Нітрати, нітрити, нітрозаміни: останні дослідження та історія консервантів

Нещодавно дізналася, що всі харчові добавки періодично проходять систематичну переоцінку. Доповнюються накопичені раніше результати досліджень, зрідка буває перегляд припустимої норми добового споживання ADI. У світлі чергового перегляду нітриту (E 249-250) і нітрату (E 251-252) від Європейського агентства з безпеки продуктів харчування EFSA нарешті розібралася в них сама. У цьому огляді я намагатимуся об’єктивно описати користь і шкоду нітриту натрію та нітратів - найдемонізованіших консервантів, їхні переваги та ризики з погляду довгострокових наслідків для здоров’я людини.

Якщо читати ніколи, наприкінці статті є коротка вичавка у вигляді тез.

Матеріал ґрунтується на даних доказової науки та медицини. Список літератури, посилання та переклади джерел наприкінці статті.

Навіщо в продукти додають нітрати та нітрити?

Нітритні та нітратні солі додаються в м’ясні продукти як консервант та антибактеріальний агент проти мікроорганізму, що виділяє ботулотоксин, та інших небезпечних хвороботворних організмів. Як бонус, добавка Е-250 надає виробу характерного смаку і кольору.

Чому м’ясо? Ідеальне середовище для Clostridium botulinum: відсутність повітря, тепло, вологість. Наприклад, як у ковбасі, чи баночці із соліннями. До речі, саме завдяки нітритам промислові м’ясні вироби за останні 50 років плетуть у хвості списку джерел отруєння ботулотоксином. Очолюють список домашні солоні грибочки.

Рожевий колір, який набуває оброблене м’ясо, є результатом взаємодії пігменту міоглобіну з доданими нітритами - оксид азоту, що утворюється з нітриту, реагує з пігментом і перетворює його в іншу форму: нітрозогемохром.

Рожевий колір обробленого м'яса - результат реакції NO3 з м'ясним пігментом.

Не тільки Лікарська. Реальні джерела нітратів та нітритів

Овочі та питна вода є основними джерелами нітратів у раціоні, а на частку доданих консервантів припадає не більше 5% від загальної кількості, отриманої “природним” шляхом. У воді нітрати виявляються завдяки роботі бактерій, які окислюють аміак у грунті. Джерелами аміаку, у свою чергу, є рослини, що розкладаються, гній, автомобільний вихлоп, що осаджується, і продукти згоряння, азотні добрива.

Незважаючи на повсюдне скорочення використання азотних добрив, кількість нітратів у ґрунтових водах не скорочується. Мабуть, селітра – не основне джерело забруднення. До речі, водопровідна вода, зазвичай, містить набагато менше нітратів, ніж із приватних свердловин та колодязів.

Збалансована дієта, багата на листові овочі, може значно перевищувати норму за нітратами, і це нормально.

Зазначу, що рівень нітриту в овочах підвищується під час їх зберігання, оскільки нітрати перетворюються на нітрит (NO3 втрачає молекулу кисню -> NO2), а в м’ясних виробах навпаки, знижується - перетворюючись на оксид азоту (NO). Докладніше про це у розділі хімії.

Ставлення до цих найважливіших добавок неоднозначне - страхи перед консервантами постійно підігріваються ЗМІ, і далеко не кожен бажає розібратися в питанні глибше.

Нітрати в овочах та фруктах

Листові зелені овочі можуть містити більше ніж 1000 мг нітратів на кг свіжої зелені. Рекордсменами серед овочів є звичні нам рослини: селера, салат (3500 мг/кг), буряк, шпінат (до 4259 мг/кг), рукола, мангольд. Концентрації залежать від регіону вирощування, пори року, застосування добрив та сорту рослини. У порівнянні з обробленими м’ясними продуктами міститься від 0,2 до 450 мг нітрату на кілограм.

Докладніше про вміст нітратів у їжі читайте в огляді Dietary nitrate and nitrite: Benefits, risks, and evolving perceptions, у розділі 2.5 (посилання на тексти російською в кінці статті); монографії IARC vol.94, стор 46-100; Food sources of nitrates and nitrites: physiological context for potential health benefits, Am J Clin Nutr 2009 90:1–10 American Society for Nutrition.

