XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование содержания нитрат – ионов в овощах и фруктах, выращенных на открытом грунте и приобретенных в торговых комплексах

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ламберова С.Д. 1Наздрачева К.А. 1

---

1МАОУ-СОШ 24

Лейман О.Н. 1Касаткина И.Г. 2

---

1МАОУ - СОШ №24

2МАОУ - СОШ №60

Работа в формате PDF

99.7 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Важнейшая проблема современного сельского хозяйства – разработка агротехнологий, не загрязняющих окружающую среду и позволяющих получать продукцию, свободную от токсических веществ. Нитратная проблема рождена XX веком. Несомненно, это связано с возрастающей химизацией всех отраслей сельского хозяйства, в том числе с широким использованием минеральных удобрений [1]. Повышенное содержание нитратов ухудшает качество продукции: уменьшается содержание витамина С и незаменимых аминокислот, изменяется состав макро- и микроэлементов, снижаются органолептические свойства, в результате чего продукты оказывают отрицательное действие на организм человека, которое также усиливается тем, что в желудочно-кишечном тракте нитраты могут восстанавливаться до нитритов, токсическое действие которых намного сильнее [2].

Проблемы, связанные с накоплением нитратов в растительной продукции, определили необходимость систематического контроля за их содержанием в овощах и фруктах.

1.Литературный обзор

1.1. Факторы, влияющие на содержание нитратов.

Накопление нитрат – ионов в биомассе растений может определяться как внешними факторами (условиями выращивания), так и внутренними. К основным внешним факторам относятся климатические параметры в зоне выращивания растений: температура, влажность, освещенность, минеральное питание, частота полива, степень плотности посева и т.д. Так, неравномерный температурный режим, особенно повышение температуры, в сочетании с дефицитом влаги способствуют активному накоплению азотистых веществ [3]. Избыточное количество влаги, приводящее к водному стрессу растений, это повышает образование нитратов. Повышенному накоплению нитратов способствует слабая освещенность, связанная не только с приходом ФАР, но и с густотой стояния растений. Самое непосредственное влияние на интенсивность нитратообразования в растениях оказывают условия корневого питания. К ним в первую очередь относятся количество и способ внесения удобрений, физико-химические и механические свойства корневого субстрата. Хорошо известно, что несбалансированное основными элементами минеральное питание (особенно при избыточном количестве азота) приводит к излишнему накоплению нитратов. Также нарушают нормальный ход азотного обмена недостаток микроэлементов, особенно низкая обеспеченность молибденом. Внутренние факторы, влияющие на интенсивность аккумуляции нитратов в растениях, характеризуются индивидуальными особенностями растений — их видом, возрастом, сортовой принадлежностью, реакцией на внешние условия, и во многом определяются ферментативными процессами, условиями их протекания и трансформацией нитратов внутри каждого растения. Установлено, что культуры с хорошо развитой системой проводящих тканей больше других накапливают нитрат-ионы: относительно высокая способность к их накоплению принадлежит зеленным культурам (шпинат, салат, пекинская капуста, листья сельдерея и петрушки). Много нитратов накапливают корнеплоды свеклы и редиса. Среднее положение по накоплению нитратного азота занимают белокочанная и цветная капуста, морковь, огурец, корнеплоды репы, брюквы, петрушки, сельдерея, пастернака. Относительно немного нитратов накапливают лук-репка, перец, томат, брюссельская капуста, картофель, горох, фасоль, спаржа.

1.2. Селективность накопления нитратов.

Свекла считается королевой среди овощей, но ей же присвоен титул "чемпиона" по накоплению нитратов. Отдельные клубни могут содержать до 4000 мг/кг нитратов. И выбрасывать её или, по крайней мере, безжалостно срезать по этой причине приходится особенно часто. Следует иметь в виду, что нитраты в свекле распределяются крайне неравномерно. Если их содержание в центральном поперечном срезе принять за единицу, то в нижней части будет уже 4 единицы, а в верхней части - 8 единиц. Поэтому при малейшем

подозрении лучше срезать верхушку примерно на 1/4 и хвостик на 1/8. Таким образом, она освобождается от 3/4 нитратов.

