ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИТРАТ ИОНОВ В ОВОЩАХ

Авторы: Романова А. Степанян Е.,
Центр довузовской подготовки при ТПУ

Научный руководитель Юрмазова Т.А.

г. Томск

Введение

Интенсификация сельскохозяйственного производства – естественный процесс, присущий эпохе научно-технического прогресса. По сути, это качественно новый уровень антропогенного воздействия на окружающую среду, при котором достижения науки и техники направлены на увеличение уровня производства пищевых продуктов. По данным Института питания Академии медицинских наук нашей страны, годовая потребность в овощах в различных районах нашей страны составляет от 128 до 146 кг в год на душу населения. Поэтому особняком в пищевой промышленности стоят продукты растительного происхождения. В основе решения проблемы, связанной с производством достаточного количества продуктов лежат современные агротехнические приемы, а также применение регуляторов роста, химических средств борьбы с болезнями и вредителями растений и внесение минеральных удобрения. Это принесло свои плоды в плане повышения урожаев, но в свою очередь породило другую проблему – необходимость обеспечения химической безопасности и высокого качества продуктов питания.

Большой интерес в последнее время гигиенисты проявляют к вопросу об остаточном содержании нитратов в продуктах питания и тем нарушениям в состоянии здоровья человека, которые могут быть вызваны нитратным загрязнением.

По этой причине мы и поставили перед собой цель исследовать овощи на содержание нитратов в них. При этом первой частью работы было определение содержания нитратов в овощах и изучение распределения нитратов в овощах в зависимости от зоны. Неравномерность распределения была выявлена в процессе исследования и требовала подтверждения и экспериментального описания. Второй частью было изучение влияния содержания азота в почве на нитраты в овощах, на примере капусты.

Литературный обзор

Частота обнаружения нитратов в растительных продуктах довольно высока. Нитраты являются элементом минерального питания растения, поставляя им азот, необходимый для синтеза белка. Этим они отличаются от пестицидов и других химических загрязнителей, чуждых современному эволюционно сложившемуся характеру метаболических процессов организма человека. В ходе эволюционного развития у человека сформировались метаболические адаптационные механизмы, предохраняющие его от токсического воздействия умеренных доз нитратов. По этой причине безоговорочное приравнивание нитратов к упомянутым выше группам химических загрязнителей неправомерно.

Следует отметить, что растения успешно используют малотоксичный для них нитратный азот даже при значительном содержании нитратов в почве. Но вопреки этому повышенное содержание нитратов может вызвать резкое ухудшение качества, сохраняемость и питательные ценности овощей. Кроме того, высокие дозы азота вызывают интенсивное развитие вегетативных органов (поддерживающих индивидуальную жизнь растения: корень, стебель, лист) в ущерб продуктивным (выполняющие функцию размножения), а также снижают устойчивость растений к вредителям и болезням. При чрезмерном увлечении азотными подкормками в кочанах, плодах и корнеплодах накапливается небелковый азот, снижается количество сахаров, резко повышается содержание нитратов.

Скорость всасывания чужеродных веществ в пищеварительном тракте зависит от биологических особенностей органов пищеварения, физико-химических свойств всасываемых веществ, а также от взаимодействия чужеродных веществ с компонентами пищи.

Наиболее благоприятные условия для полного всасывания в кишечнике нитратов создаются при их поступлении в виде водного раствора (ионная форма). Интоксикация при действии нитрата, являющегося составной частью растительного продукта, меньше. При этом разница приблизительно в 1,5 раза.

Результатом повышенного содержание нитратов является метгемоглобинемия и как следствие кислородное голодание. Механизм действия нитратов следующий: нитраты поступают в желудочно-кишечный тракт, там взаимодействуя с микрофлорой переходят в нитриты, которые в свою очередь всасываются в кровь и окисляют ионы двухвалентного железа, входящего в гем до трехвалентного, образуя метгемоглобин, который не способен осуществлять обратимое связывание кислорода. Однако организм взрослого человека приспособился к токсическому действию нитратов посредством Н-метгемоглобинредуктазы, которая расщепляет метгемоглобин, но с помощью этого фермента можно избежать токсического воздействия лишь небольших доз нитратов, и потому избыток все же несет нежелательные последствия. Кроме того у детей ферментная система развита недостаточно и поэтому для них особенно опасны нитраты, так как метгемоглобин разлагается очень медленно и следовательно кислородное голодание наступает у детей раньше чем у взрослых.

Экспериментальные методы исследования

В соответствии с нашими задачами нами были выбраны методики наиболее простые в исполнении, имеющие достаточную для подобного рода исследований точность и наиболее экспрессные.

Для анализа почвы была использована методика колориметрического определение нитратов в почве с предварительным приготовлением водной вытяжки.

