Экспериментальные исследования оценки содержания нитратов и нитритов в копченых продуктах
Исследовательская работа
Экспериментальные исследования оценки содержания нитратов и нитритов в копченых продуктах
Автор: Заступова Александра Владимировна
г. Иркутск МОУ "Лицей № 3", 11 класс
Руководители: Королева Галина Николаевна,
преподаватель химии высшей категории, ИГУ;
Тихонова Лариса Ивановна, учитель химии
высшей категории, лицей № 3
Иркутск 2011
Содержание
Введение
Глава 1. Нитриты и нитраты
1.1 История нитритов и нитратов
1.2 Влияние на организм человека
1.3 Содержание в продуктах питания
Глава 2. Методы исследования. вольтамперометрия
2.1 Редоксиметрия
2.2 Метод вольтамперометрия
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1 Определение нитритов и нитратов в мясных продуктах
Заключение
Список использованной литературы
Введение
В наше время в каждом доме есть копченые продукты - наши "любимые" колбасы. Без них мы не представляем себе ни один праздник или даже обычный завтрак. Колбасы известны с незапамятных времён. Упоминания о них встречаются в источниках Древней Греции, Вавилона и Древнего Китая. В России мастерские по производству колбас появились ещё в XVII веке [16].
Колбаса - это вкусно, быстро, и главное её преимущество - длительность хранения. Все слышали, в той или иной мере, о том, что издавна при изготовлении различных мясных продуктов используют нитриты и нитраты натрия, которые в значительной степени влияют на формирование таких качественных показателей, как цвет, вкус и аромат. Кроме того, нитриты и продукты их восстановления обладают способностью ингибировать рост микрофлоры и образование токсинов в мясных продуктах, а также оказывают антиокислительное действие на липиды.
Цвет колбас и копченых продуктов также зависит от того, в каком количестве добавлены нитраты. Нитраты - соли азотной кислоты - не относятся к ядовитым веществам, но представляют опасность тем, что из них образуются нитриты - соли азотистой кислоты. Именно нитриты могут оказывать токсическое действие на человека, как прямое, так и опосредованное, через образование других вредных веществ, например нитрозоаминов. Считается, что нитриты опасней нитратов в 30 раз. В организме человека нитраты и нитриты быстро всасываются в желудочно-кишечном тракте. Нитраты выводятся с мочой и частично превращаются в нитриты, а нитриты, особенно при поступлении в больших количествах, реагируют с гемоглобином крови, образуя его соединение - метгемоглобин. Это вещество не может выполнять функции переносчика кислорода как гемоглобин, что приводит к гипоксии (кислородному голоданию) тканей. В результате - ухудшение самочувствия, снижение работоспособности, общая слабость.
В наше время потребление копченых продуктов очень значительно (приложение №1), поэтому оценка содержания в них нитратов, а также нитритов, является очень актуальной темой. Это связано с тем, что при избытке их поступления в организм происходит его сильное отравление. Во многих источниках, в том числе и в Интернете, описываются различные случаи отравления овощами, копченостями и даже свежевыжатыми соками [7; 8].
Нитрат и нитрит натрия широко используются при переработке мяса для придания продукции товарного вида, вследствие чего они присутствуют практически во всех мясных продуктах, но особенно их много в колбасах, сосисках и копченостях. Поэтому нами и были исследованы наиболее часто употребляемые в пищу продукты питания - копченые колбасы. Исследование проводилось на базе химического факультета ИГУ. Было изучено множество методик, но мы выбрали вольтамперометрию. Это обусловлено тем, что получаемый результат наиболее точен и возможно определение как нитратов, так и нитритов в рамках одной экспериментальной работы. Предполагалось проверить, насколько производители соблюдают допустимые нормы, и на основе результатов сделать соответствующие выводы, т.е. могут ли копченые продукты, которые мы употребляем почти каждый день, быть опасны для здоровья.
Цель:
Исследовать копченые продукты на содержание в них нитратов и нитритов.
