Токсичність нітратів у харчуванні людини

Інтенсифікація сільськогосподарського виробництва - природний процес, властивий епосі науково-технічного прогресу. По суті, це якісно новий рівень антропогенного впливу людини на навколишнє середовище, при якому досягнення науки і техніки спрямовані на збільшення рівня виробництва харчових продуктів, у першу чергу рослинних. В основі рішення даної проблеми лежать не тільки сучасні агротехнічні прийоми, а й застосування широкого спектру агрохімікатів: мінеральних добрив, хімічних засобів Зара, регуляторів росту та ін Це, у свою чергу, породило іншу проблему - необхідність забезпечення хімічної безпеки і високої якості продуктів харчування . Останнім часом з'явився великий інтерес до залишковим кількостей нітратів у продуктах харчування і до тих порушень у стані здоров'я людини, які можуть бути викликані нітратним забрудненням.
Нітрати - солі азотної кислоти, є елементом живлення рослин і природним компонентом харчових продуктів рослинного походження. Їх висока концентрація в грунті абсолютно не токсична для рослин, навпаки, вона сприяє посиленому росту надземної частини рослин, більш активного протікання процесу фотосинтезу, кращому формуванню репродуктивних органів і, отже, більш високому врожаю.
Нераціональне застосування добрив, як і недотримання інших агротехнічних вимог, обумовлює збільшення залишкового вмісту нітратів у рослинах. Концентрація нітратів в овочах, зелених культурах коливається в широких межах і може досягати дуже великих величин (буряк - 1070 мг/кг, морква - 180 мг/кг, молода картопля - 170 мг/кг). У поєднанні з нітратами питної води це збільшує навантаження забруднювача на населення. Крім того, нітрати широко використовуються в різних галузях промисловості (харчової, хімічної, текстильної, гумової, металургійної) і фармакології. Таким чином, нітросполуки можуть надходити в організм людини з овочами та фруктами, ковбасними і консервними виробами, питною водою, вдихуваним повітрям і ліками.
Найбільш чутливі до надлишку нітратів діти в перші місяці життя. Відомі випадки отруєння дітей овочевими соками та овочами з підвищеною концентрацією нітратів. В організмі, що годує, існує механізм захисту від нітратів, але можливості його обмежені. Якщо мати вживає продукти з високим вмістом нітратів, то вони неминуче потрапляють в грудне молоко, що призводить до серйозних отруєнь, тому що захисні механізми проти шкідливого впливу нітратів формуються в людини тільки до кінця першого року життя.
Нітрати потрапляють і в коров'яче молоко. При годуванні тварин силосом, що містить 21 мг/кг нітратів, в 1л молока містилося 800 мг нітратів.
Смертельна доза нітратів для дорослої людини складає 8-14 г, гострі отруєння настають при дозі в 1-4 р.
Одним з головних небезпечних явищ при отруєнні нітратами є утворення метгемоглобіну в крові. Це викликано тим, що нітрати, потрапляючи в травну систему людини і відновлюючись до нітритів, взаємодіють з гемоглобіном крові, окислюючи в ньому двовалентне залізо у тривалентне. В результаті чого утворюється метгемоглобін, не здатний переносити кисень. Внаслідок цього порушується нормальне дихання клітин і тканин організму, від чого накопичується молочна кислота, холестерин, різко падає кількість білка в організмі. Нітрати сприяють розвитку патогенної кишкової мікрофлори, яка виділяє токсини і приводить до інтоксикації організму.
Інша серйозна небезпека - здатність нітрит-іона брати участь у реакції нітрозірованія амінів і амідів, в результаті чого утворюються канцерогенні Нітрозосполуки.
Зі зростанням хімізації збільшується захворюваність легеневу форму туберкульозу у дітей 7-14 річного віку. Серед дорослих відзначені захворювання на бронхіт, гіпертонію.
При гострому отруєнні нітратами у людини виникає метгемоглобін різного ступеня тяжкості (аж до летального результату); при хронічному отруєнні - рак шлунка, порушення роботи нервової і серцево-судинної систем. Чутливість до нітратів підвищують чинники кисневого голодування: високогір'ї, підвищена концентрація чадного газу, присутність окислів азоту, алкоголь.
Ознаки отруєння нітратами з'являються через 1-6 годин. Гостре отруєння розпочинається з нудоти, блювоти, діареї. Збільшується і болісно реагує на пальпацію печінка, знижується артеріальний тиск, порушується діяльність серця, частішає дихання і т. д. У випадку легкого отруєння з'являється сонливість і загальна депресія організму.
Отруєння нітратами відзначаються, як правило, серед осіб, які страждають супутніми захворюваннями: розладами шлунково-кишкового тракту, хронічними захворюваннями верхніх дихальних шляхів. Крім того, отруєння важче протікають у людей, що страждають на захворювання печінки, нирок і крові.

