Короткі теоретичні відомості. Екомоніторинг харчових продуктів

Лабораторна робота 7

Екомоніторинг харчових продуктів

Визначення концентрації нітратів у продуктах харчування

7.1 Мета роботи. Визначити концентрацію небезпечної речовини – NO₃^– в харчових продуктах

Короткі теоретичні відомості

Самі нітрати не токсичні. Потенційна токсичність їх зумовлена тим, що в надмірних кількостях при надходженні до організму людини вони перетворюються в нітрити (NO₃^–→ NO₂^–), які спричиняють зміни стану здоров'я. Перетворення нітратів у нітрити відбувається під дією ферментів, мікроорганізмів слинної залози, шлунку і кишок, звідки вони потрапляють у кров і тканини, після чого частина їх вступає в сполуки з іншими речовинами, а друга (50-80%) через 10-12 годин виходить з організму через нирки і сечовий міхур.

Нітрити діють на гемоглобін крові, внаслідок чого двовалентне залізо (Fе²⁺) гемоглобіну перетворюється в тривалентне (Fе³⁺). Гемоглобін перетворюється в метгемоглобін, який має темно-коричневе забарвлення. При нормальному вмісті в харчових продуктах нітритів в ор­ганізмі утворюється близько 2% метгемоглобіну, який завдяки ферментам червоних кров'яних тілець дорослої людини перетворюється знову в гемоглобін. У зв'язку з тим, що діти віком від 2 міс. до 1 року мають інший склад гемоглобіну, ферментна система якого не здатна "боротися" з нітритами, вони захворюють на метгемог-лобінемію, яка характеризується темно-синім або фіолетовим забарвленням слизової оболонки і шкіри, зниженням кров'яного тиску, серцевою і легеневою недостатністю. Перші ознаки з'являються при вмісті в крові 6-7% метгемоглобіну, легка форма – 10-20, середня – 20-40 і тяжка - при вмісті його більше ніж 40%. Це захворювання спостерігається не тільки у немовлят, а й у дітей старшого віку і дорослих. Метгемоглобінемія у дорослих не має клінічних ознак.

Жіноче молоко може містити нітратів від 0,22 до 42,4, а за даними деяких авторів, - від 50 до 90 мг на 1 л. Навіть при незначних дозах нітратів діти отруюються. Токсична доза нітратів для дорослих становить 600 мг, для дітей раннього віку - 100, для немовлят 10 мг.

Чутливі до нітратів і особи похилого віку, хворі на анемію, серцево-судинну, дихальну, видільну системи. Чутливість людей до нітратів зростає в умовах підвищеного вмісту в навколишньому повітрі оксидів азоту, оксиду і діоксиду вуглецю (вуглекислого – СО₂ та чадного газу - СО). Навколишнє середовище дедалі більше забруднюється цими хімічними сполуками через викиди різних промислових підприємств, транспорту, стічні води тощо. до того ж можуть утворюватись канцерогенні нітрозо-сполуки.

Доведено, що при достатньому вмісті вітаміну С (аскорбінова кислота) і Е (токоферол), пектинових речовин, поліфенолів в їжі людини, які діють як інгібітори утворення метгемоглобіну, можна запобігти розвитку злоякісних пухлин. Клітковина, яка міститься в овочах і плодах, затримує всмоктування нітрозоамінів у кров.

Отже, засобами запобігання утворенню нітрозоамінів в організмі людини можуть бути зменшення вмісту нітратів і нітритів у продуктах харчування, особливо в плодоовочах, вживання вітамінних препаратів, спеціальна дієта, яка включає такі компоненти їжі, як піктин, клітковину, вітамін Е у певних співвідношеннях.

В природі проходить кругообіг сполук азоту:

N₂ ↔2N (фіксація), 2N+3Н₂↔2NН₃ (7.1)

NН₃+Н₂О↔ NН₄⁺ (7.2)

за рахунок нітрифікації:

2NН₃+3О₂↔2Н⁺+2 NO₂^–+2Н₂О (7.3)

2NO₂^–+О₂↔2 NO₃^– (7.4)

тобто

NН₄⁺↔ NO₂^–↔ NO₃^– (7.5)

NO₃^– асимілюється організмом і іде на утворення амінокислот, протеїнів. Це позитивна його роль. Але в надлишку він дуже шкідливий. В певних умовах нітрати за рахунок денітрифікації перетворюються (відновлюються) в оксиди азоту або азот:

NO₃^–→ NO₂→ NO₂^–→ NO→ N₂O↔ N₂ (7.6)

Тому треба завжди враховувати швидкості реакцій азотфіксації, нітрифікації та денітрифікації.