Задачи:
1.Сбор и анализ соответствующей литературы.
2.Изучение методики вольтамперометрии.
.Проведение экспериментального исследования на содержание в продуктах нитратов и нитритов.
.Выводы и оценки.
Глава 1. Нитриты и нитраты
1.1 История нитритов и нитратов
Нитраты - соли азотной кислоты, например NaNO3, KNO3, NH4 NO3, Mg (NO3) 2. Они являются нормальными продуктами обмена азотистых веществ любого живого организма, поэтому "безнитратных" продуктов в природе не бывает. Часть нитратов при избыточном поступлении, а также при неправильной кулинарной обработке продуктов переходит в нитриты, которые во много раз токсичнее нитратов и являются очень вредными для здоровья. Нитрит натрия - NaNO2, является стабилизатором красного цвета консервированного мяса и вкусовой добавкой в изделиях из мяса и рыбы. Без него хот-доги и бекон были бы серого цвета. Нитрат натрия используется для сухой консервации мяса, например, в ветчине, поскольку он медленнее распадается на нитриты. Нитриты также замедляют рост бактерий, вызывающих ботулизм (пищевая добавка E-250.) Очищенный нитрит натрия представляет собой белый или слегка желтоватый кристаллический порошок. Хорошо растворим в воде и гигроскопичен. На воздухе медленно окисляется до нитрата натрия NaNO3 [9]. О добавлении нитритов и нитратов в продукты питания как о проблеме заговорили ещё с 60-х годов прошлого века. Все попытки были направлены на то, чтобы их употребление свести к минимуму и таким образом снизить опасность образования нитрозоаминов в готовых продуктах. В настоящее время использование современных технологий мясных изделий, новых видов упаковочных материалов позволяет изменить условия и сроки хранения готовых изделий. Одним из факторов, обеспечивающим качество и безопасность продуктов длительного хранения, является применение при их производстве нитрита и нитрата натрия [10].
нитриты нитрат мясной продукт
1.2 Влияние на организм человека
В организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах 100 мг и более нитратов.
При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов, а последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию. Метгемоглобинемия - это кислородное голодание (гипоксия), вызванное переходом гемоглобина крови в метгемоглобин, не способный переносить кислород. Метгемоглобин образуется при поступлении нитритов в кровь. При содержании метгемоглобина в крови около 15% появляется вялость, сонливость, при содержании более 50% - наступает смерть, схожая со смертью от удушья [12].
Исследователями США, Германии, Чехословакии, России установлено, что нитраты и нитриты вызывают у человека метгемоглобинемию, рак желудка, отрицательно влияют на нервную и сердечно-сосудистую системы, а также на почки и даже на развитие эмбрионов. Нитраты поступают в организм человека с водой и пищевыми продуктами, а потом всасываются в тонком кишечнике в кровь. Выводятся с мочой и женским молоком. А если содержание нитратов превышает норму, появляется угроза для почек.
Наиболее чувствительны к избытку нитратов дети первых месяцев жизни, в организме которых системы защиты от избытка нитратов еще не полностью сформированы. Для взрослого человека смертельная доза нитратов составляет от 8 - 14 г, острые отравления наступают при приеме от 1 до 4 г нитратов. Если до 60-х годов главной опасностью неумеренного использования нитратных удобрений считалась метгемоглобинемия, то сейчас большинство исследователей считают главной опасностью возникновение рака, в первую очередь рака желудочно-кишечного тракта [12].
В Колумбии учеными обнаружена прямая взаимосвязь между частотой заболевания раком желудка, атрофическим гастритом и высоким содержанием нитратов в воде колодцев и моче жителей [14]. Также нитраты вызывают пищевое отравление. Признаки острого отравления могут возникнуть через 1-6 часов после поступления токсических доз нитратов в организм. Признаки отравления: тошнота, рвота, понос, увеличение печени и ее болезненность при ощупывании, понижение артериального давления [13]. Нитриты и нитраты очень токсичны, и по степени опасности отнесены Государственной фармакопеей РФ к сильно действующим веществам группы Б, а СанПин 2.1.4.559-96 - к классу опасности 2 [2].
