VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Содержание нитратов в овощах

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Ряков Н.В. 1

---

1Муниципальное автономное образовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа №2 с углубленным изучением физики, математики, русского языка и литературы"

Хоробрых Л.В. 1

---

1Муниципальное автономное образовательное учреждение "Средняя общеобразовательная школа №2 с углубленным изучением физики, математики, русского языка и литературы"

Работа в формате PDF

8.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Проблема нитрат загрязнения возникла сравнительно недавно, в связи с развитием знаний о причинах онкологических заболеваний. Загрязнение почв и поверхностных вод соединениями азота обусловлено, прежде всего, бесконтрольным использованием азотных удобрений (в основном нитратов) в сельском хозяйстве. Нитрат-ион подвижен в естественных условиях, так как нитраты не связываются частицами почвы и хорошо растворимы в воде⁷. Нитраты сами по себе мало токсичны, но в организме человека, в результате биохимических реакций, они превращаются в нитриты. Нитриты, или соли азотистой кислоты (HNO₂), токсичнее нитратов в 450 раз⁷. А так же, в присутствии аминов из нитритов могут образоваться N-нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью (способствуют образованию раковых опухолей). Антропогенные источники нитратов подразделяются на коммунально-бытовые, аграрные (минеральные и органические удобрения, животноводческое производство) и индустриальные (отходы промышленного производства и сточные воды). Главный антропогенный источник азота - азотные удобрения.

На содержание нитратов в почве и растениях, выращенных на ней, влияют не только количество и характер вносимых удобрений, но и погодные условия, густота посевов, характер почв и многое другое. Безусловно, исследования содержания нитратов в продуктах питания проводится в промышленных условиях достаточно широко, но мне стало интересно, актуальна ли проблема избыточного содержания нитратов для сельскохозяйственной продукции, выращенной на нашем садовом участке. А также как можно обработать фрукты, овощи и зелень уменьшив содержание нитратов в них.

Гипотеза моего исследования — овощи, выращенные, на садовом участке содержат безопасное для человека количество нитратов.

Цель моей работы: определение содержания нитратов в овощах, выращенных на садовом участке.

Задачи работы:

- познакомиться с информацией о нитратах и нитритах, их влиянии на организм человека, методиками количественного определения нитратов в овощах;

- провести исследование количества нитратов в сельскохозяйственной продукции;

- оценить эффективность методов уменьшения содержания нитратов в овощах.

Объект исследования: овощи, выращенные на садовом участке (картофель, морковь, кабачок, редька, свекла, чеснок, лук, тыква).

Предмет исследования: содержание нитратов в овощах

Период проведения исследования: декабрь 2018 – февраль 2019 г.

Исследование состояло из следующих этапов:

- декабрь 2018 г. - изучение литературы по проблеме содержания нитратов в продуктах питания и методических рекомендаций по определению содержания нитратов в овощах;

- январь – 2019 г. - проведение исследования содержания нитратов в овощах;

- февраль 2019 г. - анализ полученных результатов и публичное представление результатов исследования.

При проведении исследования и подготовки работы были, использовали следующие методы:

- анализ теоретических источников,

- экспериментальное определение нитратов в продуктах питания с использованием тест – система и визуального калориметрического анализа,

- метод сравнительного анализа результатов исследования,

- оценка экологического состояния объектов.

Основная часть

1. Нитраты в продуктах питания

В процессе переработки и хранения продукции количество нитратов, как правило, несколько снижается, однако при нарушении режимов хранения их содержание может расти, и довольно заметно. Образованию нитритов и нитратов в процессе хранения продукции могут, способствуют различные виды микроорганизмов.

Чем выше содержание нитратов в убранном урожае, тем больше их образуется в ходе хранения. Риск образования нитритов в продукции возрастает при повышении температуры хранения с 10 до 35.°С, сильной загрязненности листовых овощей и корнеплодов, недостаточной аэрации складированной продукции, наличии механических повреждений продукции, оттаивании свежезамороженных овощей в течение длительного времени при комнатной температуре.