Для анализа овощей на нитрат был использован ионометрический метод анализа включающий в себя первоначальное экстрагирование нитрат ионов из овощей.

Определение нитрат иона в почве

Приготовление водной вытяжки

Водные вытяжки могут быть приготовлены при любом соотношении воды и почвы (или грунта). Однако принято готовить водные вытяжки при соотношении 1:5, т.е. на 1 часть навески брать 5 частей воды. Берут 30 г почвы и 150 мл дистиллированной воды. Затем производили перемешивание на магнитной мешалке в течение 10 минут и фильтровали через плотный бумажный фильтр (синяя лента).

Колориметрическое определение нитрат иона с салицилатом натрия.

Определение основано на реакции нитратов с салицилатом натрия в среде серной кислоты, сопровождающейся образованием окрашенной в желтый цвет соли нитросалициловой кислоты без разбавления можно определить 0,1 до 20 мг/л NОз-.

Ход определения: к V1 = 10 мл пробы прибавляют 1 мл раствора салицилата натрия и выпаривают в фарфоровой чашке на водяной бане досуха. После охлаждения сухой остаток увлажняют 1 мл серной кислоты и оставляют на 10 минут. Содержимое чашки разбавляют дистиллированной водой, переносят количественно в мерную колбу V = 50 мл, прибавляют 7 мл 10 н раствора NаОН, доводят дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают. После охлаждения до комнатной температуры вновь доводят объем до метки и окрашенный раствор колориметрируют при lmax = 400 нм. По значению оптической плотности из калибровочного графика (построение калибровочного графика проводится с использование стандартных растворов) находим концентрацию NO3- в мг/л.

Определение нитрат-иона в овощах

Экстракция нитратов из овощей

При анализе всех культур, кроме, капусты, отбирают пипеткой 10 мл сока в стакан вместимостью 100 мл, приливают 50 мл раствора алюмокалиевых квасцов (1% экстрагирующий раствор), перемешивают и получают готовую для ионометрического исследования пробу.

При анализе капусты отбирают10 мл сока в стакан вместимостью 100 мл прибавляют 50 мл экстрагирующего раствора приготовленного для капусты (растворяют 10 г алюмокалиевых квасцов в дистиллированной воде, затем добавляют 1 г марганцовокислого калия, добавляют 0,5 мл концентрированной серной кислоты и доводят водой до 1 литра) перемешивают в течение 3 минут. Затем при перемешивании добавляют по каплям (3-5капепь) 33%раствор перекиси водорода до обесцвечивания раствора, после чего получают готовую к проведению анализов пробу.

Измерение концентрации нитрат-иона с помощью ионселективных электродов.

Перед измерениями прибор (Ионометр ЭВ-74) калибруется по стандартным приготовленным растворам KNO3.

После подготовки прибора к измерениям (калибровки) в стаканчик с готовой пробой опускаются электрод сравнения (хлорсеребряный) и электрод измерения (нитратный) и затем снимают показания прибора.

Для перевода концентрации нитрат иона в массовую долю нитратов в мг/кг используют специальные таблицы [5], взятые из методического руководства. Полученные значения концентраций нитрат иона сравнивают с ПДК нитратов в продуктах растениеводства, приведенных в этом же руководстве и делают заключение о качестве овощей.

Экспериментальные результаты и их обсуждение

Проанализируем результаты согласно поставленной цели, т.е. сначала поговорим о содержании нитратов в овощах и о распределение нитратов по зонам, а потом о влиянии нитратов содержащихся в почве на количество нитратов присутствующих в растениях.

Для проведения исследований о содержании нитратов и зонном распределении нами были взяты кабачок, свекла, огурец и капуста. Пробы для двух различных анализов были взяты в соответствии с рекомендациями.

Все овощи разрезается по горизонтальной (кабачки и огурцы) или вертикальной (свекла и капуста) оси. Затем две диагональные четверти трутся на пластмассовой терке и из них отжимается сок для анализа на содержание нитрата в овоще. А две другие делятся на зоны и из каждой зоны готовится сок, а затем анализируется.

Анализы на нитраты были проведены в соответствии с приведенными методиками. Таким образом были получены результаты, которые для наглядности представлены в виде таблицы №1 «Содержание нитратов в овощах» и №2 «Распределение нитратов по зонам в овощах» также см. Приложение I (зоны считать: огурец и кабачок от плодоножки; свекла от корня; капуста: кочерыжка – 1, центр – 2 и наружные зеленые листья – 3)

Таблица №1. Содержание нитратов в овощах.

Название овоща	Концентрация нитрат иона, мг/кг	ПДК, мг/кг
Огурцы	50	150
Кабачок	304	400
Свекла	510	1400
Капуста	452	500

Таблица №2. Распределение нитратов по зонам, мг/кг.