1.3 Содержание в продуктах питания
Нитраты, ежедневно попадающие в организм взрослого человека, содержатся в следующих продуктах (табл. 1):
Таблица №1
Содержание нитратов в продуктах питания и воде, %
Овощи50-75Колбасы, сосиски, ветчина и прочие мясные изделия15-25Вода15-22Другие продукты4-6
Также большое значение имеет правильное хранение продуктов. Свежеприготовленные соки могут стать опасными для употребления. если длительное время не подвергаются дальнейшей обработке, так как наблюдается быстрый переход нитратов в нитриты. При хранении сока в течение суток количество нитритов возрастает от нулевого содержания до следующих величин (табл. 2):
Таблица №2
Содержание нитритов в соках в зависимости от температуры, мг/л
СокТемпература При нагревании (37°С) При комнат. темп. (20-25°С) В холодильнике (10°С) Свекольный 296 188 26 Томатный 324 191 32
В процессе сушки продукта или упаривания жидкости зачастую происходит увеличение количества нитратов.
С продуктами животного происхождения в организм человека, как правило, поступает незначительное количество нитратов. Следует также обратить внимание на тот факт, что уровень нитратов в колбасных изделиях выше, чем в исходных продуктах, вследствие добавления нитратных солей в ходе изготовления колбас. Нитратные соли используются для придания соответствующей окраски получаемым продуктам [8].
При посоле мяса традиционно применяют в небольших дозах нитриты натрия или калия, которые обусловливают цвет, вкус и аромат мясных изделий, ингибируют рост микрофлоры и образование токсинов в мясопродуктах. В свиных колбасах, беконах, окороках содержание нитратов составляет 8-40 мг/кг, нитритов - 1-9 мг/кг [3].
Табак не является продуктом питания, но на земном шаре курят свыше 1 млрд человек, которые ежедневно выкуривают примерно 20 млрд сигарет. В то же время негативное действие табака на организм человека не ограничивается влиянием только никотина. Известно, что растения табака накапливают значительное количество нитратного азота, который в процессе курения превращается в окислы табака [8].
Но наибольшее количество нитратов и нитритов отмечено в копченых продуктах.
Например, нитрит натрия E-250 используют для придания копчёностям и колбасам характерной розово-красной окраски. Под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами, нитраты восстанавливаются до нитритов (нитриты опасны для здоровья). В Евросоюзе Е-250 может применяться только как добавка к соли, причем не более 0,6%.
Аналогичными свойствами обладает и нитрит калия - пищевая добавка E-249 <#"center">Глава 2. Методы исследования. вольтамперометрия
Существует несколько методов анализа содержания нитратов и нитритов в продуктах.
2.1 Редоксиметрия
Редоксиметрия применяется для анализа неорганических и органических веществ и является наиболее распространенным видом титриметрических определений. Редоксиметрия - группа методов количественного химического анализа (основанных на применении окислительно-восстановительных реакций) - разделяется на следующие исследования:
1)Йодометрия - метод основан на определении количества вещества в растворе, для этого к нему добавляют заданное количество раствора йода, йод восстанавливается до йодида, и окраска раствора исчезает. По количеству йода, необходимого для окисления вещества, определяют количество вещества в растворе. Йодометрическим методом определяется содержание кофеина в кофе. Наличие крахмала, содержащегося в суррогатах кофе, дает специфическую синюю окраску. Напитки без примесей заменителей кофе окрашиваются в желтый цвет.
2)Перманганатометрия - метод объемного (титриметрического) химического анализа, основанный на применении стандартного раствора перманганата калия (KMnO4). При действии восстановителей перманганат-ион в кислотной среде переходит в бесцветный катион марганца (2+). Окончание титрования устанавливается по отсутствию розовой окраски перманганат-иона или с помощью индикатора. Минусы: применение перманганатометрии несколько осложняется реакцией, которая может идти в конце титрования в случае недостаточной кислотности раствора, что приводит к ошибкам аналитического определения нужных веществ.