Механізм трансформації нітратів у тканинах рослин

Переважною формою мінерального азоту, що надходить у рослини, є нітрати. Доля поглиненої рослинами нітрату може бути різною. Надійшли нітрати або запасаються в вакуолях кореня, або подаються з пасок у El систему. Включатися в органічні сполуки вони можуть як у коренях, так і в листах. Причому метаболізацію нітратів починається з їх відновлення до амонію. Тому були підстави вважати, що амонійні харчування енергетично більш вигідно, ніж нітратне. Однак термодинамічні розрахунки показали, що у Райграс витрати енергії на транспорт з середовища в корінь і засвоєння нітрату тільки на 8% вище, ніж на використання амонію. До того ж, амоній засвоюється відразу і вимагає активного припливу вуглеводів в корені і достатньої аерації.
Азот входить до складу органічних сполук тільки у відновленій формі. Тому включення нітратів в обмін речовин починається з їх відновлення, яке може здійснюватися в корінні і в листах. Відносна частка участі цих органів у первинної асиміляції нітратів є видовою ознакою. У зв'язку з цим виділяють три основні групи рослин:
1. Рослини, практично повністю відновлюють нітрати в корінні і транспортують азот до листів в органічній формі (горох, люпин, чорниця)
2. Рослини, практично не проявляють нітратредуктазной активності в коренях і асиміляційні нітрати в листках (цукровий буряк, бавовник)
3. Рослини, здатні відновлювати нітрати як у коренях, так і в листках (кукурудза, овочі, зернові культури)
За сучасними уявленнями, відновлення нітрату відбувається в два етапи:
Відновлення нітрату до нітриту, зв'язане з перенесенням двох електронів і каталізуються нітратредуктазой (в цитозолі), відновлення нітриту до аміаку шляхом переносу шести електронів і каталізуються ферментом нітрітредуктазой (в пластидах):


Нітратредуктаза є гем-і молібденсодержащій флавопротеїни, що бере участь в переносі електрона від НАД • Н к нітрат-іону:

Цей фермент синтезується в клітинах у відповідь на надходження нітратів; їм особливо багаті на молоде листя і кінчики коренів.
Хімізм першого етапу відновлення нітратів:

Відновлення нітратів до нітритів відбувається в цитоплазмі клітин кореня і листа. Не виключається можливість локалізації нітратредуктази на плазмалемме і на мембранах органел, що межують з розчинної фазою клітини. Але ці асоціації утримуються слабкими зв'язками і легко руйнуються при виділенні органел.
Другий етап відновлення мінерального азоту здійснюється за участю нітрітредуктази і феррідоксіна (у листі) або НАДФ • Н (в корінні):


