Эко-контроль содержания нитратов в продуктах питания методом аква-теста для аквариумов Terra.
творческая работа учащихся

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ-ГИМНАЗИЯ №15

________________________________________________________                  

РАЙОННЫЙ КОНКУРС

 ПРОЕКТНЫХ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ «ДЕНЬ НАУКИ»

ПРОЕКТНАЯ РАБОТА

По направлению «Здоровый образ жизни»

ТЕМА: «Эко-контроль содержания нитратов в продуктах питания методом аква-теста для аквариумов Terra»

            Автор работы

                                                                  Талеленов Вячеслав Витальевич

             Класс: 10 Б

             Научный руководитель:

             Каляева Елена Анатольевна

             Должность:

             Учитель химии и биологии

г. Клин, 2020 г.

Оглавление

Введение………………………………………………………………………...3

Глава 1.1. Пути использования нитратов в сельском хозяйстве и пищевой промышленности……………………………………………………………….5

Глава 1.2. Экологическая безопасность влияния нитратов на живые организмы…………….………………………………………...................................6

Глава 2.2. . Исследование качества пищевых продуктов методом аква-теста для аквариумов Terra…………………………………………………………..8

Заключение………………………………………………………………….....11

Библиографический список  используемой литературы…………………...12

Приложение…………………………………………………………………...13

Введение.

Азот – это жизненно  важный элемент  для  растений,  а  так  же  для

животных  в составе белка. В свою очередь, нитраты  являются участниками круговорота азота, который обязателен для синтеза биологических полимеров: белков и нуклеиновых кислот. Продуктов без содержания нитратов в природе не существует вообще, а их присутствие в растениях является нормальным явлением. Но, рассматривая искусственные экосистемы, мы понимаем необходимость внесения удобрений, что приводит к увеличению содержания солей азотной кислоты. Азотсодержащие соединения в настоящее  время привлекают особое внимание медицины, так как повышение их количества в организме приводит к сдвигу нормальной работоспособности и повышению риска онкологических болезней.

В любое время года нам так хочется не характерных для сезона овощей и фруктов. При выборе таких продуктов мы не должны руководствоваться только собственным желанием, но и надо обращать внимание на  экологическую безопасность продукта.  К сожалению, на прилавках магазинов встречается  все меньше экологически чистых овощей и фруктов. Вот поэтому очень важно уметь определять качество товара на содержание в нем химических веществ, которые оказывают негативное  влияние на здоровье человека. Задумайтесь о том, что полезного может быть в картофеле или моркови холодными зимними вечерами, или действительно блестящая красивая клубника осенью может быть так же полезна, как она выглядит?  

Актуальность  моего проекта,  в  первую  очередь,    связанна  с  тем,  что содержание нитратов в употребляемых  продуктах питания опасно для здоровья человека. В моей работе будет представлен метод определения химически активных веществ в овощах и способы их уменьшения. В связи с этим цель моей работы: исследование содержания нитратов в овощах методом аква-теста для аквариумов Terra.

Для достижения поставленной цели необходимо  решить следующие задачи:

1.   Проанализировать научно-методическую литературу о способах использования нитратов в химической и пищевой промышленности.

2.  Определить характер физиологического действия нитратов на организм растений и животных.

3.  Исследовать пищевые продукты на содержание нитратов и других химически активных вещество методом аква-теста для аквариумов Terra.

4.  Выявить способы уменьшения содержания химических веществ в овощах в домашней лаборатории.

Объект исследования  - сельскохозяйственные  продукты: картофель и морковь, продаваемые на рынках и в магазинах г. Клин.

Предмет исследования – химические вещества, в том числе нитраты в водных вытяжках образцов картофеля и моркови.

Гипотеза: содержание нитратов в продуктах можно определять методом аква-теста для аквариумов Terra.

Глава 1. 1. Пути использования нитратов в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.

В современном мире отрасль производства сельскохозяйственной продукции остается одной из важнейших, в условиях научно-технического прогресса достижения науки и техники направлены на увеличение уровня производства пищевых продуктов. Так, по данным Института питания Академии медицинских наук, годовая потребность в овощах в различных районах нашей страны составляет от 128 до 146 кг в год на душу населения [4].