Хранение свежих овощей при низкой температуре предотвращает образование нитритов. В полностью замороженных овощах накопления нитратного азота не происходит. Однако при размораживании происходит резкое повышение нитратов.

В основном, количество нитратов в продукте в процессе переработки снижается, но при этом следует соблюдать режимы переработки. Предварительная подготовка продукции (мойка, отчистка, сушка) снижает количество нитратов в продуктах питания на 3-25%. В процессе переработки продукции происходит гибель микроорганизмов и быстрое разрушение ферментов, что останавливает дальнейшее превращение нитрата в нитрит.

Содержание нитратов в овощах зависит от биологических особенностей растений. Особенно много нитратов (1000-1500 мг/кг) накапливают шпинат, салат, редис, сельдерей, листовая капуста, брокколи, столовая свекла. Среднее количество отмечено у белокочанной и цветной капусты, огурца, моркови (100-1500 мг/кг). Меньше всего содержится нитратов в помидорах, луке, баклажане, перце, зеленом горошке. Растения, вегетативная масса которых поражена болезнями или вредителями, накапливают нитратов больше, чем непораженные. Большое содержание нитратов имеется в недозрелых овощах. Овощи, собранные в последнею очередь в основном имеют более низкое содержание нитратов, чем овощи собранные в первую очередь. При использовании овощей в пищу необходимо учитывать различное содержание нитратов в разных органах и частях растений. В овощах содержание нитратов распределено неравномерно. У листовых овощей нитраты накапливаются в основном в жилках листьев и черешках. Содержание нитратов у патиссона - от поверхностного слоя к сердцевине, а в плодах кабачка и огурца уменьшается от плодоножки к верхушке. В кончиках корнеплодов моркови, свеклы, редиса, репы, редьки содержание нитратов больше, что связано с наличием в них мелких всасывающих корешков. В моркови в направлении от кончика корня к верхушке содержание нитратов снижается, а в сердцевине корнеплода уровень нитратов выше, чем в кожице. У столовой свеклы особенно много нитратов в верхушке и в кончике корня. У картофеля в сердцевине клубня уровень нитратов более высокий, чем в мякоти. Верхние листья капусты имеют содержание нитратов примерно в 2 раза больше, чем внутренние, а наибольшее количество нитратов накапливается в кочерыжке. Содержание нитратов в овощной продукции зависит от агротехнических приемов, почвенно-климатических условий, биологических особенностей растений, сортов, условий освещения, сбалансированности по основным элементам питания, обеспеченности почвы микроэлементами, сроков посева и уборки овощей и ряда других факторов, частью которых можно управлять. Одной из основных причин повышенного содержания нитратов в овощах считается помещение в почву недопустимо высоких доз азотных удобрений. Это в определенной мере справедливо, но причины накопления нитратов в растениях следует рассматривать в комплексе. Источником избыточного накопления нитратов в растениях могут быть не только удобрения, но и изначальные запасы азота в почве. Накопление нитратов в овощной продукции возрастает при неблагоприятных погодных условиях: в годы с холодным и пасмурным летом поглощенные из почвы нитраты не полностью расходуются на построение органических соединений и аккумулируются в тканях растений в свободной форме. Однако постоянно повышенные температуры в течение вегетационного периода тоже способствуют повышению концентрации нитратов в овощах. Степень освещения растений оказывает значительное влияние на процесс аккумуляции нитратов: при плохом освещении и недостатке солнечной радиации содержание нитратов в овощах резко увеличивается. Поэтому очень важно не запускать посевы и посадки овощных культур и поддерживать чистоту стекол в теплицах. В условиях хорошей влажности накопление нитратов в овощах усиливается, а при её длительном недостатке - снижается. Содержание нитратного азота в овощах увеличивается при несбалансированности минерального питания, при внесении высоких доз азотного удобрения весной и при проведении поздних подкормок азотом. В овощной продукции весенних посевов нитратов содержится меньше, чем при летних посевах. Это, вероятнее всего, связано с большей интенсивностью солнечной освещенности летом, а также с изменением концентрации азота в почве после весеннего внесения азотных удобрений.