Зоны	Огурец	Кабачок	Свекла	Капуста
1	78	370	935	461
2	65	249	545	277
3	56	216	457	449
4	51	205	410
5	49	198	492
6	47	200	431
7	40
ПДК	150	400	1400	500

По результатам исследований распределение нитратов сходны у огурца и кабачка, т.е. их концентрация повышается в направление от верхней части плода, где был цветок, к плодоножке, где достигает максимального значения. У свеклы так же концентрация нитратов повышается от верхней части корнеплода к корню. У капусты же концентрация пульсирует максимум в кочерыжке, чуть меньше в зеленых верхних листьях и почти в полтора раза меньше в центре.

Таким образом чтобы при употреблении пищи избавиться от лишних нитратов следует срезать те части овощей в которых их концентрация максимальна. То есть в капусте это кочерыжка и зеленые верхние листья, в корнеплодах это низ (корень), а в огурцах и кабачках это место крепления плодоножки. Кроме этого желательно учесть время сбора, температурный режим (в теплые дни нитратов в растениях больше, чем в холодные), а также размер и сорта овощеводческих культур.

Теперь поговорим о взаимосвязи питания (азотного) растений с тем сколько нитратов оно будет содержать после снятия его с корня.

Эксперимент проводился в течение 2,5 месяцев следующим образом: до посадки была отобрана проба почвы на азот, затем были посажены четыре кустика капусты, каждый из которых поливали следующим образом: №1 – водой, №2 – мочевиной, №3 – селитрой, №4 – вытяжкой из навоза (фотографии, сделанные в процессе эксперимента, в Приложении II) после снятия кочанов была проанализирована земля из под каждого растения. В процессе роста с капусты снимались верхние листы и анализировались на содержание нитратов первый раз через 4 недели после посадки, второй и третий через 6 и 8 со дня посадки и последний раз через 11 недель. Конечно по результатам эксперимента нельзя судить о содержании нитратов в капусте (в верхних зеленых листьях концентрация повышена), но о динамике изменений и о различиях связанных с разным поливом говорить можно.

Таблица №3. Содержание нитратов в почве.

Проба	N, мг/кг
Почва до посадки	19,40
Почва, поливаемая водой	18,06
Почва, поливаемая мочевиной	73,39
Почва, поливаемая силитрой	203,23
Почва, поливаемая вытяжкой из навоза	32,74
Средние содержание от малого до хорошего	£ 40 до 60

В таблице приведены значения содержания нитратного азота в почве (измерена концентрация нитратов и затем переведена в массовое содержание элемента азота в почве).

Казалось бы почему мы добавляем не непосредственно нитраты в почву а увеличивается именно их содержание. А все дело в том, что в почве происходит процесс нитрификации, который состоит из цепи реакций, когда при участии микроорганизмов происходит окисление иона аммония до нитрита (аммонификация) или нитрита до нитрата (нитрификация).

Таблица №4. Содержание нитратов в капустных листьях.

Проба	Содержание NO3^-, мг/кг
	30.06	29.07	12.08	26.08	16.09
1. Вода	750	1800	1405	1126	614
2. Мочевина	1059	7499	5306	5300	3301
3. Селитра	1188	8410	5306	5301	4620
4. Вытяжка из навоза	944	6680	3757	3348	2230
ПДК	900	900	900	900	500

Рассмотрев таблицы №3-4 можно сделать вывод о корреляции количества азота вносимого нами в почву с количеством нитратов содержащихся в овощах выращенных на этой почве. Таким образом можно сделать вывод: внесение удобрений следует проводить только после анализа почвы, только тогда будет получен положительный эффект как для растений, так и для здоровья человека. А нерациональное применение удобрений, так же как несоблюдение других агротехнических требований, обуславливает увеличение остаточного содержания нитратов в растениях.

Выводы

1. Были освоены физико-химические методы анализа овощей и почвы на нитрат ион.

2. Было рассмотрено влияние нитратов на организм человека.

3. В результате проведения эксперимента было определено количество нитратов в различных растениях и показано распределение нитратов по зонам.

4. Было исследовано влияние полива разными азотными удобрениями на содержание нитратов в овощах на примере капусты.

Литература

1. Дискаленко А.П., Опополь Н.И., Добрянская Е.В., Трофименко Ю.Н. Охрана природы в условиях интенсивной химизации сельскохозяйственного производства. – Кишинев, 1983.

2. Зарубин Г.П., Дмитриев М.Т., Приходько Е.И., Мищихин В.А. Гигиена и санитария – 1984. - №7.

3. Кауричев И.С. Почвоведение. – М.: Агропромиздат, 1989.

4. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. –М.: Химия 1973.

5. Методические указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства, Москва 1989г.