 Для повышения плодородия почв, а также для увеличения количественного и качественного уровня производства сельскохозяйственных культур используются минеральные и органические удобрения, являющиеся источником необходимых растениям элементов – азота, калия, фосфора, кальция. Азот - один из важнейших макроэлементов. Без его участия невозможно развитие растений, так как он отвечает за обмен веществ. При этом находится в составе всех белков, цитоплазмы, ядер клеток, аминокислот, хлорофилла, гормонов, витаминов и других соединений. Однако, растения не могут усваивать молекулярный азот N2 из воздуха. Это проблема «связанного азота». Они могут потреблять азот только в виде минеральных удобрений, которые являются неорганическими солями азотной кислоты — нитратами. Также источником азота для растений служат ионы аммония в составе солей. Наиболее популярное и эффективное удобрение – это селитра: натриевая, кальциевая, аммиачная[4]. В  органических удобрениях: навозе, компосте, азот содержится в составе белковых веществ. Но в таком состоянии азот не может использоваться растениями, он должен пройти путь превращений: под действием аммонифицирующих бактерий белковые соединения переходят в аммиак, а жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий превращает аммиак ив нитрат – ионы. Таким образом, основным источником нитратов в сельскохозяйственной продукции являются минеральные и органические азотосодержащие удобрения [3].

Нитраты попадают в организм человека с продуктами пищевой промышленности, где он используется в качестве консерванта. Например, Е252 – это нитрат калия, обладает явно выраженными антимикробными свойствами, может превращаться в Е249 (нитрит), который считается сильнейшим канцерогеном и очень опасен для здоровья. Во многих странах вещества запрещены, но в РФ используется в предельно допустимой дозе -5 мг/кг массы тела.

При консервировании мясопродуктов используют  Е251- нитрат натрия. Вещество сохраняет окраску продукта, способствует ферментации метаболизма бактерий, используется для сохранения окраски переработанного мяса. Получается, что путей попадания нитратов в организм человека несколько, поэтому следующим этапом моей работы стало изучение влияния солей азотной кислоты на живые организмы [2].

Глава 1.2. Экологическая безопасность влияния нитратов на живые организмы.

Современные приемы агротехники, использование химикатов для  борьбы с вредителями, несомненно, повышают продуктивность сельского хозяйства, но одновременно с этим возникает острая необходимость контроля качества продуктов питания и отслеживания их химической безопасности. Проблема актуальна в России еще с 70-х годов 20 века после массовых отравлений узбекскими арбузами. Подобных примеров много и время от времени вопрос о регуляции использования нитратов встает остро[1].

Избыток опасен и растению, а недостаток вовсе губителен. При избытке интенсивно растут вегетативные органы, а генеративные угнетаются. А при недостатке наблюдается медленный рост, пожелтение листьев. Бесконтрольное внесение удобрений приводит не только к закислению почв, но и к концентрации азот в органах растений [7].

От качества хранения растительной продукции зависит изменение количества нитратов. Чаще всего оно снижается, но при неправильном хранении нитраты и нитриты могут образоваться под влиянием бактерий. Причинами развития негативных рисков могут быть: температура от 10 и до 35°С; загрязненность корнеплодов, клубней; недостаточного проветривания продукции; длительного времени хранения при комнатной температур [8].

В органах растений нитраты откладываются в разных местах. Оказывается, у петрушки и укропа нитратов в стеблях больше, чем в листьях, а корнях на много больше. А у моркови больше всего нитратов у основания корнеплода и на верхушке. Конечно в органах, образующихся под землей, нитратов много, и лидируют в этом списке свекла, морковь, редис, картофель. ПДК 325 мг в сутки – допустимая доза для взрослого человека, 100 мг для детей [6].

Исследователями Европейских стран и России установлено, что отравление нитратами и нитритами негативно влияет на работу сердца, эмбриональное развитие, могут вызвать рак желудка. Опасность, в первую очередь, несут продукты превращения аминов -  нитрозамиды и нитрозамины, которые способны к мутагенной активности. В исключительных случаях возможно связывание нитритов с гемоглобином и образованием метгемоглобина, при чем он не способен переносить кислород, а значит, приводит к кислородному голоданию мозга, удушью.

Похожему токсическому действию нитратов подвержены и животные [8].

Само собой, важно не только знать, как нитраты влияют на физиологию растений, к каким последствиям приводит превышение потребления их допустимого количества  и какие пагубные симптомы для человека и животных оно за собой несет, не менее важно знать способы и методы уменьшения количества нитратов в продуктах питания. Это и есть тема следующей главы, которая и основана на моих практических исследованиях этого вопроса.