В салате, шпинате, петрушке, укропе и другой зелени нитратов иногда бывает больше, чем в свекле. Причём, в растениях с неудобряемых грядок содержание солей обычно умеренное. А вот на хорошо подкормленной нитратами почве их концентрация может достигать 4000 -5000 мг/кг.

Концентрация солей в разных частях растений неоднородна. Особенно много нитратов содержится в стеблях и черешках листьев. Обрезав стебли, корни и черешки можно есть даже подозрительную зелень. К тому же в свежей зелени много витаминов, тормозящих превращение нитратов в нитриты. Но в нарезанной зелени под действием микроорганизмов и кислорода воздуха нитраты очень быстро переходят в нитриты. Достаточно 10 минут, чтобы концентрация ядовитых веществ резко возросла.

В белокочанной капусте нитраты "облюбовывают" верхние листья. В них и в кочерыжках нитратов вдвое больше, чем в средней части кочана. При хранении капуста не теряет свою нитритность до февраля, в марте же концентрация солей резко падает почти в 3 раза. В квашеной капусте первые три-четыре дня идёт бурное превращение нитратов в нитриты. Поэтому употреблять засоленную капусту лучше не раньше, чем через неделю, когда большая часть нитратов переходит в рассол.

Редис порой содержит до 2500 мг/кг нитратов. В круглой редиске нитратов значительно меньше, чем в вытянутой. Раза в два уменьшить нитратность можно только одним способом - на 1/8 срезая верхушки и хвостики.

Картофель. При хорошем хранении содержание нитратов в картофеле резко падает к началу марта почти в 4 раза. До февраля же концентрация остаётся неизменной. Большая часть солей в клубне сосредоточена ближе к средине, а ценные вещества ближе к кожуре. Поэтому обезвреживать картофель с помощью очистки бесполезно, к тому же витамины и ферменты, содержащиеся под кожурой, ограничивают превращение нитратов в нитриты. Самый оптимальный способ приготовления картофеля - на пару, в "мундире". При таком способе приготовления удаляется до 70% нитратов, в то время как жареный картофель избавляется от 15% нитратов, а вареный от 30-40%.

Содержание нитратов в продукции, получаемой в теплицах в десятки раз выше, чем при выращивании в открытом грунте, и может достигать колоссальных величин - до 10 г на 1 кг продукции. Это происходит потому, что в теплицах вредные вещества не могут беспрепятственно испаряться и уноситься потоками воздуха. После испарения они снова оседают на растения. Известны случаи и острого отравления, и даже смерти, особенно среди детей, в результате употребления продуктов, содержащих 80-1300 мг/л нитрат ионов (пюре из свеклы, шпината и не свежих овощей.

На содержание нитратов в растении существенно влияют его возраст и фаза развития. У молодых растений уровень нитратов в среднем на 50–70 % выше, чем у зрелых. Повышенное содержание нитратов бывает у растений, получающих избыточное количество азота, которое они не в состоянии использовать. При таком высоком уровне нитратного питания, темпы поглощения азота часто превышают скорость его метаболизации, что приводит к нитратному «загрязнению» биомассы растений [4, 5].

Также фактором, влияющим на накопление нитратов, относится густота стояния растений и размер корнеплодов. Больше всего они накапливаются в крупных корнеплодах моркови и свеклы. А загущение растений в полевых условиях ведет к преобладанию в урожае корнеплодов небольшого размера с низким содержанием нитратов. На тяжелых почвах овощные культуры накапливают нитратов больше, чем на легких. Также оказывает влияние режим орошения овощных культур [6].

Согласно данным Международной организации ВОЗ допустимая норма нитратов в сутки составляет 5мг NaNO3 на 1кг массы человека. Для человека массой 60 кг это 220 мг -NO3. Такой показатель установлен исходя из научно обоснованной нормы питания (за сутки -400 граммов овощей, 300 - картофеля).

1.3. Способы минимизации содержания нитрат – ионов в овощах и фруктах.

