Научно-исследовательская работа «Исследование химического состава и значимость пищевой ценности в безалкогольных напитках»

«Исследование химического состава и значимость пищевой ценности в безалкогольных напитках»
Автор: Полторакова Ксения, 11 класс, 17 лет, МБОУ «СШ им. Д.И. Коротчаева» г. Новый Уренгой
Руководитель: Кутищева Светлана Ивановна, учитель биологии и химии, МБОУ «СШ им. Д.И. Коротчаева» г. Новый Уренгой
Введение
Поскольку организм человека на 75% состоит из воды, то для поддержания водного баланса он должен в сутки потреблять от 1,5 до 3 л воды, в том числе и в виде безалкогольных напитков. Освежающий эффект обусловлен содержащейся в них углекислотой и органическими кислотами, добавленными или образующимися в процессе приготовления напитков.
Многие безалкогольные напитки имеют пищевую ценность, которую придают им, прежде всего, сахара (фруктоза, глюкоза, сахароза) и полисахариды (крахмал, инулин); физиологическую − минеральные вещества, витамины и ферменты, вносимые в состав сырья или получаемые в процессе производства.
За последние годы существенно изменился ассортимент и качество безалкогольных напитков, вырабатываемых отечественными и зарубежными предприятиями.
Актуальность заключается в экспериментальной значимости исследований химического состава, пищевой ценности и побочных действий на организм человека. Данная работа реализуется в проектных рамках химии. Проект может быть квалифицирован как информационный с элементами исследования.
Объект исследования: качество продукции безалкогольных напитков для детей
Предмет исследования: безалкогольные напитки: минеральные воды, соки, газированные напитки.
Цель исследования: изучение химического состава безалкогольных напитков, а так же выявление опытным путём их пищевой ценности.
Гипотеза:
можно определить качество, химический состав и пищевую ценность безалкогольных напитков, опираясь на научные факты исследования;
подростки будут владеть обоснованной информацией о влиянии безалкогольных напитков на биологические процессы, что приведет к осмысленному процессу употребления.
Задачи исследования:
1. Изучение литературы по теме исследования.
2. Рассмотреть ассортимент безалкогольных напитков;
3.Определить компоненты химического состава, пищевую ценность и показатель качества напитка;
4. Технологический процесс производства напитков.
Методы исследования:
1. Анализ литературы и других источников;
2. Экспериментальная работа;
3. Наблюдение.
Научная новизна:
получены новые знания о химическом составе и пищевой ценности безалкогольных напитков;
определен показатель качества минеральной воды, сока, газированного напитка;
экспериментальным путём выявлены компоненты химического состава и пищевая ценность безалкогольных напитков.
Теоретическая часть.
Особенности химического состава безалкогольных напитков. Пищевая и физиологическая ценность безалкогольных напитков зависит от вида и состава напитка.
Минеральные воды - это природные подземные воды, которые характеризуются постоянным химическим составом. Состав минеральных вод сложный и включает фактически все элементы таблицы Менделеева Д. И. Основными компонентами вод являются минеральные вещества, газы, органические соединения.
Химические элементы в природных водах находятся в различных неорганических формах: ионов, молекул, коллоидов и комплексных соединений. Ионный состав воды определяет ее физиологическое воздействие. Из катионов в водах содержатся в основном Na+, K+, Ca2+, Mg2+, из анионов - C1-S042-, HC03-. Количественное содержание ионов в различных водах имеет существенное отличие. К примеру, в минеральной воде «Боржоми» содержание катионов составляет (мг%): натрия -120, кальция -35, магния - 4. В «Нарзане» из катионов больше всего приходится на кальций - 60 мг%, а количество натрия находится на уровне 20 мг%, магния - 15 мг%.
Воды, содержащие углекислый газ, сероводород, радон стимулируют функции органов пищеварения.
Из безалкогольной продукции высокой пищевой ценностью обладают соки. Соки богаты углеводами. В натуральных соках их содержится в среднем 9 - 14%. Большая часть углеводов представлена сахарами, прежде всего глюкозой и фруктозой. В соках присутствует также сахароза, особенно в соках с сахаром. Освежающие свойства сокам придают органические кислоты — яблочная, лимонная, винная. В небольшом количестве присутствует янтарная, салициловая и другие.
Жизненно необходимые белки и аминокислоты обнаружены в соках в небольших количествах - 0,3 - 0,7%.Отличительной особенностью состава соков является значительное содержание физиологически значимых для организма человека веществ: витаминов (С, В1, В2, РР, каротин), макро- и микроэлементов (К, Na, Ca, Mg, P, Fe), пищевых волокон, фенольных соединений.
Пищевая ценность безалкогольных напитков определяется составом исходного сырья для их производства. Все жизненные процессы в организме человека протекают в водной среде, поэтому потребление безалкогольных напитков позволяет сохранить биологический баланс в организме. Углеводы обуславливают энергетическую ценность и тем самым способствуют улучшению функциональной работы мозга, поддержанию умственной и физической работоспособности. Углеводы участвуют в формировании вкуса, сорбируют ароматобразующие соединения, сохраняя аромат в процессе длительного хранения напитка.