3)Хроматометрия - титриметрический метод определения восстановителей, а также катионов металлов, образующих малорастворимые хроматы. Метод включает применение стандартного раствора дихромата калия K2Cr2O7. При титровании восстановителей раствором дихромата калия в кислотной среде дихромат-ион восстанавливается до катиона хрома (3+)
4)Броматометрия - титриметрический метод определения восстановителей, а также органических соединений, вступающих с бромом в реакции присоединения или замещения. Метод основан на применении солянокислого раствора КВrО3 с известным титром. При титровании восстановителей бромат превращается в бромид
С помощью редоксиметрии определяют вещества, способные окисляться или восстанавливаться, или вещества, реагирующие с окислителем или восстановителем. Для установления конечной точки титрования используются специфические индикаторы. Применение потенциометрии для установления точки эквивалентности значительно расширяет область оксидиметрических определений. Число методов редоксиметрии продолжает увеличиваться за счет применения новых реагентов [1; 5].
2.2 Метод вольтамперометрия
Вольтамперометрия - это совокупность электрохимических методов исследования и анализа, основанных на процессах электрохимического окисления или восстановления определяемого вещества, протекающих на микроэлектроде и обусловливающих возникновения диффузионного тока. Методы основаны на изучении вольтамперных кривых (вольтамперограмм), отражающих зависимость силы тока от приложенного напряжения. В методах вольтамперометрии применяют двух - или трех - электродные ячейки. Индикаторные электроды - рабочие поляризуемые электроды, на которых протекают процессы электроокисления или электровосстановления вещества.
Вольтамперограммы позволяют одновременно получить информацию о качественном и количественном составе анализируемого раствора, а также о характере электродного процесса. Поэтому эта методика наиболее подходящая, результат, который мы получаем в итоге, более точный, чем полученный при использовании методики с применением титрования [6].
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1 Определение нитритов и нитратов в мясных продуктах
Цель работы: определить содержание нитритов и нитратов в продуктах мясного производства методом прямой потенциометрии с применением с ионоселективного электрода.
Приборы:
·Иономер И-130.
·Ионоселективный электрод на NO3-ионы.
·Хлоридсеребряный электрод сравнения.
·Аналитические весы 2-го класса точности.
·Технические весы 3-го класса точности.
Посуда:
·Химические стаканы (ячейки) вместимостью 50 см3.
·Мерные колбы вместимостью 100 см3 и 1 дм3.
·Мерные пипетки.
·Мерный цилиндр.
·Конические колбы объемом 250 см3.
·Воронка диаметром 9 см.
Реактивы:
·Нитрат калия.
·Раствор сульфата цинка с массовой долей 0,45 %.
·Раствор сульфата калия с молярной концентрацией эквивалентна 1,0000 моль/дм3.
·Титрованный раствор гидроксида натрия с концентрацией 0,1000 моль/дм3.
·Раствор персульфата аммония с массовой долей 8,0 %.
·Фильтровальная бумага.
·Навеска каждого образца (около 5 г).
Порядок выполнения работы
1)Построение градуировочного графика.
а) Массу навески нитрата калия (10,1±0,0002) г взвешивают на аналитических весах, количественно переносят в мерную колбу, растворяют в дистиллированной воде, доводят до метки;
б) получают раствор нитрата калия с концентрацией 1,0*10-5моль/дм3 (рNO3=1,0). Из стандартного раствора методом последовательного разбавления готовят серию растворов нитрата калия с концентрациями 1,0*10-2; 1,0*10-3; 1,0*10-4 и 1,0*10-5 моль/дм3;
в) в химические стаканы пипеткой отбирают по 50,00 см3 стандартных растворов нитрита калия, в каждый стакан добавляют по 1,00см3 раствора сульфата калия;
г) поочередно в каждый стакан погружают электроды и измеряют ЭДС (E, мВ). Измерение выполняют, переходя от разбавленных растворов к более концентрированным;
д) по полученным результатам строят градуировочный график, откладывая по оси ординат Е, мВ, по оси абсцисс соответствующие значения р (NO3-) (Приложение № 3).
