Нитраты, нитриты, нитрозамины: последние исследования и история консервантов

Недавно я узнала, что все пищевые добавки периодически проходят систематическую переоценку. Дополняются накопленные ранее результаты исследований, изредка бывает пересмотр ADI. В свете очередного пересмотра нитрита (E 249-250) и нитрата (E 251-252) от EFSA наконец-то разобралась в них сама. В этом обзоре я постараюсь объективно описать пользу и вред нитрита натрия и нитратов - самых демонизированных консервантов, их преимущества и риски с точки зрения долгосрочных последствий для здоровья человека.

Если лень читать, в конце статьи есть краткая выжимка статьи в виде тезисов.

Материал основан на данных доказательной науки и медицины. Список литературы, ссылки и переводы источников в конце статьи.

Зачем в продукты добавляют нитраты и нитриты?

Нитритные и нитратные соли добавляются в мясные продукты в качестве консерванта и антибактериального агента против микроорганизма, выделяющего ботулотоксин, и других опасных болезнетворных организмов. В качестве бонуса, добавка Е-250 придает изделию характерный вкус и цвет.

Почему мясо? Идеальная среда для Clostridium botulinum: отсутствие воздуха, тепло, влажность. Например, как в колбасе, или баночке с соленьями. Кстати, именно благодаря нитритам, промышленные мясные изделия за последние 50 лет плетутся в хвосте списка источников отравления ботулотоксином. Возглавляют список домашние соленые грибочки.

Розовый цвет, который приобретает обработанное мясо, является результатом взаимодействия пигмента миоглобина с добавленными нитритами - образующийся из нитрита оксид азота реагирует с пигментом и преобразует его в иную форму: нитрозогемохром.

Розовый цвет обработанного мяса - результат реакции NO3 с мясным пигментом.

Не только Докторская. Реальные источники нитратов и нитритов

Овощи и питьевая вода являются основными источниками нитратов в рационе, а на долю добавленных консервантов приходится не более 5% от общего количества, полученного “природным” путем. В воде нитраты оказываются благодаря работе микробов, которые окисляют аммиак в почве. Источниками аммиака, в свою очередь, являются разлагающиеся растения, навоз, осаждающийся автомобильный выхлоп и продукты сгорания, азотные удобрения.

Несмотря на повсеместное сокращение использования азотных удобрений, количество нитратов в грунтовых водах не сокращается. Видимо, селитра - не основной источник загрязнения. Кстати, водопроводная вода, обычно, содержит гораздо меньше нитратов, чем из частных скважин и колодцев.

Сбалансированная диета, богатая листовыми овощами, может значительно превышать норму по нитратам, и это нормально.

Отмечу, что уровень нитрита в овощах повышается во время их хранения, так как нитраты преобразовываются в нитрит (NO3 теряет молекулу кислорода -> NO2), а в мясных изделиях напротив, снижается - преобразовываясь в оксид азота (NO). Подробнее об этом в разделе химии.

Отношение к этим важнейшим добавкам неоднозначное - страхи перед консервантами постоянно подогреваются СМИ, и далеко не каждый желает разобраться в вопросе глубже.

Нитраты в овощах и фруктах

Листовые зеленые овощи могут содержать больше 1000 мг нитратов на кг свежей зелени. Рекордсменами среди овощей являются привычные нам растения: сельдерей, салат (3500 мг/кг), свекла, шпинат (до 4259 мг/кг), руккола, мангольд. Концентрации зависят от региона выращивания, времени года, применения удобрений и сорта растения. К сравнению, в обработанных мясных продуктах содержится от 0,2 до 450 мг нитрата на килограмм.

Подробнее о содержании нитратов в пище читайте в обзоре Dietary nitrate and nitrite: Benefits, risks, and evolving perceptions, в разделе 2.5 (ссылки на тексты на русском языке в конце статьи); монографии IARC vol.94, стр. 46-100; Food sources of nitrates and nitrites: the physiologic context for potential health benefits, Am J Clin Nutr 2009 90:1–10 American Society for Nutrition.

