Nitrat

Wenn überschüssige Nährstoffe – wie Nitrat und Phosphor – in ein Gewässer gespült werden, kommt es häufig zu schädlichen Algenblüten. Diese Blüten können gefährliche Giftstoffe produzieren und den gelösten Sauerstoffgehalt senken, was zum Fischsterben führt. Besonders problematisch sind Algenblüten in Gewässern, die als Trinkwasserquellen dienen.
Aufgrund der Gefahren von HABs zielen viele Programme zur Überwachung der Wasserqualität darauf ab, festzustellen, wann übermäßige Nitratwerte vorhanden sind. Lesen Sie unseren Blogbeitrag HABs|Alles, was Sie wissen müssen, um mehr zu erfahren.

Nitrat kann bei Verzehr andere gesundheitliche Probleme verursachen, insbesondere bei kleinen Kindern. Der Kontakt mit Trinkwasser mit hohem Nitratgehalt kann zu Methämoglobinämie führen, auch bekannt als „Blaues Baby-Syndrom“. Dieser Zustand tritt häufig auf, wenn zur Zubereitung von Säuglingsnahrung Wasser mit übermäßigem Nitratgehalt verwendet wird.
Hersteller trinkfertiger Säuglingsanfangsnahrung können den Nitratgehalt ihres Produkts mit verschiedenen Methoden messen, beispielsweise mit der Methode, die für unseren automatischen Chemieanalysator FS 3700 verfügbar ist.
Wenn Babys Nitrat zu sich nehmen, wird es durch Bakterien im Mund und Magen zu Nitrit reduziert – der Magen eines Säuglings ist weniger sauer als der eines Erwachsenen. Nitrit bindet sich an Hämoglobin und bildet Methämoglobin, eine spezielle Art von Hämoglobin, die keinen Sauerstoff an die Zellen abgeben kann.
Das häufigste Symptom des „Blaues-Baby-Syndroms“ ist eine graublaue Verfärbung der Lippen des Kindes, die sich mit der Zeit auf den Rest des Körpers ausbreiten kann und in den schwersten Fällen zum Tod führt.3
Auch bei Erwachsenen kann es zu einer Methämoglobinämie kommen und es kann zu erhöhtem Herzschlag, Schwäche, Übelkeit und sogar zum Tod kommen.

Neben Nitraten sind in der Umwelt auch andere chemische Formen von Stickstoff zu finden, wie Nitrit und Ammoniak. Der Stickstoffkreislauf beschreibt, wie diese von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Möchten Sie mehr über den Stickstoffkreislauf erfahren? Sehen Sie sich diesen Überblick über den Stickstoffkreislauf der University of Minnesota an.
Eines der Ziele der Abwasserbehandlung ist die Entfernung von Stickstoff, um eine Überanreicherung der aufnehmenden Gewässer zu verhindern. Prozesse im Stickstoffkreislauf – insbesondere Nitrifikation und Denitrifikation – spielen bei der Erreichung dieses Ziels eine entscheidende Rolle.
Ammoniak wird durch einen Prozess namens Nitrifikation in Nitrit und schließlich Nitrat umgewandelt. Dieser Prozess erfolgt mit Hilfe von aeroben Bakterien – diese benötigen Sauerstoff zum Überleben.

Nitrit und Nitrat, zusammenfassend als (NOx) bezeichnet, werden in Stickstoffgas umgewandelt und durch eine biologische Reaktion, die als Denitrifikation bezeichnet wird, aus dem Abwasser entfernt. Dieser Prozess erfordert sehr wenig gelösten Sauerstoff (DO) und eine ausreichende Versorgung mit organischem Kohlenstoff, daher ist die Überwachung von Nitrat und COD/BOD/DOC für die Steuerung des Denitrifikationsprozesses von entscheidender Bedeutung.