Тыквенные культуры - дыня, тыква, огурец, патиссон, арбуз и огурец - склонны к накоплению нитратов и наиболее чувствительны к изменению внешних условий выращивания. Количество накопленных нитратов во многом определяется сбалансированностью минерального питания, температурным режимом и влажностью, интенсивностью освещенности, а также сортовыми особенностями. Отмечено, что грунтовые летние огурцы, накапливают нитратов значительно меньше, чем выращенные в теплицах в ранневесенний период. Не зря в русском народе говорят: «Всякому овощу свой срок». Неблагоприятные погодные условия, недостаток освещенности и положительных температур ранней весной существенно снижают активность фотосинтетических процессов.

При варке картофеля в воде содержание нитратного азота падает на 40—80%. на пару — на 30—70%. при жарении во фритюре — на 60%. в растительном масле — на 15%. При предварительном замачивании картофеля в 1%-ном аскорбиновой кислоты и 1%-ном растворе хлористого калия и дальнейшей жарке во фритюре степень нитратов падает на 90%. В отварной моркови количество нитратного азота снижается в 2 раза. В отварной свекле количество нитратов оставалось таким же, как и в сырых корнеплодах. Согласно другим сведениям степень снижения уровня нитратного азота в свекле в процессе варки определялась размером корнеплода. Наибольшее количество нитратов теряла в процессе варки капуста. почти 60% от исходного уровня, морковь, свекла и картофель неочищенный теряют примерно одинаковое их количество (17—20%). Очистка клубней картофеля привела к резкому (более чем в 2 раза) увеличению потерь нитратов, т. е. кожица клубней является определенным барьером для перехода нитратов в воду. В плодах соленых томатов количество нитратного азота возрастает в 1,4—1,8 раза. При этом в рассоле в 2,2—2.8 раза больше, чем в исходных свежих плодах, которое обусловлено применением приправы зеленых овощей (укроп, петрушка, чеснок), содержащих повышенное количество нитратов

2. Влияние нитратов на организм человека

Отравления происходят при употреблении воды и продуктов растительного и животного происхождения с высоким содержанием нитратов или нитритов. Наиболее чувствительными к передозировки нитратами являются дети в первые месяцы жизни. Отравления детей часто происходят овощными соками и овощами с повышенным содержанием нитратов, в частности соком моркови. В 1 л сока может накопиться до 770 мг нитритов. Если матери употребляют высоко нитратные овощи или овощные соки, нитраты попадают в грудное молоко. В организме матери существует механизм защиты от нитратов, но его возможности ограниченны. Механизмы против нитратов у ребенка формируются только к одному году.

При попадании в организм нитратов также возникает острое кислородное голодание тканей из-за уменьшения содержания гемоглобина в крови. Это происходит потому, что нитраты в организме восстанавливаются до нитритов по реакции:

NO^–₃ + 2H⁺ + 2 = NO^–₂ + H₂O

Нитриты проявляют сильные окислительные свойства и окисляют катионы Fe²⁺ гемоглобина в катион Fe³⁺. При этом образуется метгемоглобин и оксид азота (II). Оксид азота (II) может взаимодействовать с гемоглобином, образуя нитрозогемоглобин. Метгемоглобин (гемиглобин), как и нитрозогемоглобин, не обладает способностью переносить кислород в организме, поэтому его появление в крови уменьшает её кислородную ёмкость и опасно для жизни.⁵

Наиболее чувствительны к нитратам, являются люди с пониженной кислотностью желудка. Это дети до года и больные гастритом и диспепсией. У таких людей микрофлора толстого кишечника может проникать в желудок, и тогда резко увеличивается процент восстановления нитратов по сравнению со здоровыми людьми.