Приведу пример. Свекольный сок снижает артериальное давление и укрепляет сосуды. Взглянем на цифры: два стакана свекольного сока в день снижает систолическое давление от 5.4 до 12 мм рт.ст; диастолическое - до 10 мм рт.ст. В этом количестве сока свеклы содержится от 154% до 630% суточной дозы нитратов. Уровень нитрата в стакане органического свекольного сока составляет от 70% до 672% от суточной нормы; в неорганическом - от 142% до 1260%.

Это всего лишь цифры, количество нитратов само по себе ни о чем нам не говорит. И вот, почему: высокое содержание аскорбиновой кислоты, первичных аминов и фенольных соединений в некоторых овощах и фруктах препятствуют образованию других соединений из оксида азота (NO), предшественника нитратов, в том числе нитрозаминов. Это свойство было изучено и использовано для создания безопасной версии добавки Е-250 (подробнее ниже).

Традиционный японский рацион содержит в среднем 18.8 мг/кг массы тела нитратов в день, при норме ADI 3.7 мг/кг. Исследования на европейцах, которым под клиническим наблюдением была предложена японская диета, показало снижение диастолического давления в среднем на 5 единиц.

“Нитратные” растения - часть сбалансированного питания, и пищевая промышленность не привнесла ничего нового, но смогла поставить на контроль негативные свойства природных консервантов.

По поводу всевозможных приборов, т.н “нитратомеров”, читайте у Роспотребнадзора .

Маркетинговые парадоксы: сельдерей вместо консервантов

В Канаде и США огромной популярностью пользуются сосиски, в которых вместо добавки Е-250 кладут порошок сельдерея - природного накопителя нитратов. Рекламируются сосиски, как более здоровые, чем с химически синтезированными консервантами.

Количество нитрита в этих сосисках может быть даже выше регламентированного.

Потребители, выбирающие “зеленые” продукты, кладут в корзину с покупками шпинат, сельдерей, свекольный сок, не отдавая отчета в том, что эти овощи содержат те же химические соединения, которых они избегают в обработанных мясных продуктах (в количестве, многократно превышающем норму для “химических” добавок-консервантов).

Сельдерейная соль или порошок сельдерея - сверхнитритная замена Е-250, увеличивающая стоимость продукта в несколько раз.

Министерство сельского хозяйства США строго регламентирует состав продуктов под маркой “органик” и “натуральный” - в рецептуру не должны входить синтетические компоненты. Но чтобы продукт оставался вкусным, красивым и безопасным, консерванты и красители все равно нужно добавить… в виде порошка сельдерея или ацероновой вишни (чтобы и цвет был приличным), смешанных с бактериальной культурой, перерабатывающей нитрат в нитрит. Конечный органик продукт должен содержать не меньшую концентрацию консерванта Е-250, что и не органик, чтобы попасть в продажу.

История нитрата и нитрита от 200 г. до н.э. и до наших дней

Мясо солили еще 5000 лет назад, но первые свидетельства использования нитратных солей были у римлян около 200 года до н.э (есть данные у Гомера за 850 г. до н.э.). Римляне научились засаливать мясо у греков, но именно они впервые отметили, что выпаренная соль из некоторых источников способствовала интенсивной розовой окраске мяса и усилению его аромата.

Римский барельеф второго века н.э.

Гораздо позднее “загрязнитель” соли был идентифицирован как нитрат калия (ранее называемый селитрой). Химический состав селитры определил сам Антуан Лавузье. Жаль, что не могу остановиться на многих исторических событиях подробнее.

До промышленной революции нитраты получали исключительно из природных источников: залежей по всему миру, из мочи и золы, помета летучих мышей, разнообразной органики и почвы. Задолго до того, как селитру использовали в порохе, ею консервировали мясо и колбасы. Заготовка мяса была точной наукой, требующей опыта и аккуратности, так как от правильного применения консерванта зависел не только вкус и вид продукта, но и жизнь потребителей.

Винтажные трактаты по консервации мяса, 20-е годы XX века.

