Методика обнаружения нитратов в растениях (стр. 1 из 3)
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.
Глава 1. НИТРАТЫ, НИТРИТЫ И ПУТИ СНИЖЕНИЯ ИХ СОДЕРЖАНИЯ В ОВОЩАХ
Азотсодержащие соединения и их влияние на организмы
Соли азотной кислоты, нитраты, являются элементом питания растений и естественным компонентом пищевых продуктов растительного происхождения. Их высокая концентрация в почве абсолютно не токсична для растений, напротив, она способствует усиленному росту надземной части растений, более активному протеканию процесса фотосинтеза, лучшему формированию репродуктивных органов и в конечном итоге – более высокому урожаю. Например, если в период вегетации в растениях салата и шпината нитратов будет меньше 2000 мг/кг, то высокого урожая не жди: листья будут мелкие, грубые, непригодные для реализации. Во время массового образования кочанов и черешков листьев капусты нитратов должно быть 2000–3000 мг/кг.
Поскольку в органические соединения растений включается только аммонийный азот, нитрат-анионы, поглощенные растением, должны восстановиться в клетках до аммиака. Образованием аммиака завершается и распад органических веществ – аминокислот, амидов, белков. По образному выражению академика Д.Н.Прянишникова, аммиак «есть альфа и омега в обмене азотистых веществ у растений».
Нитраты, поступившие в растения, восстанавливаются по схеме:
Первый этап восстановления нитрата протекает в соответствии с уравнением:
где NAД(Р)H – никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный, NAД(Р)+ – никотинамидадениндинуклеотидфосфат окисленный.
Нитратредуктаза – фермент класса оксидоредуктаз, синтезируемый в клетках в ответ на поступление NO3–; им особенно богаты молодые листья и кончики корней.
Образующиеся нитриты не накапливаются, а быстро восстанавливаются до NH4+ с помощью фермента – нитритредуктазы:
где ФД – ферредоксин – железосодержащий белок, выполняющий функции переносчика электронов.
Нитритредуктаза – фермент, активность которого в 5–20 раз выше, чем нитратредуктазы. Эффективность этого фермента так высока, что свободные промежуточные продукты при восстановлении NO2– до NН4+ (гипонитрит (HNО)2, гидроксиламин NН2ОН) в растении не накапливаются. Нитритредуктаза может содержаться и в листьях, и в корнях.
Аммиак, поступивший в растение извне, образовавшийся при восстановлении нитратов или в процессе фиксации молекулярного азота, далее усваивается растениями с образованием различных аминокислот и амидов. Таким образом, нитраты являются естественным азотистым компонентом растительного организма.
В то же время у животных и человека высокие дозы нитратов могут вызвать отравление и даже привести к смерти. Токсическое действие нитратов связано с восстановлением их до нитритов, аммиака, гидроксиламина под влиянием микрофлоры пищеварительного тракта и тканевых ферментов. Если в организм человека поступают высокие дозы нитратов, через 4–6 ч появляются тошнота, одышка, посинение кожных покровов, диарея. Одновременно ощущается общая слабость, головокружение, боли в затылке и сердцебиение. Первой медицинской помощью при этом является обильное промывание желудка, прием активированного угля и солевых слабительных. Употребление в течение долгого времени пищи и воды с высоким содержанием нитратов вызывает также аллергию, нарушение деятельности щитовидной железы, приводит к возникновению многочисленных болезней в результате нарушения обмена веществ, опорно-двигательного аппарата и нервной системы.
Чем же обусловлено такое токсическое действие на организм нитратов? Дело в том, что нитраты, превратившись в желудочно-кишечном тракте в нитриты, попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам, в результате чего может наблюдаться удушье.
Выявлены два способа окисления гемоглобина HbFe2+. При прямом окислении роль окислителя играют нитрит-анионы:
3HbFe2+ + 2NO2– + 14H+ = 3HbFe3+ + 2NH3 + 4H2O.