Чувствительность к нитратам повышается в горной местности; при содержании в воздухе окислов азота, углекислоты, угарного газа. А также усиливает токсичность нитратов прием спиртных напитков. При долговременном поступлении нитратов в организм человека (пусть даже в незначительных дозах) уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы. Нитраты способны вызывать резкое расширение сосудов, в результате чего понижается кровяное давление.

Сравнительно легко человек переносит дневную дозу нитратов в 15-200 мг; 500 мг – это предельно допустимая доза (600 мг – уже токсичная доза для взрослого человека). Для отравления грудного малыша достаточно и 10 мг нитратов.

В Российской Федерации допустимая среднесуточная доза нитратов – 312 мг, но в весенний период она может быть 500-800 мг/сутки.

Для взрослого человека смертельная доза нитратов составляет от 8 до 14 г, острые отравления наступают при приеме от 1 до 4 г нитратов.

3. Симптомы отравления нитратами

Продукты с избыточным содержанием нитратов имеют специфический неестественный вкус. По размерам и сочности они также отличаются от остальных–лучше не покупать гигантские арбузы или сливы. Иногда о высокой концентрации нитратов свидетельствуют трещины на овощах и фруктах.

Известно, что концентрация нитратов выше 8 мг/л существенно сказывается на вкусовых качествах продукта, он приобретает вяжущий, кисловато-соленый вкус. Первые «звоночки» от организма в виде плохого самочувствия начинают поступать через 2-6 часов после попадания нитратов в организм. При этом у каждого пациента своя степень выраженности симптомов. В большинстве случаев при отравлении нитратами проявляется:

тошнота, рвота, желтушность белков глаз, сонливость, посинение губ, слизистых, ногтевого ложа, вялость, боли в правом подреберье (в области печени), снижение давления, головокружение, слабость, повышение температуры, нарушение координации, головная боль в ушах, шум, цианоз, тахикардия, отдышка, диарея (с кровью шоколадного оттенка), потеря сознания, судороги (в редких случаях).

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации нитратов в овощах и фруктах⁶

4. Методика определения содержания нитратов в овощах

Для определения нитрат - ионов использовалась Тест-система «Нитрат-тест» ЗАО «Крисмас+», предназначенная для химического экспресс-анализа содержания нитратов в продуктах питания и водных средах.

Порядок применения тест-системы

Откроем обложку тест-системы и извлечём индикаторную полоску из чёрного конверта

Отрежем от индикаторной полоски рабочий участок размером около 5x5 мм (оставшуюся часть индикаторной полоски поместим обратно в чёрный конверт).

Доведём, исследуемый продукт до кашицеобразного состояния. Опустим, не снимая полимерного покрытия, рабочий участок в анализируемую субстанцию на 5-10 секунд.

Определим содержание нитратов, через 3 минуты, сравнив окраску рабочего участка индикаторной полоски с образцами на цветной контрольной шкале.

Значение концентрации принимаем по окраске ближайшего образца цветной контрольной шкалы в мг/кг.

5. Методика определения содержания нитратов в соке овощей

Для определения содержания нитратов в соке овоща мы использовали предметное стекло, на которое поместили 3 капли сока образца и 3 капли дифениламина в растворе серной кислоты.

Таблица 2

Изменение окраски раствора при наличии нитратов

6. Результаты исследования

6.1. Содержание нитратов в овощах (без предварительной обработки)

Для исследования были взяты овощи, выращенные нашей семьёй на садовом участке. Исследования содержания нитратов проводились в таких овощах как: картофель, морковь, лук, чеснок, кабачок, тыква, свекла, редька. Для изучения равномерности или не равномерности распределения нитратов в овощах, я определял их содержание в разных частях таких овощей как картофель, морковь, кабачок. Для эксперимента были взяты образцы картофеля из центра клубня и ближе к кожуре (приложения 1, 2), аналогичные исследования были проведены с кабачком. Содержание нитратов в моркови определялось в верхней, нижней и центральной часть корнеплода (приложения 3,4). Результаты исследований представлены в таблице 3.