В те времена, когда консервантом был нитрат  NO3, его превращение в нитрит NO2 не всегда проходило эффективно, что приводило к недостаточному консервирующему эффекту, либо к неадекватно высокому уровню нитратов в готовом продукте.

Понимание того, как работает селитра, пришло в конце IXX века. В 1891 году Доктор Эд Поленски в обнаружил переход нитрата в нитрит под действием некоторых видов бактерий. Это наблюдение изменило мир, так как стало понятно, что именно NO2 отвечает за консервацию и цвет мяса. Тогда же было продемонстрировано подавление Clostridium botulinum - главной причины тяжелых отравлений ботулотоксином.

Иньекционная стерилизация мяса 20-е годы.

Первая мировая война внесла свои коррективы. Армии были нужны хорошо хранящиеся консервы, но боеприпасы были важнее. Запрет на использование селитры в пищевой промышленности в ряде стран в пользу нужд производства оружия заставил мясников перейти на нитрит (больше исторических подробностей  здесь ).

В 1923 году началось проведение серии экспериментов, в ходе которых был определен минимальный уровень нитрита натрия, достаточный для эффективного подавления бактерий и улучшения качества продукта. Начались продажи огромного военного запаса нитрита натрия, или “Пражской соли”. Торгуется и по сей день под маркой “Powder Prague”.

Не обошлось и без “заговора”. Еще до разрешения FDA, нитрит тайно добавлялся в качестве консерванта в течение 1905 года, в США.

ВОЗ установила первый ADI на нитрат в 1962 году. Согласно отчету FDA, на котором было основано ограничение, ВОЗ подсчитала, что 0,5 грамма нитрата натрия на кг массы тела были безопасны для крыс и собак, и по правилам этот показатель был поделен на 100, чтобы обеспечить абсолютно безопасный ежедневный прием для человека - в 3.7 мг нитрата натрия на кг массы тела.

Современное предубеждение к этим консервантам родом из 60-70х, когда в ходе исследований на животных был показан канцерогенный потенциал нитрозаминов (ниже будет отдельный раздел о нитрозаминах).

Решение было найдено. В рецептуру включили антиоксиданты: витамин Е, аскорбат натрия или его изомер эриторбат, которые препятствуют образованию нитрозаминов при термической обработке мяса. Несмотря на это, остро негативное отношение к нитритной соли было увековечено СМИ, спекулирующими на сенсациях и избегающими опровержений.

В 80-е поняли важное значение оксида азота и его метаболитов в массе физиологических процессов, роль нитрата и нитрита пересматривалась. Но к теме “нитрит вызывает рак” возвращались снова и снова по разным причинам, получая все больше доказательств безопасности добавок, но не убеждая широкую общественность. А тем временем, вспышки ботулизма стали крайне редким явлением, и только благодаря консервантам на основе нитратов.

Если вас заинтересовал исторический аспект применения нитритной соли, прочтите больше:  Nitrate and Nitrite – their history and functionality .

Химия оксида азота (NO), нитритов и нитратов

Нитрат NO3 - ион, повсеместно распространенный в окружающей среде. Образуется из монооксида азота (NO). NO - природное соединение, которое синтезируется в организме из аминокислоты аргинина, а так же поступает извне с пищей и водой.

Нитрат и нитрит - часть азотного цикла, нитрат превращается в нитрит, когда теряет одну молекулу кислорода под влиянием бактерий и других процессов. Азотный цикл включает N-нитрозамины, N-нитрозамиды и другие азотистые соединения.

Роль оксида азота в физиологических процессах огромна. NO является сигнальной молекулой, способной легко проходить через клеточную мембрану и взаимодействовать с белками-рецепторами, принимать участие в “передаче событий” в клетке. Соединение оказывает влияние на несколько процессов одновременно (плейотропная сигнальная молекула).