2)Пробоподготовка.
а) В коническую колбу помещают массу навески измельченного масяпродукта, приблизительно 5 г, взвешенную на технических весах;
б) в колбу добавляют 100 см3 теплой дистиллированной воды и экстрагируют нитраты в течение 30 мин при непрерывном перемешивании. Содержимое колбы охлаждают и фильтруют в коническую колбу;
в) в полученном фильтрате осаждают белки, для этого добавляют 2,50 см3 раствора NaOH и 10,00 см3 раствора сульфата цинка. Колбу нагревают в течение 5 мин, охлаждают, после раствор фильтруют через бумажный фильтр. Фильтрат и воду после промывания осадка белков собирают в мерную колбу вместимостью 100,0 см3 и доводят до метки раствора сульфата калия (Приложение № 4).
3)Анализ.
а) Для определения нитратов: в фильтрате измеряют ЭДС, по полученной величине находят по градуировочному графику рNO3 и начальную концентрацию нитратов в анализируемом экстракте;
б) для определения нитритов: их окисляют персульфатом натрия до нитратов. К 25,00 см3 фильтрата добавляют 0,50 см3 раствора персульфата аммония, энергично перемешивают и через 5 мин измеряют ЭДС, по градуировочному графику находят концентрацию нитратов после окисления нитритов;
5NaNO2 + (NH4) 2S2O8 => 5NaNo3+ (NH4) 2S2O3
в) разность между суммарным содержанием и начальной концентрацией нитратов равна концентрации нитритов в анализируемом растворе
(Приложение № 5).
4)Расчет.
Содержание нитратов в мясопродукте находят по формуле
ω1 = c*M (NO3-) *V*100/m.
Содержание нитритов находят по формуле
ω2 = (c1-c) *M (NO2-) *V*100/m,
где М - молярная масса (г/моль);
с - концентрация (моль/дм3);
V - объем фильтрата (см3);
M - масса навески (г);
- коэффициент пересчета на 100 г продукта (Приложение № 6) [3; 6].
Таблица 3
Вычисление W (NO3-)
№ пробыНазвание пробыm/50мл H2OE мBpCC (NO3-) W (NO3-) 1Колбаса "Турист" (Венгрия) 5.20 г3303.26.3*10-437.52Колбаса "Элитная" (Усольский МК) 5.00 г3403.44.0*10-424.83Колбаса "Венская" (Усольский МК) 5.12 г3353.33.0*10-430.24Сосиски "Охотничьи" ("Дымов") 5.05 г3353.35.0*10-430.65Колбаса "Степная" (Иркутский МК) 5.14 г3323.255.6*10-433.76Колбаса "Кумановь" (Иркутский МК) 5.11 г3303.26.3*10-438.27Балык ("Романовский") 5.32 г3453.62.5*10-414.58Сосиски "Альпийские" ("Дымов") 5.20 г2551.81.6*10-49.59Грудинка (Улан-Удэ) 5.47 г3453.62.5*10-414.210Ветчина в форме (Улан-Удэ) 5.17 г3683.91.3*10-47.711Ветчина "Нежная" (Улан-Удэ) 5.18 г3503.53.2*10-419
Таблица 4
Вычисление W (NO2-)
№ пробыНазвание пробыm/50мл H2OEмB NO2pC (сумм) C (NO2) (сумм) W (NO2) 1Колбаса "Турист" (Венгрия) 5.20 г2752.17.9*10-229.982Колбаса "Элитная" (Усольский МК) 5.00 г2651.91.1*10-24.83Колбаса "Венская" (Усольский МК) 5.12 г27021.1*10