Таблица 3

Содержание нитратов в овощах (без обработки)

Вывод:

В разных овощах содержания нитратов не одинаково. Максимальное количество нитратов содержится в исследуемых образцах картофеля и редьки. Однако содержание в них нитратов не превышает предельно допустимую концентрации: картофель – 250 мг/кг, редька - 1000 мг/кг. Количество картофеля, содержащее предельно допустимую среднесуточную концентрацию нитратов (312 мг) составляет 1560 г.

Содержание нитратов в плодах, клубнях и луковицах распределено не равномерно (приложение 5).

6.2. Содержание нитратов в овощах после обработки водой

Так как нитраты – соли хорошо растворимые в воде, то в своей работе я изучил как изменяется их содержание после нахождения овощей в воде при разных температурах.

В первом случае овощи помещались в воду комнатной температуры (≈ 20⁰) на 15 минут (приложение 6). Во втором – овощи находились в воде, температура которой увеличивалась с 20⁰ до 100⁰ и далее в течение 5 минут кипения раствора (приложение 7).

Исследования проводились в таких овощах как: картофель, морковь, кабачок. Результаты исследований представлены в таблице 4.

Таблица 4

Содержание нитратов в овощах после обработки водой

при разных температурах

Вывод:

Результаты моего исследования подтверждают, что содержание нитратов в овощах уменьшается при нахождении в воде. Так при помещении образца, взятого из центральной части картофелины в воду на 15 минут, количество нитратов в ней уменьшилось в 2 раза.

Полученные в ходе исследования данные свидетельствуют, что t⁰ воды, так же оказывает влияние на скорость снижении концентрации нитратов в исследуемых образцах. Так в периферической части кабачка содержание нитратов после 15 минут пребывания в воде 20⁰ уменьшилось на 30%, а после 5 минут нахождения в воде 100⁰ уменьшилось на 75% (приложения 8, 9).

6.3. Содержание нитратов в соке овощей

Исследования содержания нитратов в соке овощей проводились с такими овощами как: картофель, морковь, кабачок, редька, чеснок, лук, тыква, свекла (приложение 10). Для эксперимента были взяты образцы картофеля из центра клубня и ближе к кожуре (приложение 11), аналогичные исследования были проведены с кабачком. Содержание нитратов в моркови определялось в верхней, нижней и центральной часть корнеплода.

Результаты исследований представлены в таблице 5.

Таблица 5

Содержание нитратов в соке овощей

Выводы:

Полученные результаты свидетельствуют, что максимальное количество нитратов содержится в соке редьки.

В процессе исследования не обнаружено содержания нитратов в соке лука и моркови, за исключением сока, полученного из верхней части корнеплода (приложение 12). Это совпадает с исследованиями проведёнными с овощами без предварительной обработки (таблица 2). Реакция с дифениламином оказалась более чувствительной, чем «Тест-система» и позволила определить незначительное содержание нитратов в соке свеклы и чеснока.

Заключение

В ходе работы над проектом я познакомился с информацией о нитратах, их влиянии на организм человека, методиками количественного определения нитратов в овощах и подтвердил свою гипотезу, что овощи, выращенные, на нашем садовом участке содержат безопасное для человека количество нитратов.

В результатах моего исследования подтвердился тезис, что количество нитратов в овощах зависит от биологических особенностей растений. Так наибольшее количество нитратов я обнаружил в редьке и картофеле, а вот в луке нитраты не были обнаружены ни одним используемым мной методом.

