются в основном в солено-маринованных изделиях, а из напитков – в пиве, где суммарное содержание их может достигать 12 мкг/л.




Нитрозамины встречаются
в копченой рыбе и в пиве
Нитрозамины встречаются в копченой рыбе и в пиве
Нитрозамины встречаются в копченой рыбе и в пиве

 

Качество овощей и условия их выращивания

Качество овощей зависит от многих причин, в том числе от вносимых удобрений и применяемых средств защиты растений.
Нитраты используются в качестве удобрений и известны как селитры: натриевая (чилийская), калиевая (настоящая), аммиачная (аммонийная) и кальциевая (норвежская). Нитраты – важнейший компонент питания растений, поскольку входящий в них азот – главный строительный материал клетки.
Способность накапливать нитраты у различных культур неодинакова. Наибольшее накопление отмечается у зеленых культур: укропа, петрушки, зеленого лука (от 400 до 2500 мг/кг). Значительно меньшей способностью к накоплению нитратов обладают томаты (10–190 мг/кг), перец сладкий (40–330 мг/кг), баклажаны (80–270 мг/кг).
Для получения овощей с низким содержанием нитратов необходимо правильно использовать чередование культур в севообороте, поливы и оптимальную густоту посева или посадки, рационально применять удобрения. Известно, что томаты, перцы и баклажаны отличаются малым накоплением нитратного азота в плодах, однако в этом имеются значительные сортовые различия и особенное влияние оказывают условия, в первую очередь освещенность. Поэтому загущение посевов культур увеличивает опасность накопления нитратов. По этой же причине увеличивается содержание нитратов в тепличных овощах.
Важную роль играет форма применяемых азотных удобрений и сроки их внесения. Максимальное количество нитратов в овощной продукции накапливается при применении аммиачной и натриевой селитры, а минимальное – при внесении мочевины, сульфата аммония и мочевинно-формальдегидного удобрения. Под овощи дозы вносимого азота не должны превышать 20 г/м2. Известкование кислых почв способствует снижению содержания нитратов в почве в течение четырех последующих лет. Минеральные удобрения лучше вносить вместе с органическими в оптимальных соотношениях, не забывая и о микроэлементах.
Азотные подкормки прекращают за 1,5 месяца до уборки (после 10–15 июля их лучше не вносить).
На накопление нитратов в овощной продукции оказывает влияние влажность почвы. Более умеренное азотное питание растений отмечается при режиме орошения на уровне 80–90% наибольшей влажности.
Пестициды нужно применять с осторожностью, т.к. вместе с нитратами они могут создать дополнительный неблагоприятный фон. Следует подбирать сорта растений, в наименьшей степени накапливающие нитраты, регулярно уничтожать сорняки, рыхлить почву, широко использовать биологические средства защиты растений.
Соблюдение перечисленных условий позволит увеличить урожай овощей и улучшить их качество.

Определение нитратов в растениях

На предметное стекло положить несколько срезов той или иной части растения. Затем на каждый срез нанести по одной капли 1%-го раствора дифениламина и следить за появлением синей окраски. Интенсивность этой окраски сравнить с табл. 2 и с цветной шкалой, показывающей степень нуждаемости растений в азотных удобрениях. Содержание нитратов снижается с возрастом растений, а к цветению они почти исчезают.

Таблица 2

Шкала потребности растений
в азотных удобрениях

Визуальные признаки
окраски среза
Содержание
нитратов
Бледно-голубоватая,
очень быстро наступает обугливание
Низкое
Синяя, постепенно исчезающая Среднее
Темно-синяя или темно-фиолетовая,
быстро наступающая, устойчивая
Высокое

Бледно-голубая окраска среза от дифениламина свидетельствует об острой нуждаемости растения в нитрат-ионах. Синяя окраска говорит о недостатке азота в растении, а темно-фиолетовая – о том, что растение обеспечено азотом.

Определение нитритов в растениях

Оборудование и реактивы. Лезвие, пипетка, дифениламин (кристаллический), серная кислота (конц.), раствор стрептоцида (таблетку 0,5 г растворить в 50 мл аптечной соляной кислоты), раствор антипирина (одну таблетку растворить в 50 мл аптечной соляной кислоты).
В результате участия ферментов и углеводов в растениях происходит восстановление нитратов до аммиака через нитриты:

Образующийся аммиак взаимодействует с органическими кислотами, в результате получаются аминокислоты:

NH3 + органическая кислота аминокислота.

Однако избыточное количество нитратов не восстанавливается и, попадая в организм человека, оказывает неблагоприятное воздействие на него. При попадании в желудочно-кишечный тракт человека нитраты превращаются в нитриты, которые вызывают отравление организма: появляется головокружение, снижается работоспособность, увеличивается содержание в крови молочной кислоты, холестерина, белков, блокируется гемоглобин, т.к. нитриты могут вступать во взаимодействие с ним, образуя метгемоглобин. В результате нарушается тканевое дыхание. При больших дозах развивается «синюха» и наступает смерть.

Ход определения

В воде на свету зелень быстро теряет нитраты
В воде на свету зелень
быстро теряет нитраты

Для проведения качественной пробы на присутствие нитритов в растениях на поверхность свежего среза наносят несколько кристалликов дифениламина и смачивают их двумя каплями концентрированной серной кислоты. Интенсивное синее окрашивание среза указывает на наличие большого количества нитритов, розовое – на небольшое их содержание и отсутствие окрашивания – на отсутствие нитритов или на очень незначительное их содержание.
Для определения нитритов и нитратов можно воспользоваться доступными аптечными препаратами: антипирином (пирамидон) и стрептоцидом, которые выполняют функцию восстановителя, при этом появляется характерное окрашивание.
Для исследования были взяты овощи, выращенные на собственном земельном участке и купленные в магазине. Обнаружено, что томаты, бананы, груши и огурцы не содержат нитратов и нитритов. Персики, капуста, редис, перец, яблоки содержали небольшое количество нитритов. А баклажаны, морковь и апельсины содержали очень большое количество нитритов. Значит, употреблять их в пищу нежелательно. Что же делать, если в продукции присутствует избыток нитритов?
Зелень – петрушку, укроп, салат и другое – 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 практические не обнаруживаются. После этого зелень можно без опасений употреблять в пищу. 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. Варка овощей снижает содержание нитратов на 50 и даже 80%. Квашение, соление, маринование также уменьшают содержание нитратов в овощах. А вот сушка, приготовление соков и пюре, наоборот, повышают концентрацию нитратов.
Владение информацией о накапливании нитратов в растениях и о превращении нитратов в нитриты и N-нитрозамины поможет вам правильно питаться и сохранить свое здоровье.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

Бандман А.Л., Волкова Н.В. и др. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов V–VIII групп. Справочное издание. Под ред. В.А.Филова и др. Л.: Химия, 1989, 592 с.; Дорофеева Т.И. Эти двуликие нитраты. Химия в школе, 2002, № 5, с. 45;
Мельниченко Г.Ф., Кирсанова В.Ф., Биткова Н.П. Выращивание экологически чистой овощной продукции: томаты, перец, баклажаны. Благовещенск, 1993, 62 с.;
Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высшая школа, 1991, 288 с.;
Щитова Э.П. Опыты по химии с экологической направленностью. Благовещенск, 1993, 27 с.

Т.ДУРНОВЦЕВА,
И.П.ФИЛИНОВА,
учитель химии и экологии
школы № 172
(пос. Архара, Амурская обл.)