Наведу приклад. Буряковий сік знижує артеріальний тиск та зміцнює судини. Погляньмо на цифри: дві склянки бурякового соку на день знижує систолічний тиск від 5.4 до 12 мм рт.ст; діастолічний – до 10 мм рт.ст. У цій кількості соку буряка міститься від 154% до 630% добової дози нітратів. Рівень нітрату у склянці органічного бурякового соку становить від 70% до 672% від добової норми; у неорганічному – від 142% до 1260%.

Це лише цифри, кількість нітратів сама по собі ні про що нам не говорить. І ось чому: високий вміст аскорбінової кислоти, первинних амінів та фенольних сполук у деяких овочах та фруктах перешкоджають утворенню інших сполук з оксиду азоту (NO), попередника нітратів, у тому числі нітрозамінів. Ця властивість була вивчена та використана для створення безпечної версії добавки Е-250 (докладніше нижче).

Традиційний японський раціон містить у середньому 18.8 мг/кг маси тіла нітратів на день при нормі ADI 3.7 мг/кг. Дослідження на європейцях, яким під клінічним наглядом було запропоновано японську дієту, показало зниження діастолічного тиску в середньому на 5 одиниць.

“Нітратні” рослини - частина збалансованого харчування, і харчова промисловість не привнесла нічого нового, але спромоглася поставити на контроль негативні властивості природних консервантів.

Маркетингові парадокси: селера замість консервантів

У Канаді та США величезною популярністю користуються сосиски, в яких замість добавки Е-250 кладуть порошок селери – природного накопичувача нітратів. Рекламуються сосиски, як здоровіші, ніж із хімічно синтезованими консервантами.

Кількість нітриту в цих сосисках може бути навіть вище регламентованого.

Споживачі, що вибирають “зелені” продукти, кладуть у кошик з покупками шпинат, селеру, буряковий сік, не усвідомлюючи, що ці овочі містять ті ж хімічні сполуки, яких вони уникають в оброблених м’ясних продуктах (у кількості, що багаторазово перевищує норму для “Хімічних” добавок-консервантів).

Порошок селери - зверхнітритна заміна Е-250, що в декілька разів збільшує ціну продукта.

Сельдерейна сіль або порошок селери - наднітритна заміна Е-250, що збільшує вартість продукту в кілька разів

Міністерство сільського господарства США суворо регламентує склад продуктів під маркою “органік” та “натуральний” - у рецептуру не повинні входити синтетичні компоненти. Але щоб продукт залишався смачним, красивим і безпечним, консерванти та барвники все одно потрібно додати… у вигляді порошку селери або ацеронової вишні (щоб і колір був пристойним), змішаних з бактеріальною культурою, що переробляє нітрат на нітрит. Кінцевий органік продукт повинен містити не меншу концентрацію консерванту Е-250, що й не органік, щоб потрапити до продажу.

Історія нітрату та нітриту від 200 р. до н.е. і до наших днів

М’ясо солили ще 5000 років тому, але перші свідчення використання нітратних солей були у римлян близько 200 року до н.е. (Є дані у Гомера за 850 р. до н.е.). Римляни навчилися засолювати м’ясо у греків, але саме вони вперше зазначили, що випарена сіль із деяких джерел сприяла інтенсивному рожевому забарвленню м’яса та посиленню його аромату.

Римський барельєф другого століття н.е.

Набагато пізніше “забруднювач” солі був ідентифікований як нітрат калію (раніше званий селітрою). Хімічний склад селітри визначив сам Антуан Лавузьє. Жалкую, що не можу зупинитися на багатьох історичних подіях докладніше.

До промислової революції нітрати отримували виключно з природних джерел: залежів по всьому світу, із сечі та золи, посліду кажанів, різноманітної органіки та ґрунту. Задовго до того, як селітру використали в пороху, нею консервували м’ясо та ковбаси. Заготівля м’яса була точною наукою, що потребує досвіду та акуратності, оскільки від правильного застосування консерванту залежав не лише смак та вид продукту, а й життя споживачів.