Причини накопичення нітратів у рослинницької продукції

Розміри споживання азоту рослинами залежать від біологічних особливостей виду та сорту, гідротермічного режиму, водно-фізичних і агрохімічних властивостей грунту, агротехніки. В основних овочевих та кормових культурах у вигляді нітратів накопичується значна кількість азоту, що досягає 38-43 кг/га (до 47 кг/га). Найчастіше фактори, що сприяють накопиченню нітратів, впливають у комплексі.
Ключовим ферментом, що визначає асиміляцію нітратів, є нітратредуктаза, активність якої в 5-20 разів нижче, ніж нітрітредуктази. Тому нітрити, які утворюються на першому етапі редукції нітратів, не накопичуються, а швидко відновлюються до аміаку. Ступінь асиміляції амонійній форми азоту залежить від багатьох факторів, сприятливого поєднання яких, як правило, не буває. Для рослин існує реальна небезпека аміачного отруєння, що приводить до хлороз листя, подвяданію, пригнічення росту і загибелі. При посиленні нітратного живлення активність нітратредуктази зростає до певної межі і частина нітратів залишається непоновлення, що оберігає рослини від накопичення токсичних проміжних продуктів асиміляції.
Освіта нітратів може бути також пов'язане з окисленням надлишкової кількості амонію в рослині, що не тільки запобігає порушення обміну речовин, але й дозволяє зберегти азот в мінеральній формі для подальшого використання в процесах асиміляції.
Видові відмінності накопичення нітратів часто обумовлені локалізацією нітратів в окремих органах рослин, що, у свою чергу, пов'язано з фізіологічної спеціалізацією і морфологічними особливостями окремих органів, типом і розташуванням листя, розміром листових черешків і жилок, діаметром центрального циліндра в коренеплодах. Нітрати практично відсутні в зерні злаків і зосереджені, в цьому випадку, в листі і стеблах. Зелені культури накопичують велику кількість нітратів у стеблах і черешках листя. Це викликано тим, що стебла і черешки є шляхами транспорту нітратів до інших органів рослин.
Накопичення нітратів змінюється в залежності від типу органу рослини. У бульбах картоплі низький рівень вмісту нітратів виявлено в м'якоті бульби, тоді як в шкірці і серцевині їх зміст було більше в порівнянні з середньою частиною в 1-1,3 рази.
Серцевина, кінчик і верхівка столового буряку відрізняються від інших частин коренеплоду підвищеним вмістом нітратів.
У білоголової капусти найбільша концентрація нітратів спостерігається у верхній частині стебла. Верхні листя містять в два рази більше нітратів більше, ніж внутрішні. Особливо великий вміст нітратів у черешках листя.
У моркві високий вміст нітратів спостерігається у верхівці і на кінці коренеплоду, а також в серцевині, причому вміст нітратів зменшується від кінчика до верхівки.
Вміст нітратів у соковитих плодах сімейства Гарбузові зменшується від плодоніжки до верхівки. Насіннєві камери відрізняються більш низьким вмістом нітратів, ніж м'якоть і кора.
Однією з причин видових і сортових відмінностей в накопиченні нітратів є фізіологічна стиглість рослини до моменту збирання. Кількість нітратів особливо велика, коли період товарної зрілості настає раніше фізіологічного дозрівання.
Причиною накопичення нітратів у рослинах служать також умови мінерального живлення, що відрізняються великою різноманітністю. Тут величезна роль належить правильному вибору доз азотних добрив.
У випадку незбалансованого харчування рослин нітрати також накопичуються в різних органах і тканинах, оскільки при цьому порушується нормальний хід асиміляції азоту. Нестача фосфору побічно сприяє накопиченню нітратів тому, що він стимулює активність нітратредуктази. Калій, беручи участь у процесах вуглеводного обміну, впливає на синтез білків. Залежно від доз, умов та змісту інших елементів калій і фосфор можуть стимулювати накопичення нітратів або навпаки пригнічувати.
 Серед факторів зовнішнього середовища на вміст нітратів у рослині сильний вплив має вологість, світло, температура повітря та грунту. Інтенсивне зволоження підсилює поглинання нітратів, що у поєднанні зі зниженими температурами веде до накопичення нітратів. З іншого боку, високий рівень нітратів у рослині в посушливий період можна знизити поливами, так як вони стимулюють ріст і сприяють вимивання нітратів з грунту.
У багатьох країнах світу в 1988 р. були розроблені гранично допустимі концентрації (ГДК) нітратів у сільськогосподарській продукції.