Крім того, надлишок сполук азоту сприяє прискоренню росту водоростів. Аміак видаляють із стічних вод аерацією в баштах (з кільцями Рашига), h=92%. Для очистки від нітратів застосовують коагуляцію сполуками заліза та вапном, з наступною фільтрацією виділених осадів, або використовують адсорбцію іонообмінними смолами (амберліт ІРА 410), сульфокатіоніти (ГКР). Залишкова концентрація СNO₃^– = 1 млн^–1.

За забрудненням ґрунту по азоту, %; розрізняють чисті ґрунти (N 0,0068; NН₃ 0,0007; NO₃^– 0,0126) та забруднені (N до 1,895; NН₃ до 0,073).

Таблиця 7.1 – Схема для оцінки ступеня забрудненості ґрунту

Показник санітарного стану ґрунту	Забруднення ґрунту
відносне	помірне	сильне
Азот /загал./, мг/кг,.	<104	>104	2·104
Аміак органічн., мкг/кг	<2,5·104	>2,5·104	5·104

Сполуки азоту (NO_x) - одні із поширених токсичних речовин , які забруднюють повітря (в промисловій атмосфері - до 10%). Основні джерела: природні (лісові пожежі), антропогенні (промисловість), автотранспорт, ТЕС, в промислових містах в атмосферному повітрі - до 0,2 мг/м³ NO_x (ГДКNO₂мр=0,085мг/м³, ГДКNO₂сд=0,04мг/м³, клас небезпеки – 2; ГДКNOмр=0,4мг/м³, ГДКNO₂сд=0,06мг/м³, клас небезпеки – 3; в повітрі робочої зони ГДКNO₂ рз=5мг/м³ клас небезпеки – 2; ГДК_в=10 мг/л (за загальносанітарним ЛПШ, ГДК_рг=0,1 мг/л ).

Основними факторами, що сприяють та впливають на накопичення нітратів у продуктах рослинництва, є:

• надмірна кількість азотних добрив, порушення технології внесення їх та незбалансованість за основними макро- і мікроелементами;

• тип ґрунтів;

• коливання температур;

• висока вологість ґрунтів та повітря;

• низька освітленість;

• біологічні особливості культур і сортів;

• технологія виробництва (загущеність посівів,
засміченість, шкідники, хвороби та ін.);

• строки збирання врожаю.

Середній вміст нітратів в продуктах рослинництва наведено в таблиці 7.2.

Таблиця 7.2– Вміст нітратів в овочах і плодах по Україні

Овочі, плоди	Середній вміст нітратів, мг/кг
Картопля	108,7 + 6,5
Капуста білоголова	337,7 + 33.3
Буряки столові	1049,7 ±158.3
Морква	253,2 + 9,7
Огірки у відкритому ґрунті	165,5 ±12,9
Томати	76,4 ±3,1
Кавуни	37,9 ± 12,8
Дині	83,3 + 8,3
Цибуля-перо	381,6 + 31,4
Цибуля ріпчаста	237,9 ±41,3
Яблука	39,7 ±5,3
Огірки у захищеному ґрунті	237,8 ±41,3
Томати	144.5 ±16.7

Вміст нітратів в овочах можна зменшити, насамперед добираючи сорти, які накопичують мало нітратів, дотримуючи рекомендацій щодо внесення добрив, а також використовуючи досягнення вчених у галузі застосування підживлень мікроелементами, повільнодіючих азотних добрив. Ці добрива являють собою гранули, покриті спеціальними речовинами, які знижують розчинність їх у ґрунтах і надходять у рослини поступово. Вчені працюють над отриманням добрив, які розчиняються із заданою швидкістю. Використання інгібіторів нітрифікації, які стримують утворення нітратів у ґрунті, дає змогу зменшити вміст шкідливих солей в овочах у 2-5 разів. Внесення добрив смугами також знижує кількість нітратів в овочах і підвищує врожаї. Зменшен­ню нітратів сприяє багаторазове внесення азотних добрив під час вегетації та припинення підживлень за 1-2 міс. до збирання врожаю. Живлення овочів повинно бути збалансоване за макро- і мікроелементами з врахуванням біологічних особливостей окремих овочів та інших факторів, що впливають на накопичення нітратів.