Глава 2.2. .Исследование качества пищевых продуктов методом аква-теста для аквариумов Terra.

Наличие нитратов в продуктах питания, как мы уже выяснили, обусловлено целым рядом причин. Конечно, в средствах массой информации можно встретить много рекомендаций и способов уменьшения количества нитратов в домашних условиях. Среди них: варка, варка на пару, вымачивание, маринование, засолка, квашение, мытье, жарка и т.д. Также можно удалять части овощей, в которых нитратов накапливается больше всего. Все эти способы позволяют существенно уменьшить количество солей азотной кислоты.

Здесь мы плавно переходим к практической части моего исследования. Качественные и количественные показатели и замеры содержания нитратов производились с помощью тестовых полосок для аквариумной воды Terra, так как реагенты для качественных реакций найти не представляется возможным, а замеры количественных показателей затратны. Тестовые полоски по инструкции предусмотрены для определения содержания химических примесей в аквариумной воде. Среди показателей производители позволяют определять жесткость воды, NO3 (содержание нитратов, мг/л), NO2 (содержание нитритов, мг/л), pH (кислотность), Cl2 (содержание хлора мг/л). Продукты для исследования выбирались исходя из способности к накоплению нитратов, а также из потребления их населением — морковь и картофель.

Исследование можно условно поделить на две части:

- измерение вышеперечисленных показателей в сырых овощах и выяснение зависимости их от рассмотрения отдельных частей плода.

- изменение всех этих показателей после обработки овощей: варки и вымачивания.

Первый этап. Приготовление водных вытяжек картофеля и моркови.

Все образцы овощей для приготовления растворов брались в количестве 9 грамм на 30 миллилитров воды. Раствор измельченных образцов сырых овощей профильтровывался и отправлялся в пробирки. Вторым этапом стала проверка полученных растворов по вышеперечисленным критериям. Опускаем тестовую полоску в полученную вытяжку. Третий этап - это ыявление и сопоставление полученных данных, конечный результат [фото 1].

Вначале эксперимента мы измеряли вышеперечисленных показателей в сырых овощах и выясняли зависимость их количества от места локализации в отдельных частях растения. Сначала мы исследовали картофель. На фото 2 показаны результаты теста сырого картофеля (1 — кожица , 2 — периферическая часть, 3 — сердцевина)                                                                                                   

На основе теста получена данная информация по вышеперечисленным показателям – таблица 1. Анализируя данные можно сделать вывод о том, что основная часть нитратов накапливается именно в сердцевине картофеля, а в кожице картофеля может содержаться незначительное количество нитритов.

На фото 2  показаны результаты теста сырой моркови, а так же дистиллированной воды для чистоты исследования (1 — основание корнеплода, 2 — середина, 3 — концевая часть). По анализу теста видно [таблица 2], что  больше всего нитратов накапливается в основании корнеплода и кончике моркови, есть смысл обрезать эти части при приготовлении. К тому же в моркови больше нитратов восстанавливается до более токсичных нитритов. При сравнении результатов на поперечном разрезе корнеплода, причем  образцы взяты из средней части корнеплода, больше нитратов в сердцевине.

Проанализировав научную литературу, мы решили апробировать несколько способов уменьшения содержания нитратов, используя в качестве показателя тест Terra. Сначала мы повторили исследование после вымачивания в растворе NaCl 1% в течение часа. На фото 3 также показаны результаты теста обработанного картофеля (1 — периферическая часть, 2 — сердцевина). Кожица в тесте отсутствует по причине того, что она редко потребляется в пищу. Варка картофеля оказалась не так эффективна, как ожидалось. Перед приготовлением картофеля, его обязательно нужно вымочить в растворе поваренной соли минимум час, однако несмотря на обработку, среда в картофеле все еще осталась слабокислой, то есть поедание картофеля нежелательно при повышенной кислотности желудка, например, при гастрите. Максимального же  эффективного результата в удалении нитратов из картофеля можно достичь только при использовании обоих способов обработки в совокупности.