Наиболее распространенный углевод в безалкогольных напитках - сахароза.
Содержащиеся в соках углеводы (моносахара, пектиновые вещества) совместно с микро- и макроэлементами, дубильными веществами, органическими кислотами, благотворно влияют на организм человека, укрепляя защитные силы и обогащая его энергетическим запасом.
Органические кислоты формируют вкус безалкогольных напитков, участвуют в процессах пищеварения.
Газированные напитки- напитки, насыщенные углекислым газом, отличающиеся своеобразным приятным вкусом, освежающими свойствами и так называемой игристостью (интенсивное и продолжительное выделение пузырьков газа). Углекислый газ обладает консервирующим свойством, благодаря чему повышается стойкость напитков при хранении.
Газированные безалкогольные напитки в бутылках делят на 5 групп: на натуральном сырье, на синтетических ароматизаторах, тонизирующие, витаминизированные и для диабетиков.
Компоненты, входящие в состав безалкогольных напитков.
В состав безалкогольных напитков входят, как правило:
Сахар (11%);
Диоксид углерода(CO2);
Краситель (сахарный колер, Е150);
Ортофосфорная кислота (H3PO4);
Кофеин(C8H10N4O2);
Ароматизатор: ванилин, коричное масло, масло гвоздики, масло лимона.
Побочные действия, вызываемые безалкогольными напитками
В целом претензии сводятся к тому, что безалкогольные напитки могут оказывать вредное влияние на здоровье потребителя, в частности, провоцировать ожирение и другие нарушения обмена веществ, стать причиной заболеваний органов желудочно-кишечного тракта или даже вызвать отравление. Конкретные претензии, как правило, сводятся к следующему:
Калорийность напитков чрезмерно высока, вследствие чего их потребление вызывает ожирение. В школах России, по этой причине была запрещена продажа колы и подобных напитков, где они были заменены на молоко, минеральную воду и сок.
Высокая кислотность ответственна также за повреждения эмали зубов. Ортофосфорная кислота, которая входит в состав газированных напитков, ухудшает всасывание кальция и вымывает его из организма, что приводит к отрицательному действию на скелет, особенно у детей, подростков и женщин.
II. Экспериментальный этап
Пищевая ценность безалкогольных напитков обусловлена содержанием в их составе определенного ряда веществ. Одним из них является глюкоза, которая входит в состав многих фруктов и ягод, следовательно также она входит в содержимое соков. Определить ее содержание можно с помощью гидроксида двухвалентной меди Cu(OH)2.
Опыт №1.Определение глюкозы в виноградном соке. К небольшому количеству воды я добавила несколько капель медного купороса (сульфата меди II), а затем раствор щелочи. Образовался голубой нерастворимый в воде гидроксид двухвалентной меди. Добавила виноградный сок к данному раствору, далее нагрела пробирку до кипения. При нагревании глюкоза восстанавливает медь до одновалентной, образуется желто-зеленый осадок гидроксида одновалентной меди. Глюкоза при этом окисляется до глюконовой кислоты(C6H12O7). С помощью качественной реакции, я доказала присутствие глюкозы в виноградном соке. (приложение №1, рис.1.1-1.5), (приложение №6, табл.1; рис.5.1)
В химическом составе многих безалкогольных напитков содержится большое количество сахара. Чрезмерное употребление данных напитков приводит к нарушению обмена веществ, что в свою очередь грозит зашлакованности нашего организма. Если организм не будет производить достаточное количество инсулина, то клетки организма теряют способность усваивать глюкозу, которая накапливается в крови. Быстрое накопление сахара можно доказать на примере его кристаллизации (выращивание кристаллов). А увеличение концентрации сахара(глюкозы) в крови ведет к появлению симптомов диабета или к ожирению.
Опыт №2. Выращивание кристаллов сахара. Опыт я начала с приготовления сахарного сиропа. В кастрюлю вылила 1 стакан воды и 1,5 стакана сахара. На среднем огне при непрерывном помешивании растворила весь сахар. В получившийся сироп высыпала оставшийся 1 стакан сахара и варила до полного растворения. Небольшое количество сахара рассыпала на бумагу, затем обмакнула палочки в получившемся сиропе, и обваляла их в сахаре. Картон проткнула шпажкой сделав дырочку посередине таким образом, чтобы картон плотно прилегал к шпажке. Затем разлила горячий сироп по прозрачным стаканам (важно, чтобы стаканы были прозрачными – так процесс созревания кристаллов будет более увлекателен и нагляден), и опустила палочки в сахарный сироп. Раствор должен быть горячим, иначе кристаллы не будут расти. Я сделала цветные сахарные кристаллы. Для этого в готовый сироп добавила натуральный пищевой краситель фиолетового цвета. Таким образом, данный опыт наглядно показал высокое содержание сахара в газированных напитках (приложение №2, рис.2.1-2.5.).