У ті часи, коли консервантом був нітрат NO3, його перетворення на нітрит NO2 не завжди проходило ефективно, що призводило до недостатнього консервуючого ефекту, або до неадекватно високого рівня нітратів у готовому продукті.

Розуміння того, як працює селітра, настало наприкінці IXX століття. У 1891 році Доктор Ед Поленскі виявив перехід нітрату в нітрит під дією деяких видів бактерій. Це спостереження змінило світ, оскільки стало зрозуміло, що саме NO2 відповідає за консервацію та колір м’яса. Тоді ж було продемонстровано пригнічення Clostridium botulinum – головної причини тяжких отруєнь ботулотоксином.

Перша світова війна внесла корективи. Армії були потрібні консерви, що добре зберігалися, але боєприпаси були важливішими. Заборона на використання селітри в харчовій промисловості в ряді країн на користь потреб виробництва зброї змусила м’ясників перейти на нітрит (більше історичних подробиць  тут ).

У 1923 році почалося проведення серії експериментів, у ході яких було визначено мінімальний рівень нітриту натрію, достатній для ефективного придушення бактерій та покращення якості продукту. Почалися продажі величезного військового запасу нітриту натрію, або “Празької солі”. Торгується і сьогодні під маркою “Powder Prague”.

Не обійшлося і без “змови”. Ще до дозволу FDA, нітрит таємно додавався як консервант протягом 1905 року, у США.

ВООЗ встановила перший ADI на нітрат у 1962 році. Згідно зі звітом FDA, на якому було засновано обмеження, ВООЗ підрахувала, що 0,5 г нітрату натрію на кг маси тіла були безпечні для щурів і собак, і за правилами цей показник був поділений на 100, щоб забезпечити абсолютно безпечний щоденний прийом для людини. 3.7 мг нітрату натрію на кг маси тіла.

Сучасне упередження до цих консервантів родом з 60-70х, коли в ході досліджень на тваринах був показаний канцерогенний потенціал нітрозамінів (нижче буде окремий розділ про нітрозаміни).

Рішення було знайдено. В рецептуру включили антиоксиданти: вітамін Е, аскорбат натрію або його ізомер ериторбат, які перешкоджають утворенню нітрозамінів при термічній обробці м’яса. Незважаючи на це, гостро негативне ставлення до нітритної солі було увічнено ЗМІ, які спекулюють на сенсаціях та уникають спростування.

У 80-ті зрозуміли важливе значення оксиду азоту та його метаболітів у масі фізіологічних процесів, роль нітрату та нітриту переглядалася. Але до теми “нітрит викликає рак” поверталися знову і знову з різних причин, одержуючи дедалі більше доказів безпеки добавок, але не переконуючи широку громадськість. А тим часом, спалахи ботулізму стали вкрай рідкісним явищем, і лише завдяки консервантам на основі нітратів.

Якщо вас зацікавив історичний аспект застосування нітритної солі, прочитайте більше: Nitrate and Nitrite – their history and functionality .

Хімія оксиду азоту (NO), нітритів та нітратів

Нітрат NO3 – іон, повсюдно поширений у навколишньому середовищі. Утворюється із монооксиду азоту (NO). NO - природна сполука, яка синтезується в організмі з амінокислоти аргініну, а так само надходить ззовні з їжею та водою.

Нітрат та нітрит - частина азотного циклу, нітрат перетворюється на нітрит, коли втрачає одну молекулу кисню під впливом бактерій та інших процесів. Азотний цикл включає N-нітрозаміни, N-нітрозаміди та інші азотисті сполуки.

Роль оксиду азоту у фізіологічних процесах величезна. NO є сигнальною молекулою, здатною легко проходити через клітинну мембрану та взаємодіяти з білками-рецепторами, брати участь у “передачі подій” у клітині. З’єднання впливає на кілька процесів одночасно (плейотропна сигнальна молекула).