Результаты, полученные мной в ходе работы, подтверждают неравномерность распределения нитратов в овощах. Основываясь на хорошей растворимости нитратов в воде, я исследовал способы уменьшения их концентрации в водных растворах при разных температурах. Полученные данные свидетельствуют, что помещение даже на не продолжительное время (15 минут при температуре 20⁰ и 5 минут при температуре 100⁰) овощей в воду значительно снижают количество в них нитратов.

С результатами своего исследования я познакомил учащихся 8 класса Школы № 2, а также я планирую рассказать о проведённой работе родителям моих одноклассников, в том числе познакомить их с созданной мной Памяткой «Осторожно – нитраты!»

Я считаю, что полученная в процессе работы информация и приобретённые навыки будут полезны мне как в обычной жизни, так и при продолжении обучения в школе и учреждениях профессионального образования.

Список литературы

1. Габриелян О. С. Химия. 8 класс : учебник / О. С. Габриелян. — 7-е изд., испр. — М. : Дрофа, 2018. — 287.

2. Габриелян О. С. Химия. 9 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений / О. С. Габриелян. — 16-е изд., стереотип. — М. : Дрофа, 2009. — 270.

3. Юный химик, или Занимательные опыты с веществами вокруг нас: Иллюстрированное пособие для школьников, изучающих естествознание, химию, экологию и / Авт.-сост.: Н.В Груздева, В.Н. Лаврова, А.Г. Муравьёв, А.А. Мельник. — Изд. 4-е, перераб. и дополн. — СПб.: Крисмас+, 2017 —136 с.

4. Егоров А. С. Химия. Новое учебное пособие для поступающих в вузы / А.С. Егоров. — Изд. 3-е, испр. и доп. Ростов н/Д: Феникс, 2006. — 672 с. (Абитуриент)

5. Егоров А.С., Иванченко Н.М., Шацкая К.П. Химия внутри нас: Введение в бионеорганическую и биоорганическую химию. — Ростов н/Д: Феникс, 2004. — 192 с. (Серия «Библиотека школьника»)

6. Методические указания по определению нитратов и нитритов в продукции растениеводства http://docs.cntd.ru/document/1200000148 (таблица)

7. Муравьёв А.Г., Пугал Н.А., Лавров В.Н. Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к.х.н. А.Г. Муравьёва. — 5-е изд. – СПб.: Крисмас+, 2017. — 176 с.: ил.

8. СанПиН 42-123-4619-88 Допустимые уровни содержания нитратов в продуктах растительного происхождения и методы их определения https://base.garant.ru/70581378/

9. Филимонова Е.Н., Кожина О.А., Филаткина И.А., Мельник А.А., Муравьёв А.Г. Санитарно-пищевая мини-экспресс-лаборатория учебная СПЭЛ-У: Методические рекомендации для учителя. Изд. 4-е перераб. и дополн. — СПб.: Крисмас+, 2018. —60 с.

Приложение 1

Содержание нитратов в картофеле

(центр клубня без обработки)

Приложение 2

Содержание нитратов в картофеле

(край клубня без обработки)

Приложение 3

Содержание нитратов в верхней части корнеплода моркови

(без обработки)

Приложение 4

Содержание нитратов в центральной части корнеплода моркови

(без обработки)

Приложение 5

Сравнительное содержание нитратов в крае и центре клубня картофеля (без обработки)

Приложение 6

Выдерживание образцов картофеля в воде комнатной температуры

Приложение 7

Выдерживание образцов картофеля в воде при температуре кипения

Приложение 8

Содержание нитратов в кабачке после нахождения в воде комнатной температуры в течение 15 минут

Приложение 9

Содержание нитратов в кабачке после нахождения в воде температуры кипения в течение 5 минут (образец взят ближе к кожуре)

Приложение 10

Подготовка эксперимента:

определение содержания нитратов дифениламином

Приложение 11

Содержание нитратов в соке картофеля

Приложение 12

Содержание нитратов в соке моркови (центральная часть корнеплода)