На фото 4 также показаны результаты теста обработанной моркови (1 — основание корнеплода , 2 — концевая часть). Средней части плода нет в тесте по причине того, что кончик и основание содержат большее количество нитратов, уменьшение нитратов в них говорит о том, что и в середине их концентрация уменьшилась. Таким образом, как и в случае с картофелем, оба способа максимально эффективно показывают себя именно в совокупности.  Перед тем, как готовить морковь, сначала ее стоит выдержать в соленой воде, так как это помогает восстановить среду до более нейтральной и позволяет эффективно удалить молекулярный хлор.

Заключение

В результате работы над проектом цель достигнута, задачи решены и гипотеза подтвердилась - используемый аква-тест действительно подходит для определения содержания некоторых химических элементов и ионов, в том числе и нитратов, как в качественном, так и в количественном отношении. Таким образом, можно следующие выводы:

Во-первых, в целях снижения содержания нитратов необходимо предварительно замочить овощи в холодном солевом растворе на 1 час, а затем варить в подсоленной воде.

Во-вторых, наибольшее содержание нитратов приходится на сердцевину, поэтому следует избегать ее употребление в пищу, а также концевых частей корнеплодов, видимо потому , что там находятся более молодая часть главного корня и процессы всасывания протекают наиболее интенсивно.

В-третьих, при сердцевине картофеля среда более кислая и значение рн не меняется, если картофель варить без предварительного замачивания, поэтому людям с повышенной кислотностью желудка необходимо внимательно относиться к способам приготовления картофельных блюд.

В-четвертых, аква-тест показывает также риски содержания нитритов, что немало важно, содержание молекулярного хлора, причем именно в клубнях картофеля, поскольку хлор содержится в составе хлорогеновой кислоты и  при ее разрушении накапливается.

Практическое исследование не оставляет сомнений в том, что нитраты действительно подвержены удалению, и методы их удаления  эффективны, потому, при грамотном отношении к ним рядового потребителя, данная проблема становится вполне решаемой, а нитраты теряют свою опасность. Но вопрос о том, как достичь этого грамотного отношения потребителей, а также производителей, остается открытым...

Библиографический список использованной литературы

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

2. Покровская С.Ф. Пути снижения содержания нитратов в овощах. М., 1988г., с.42-46.

3. Соколов О., Семёнов В., Агаев В., Нитраты в окружающей среде. Пущино, 1990г., с.216-238

4.Черпяева И.И., Экологические проблемы использования азотных удобрений. Химизация сельского хозяйства , 1990г., №4, с.20-21.

5. https://agrodom.com/advice/azot-v-zhizni-rasteniy-ego-rol-nedostatok-i-sposoby-vosstanovleniya/ Азот в жизни растения/дата обращения 21.11.19

6. http://www.deus1.com/dobavki_pischevye-nitraty.html /Пищевые нитраты/ дата обращения 16.11.19

7. https://studopedia.ru/8_110941_tema---zagryaznenie-nitratami-nitritami-i-nitrozosoedineniyami.html/Нитрозосоединения/ дата обращения 30.10.19

8.https://spravochnick.ru/ekologiya/ekologiya_produktov_pitaniya/osnovnye_istochniki_nitratov_i_nitritov_v_pischevom_syre_i_produktah_pitaniya/Источники нитратов в пищевых продуктах/ дата обращения 23.11.19

Приложение.

Фото 1. Приготовление водных вытяжек, определение показателей.

Фото 2. Водные вытяжки сырого картофеля (1), моркови по длине корнеплода (2), переферической части и сердцевины (3) в поперечном разрезе.

Фото 3. Термическая обработка              Фото 4. Термическая обработка

и замачивание клубней картофеля.       и замачивание корнеплода моркови

Таблица 1.

Результаты теста водных вытяжек сырого картофеля (1 — кожица , 2 — периферическая часть, 3 — сердцевина)   

Таблица 2.

Результаты теста водных вытяжек сырой моркови (1 — основание корнеплода, 2 — середина, 3 — концевая часть, Д-дистиллированная вода)   

Таблица 3.

Результаты теста водных вытяжек вареного картофеля и выдержанного в соленой воде (1 периферическая часть, 2— сердцевина)   

Таблица 4.

Результаты теста водных вытяжек сырой моркови  (1 — основание корнеплода , 2 — концевая часть)

        Диаграмма 1.

Динамика показателя концентрации нитрат-ионов в водной вытяжке сердцевины картофеля и основания корнеплода моркови.