За що відповідає оксид азоту та його метаболіти:

• Регулює артеріальний тиск і кровотік (згадайте крапельниці з нітратами в кардіології та нітрогліцерин);
• Підтримує тонус кровоносних судин;
• Заважає тромбоцитам склеюватися;
• Бере участь у передачі нервових імпульсів та енергетичному процесі в мітохондріях, у роботі імунної, ендокринної систем та сітківці;
• За його участю відновлення судин після ішемії проходить швидше, до того ж NO бере участь у розслабленні гладкої мускулатури судин;
• Знижує мікросудинне запалення;
• Послаблює окисний стрес;
• Стимулює вироблення захисного слизу у шлунково-кишковому тракті та збільшення кровотоку у слизовій оболонці шлунка;
• Знижує ризик діабету другого типу та метаболічного синдрому (поки що доведено лише на лабораторних тваринах).
• На даний момент йде вивчення ефектів NO у регенерації печінки та серцевого м’яза. Вивчається можливий зв’язок із муковісцидозом, захворюваннями органів слуху та кластерними головними болями (найчастіший побічний ефект від препаратів нітрату).

Що відбувається з нітратами в організмі

Біосинтез нітратів в організмі людини був вперше описаний у 80-ті. Було показано, що монооксид азоту може окислюватися до нітрату та нітриту, і останні можуть частково відновлюватися в активний NO і виявлятися в крові, сечі та тканинах.

Частина нітратів, поглинених із водою та їжею, виводиться незміненими. Бактерії ротової порожнини можуть захоплювати частину нітрату з їжі під час пережовування та перетворювати його на нітрит (6-7%), який піде далі через слинні залози (до 25%). У слині рівень NO3 може бути у 20 разів вищим, ніж у плазмі крові.

Навіщо нам механізм захоплення нітратів? в агресивному середовищі шлунка. До того ж з цього стабільного нітриту (період напіврозпаду 5-8 годин) організм у будь-який момент може синтезувати оксид азоту при його нестачі (період напіврозпаду від 0,05 до 1,18 мсек).

Нітрати з їжі служать альтернативним джерелом азоту. До речі, про бактерії: полоскання ротової порожнини після їжі знижує кількість нітриту в плазмі і трохи підвищує тиск у щурів і людей.

Нітрит входить у хімічний склад грудного молока у перші дні після пологів. Причому грудні діти одержують майже 1 мг/кг м.т на день, що більш ніж у 10 разів перевищує ADI. Нітрит грудного молока захищає немовлят від хвороботворних бактерій у період до колонізації своєю мікрофлорою, здатною самостійно синтезувати NO2, а також виступає джерелом оксиду азоту, що запобігає гіпоксії.

На метаболізм сполук впливають запальні процеси в організмі. Інфекції, паразити та аутоімунні запальні захворювання посилюють біосинтез оксиду азоту, нітратів та нітритів.

Рівень NO2 у шлунковому соку безпосередньо пов’язаний з його кислотністю – якщо кислоти недостатньо, у шлунку посилюється ріст бактерій, які відновлюють NO3. Запускається складна ланцюгова реакція, що веде до підвищення рівня нітратів. Бактерії в нирках і сечовому міхурі теж таке вміють.

Деякі з відновлених азотних сполук можуть збільшувати швидкість мутацій і запрограмовану смерть клітин, заважати гемоглобіну захоплювати кисень. Негативні ефекти залежать від кількості нітратів, що потрапили в організм ззовні або синтезованих нашою мікрофлорою з оксиду азоту.

Невелика кількість нітриту може перетворитися на групу сполук, званих нітрозамінами. Деякі нітрозаміни мають канцерогенний потенціал. У монографії IARC vol.94 докладно описано біохімію та фармакологію нітратів і нітритів у розділі 4.1 Absorption, distribution, metabolism, and excretion.

Застосування нітратів у медицині описано у публікації Шведського Інституту Фармакології Inorganic та Organic Nitrates As Sourses Of Nitric Oxide, розділ 1.3.1.

Нітрати, нітрити, нітрозаміни та онкологія

Роль оксиду азоту та його похідних у канцерогенезі активно вивчається понад 50 років. Нітрити та нітрати самі по собі не викликають рак, але можуть утворювати канцерогенні сполуки нітрозаміни (докладно у звіті IARC, розділ 4.3).