Wie bereits erwähnt, können hohe Nitratwerte HABs fördern und zum Fischsterben führen. Aber hat Nitrat im Wasser direkte Auswirkungen auf Wasserlebewesen, wenn kein HAB vorhanden ist?
Die natürlichen Nitratwerte sind in manchen Oberflächengewässern relativ niedrig – 1 mg/l oder weniger.1 Bei diesem Wert ist Nitrat nicht schädlich, doch wenn die Nitratkonzentration zu hoch wird, kann es bei Wasserlebewesen zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen kommen.
Eine vom Freshwater Institute des Conservation Fund durchgeführte Studie untersuchte die Auswirkungen einer chronischen Belastung von in Aquakulturen gezüchteten Regenbogenforellen mit moderaten Mengen an Nitrat-Stickstoff (75 bis 100 mg/l). Die Ergebnisse deuteten auf Missbildungen und signifikante Verhaltensänderungen in Kreislaufsystemen (RAS) bei diesen Werten hin. Lesen Sie unseren Blogbeitrag zu diesem Thema: Nitratwerte in Aquakulturen können gefährlicher sein als Sie denken.

In einem RAS kann sich der Nitratgehalt erhöhen, da Fische Ammoniak ausscheiden und Biofiltrationssysteme es in Nitrat umwandeln. Die Überwachung des Nitratgehalts kann Aquakulturmanagern dabei helfen, den richtigen Zeitpunkt für eine Anpassung des Betriebs zu finden – beispielsweise durch eine Erhöhung der Wasseraustauschrate, das Hinzufügen einer Denitrifikationseinheit oder eine Reduzierung der Futtermenge.

Nitrat wird häufig als Konservierungsmittel für Speck, Schinken, Salami und einige Käsesorten verwendet. Studien haben die Verwendung von Nitrat mit der Bildung von Nitrosaminen in Verbindung gebracht, von denen einige krebserregende Verbindungen sind. Nitrosamine können sich unter anderem bilden, wenn sich Nitrite – die im Körper auf natürliche Weise aus Nitrat umgewandelt werden – in der Nähe von Proteinen befinden; dieser Zustand ist bei proteinreichen Lebensmitteln wie konserviertem Fleisch gegeben. Wenn konserviertes Fleisch bei hohen Temperaturen gekocht wird, können sich leichter Nitrosamine bilden.
While nitrate's use as a preservative receives a considerable amount of attention, humans receive very little of their dietary nitrate intake from processed meat – only about 5%. Most of the dietary nitrate (>80 %) stammen aus Gemüse, wobei sich in grünem Blattgemüse häufig hohe Nitratkonzentrationen ansammeln.
Anstatt als Konservierungsmittel zugesetzt zu werden, nimmt Gemüse Nitrat aus dem Boden auf, in dem es wächst. In mit Dünger angereichertem Boden angebaute Produkte weisen höhere Nitratwerte auf als Bioprodukte.5 Nitrate in Gemüse bilden weniger wahrscheinlich Nitrosamine, da es sich nicht um proteinreiche Lebensmittel handelt. Gemüse enthält außerdem Verbindungen (z. B. Vitamin C und Polyphenole), die dazu beitragen, die Wahrscheinlichkeit der Nitrosaminbildung zu minimieren.
Nitrat in Gemüse kann nützlich sein, da Nitrat an der Produktion von Stickoxid beteiligt ist. Dieses Gas kann unter anderem den Blutdruck senken und bei der Bekämpfung von Infektionen helfen.6 Eines ist zu beachten: Obwohl es möglich ist, so viel Nitrat aus Gemüse aufzunehmen, dass eine Methämoglobinämie die Folge sein kann, ist dies sehr unwahrscheinlich.
Neben den Auswirkungen von Nitrat auf den menschlichen Körper besteht ein weiterer Grund zur Überwachung des Nitratgehalts in Gemüse darin, die Düngung und den Erntezeitpunkt zu optimieren, da die Nitratkonzentration in Blattgemüsen im Tagesverlauf schwanken kann.
Wie werden also die Nitratwerte in Lebensmitteln gemessen? Einige relativ kostengünstige Methoden, die wir im nächsten Abschnitt behandeln – insbesondere kolorimetrische und potentiometrische Methoden – können zur Nitratanalyse verwendet werden, solange eine wässrige Lösung hergestellt wird. Ein Verfahren zur Vorbereitung einer Probe für die Analyse besteht darin, ofengetrocknete Blattproben mit einer Aluminiumsulfat-Extraktionslösung zu mischen.