За что отвечает оксид азота и его метаболиты:

• Регулирует артериальное давление и кровоток (вспомните капельницы с нитратами в кардиологии и нитроглицерин);
• Поддерживает тонус кровеносных сосудов;
• Мешает тромбоцитам склеиваться;
• Участвует в передаче нервных импульсов и энергетическом процессе в митохондриях, в работе иммунной, эндокринной систем и сетчатке;
• С его участием восстановление сосудов после ишемии проходит быстрее, к тому же NO принимает участие в расслаблении гладкой мускулатуры сосудов;
• Снижает микрососудистое воспаление;
• Ослабляет окислительный стресс;
• Стимулирует выработку защитной слизи в желудочно-кишечном тракте и увеличение кровотока в слизистой оболочке желудка;
• Снижает риск диабета второго типа и метаболического синдрома (пока доказано только на лабораторных животных).
• В данный момент идет изучение эффектов NO в регенерации печени и сердечной мышцы. Изучается возможная связь с муковисцидозом, заболеваниями органов слуха и кластерными головными болями (самый частый побочный эффект от препаратов нитрата).

Что происходит с нитратами в организме

Биосинтез нитратов в организме человека был впервые описан в 80-х. Было показано, что монооксид азота может окисляться до нитрата и нитрита, и последние могут частично восстанавливаться в активный NO и обнаруживаться в крови, моче и тканях.

Часть нитратов, поглощенных с водой и пищей, выводится неизмененными. Бактерии ротовой полости могут захватывать часть нитрата из пищи во время пережевывания и превращать его в нитрит (6-7%), который пойдет дальше через слюнные железы (до 25%). В слюне уровень NO3 может быть в 20 раз выше, чем в плазме крови.

Зачем нам механизм захвата нитратов? Есть теория и некоторые подтверждающие ее исследования, что это одна из форм иммунитета, сосредоточенного в слюне и ротовой полости: диетический NO3, превращенный в NO2, защищает от попадающих извне патогенов и тех, что могут жить в агрессивной среде желудка. К тому же, из этого стабильного нитрита (период полураспада 5-8 часов) организм в любой момент может синтезировать оксид азота при его недостатке (период полураспада от 0,05 до 1,18 мсек).

Поступающие с едой нитраты служат альтернативным источником азота, вдобавок к аргинину. К слову, про бактерии: полоскание полости рта после еды снижает количество нитрита в плазме и немного повышает давление у крыс и людей.

Нитрит входит в химический состав грудного молока в первые дни после родов. Причем грудные дети получают почти 1 мг/кг м.т в день, что более чем в 10 раз превышает ADI. Нитрит грудного молока защищает младенцев от болезнетворных бактерий в период до колонизации своей микрофлорой, способной самостоятельно синтезировать NO2, а так же выступает источником оксида азота, предотвращающего гипоксию.

На метаболизм соединений влияют воспалительные процессы в организме. Инфекции, паразиты и аутоиммунные воспалительные заболевания усиливают биосинтез оксида азота, нитратов и нитритов.

Уровень NO2 в желудочном соке напрямую связан с его кислотностью - если кислоты недостаточно, в желудке усиливается рост бактерий, которые восстанавливают NO3. Запускается сложная цепная реакция, приводящая к повышению уровня нитратов. Болезнетворные бактерии в почках и мочевом пузыре тоже такое умеют.

Некоторые из восстановленных азотных соединений могут увеличивать скорость мутаций и апоптоз клеток, мешать гемоглобину захватывать кислород. Отрицательные эффекты напрямую зависят от количества нитратов, попавших в организм извне или синтезированных нашей микрофлорой из оксида азота.

Небольшое количество нитрита может превратиться в группу соединений, называемых нитрозаминами. Некоторые нитрозамины имеют канцерогенный потенциал. В монографии IARC vol.94 подробно описана биохимия и фармакология нитратов и нитритов в разделе 4.1 Absorption, distribution, metabolism, and excretion.

Применение нитратов в медицине описано в публикации Шведского Института Фармакологии Inorganic And Organic Nitrates As Sourses Of Nitric Oxide, раздел 1.3.1.

Нитраты, нитриты, нитрозамины и рак

Роль оксида азота и его производных в канцерогенезе активно изучается более 50-ти лет. Нитриты и нитраты сами по себе не вызывают рак, но могут образовывать канцерогенные соединения нитрозамины (подробно в отчете IARC, раздел 4.3).