Снизить содержание нитратов в растительных продуктах можно с помощью выбора не склонных к накоплению нитратов видов и сортов растений и создания условий, препятствующих избыточному накоплению нитрат - ионов. Фосфорные и особенно калийные удобрения снижают отрицательное действие азотных. Чтобы снизить темпы поглощения азота корневой системой растений и оптимизировать азотное питание предлагается использовать удобрения пролонгированного действия с локальным их внесением. Большое значение имеет соотношение в почве азота и отдельных микроэлементов, т. к. такие микроэлементы как железо и молибден ускоряют использование растением азотных соединений при синтезе белка. На снижение нитратов в овощных растениях положительно влияет известкование, эффект от которого сохраняется на протяжении нескольких лет [5]. Большая освещенность и, соответственно, лучшая обеспеченность растений фотосинтетической активной радиацией способствуют ассимиляции азота из почвы, что обуславливает снижение содержания нитратов. При этом важно не загущать посевы и не допускать развития избыточной листовой поверхности, иначе при затенении нитраты не будут полностью превращаться в белковые и другие органические соединения. Этого можно избежать путем соблюдения норм высева, а также мульчированием посевной поверхности светоотражающими материалами для увеличения освещенности. Регулярный полив и высокая влажность способствуют повышению активности фермента нитратредуктазы, что ведет к умеренному и равномерному азотному питанию растений, значительно снижая накопление нитратов. В сельскохозяйственной практике используется прием, позволяющий снизить содержание нитратов в зеленных культурах на 30–40 %, который заключается в снижении температуры воздуха до 5–6° С за 1–1,5 недели до начала уборки. Также важно соблюдать правильные сроки уборки — для многих овощных растений - это фаза ботанической и технической спелости, когда уровень нитратов в них снижается. Недоразвитые и, наоборот, перезревшие овощи содержат избыточное количество нитратов.

Избыток воды влияет на растворимость азотных удобрений, и нитраты, как правило, выносятся за пределы корнеобитаемой зоны, тем самым уменьшается их содержание в растениях.

При варке, бланшировании, консервировании, солении, квашении и очистке уровень нитратов уменьшается. Первые 3 – 4 дня после подобной обработки образование нитритов из нитратов идет ускоренно. В этой связи нельзя употреблять свежезасоленную капусту, огурцы и другие заквашенные овощи раньше, чем через 10 – 15 дней. При длительном, в течение двух часов, вымачивании в воде листьев петрушки, укропа, салата вымывается 15 – 20 % нитратов [7].

1.4. Методы определения нитрат – ионов в овощах и фруктах.

1. Прямые методы основаны на физико-химических свойствах нитратов:

• адсорбции в ультрафиолетовой области спектра;

• восстановлении при определённой величине потенциала;

• активности нитрат - ионов в растворе.

2.Косвенные методы.

Окислительное нитрование:

• окисление органических соединений (например, дифениламина);

• окисление ароматических соединений (например, хромотроповой и салициловых кислот) или их нитрирование;

• нитрирование замещенных соединений фенольного типа.

Восстановление нитратов в:

• нитриты (химическим или микробиологическим путём) и их определение фотометрическим методом;

• аммиак с последующей его отгонкой и определением титриметрическим методом;

- оксид азота (II) и азот, их определение объёмным методом.

При выборе метода определения нитратов необходимо учитывать их содержание в анализируемом материале, наличие веществ, мешающих определению. Важно также обращать внимание на продолжительность анализа, требуемую точность определения.

Определение нитрат - ионовпосле восстановления его в аммиак.

Сущность метода заключается в том, что нитраты в присутствии MgO при помощи сплава Деварда восстанавливаются в аммиак, который отгоняют водным паром в раствор борной кислоты. Поглощённый аммиак потом титруют сильной кислотой. Этот метод является универсальным, так как он пригоден для анализа мутных, окрашенных экстрактов.

Метод с использованием салициловой кислоты.

Этот метод применяется для определения большого количества нитратов. Он основан на нитрировании салициловой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты. После нейтрализации раствора измеряют его оптическую плотность. Недостатком метода является его невысокая чувствительность.

Колометрический метод с применением сернокислого железа.