Культура
ГДК, мг/кг
сирої маси
Картопля
250
Томати:
відкритого грунту
закритого грунту

150
300
Капуста білокачанна
700
Цибуля зелена
600
Огірки:
відкритого грунту
закритого грунту

150
400
Буряк столовий
1400
Цибуля ріпчаста
80
Морква:
рання
пізня

400
250
Петрушка на зелень
2000
Кресс-салат
2000
Кавуни
60
Дині
90
Яблука
60

Шляхи зниження накопичення нітратів у рослинницької продукції
Для зниження вмісту нітратів у сільськогосподарській продукції застосовують комплекс селекційно-генетичних, агрохімічних і технологічних заходів.
Перспективним є пошук і виведення сортів, що відрізняються високою ефективністю використання азоту грунту на формування урожаю з низьким рівнем вмісту нітратів, що дозволить не тільки знизити дози добрив, а й запобігти забрудненню навколишнього середовища. У той же час впровадження в практику сортів з високим потенціалом асиміляції нітратів забезпечує, як правило, підвищення вмісту білка в урожаї. Тому актуальним залишається вивчення механізмів успадкування ознаки низького вмісту нітратів або високій швидкості їх асиміляції.
У зв'язку з тим, що провідним фактором накопичення нітратів в рослині є надлишкове азотне харчування, рекомендують використовувати дози добрив, які забезпечують урожай рослин на 5-10% нижче максимального. Зменшити вміст нітратів можна шляхом застосування медленнодействующіх полімерних форм добрив на основі сечовиноформальдегідної сполук і конденсованих фосфатів, карбамідоформальдегідні добрив, а також за допомогою покриття гранул захисними плівками. Це знижує швидкість розчинення добрив і забезпечує пролонгована рівномірне постачання азотом рослин протягом сіл вегетації. Ефективним засобом є інгібітори нітрифікації (деціандіаміддідін, сірковуглець), використання яких забезпечує тимчасову консервацію в грунті амонійного азоту, що знижує втрати азоту добрив і зменшує накопичення нітратів у врожаї зелених овочів і редиски.
У той же час, ефективно вирішити проблему нітратів здатне дробове і локальне застосування азотних добрив під овочеві та кормові культури. Для одержання овочевої продукції з високим урожаєм і низьким вмістом нітратів необхідні помірне азотне живлення рослин у молодому віці, посилене постачання азотом в період інтенсивного росту листя і обмежене забезпечення азотом при дозріванні качанів і коренеплодів.
У зниженні вмісту нітратів може допомогти вибір оптимальних термінів збирання врожаю. У процесі вегетації картоплі кількість нітратів в бульбах знижується. При пізніх строках збирання вміст нітратів в бульбах на 50-60% нижче, ніж при ранніх. Збирання листових овочів варто робити ввечері, тому що в цей час у них міститься на 30-40% менше нітратів за рахунок їх активного відновлення в світлий період.

Бібліографія

1) Фізіологія та біохімія сільськогосподарських рослин/Н.Н. Третьяков, Є.І. Кошкін, Н.М. Макрушин та ін; під ред. Н.Н. Третьякова. - М.: Колос, 2000
2) Боговскій П.А. Азотні добрива і проблеми раку. - Л.: 1980
3) Полевой В.В. Фізіологія рослин. - М.: Вища школа, 1989
4) Зарубін Г.П., Дмитриев М.Т., Приходько Є.І., Міщіхіна В.А. Гігієнічна оцінка нітратів у харчових продуктах .- М.: Гігієна і санітарія, 1990
5) Крохалева С.І. Нітрати в продуктах рослинництва Єврейської автономної області .- електронний журнал «Досліджено в Росії» (http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2004/061.pdf), 2004
6) Нітрати, нітрити і N-нитрозному з'єднання .- Женева: Всесвітня організація охорони здоров'я. Спільне видання програми ООН з навколишнього середовища та Всесвітньої організації охорони здоров'я, 1981
7) Хімічна енциклопедія. У 5 т. - М.: 1985
8) Велика Российская енциклопедія, 3 т. - М.: 1992