В 2010 году Международное агентство по исследованию рака (IARC) внесло нитриты в [tooltip tip=“Эта категория используется для агентов, для которых существует ограниченное доказательство канцерогенности для людей и менее чем достаточное доказательство канцерогенности для экспериментальных животных.”]группу 2В[/tooltip]: possibly carcinogenic to humans, вместе с “работой в ночную смену” и “выхлопом дизельных двигателей”. В подавляющем большинстве исследований лабораторные животные подвергались воздействию нитритов через зонд или питьевую воду. Сравнение с контрольной группой не дает роста опухолей ( отчет IARC). Однако, на данный момент риск для человека оценивается в совокупности источников нитрозаминов, а не только через продукты питания - условия работы, курение и другие условия учитываются вместе.

FDA учло это потенциальное воздействие и ограничило допустимое количество нитритов 700 частями на миллион (0,07%) 1 . Кроме того, добавка антиоксидантов эритробата и аскорбата (ими “пользуются” растения в природе) препятствует образованию нитрозаминов.

Нитритов, попадающих извне, очень мало, чтобы представлять опасность для здоровья. Основное их количество синтезируется уже в самом организме из других азотистых соединений. Для большей части потребителей это все, что необходимо знать о безопасности мясных консервантов, но почему бы не разобраться глубже!? Все, что наука знает по этой теме, собрано в отчете IARC vol.94 в разделах 2-5.

Воздействие соединений азота на организм отличается в зависимости от участия определенных катализаторов, ингибиторов, наличия воспалительных процессов, pH среды, количества и вида бактерий, способных образовывать нитрит и нитрозамины из нитрата. Возможно, поэтому исследования на опухолях часто показывают совершенно противоположные результаты (для подобных опытов выведены специальные породы крыс с предрасположенностью к разным формам рака, которые страдают за нас).

В зависимости от концентрации азота и типа тканей, окружающих опухоль, азот может как подавлять рост мутировавших клеток, так и провоцировать его. При высоких концентрациях N-нитрозосоединения вызывают мутации и нарушение эмбрионального развития у нескольких видов животных.

Существует корреляция между повышенным риском развития колоректального рака и высоким потреблением красного мяса и мясных изделий (что значит “высокое потребление” я так и не выяснила). Нам доступны только эпидемиологические данные, провести полноценные исследования на людях нельзя. По этим данным роль азотных соединений в канцерогенезе не подтверждена окончательно.

Изучение “табачного” рака на лабораторных животных показало канцерогенность нитрозаминов, в избытке содержащихся в табаке и табачном дыме. Норникотин и нитрит превращаются в N-нитрозонорникотин (NNN), специфический табачный нитрозамин-канцероген. В пище и среде не встречается, присутствует только в табачном дыме и некоторых препаратах для лечения зависимости на основе никотина. Связь между количеством N-нитрозонорникотина в моче курильщика и риском развития рака пищевода крайне высока. Если вы курите, но не едите колбасу из-за Е-250, то…

Привожу 2 долгосрочных исследования. Двухлетнее наблюдение за 100 крысами, поделенными на 3 группы, получавшими 0%, 2,5 и 5% нитрата натрия от общего суточного рациона в течение 2 лет с 8 недель жизни (эквивалентно 0, 1259 и 2500 мг нитрата натрия на кг м.т. в день). Достаточных оснований для канцерогенности не было получено.

Нитрит натрия проверялся Национальной программой токсикологии США 2 года на мышах и крысах, 100 особей в 4 группах. В воду ежедневно добавляли 0, 35, 70 или 130 мг нитрита натрия/кг м.т. самцам и 40, 80 или 150 мг нитрита натрия/кг м.т. самкам. Доказали канцерогенность только в сочетании с аминами и амидами, некоторые результаты на самцах были противоречивыми.