Метод базируется на реакции сернокислого железа с нитратами в кислой среде с образованием соединения FeNOSO4. окрашенного в пурпурный цвет и устойчивого в течении нескольких часов. В качестве реагента используют раствор сернокислого железа в H2SO4. На точность определения влияет содержание в растворе нитритов и тиосульфатов.

Колориметрический метод на основе пирогаллола.

Данный метод основан на реакции пирогаллола, растворённого в H2SO4 с нитратами и нитритами. В результате образуются соединения, окрашенные в красный цвет. Окраска раствора может меняться от красной до коричнево­красной или даже чёрной, в зависимости от содержания нитратов в растворе. Метод позволяет определять концентрации 7мг/кг. Интенсивность окраски анализируемого раствора сравнивают с окраской стандартных растворов.

2.Актуальность исследования.

Актуальность исследования обусловлена тенденцией современного общества повышать уровень своего здоровья, выбирая экологически чистые продукты питания. На сегодняшний день тема здоровья, как никогда важна для человека, поэтому каждый, кто придерживается принципов здорового питания хотел бы знать истинный (качественный) состав продуктов питания. Для ускорения процесса роста овощей и фруктов фермеры стремятся использовать удобрения в большом количестве, а любители-садоводы могут использовать удобрения, не учитывая нужных норм и периодичность внесения удобрений. В работе сравним содержание нитрат – ионов в овощах и фруктах, выращенных на полях в условиях масштабного растениеводства, и продуктах, выращенных в домашних условиях.

3.Постановка целей и задач исследования

 Цель исследования: провести анализ содержание нитрат – ионов в овощах и фруктах, приобретенных в различных торговых комплексах и выращенных в домашних условиях на открытом грунте.

 Данная цель достигается путем решения следующих задач:

1. Изучить методы определения нитрат-ионов в овощах и фруктах и способы минимизации концентрации нитрат-ионов.

2. Выбрать метод исследования определения нитрат - ионов.

3. Сравнить содержание нитрат – ионов в овощах и фруктах, приобретенных в различных торговых комплексах и выращенных в домашних условиях на открытом грунте.

Объект исследования: содержание нитрат - ионов в культурных растениях.

Предмет исследования: овощи и фрукты, приобретенные в различных торговых комплексах и выращенные в домашних условиях на открытом грунте, в том числе микрозелень.

Гипотеза: предполагаем, что содержание нитрат – ионов может быть больше в овощах и фруктах, приобретенных в торговых комплексах, чем выращенных в домашних условиях.

В научно – исследовательской работе использованы несколько методов исследования, а именно: эмпирические, лабораторные методы.

4. Практическая часть

4.1. Проведение работ по подготовке к выращиванию микрозелени

Для посадки микрозелени свеклы, укропа, подготовили отдельные контейнеры с дренажной системой. Определили место с комфортной для выращивания температурой (18-22⁰С) и необходимым уровнем освещенности: умеренное количество естественного либо специального искусственного света. Был выбран подоконник, на который приходится наибольшее количество солнечного света, и температура воздуха в помещении составляет 21⁰С.

Подбор почвы.

В качестве почвы выбрали классический грунт для рассады на основе торфа с добавлением комплексных удобрений для слежения их дальнейшей впитываемости.

5. Методы исследование почвы.

Для исследования кислотности почвы выбран потенциометрический метод.

5.1. Приготовление водной почвенной вытяжки и определение рН и электропроводности.

Почва высушивается и измельчается. 20 г воздушно – сухой просеянной почвы помещают в стакан, добавляют 50 мл дистиллированной воды и перемешивают магнитной мешалкой в течении 5-10 минут, затем фильтруют[8].

Результаты определения рН и электропроводности вытяжки почвы:

В результате измерений можно сделать вывод, что почва, выбранная для выращивания овощей и микрозелени, нейтральна и на характер роста овощей и зелени не должна влиять.

5. 2. Результаты измерений нитрат – ионов в почве:

5. Результаты и обсуждение.

6.1. Измерение нитрат – ионов в овощах, фруктах и зелени.