У 2010 році Міжнародне агентство з дослідження раку (IARC) внесло нітрити в групу 2В: possibly carcinogenic to humans, разом з “роботою в нічну зміну” і “вихлопом дизельних двигунів”. У переважній більшості досліджень лабораторні тварини піддавалися дії нітритів через зонд або питну воду. Порівняння з контрольною групою не дає зростання пухлин ( звіт IARC). Однак, на даний момент ризик для людини оцінюється в сукупності джерел нітрозамінів, а не тільки через продукти харчування - умови роботи, куріння та інші умови враховуються разом.

FDA врахувало цей потенційний вплив і обмежило допустиму кількість нітритів 700 частинами на мільйон (0,07%) 1 . Крім того, добавка антиоксидантів еритробату та аскорбату (ними “користуються” рослини в природі) перешкоджає утворенню нітрозамінів.

Нітритів, що потрапляють ззовні, дуже мало, щоб становити небезпеку для здоров’я. Основна їх кількість синтезується вже в самому організмі з інших азотистих сполук. Для більшості споживачів це все, що необхідно знати про безпеку м’ясних консервантів, але чому б не розібратися глибше!? Все, що наука знає на цю тему, зібрано у звіті IARC vol.94 у розділах 2-5.

Вплив сполук азоту на організм відрізняється залежно від участі певних каталізаторів, інгібіторів, наявності запальних процесів, pH середовища, кількості та виду бактерій, здатних утворювати нітрит та нітрозаміни з нітрату. Можливо, тому дослідження на пухлинах часто показують протилежні результати (для подібних дослідів виведені спеціальні породи щурів зі схильністю до різних форм раку, які страждають за нас).

Залежно від концентрації азоту і типу тканин, що оточують пухлину, азот може як пригнічувати зростання клітин, що мутували, так і провокувати його. При високих концентраціях N-нітрозосполуки викликають мутації і порушення ембріонального розвитку у декількох видів тварин.

Існує кореляція між підвищеним ризиком розвитку колоректального раку та високим споживанням червоного м’яса та м’ясних виробів (що означає “високе споживання” я так і не з’ясувала). Нам доступні лише епідеміологічні дані, провести повноцінні дослідження на людях не можна. За цими даними роль азотних сполук у канцерогенезі не підтверджена остаточно.

Вивчення “тютюнового” раку на лабораторних тваринах показало канцерогенність нітрозамінів, що в надлишку містяться в тютюні та тютюновому димі. Норнікотин і нітрит перетворюються на N-нітрозонорнікотин (NNN), специфічний тютюновий нітрозамін-канцероген. У їжі та середовищі не зустрічається, присутній тільки у тютюновому димі та деяких препаратах для лікування залежності на основі нікотину. Зв’язок між кількістю N-нітрозонорнікотину в сечі курця та ризиком розвитку раку стравоходу вкрай високий. Якщо ви палите, але не їсте ковбасу через Е-250, то…

Наводжу 2 довгострокові дослідження. Дворічне спостереження за 100 щурів, поділених на 3 групи, що отримували 0%, 2,5 і 5% нітрату натрію від загального добового раціону протягом 2 років з 8 тижнів життя (еквівалентно 0, 1259 та 2500 мг нітрату натрію на кг м.т. . в день). Достатніх підстав для канцерогенності не було отримано.

Нітрит натрію перевірявся Національною програмою токсикології США 2 роки на мишах та щурах, 100 особин у 4 групах. У воду щодня додавали 0, 35, 70 чи 130 мг нітриту натрію/кг м.т. самцям та 40, 80 або 150 мг нітриту натрію/кг м.т. самкам. Довели канцерогенність лише у поєднанні з амінами та амідами, деякі результати на самцях були суперечливими.

Нітрит та метгемоглобінемія

Метгемоглобінемія виникає, коли нітрит реагує з гемоглобіном, і той більше не може переносити кисень. Захворювання загрожує лише при тяжких отруєннях через забруднену воду або є вродженим. Єдиний випадок епідемії метгемоглобінемії був у 50-х, коли в колодязі потрапив коров’ячий гній з бактеріями, що перетворюють нітрат на нітрит, і грудним дітям готували молочну суміш на цій воді. Анемія ніколи не асоціювалася безпосередньо з консервуючою добавкою, та й захворювання це дуже рідкісне.