Во время косвенного окисления гемоглобина сначала нитриты окисляются до нитратов с образованием пероксида водорода, затем последний вступает в реакцию с железом гемоглобина:
NO2– + О2 + Н2О = NO3– + Н2О2,
HbFe2+ + 2Н2О2 + 4Н+ = HbFe3++ 4Н2О.
Угрозой для жизни является накопление в крови 20% и более метгемоглобина (HbFe3+).
Наибольшая же опасность повышенного содержания нитратов в организме заключается в способности нитрит-иона участвовать в реакции нитрозирования аминов и амидов, в результате которой образуются нитрозосоединения, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.
Образование нитрозосоединений происходит при взаимодействии азотистой кислоты с вторичными аминами как в продуктах питания в процессе их кулинарной обработки, так и внутри организма:
(R2)NH + НNO2 = (R)2N–NO + Н2О.
N-нитрозосоединения имеют общую структуру:
Их можно разделить на два класса с различными свойствами: нитрозамины, где R1 и R2 – алкильные или арильные группы, и нитрозамиды, где R1 – алкильная или арильная группа, R2 – ацильная группа.
Проведенные на животных опыты показали, что N-нитрозосоединения способствуют образованию опухолей во всех органах, кроме костей.
Чаще всего контролируют наличие в продуктах N-нитрозодиметиламина (НДМА) и N-нитрозодиэтиламина (НДЭА).
Допустимое суточное потребление нитратов для человека не должно превышать 5 мг на 1 кг массы тела, т. е. не более 350 мг в сутки для человека массой 70 кг.
В организм человека нитраты поступают (в %): с овощами – 70, с водой – 20, с мясными, молочными и консервированными продуктами – 6. Наиболее опасно отравление нитратами, растворимыми в воде, т. к. это увеличивает скорость всасывания их в кровь, поэтому содержание нитрат-аниона в воде не должно превышать 45 мг/л.
Содержание нитратов и нитритов в продуктах животноводства невелико, например в молоке и молочных продуктах их содержится не более 10 мг/кг. Нитраты и нитриты используют как консерванты при производстве сыров, и их суммарное содержание не превышает 50 мг/кг. При изготовлении ветчинно-колбасных изделий нитраты и нитриты добавляют не только для подавления деятельности болезнетворных бактерий, но и для того, чтобы придать мясным изделиям красно-коричневый оттенок. Содержание этих веществ в мясной продукции также не представляет опасности для здоровья людей (нитраты – 1–5 мг/кг, нитриты – 0,8–2,2 мг/кг).
Больше всего нитратов в организм человека поступает с овощами и картофелем. Это послужило причиной того, что во многих странах мира, в том числе и в нашей, в 1988 г. были разработаны предельно допустимые концентрации (ПДК) нитратов в сельскохозяйственной продукции. ПДК нитратов в овощной продукции разных стран колеблются в значительных пределах, причем у нас установлены самые низкие ПДК по сравнению с зарубежными странами.
В табл. 1 (см. с. 2) приведены данные, характеризующие способность различных сельскохозяйственных культур накапливать нитраты.
Следует отметить, что содержание нитратов в разных частях растений неодинаково. Больше всего нитратов в тех частях растения, которые содержат большое количество тканей, служащих для проведения воды и минеральных солей к листьям и органам (ксилемные ткани). В жилках листьев, листовых черешках, стеблях нитратов больше, чем в мякоти листьев и плодах; в кожице и поверхностных слоях плодов они преобладают над внутренними слоями; в генеративных органах (органы полового размножения растений) эти вещества отсутствуют или имеются в меньших количествах, чем в вегетативных.
Меняется содержание нитратов в растениях и в течение суток. Это объясняется интенсивностью восстановления нитрат-ионов до аммиака. Ночью и рано утром активность ферментов, участвующих в восстановлении NО3–, низка, что ведет к их накоплению. С повышением температуры и интенсивности освещения активность этих ферментов, в первую очередь нитратредуктазы, возрастает, что ведет к снижению содержания нитратов. В связи с этим сбор овощей лучше вести днем, когда содержание NО3– уменьшается на 30–40% по сравнению с утренними часами.