Измерения проводились с помощью нитрат-тестера Soeks предназначенного для первичной экспресс-оценки содержания нитрат-ионов в свежих плодах и овощах. Принцип работы нитрат-тестера Soeks основан на
измерении электропроводности среды плодов и овощей. Каждый плод и
овощ содержит в своем составе необходимые для их
жизнедеятельности ионы калия, магния, железа, меди, хлора,
множество органических кислот и других веществ в определенных
концентрациях, необходимых для их нормального развития.
Содержание каждого конкретного вещества (в ионном или
молекулярном виде) определяется биохимией конкретного растения
(имеется базовый уровень содержания ионов), а также составом воды и
почвы, на которой оно растет. Для эффективного роста растений очень
часто используются удобрения, например, в виде солей (нитратные,
фосфатные и другие удобрения). Нитраты или фосфаты, растворяясь в
воде, достигают растения, которое охотно впитывает их в виде солевых
ионов. Распространяясь по растению, солевые ионы (нитраты, фосфаты
и др.) накапливаются в различных частях растения, в том числе и
плодах, что повышает содержание электролитов и соответственно
электропроводность среды плода. Таким образом, измеряя
нитрат - тестером Soeks электропроводность плодов и овощей и,
сравнивая это значение с электропроводностью, обусловленной
базовым уровнем содержания ионов, можно с определенной
вероятностью говорить о наличии в исследуемом продукте
повышенного содержания ионов.

Результат экспресс-анализа выдается нитрат - тестером Soeks
в виде концентрации нитрат-ионов и сравнения ее с предельно
допустимой концентрацией для измеряемого продукта.
Необходимо помнить, что полученный результат является
оценочным и не может заменить собой количественный химический
анализ в специализированной химической лаборатории [9].

Измерения проводились в мякоти подов.

Результаты измерений нитрат – ионов в овощах, фруктах, зелени, приобретенных в торговых центрах представлены в таблице:

Результаты измерений нитрат – ионов в овощах, фруктах, зелени, выращенных на открытом грунте:

Результаты измерений нитрат – ионов в микрозелени:

Заключение.

1. Изучены методы определения нитрат-ионов в овощах и фруктах и способы минимизации концентрации нитрат-ионов.

2. По экспериментальным данным, представленным в виде таблиц, можно сделать вывод о том, что овощи и зелень, выращенные в домашних условиях на открытом грунте, а также микрозелень содержат нитрат – ионы в пределах ПДК. Овощи и фрукты, приобретенные в торговых комплексах по содержанию нитрат – ионов либо в пределах ПДК, либо её превышает, что можно связать с ранним сбором определенного вида культурного растения

Список использованной литературы

1. Сидорова К.А., Череменина Н.А., Белецкая Н.И., Свидерский В.И. Основы безопасности пищевой продукции: учебное пособие, 2020. 281 с. (С.149)

2. Глунцев Н.М., Дмитриева Л.В., Макарова С.О. Как снизить содержание нитратов в продукции // Картофель и овощи, 1990. – № 1 - С.24 – 28.

3. Новиков Н.Н. Физиолого-биохимические основы формирования качества урожая сельскохозяйственных культур. Учеб. пособие. — М.: Изд-во МСХА, 1994. 57 с.

4. Рыбальский Н. Г. и др. Экология и безопасность. (Справочник). Т.1. Безопасность человека. Ч.2./ Под ред. Рыбальского Н. Г. — М.: ЭКИП. Ауто, 1995. — 440 с.

5. Половец, Я. В. Причины накопления и способы уменьшения избыточного количества нитратов в культурных растениях / Я. В. Половец. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. - Инфо: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://moluch.ru/archive/261/60118/(дата обращения: 12.01.2025)

6. Соколов О.А. Нитраты под строгий контроль// Наука и жизнь, 1988. - №3.

7. Рычков А.Л. Нитратная кухня// Химия и жизнь, 1989. - № 7.

8. Марголина И.Л. Руководство по эксплуатации с методическими рекомендациями комплекта для исследования окружающей среды «Экознайка»/И.Л. Марголина. – Москва: ООО «Издательство «Варсон», 2020. – 40 с.

9. Руководство по эксплуатации с методическими рекомендациями по определению нитрат – ионов. - Инфо: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://hardbroker.ru/pages/instrukciya_nitrat_tester_soeks/ (дата обращения: 16.11.2024)