Єдина причина, чому м’ясні вироби безпечні

Величезний потік інформації та клікбейтні заголовки плутають споживачів. Харчові фобії, неврози на тлі страху перед їжею та хемофобія – все більш поширені явища. Тим часом спалахи ботулізму стали великою рідкістю завдяки Е-250.

Ми стали надто недбалими та поверхневими, відмовляючись від щеплень та консервантів, які рятують наші життя щодня, і водночас надмірно обережні, обмежуючи раціон та позбавляючи себе багатьох корисних речовин. Але щоб про це задуматися всерйоз, потрібно бажання знати більше, ніж повідомляється у заголовках.

Повністю відмовитися від сосисок, Лікарської та шинки зовсім не складно, але варто пам’ятати, що 95% нітритів та нітратів ми з’їмо з овочами та водою, і це нормально. “Природна” молекула нітриту та синтезована людиною ідентичні, не мають жодних відмінностей – це ми засвоїли ще на перших уроках хімії у школі. Не дозволяйте нікому розвивати у вас невиправдані страхи!

Література

Стаття ґрунтується на матеріалах та публікаціях Європейського агентства з безпеки продуктів харчування EFSA; Food Research Institute, University of Wisconsin USA; Molecular Nutrition & Food Research Journal; The American Journal of Clinical Nutrition; Oklahoma State University, Відділ сільськогосподарських наук і природничих ресурсів.

За традицією, для всіх матеріалів зробила машинний переклад та залила на GoogleDrive . Рекомендую ознайомитись з оригіналами, оскільки безліч деталей не змогла вмістити у статтю.

На Google Диску лежать такі документи:

1. Dietary Nitrate and Nitrite: Benefits, Risks, and Evolving Perceptions (огляд від Food Research Institute, University of Wisconsin USA, 2016);
2. EFSA explains risk assessment nitrites and nitrates added to food (огляд від European Food Safety Authority, присвячений плановому перегляду добавок, 2017);
3. Nitrate і nitrite в диеті: Як вірити їм прибутку і ризику для людського здоров’я (Molecular Nutrition & Food Research Journal, 2014) , 2009)
4. Meat Curing (рекомендації щодо обробки м’яса нітритною сіллю від співробітника Університету Оклахоми Frederick K. Ray Extension Animal Foods Specialist, з історичною довідкою та конкретними рецептами).
5. IARC Monographs на Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, VOLUME 94 Ingested Nitrate і Nitrite і Cyanobacterial Peptide Toxins, 2010.
6. Food sources of nitrates and nitrites physiologic context for potential health benefits.

Коротко про нітрити

• Консервант нітрит натрію E-250 – єдина дозволена добавка, яка ефективно стримує зростання бактерій, що виділяють ботулотоксин.
• У певних умовах з нітриту можуть утворюватися нітрозаміни, які підвищують ризик захворіти на рак. Однак, додавання до консерванту еритробату натрію (він же аскорбінка або Е-300), процес перетворення нітриту на нітрозамін стає неможливим. Одним словом, нітрозаміни з “ковбасного” нітриту не синтезуються.
• У готовому м’ясному напівфабрикаті нітриту майже не залишається, оскільки з’єднання є частиною азотного циклу. Дабавку не вдається виявити лабораторними тестами.
• Доза нітриту, що міститься в кілограмі свіжого шпинату, може законсервувати 50 кг шинки.
• ГОСТ 23670-79 на Лікарську ковбасу, що діяв з 1981 року по 2005, перевищував допустиму норму нітритів на 40%. Це уточнення для тих, хто сумує за радянським без хімії.
• У 21 столітті нітрати у м’ясо не додають, оскільки процес консервації з ним займає кілька тижнів, а з нітритом – 12 годин. – Нітрит – єдина причина, чому з прилавків не зникли копченості, бекони, ковбаси, прошутто, салямі та інші м’ясні делікатеси.