Експериментальна частина

Іоновимірювач може застосовуватись як в стаціонарних, так і в пересувних лабораторіях контроля якості харчових продуктів, санітарно-епідемічних станціях, лабораторіях хімічної промисловості, а також для роботи в режимі експрес-аналізу.

В основу роботи іоновимірювача покладено принцип прямого потенціометричного вимірювання активності іонів в контрольованій пробі за допомогою електродної системи з наступним (при визначенні нітратів) електричним зворотнім логарифмічним перетворенням ЕРС електродної системи в електричний сигнал, пропорційний концентрації іонів NO₃^–.

Калібровка приладу здійснюється з залученням трьох розчинів з концентрацією NO₃^– 6200мг/л, 620 мг/л та 62 мг/л згідно інструкції, наведеній у паспорті приладу.

Підготовка проб до аналізу.

Картопля. Миють, сушать фільтровальним папером. Від кожної картоплини беруть четверту частину. Відібраний матеріал змішують і виділяють пробу для аналізу масою не менше 0,25 кг.

Буряк. Миють водою, сушать, зрізають верхівку та тонкий кінець кореню. Великі буряки розрізають на чотири частини за вертикальною лінією та використовують для аналізу половину чи чверть, З вибраного матеріалу виділяють пробу для аналізу масою 0,25-0,50 кг.

Капуста. Кожний качан розрізають на чотири частини і беруть по одній частині в пробу для аналізу. При цьому відкидають верхнє неїстівнє листя та зостаток кочерижки. З отриманого матеріалу виділяють пробу для аналізу масою 0,50 кг.

Цибуля. Відкидають неїстівні частини зрізають низ та верх, розрізають на дві частини. Маса проби повинна складати не менше 0,25 кг.

Відібрані проби подрібнюють на гомогенізаторі (мілка терка, м’ясорубка).

При експрес-аналізі поверхня харчового продукту звільняється від неїстівної частини та розтирається до появи соку.

При визначенні концентрації іонів NO₃^– в стічних водах, суспензіях та розчинах пробу необхідно перемішати та відфільтрувати.Експрес-аналіз дає можливість попередньо оцінити ступінь забрудненості нітратами. Отримані результати для іонів NO₃^–, як правило трохи вищі по відношенню до вимірів, проведених в лабораторних умовах з попередньою підготовкою проби.

Для визначення концентрації іонів NO₃^– в режимі експрес-аналізу вимірювання провести наступним чином:

1) ввімкнути вимірювач, натиснувши кнопку “Вкл”;

2) натиснути кнопку “1” та ручкою “%” встановити на індикаторі відсоток вологості на конкретний продукт;

3) перевести вимірювач в режим вимірювання нітратів (усі кнопки натиснуті);

4) допоміжний та робочий (іоноселективний) електроди необхідно притиснути до підготовленої поверхні харчового продукту, слідкувати за показаннями приладу, через 90 с зафіксувати показання – отриманий результат є концентрація нітратів, кг/л (при відображенні на індикаторі приладу літери “М” отриманий результат необхідно помножити на 10);

5) вилучити електроди з розчину та перенести їх в ємність з дистильованою водою і промивати поки на індикаторі не встановиться постійне максимальне значення рХ (операцію проводити при натиснутих кнопках “Вкл”, “2”), промокнути мембрану та корпус електроду ЕМ–NO₃^––01, а у електроду ЕВЛ–1М1 тільки корпус фільтрувальним папером;

6) помістити робочий електрод ЕМ–NO₃^––01 в розчин з концентрацією 0,1 моль/л КNO₃, допоміжний електрод ЕВЛ–1М1 в дистильовану воду, де вони знаходяться до початку роботи та між перервами;

7) Відтиснути кнопку “Вкл”, відключити блок живлення від мережі.

7. 4 Висновок: Експериментально визначена концентрація нітратів вкартоплі): СNO₃^–=126 мг/кг, що перевищує ГДК_пр=120мг/кг. Харчовий продукт (не)придатний до споживання.