Сахар ответственен за эпидемию ожирения. Российские медики уверены, что основная причина развития ожирения у детей и взрослых заключается в регулярном употреблении сахара. Сахар может вызывать зависимость, аналогичную наркотической.
Сотрудники Института питания РАМН заявляют, что в течение 5 лет количество россиян, страдающих от лишнего веса, увеличилось. Так, прошлое анкетирование выявило ожирение у 16% детей, в то время как новые данные говорят о 20%. По данным последнего медицинского осмотра в нашей школе у подростков в возрасте 12–17 лет избыточную массу тела имеют 26%, а ожирением страдают 9%, от общего числа обучающихся. Частота избыточной массы тела и ожирения выше у мальчиков чем у девочек, и данные показатели могут колебаться от возрастных особенностей (приложение №3, диаграммы №1, 2, 3).
Опыт №3. Определение pH (кислотно щелочного баланса) минеральной воды при помощи лакмусовой бумаги. Для этого опыта понадобилась минеральная вода и лакмусовая бумага с эталонной шкалой. Растворы и жидкости в отношении их кислотности считаются:
нейтральными при рН  = 7 - если лакмусовая бумага не меняет своей цвет;
кислыми при pH< 7 - если лакмусовая бумага краснеет;
щелочными при рН > 7 - если лакмусовая бумага синеет.
В пробирку я налила немного минеральной воды "Рычал-Су" окунула лакмусовую полоску в исследуемый образец, подождала несколько секунд. Трактовка результата была следующей: лакмусовая бумага стала зелено-синей, то есть рН > 7, значит раствор - щелочной.
Хочу заметить, что для определения точного результата понадобилось от 7 до 10 минут. Сразу после проведенного опыта, цвет бумаги по шкале индикатора для определения кислотно щелочного баланса совпадал с рН=8. Но через 10 минут, лакмусовая бумага окрасилась сильнее, и уже совпадала с рН=9. Выводом данного эксперимента является то, что минеральная вода является щелочным продуктом. Щелочные продукты – это, прежде всего, растительная, натуральная пища, которая одновременно и очищает организм, и обогащает его питательными веществами, а также создает оптимальную среду для всех клеток. (приложение №4, рис.3.1-3.3.), (приложение №7, табл.2; рис.6.1-6.2.).
Опыт №4. Определение углекислого газа в газированных напитках. Газированные напитки, насыщенные углекислым газом, который обладает консервирующим свойством, благодаря чему повышается стойкость напитков при хранении. На этом польза углекислого газа в газированных напитках заканчивается. Обычный углекислый газ, безопасный для здоровья человека, в реакции с водой дает угольную кислоту, а она, в свою очередь, становится опасным раствором для желудка. Для подтверждения наличия углекислого газа, я провела опыт с газированными напитками. В начале я приготовила известковую воду из двух растворов: хлорида кальция СаСl2 и нашатырного спирта NH4OH (водного раствора аммиака). При их смешивании получилась прозрачная известковая вода. Далее в две пробирки с известковой водой добавила газированные напитки. Я использовала газированные напитки "Fanta" и "Coca-Cola". При нагревании пробирок наблюдалось помутнение смеси известковой воды и газированного напитка, а так же выпал осадок. Данная качественная реакция доказывает содержание углекислого газа в газированных напитках. (приложение №5, рис.4.1-4.4.), (приложение №8, табл.3; рис.7.1-7.2.).
III. Заключение
На основе исследований и проведенных опытов можно сделать следующие выводы:
изучив теоретический материал по теме, я установила, что ассортимент безалкогольных напитков необычайно разнообразен;
при изучении химического состава безалкогольных напитков было подтверждено наличие в них глюкозы, сахара и углекислого газа, причем наибольшее количества зарегистрировано в напитках такие как, соки и газированная вода. В напитках эти вещества смешиваются в различных пропорциях, при этом добавляются и те вещества, без которых немыслима современная пищевая промышленность: консерванты, регуляторы кислотности, стабилизаторы, красители, ароматизаторы;
по результатам работы можно сделать обоснованный вывод о том, что выдвинутая гипотеза верна, а именно: можно определить качество, химический состав и пищевую ценность безалкогольных напитков опираясь на научные факты исследования;
4) из раствора сахара можно вырастить кристаллы определённой формы, которая характерна для этой молекулярной решётки и этого химического состава. Каждое кристаллическое вещество имеет определенную свойственную ему внешнюю форму кристалла. Например, для сахара это кубическая призма.
Повышенное содержание сахара и других консервантов в безалкогольных напитках пагубно воздействуют на живой организм. Они тормозят правильное развитие его, а в некоторых случаях и вовсе губят. Молодые люди, покупая напитки, даже не задумываются об их составе. Несмотря на активную рекламу, не все безалкогольные напитки безопасны для здоровья, особенно при чрезмерном их употреблении.