Нитрит и метгемоглобинемия

Метгемоглобинемия возникает, когда нитрит реагирует с гемоглобином, и тот не может больше переносить кислород. Заболевание грозит только при тяжелых отравлениях через загрязненную воду или вовсе является врожденным. Единственный случай эпидемии метгемоглобинемии был в 50-х, когда в колодцы попал коровий навоз с бактериями, преобразовующими нитрат в нитрит, и грудным детям готовили молочную смесь на этой воде. Анемия никогда не ассоциировалась непосредственно с консервирующей добавкой, да и заболевание это очень редкое.

Единственная причина, почему мясные изделия безопасны

Огромный поток информации и кликбейтных заголовков путают потребителей. Пищевые фобии, неврозы на фоне страха перед едой и хемофобия - все более распространенные явления. Между тем, вспышки ботулизма стали большой редкостью, благодаря Е-250.

Мы стали слишком небрежными и поверхностными, отказываясь от прививок и консервантов, спасающих наши жизни каждый день, и в то же время чрезмерно осторожны, ограничивая рацион и лишая себя многих полезных веществ. Но чтобы об этом задуматься всерьез, нужно желание знать больше, чем сообщается в заголовках.

Полностью отказаться от сосисок, Докторской и ветчины совсем не сложно, но стоит помнить, что 95% нитритов и нитратов мы съедим с овощами и водой, и это нормально. “Природная” молекула нитрита и синтезированная человеком идентичны, не имеют никаких отличий - это мы усвоили еще на первых уроках химии в школе. Не позволяйте никому развивать в вас необоснованные страхи!

Литература

Статья основана на материалах и публикациях Европейского агентства по безопасности продуктов питания EFSA; Food Research Institute, University of Wisconsin USA; Molecular Nutrition & Food Research Journal; The American Journal of Clinical Nutrition; Oklahoma State University, Division of Agricultural Sciences and Natural Resources.

По традиции, для всех материалов сделала машинный перевод и залила на GoogleDrive . Рекомендую ознакомиться с оригиналами, так как множество деталей не смогла вместить в статью.

На Гугл Диске лежат такие документы:

1. Dietary Nitrate and Nitrite: Benefits, Risks, and Evolving Perceptions (обзор от Food Research Institute, University of Wisconsin USA, 2016);
2. EFSA explains risk assessment nitrites and nitrates added to food (обзор от European Food Safety Authority, приуроченный плановому пересмотру добавок, 2017);
3. Nitrate and nitrite in the diet: How to assess their benefit and risk for human health (Molecular Nutrition & Food Research Journal, 2014) Food sources of nitrates and nitrites: the physiologic context for potential health benefits (The American Journal of Clinical Nutrition, 2009)
4. Meat Curing (рекомендации по обработке мяса нитритной солью от сотрудника Университета Оклахомы Frederick K. Ray Extension Animal Foods Specialist, с исторической справкой и конкретными рецептами).
5. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, VOLUME 94 Ingested Nitrate and Nitrite and Cyanobacterial Peptide Toxins, 2010.
6. Food sources of nitrates and nitrites the physiologic context for potential health benefits.

Кратко по содержанию

• Консервант нитрит натрия E-250 единственная разрешенная добавка, которая эффективно сдерживает рост бактерий, выделяющих ботулотоксин.
• В определенных условиях из нитрита могут образовываться нитрозамины, которые повышают риск заболеть раком. Однако, добавление к консерванту эритробата натрия (он же аскорбинка или Е-300), процесс превращения нитрита в нитрозамин становится невозможным. Одним словом, нитрозамины из “колбасного” нитрита не синтезируются.
• В готовом мясном полуфабрикате нитрита почти не остается, так как соединение является частью азотного цикла. Дабавку не всегда удается обнаружить лабораторными тестами.
• Содержащаяся в килограмме свежего шпината доза нитрита может законсервировать 50 кг ветчины.
• ГОСТ 23670-79 на Докторскую колбасу, действовавший с 1981 года по 2005, превышал допустимую норму нитритов на 40%. Это уточнение для скучающих за советским без химии.
• В 21 веке нитраты в мясо не добавляют, так как процесс консервации с ним занимает несколько недель, а с нитритом - 12 часов.
• Нитрит - единственная причина, почему с прилавков не исчезли копчености, беконы, колбасы, прошутто, салями и другие мясные деликатесы.