Исследовательская ученическая работа по теме "Определение крахмала в природных объектах растительного происхождения и продуктах питания"

Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики

Управление образования г. Шахтерска ОШ І-ІІІ  ступеней село Золотаревка

Определение крахмала в естественных объектах растительного происхождения и продуктах ежедневного питания

Работу выполнила: Байдак Алина Андреевна, учащаяся  9 класса Руководитель: Конопленко Ирина Ивановна, зам. директора по УВР, учитель химии и биологии

Шахтерск – 2016

Аннотация

к исследовательской работе на тему «Определение крахмала в естественных объектах растительного происхождения и продуктах ежедневного питания»

Актуальность темы исследования обусловлена распространенностью применения и важной ролью крахмала в организме и жизни человека. В работе рассмотрены источники крахмала, процесс фотосинтеза в растениях,   физические и химические свойства.

В работе определены объект, предмет, цель, задания, методы и гипотеза исследования, рассмотрены строение и функции крахмала в организме, сферы применения крахмала, описаны методики качественного и количественного определения крахмала.

Опытным путем определено наличие крахмала в естественных объектах растительного происхождения и продуктах ежедневного питания.  Установлено, что в кисломолочную и колбасную продукции промышленные производители вводят крахмал в качестве загустителя и не всегда добросовестно отражают данную информацию на этикетке.

Введение

Крахмал – органическое вещество, полисахарид растительного происхождения. Один из важнейших запасных растительных углеводов, входящих в состав пищи человека и животных. Содержится преимущественно в клубнях, корневищах, луковицах и семенах растений.

Крахмал в пищеварительном тракте разлагается до простого углевода – глюкозы, которая в считанные минуты всасывается в кровь и служит источником энергии для организма. Большое содержание клетчатки в продуктах питания (нерафинированных продуктах), содержащие крахмал, помогает сбалансировать процессы расщепления и всасывания веществ. Если придерживаться питания богатого клетчаткой, то организм насыщается при меньшем количестве калорий.

Крахмал широко применяют в быту и на производствах. Его вводят как компонент в различные смеси для детского питания. В кулинарии используют для приготовления разных видов теста, киселей, компотов, соусов — как средство, создающее среду и консистенцию определенного  вида блюд (Е 1400-1455). Введение крахмала в пищевые среды ведет к изменению вкуса и появлению пресного, сыроватого и невыразительного привкуса. Поэтому производители вынуждены повышать дозы других, характерных для того или иного блюда, вкусовых веществ, чтобы поддержать на нормальном уровне вкус всего пищевого изделия. Так, например, в густые кисели с повышенной дозой крахмала вносят двойные, по сравнению с рецептом, дозы сахара и лимонной кислоты. А это в будущем скажется на здоровьи человека.  Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена распространенностью применения и важной ролью крахмала в организме и жизни человека.

Объект исследования – крахмал в естественных объектах растительного происхождения и продуктах ежедневного питания.

Предмет исследования – качественное определение крахмала в естественных объектах растительного происхождения и продуктах ежедневного питания.

Цель исследования – теоретически обосновать и экспериментально определить наличие крахмала в естественных объектах растительного происхождения и продуктах ежедневного питания.

Задания исследования:

1.       На основании анализа научной литературы по теме исследования раскрыть состав, строение, физические и химические свойства крахмала, выяснить методы определения крахмала.

2.       Экспериментально определить наличие крахмала в естественных объектах растительного происхождения и продуктах ежедневного питания (картошка, хлеб, печенье, колбаса «Салями», сыр голландский и сыр плавленый домашний, творог «Добрыня» и домашний, йогурт «Растишка» и домашний, яблоко-груша и яблоко-груша (домашнее)).

Методы исследования: анализ научной литературы по теме исследования, экспериментальное определение  наличия крахмала в продуктах ежедневного питания. Аналитико-статистическая обработка полученных результатов исследования. Гипотеза исследования: в ходе анализа научной литературы определили, что кисломолочные и мясные продукты не должны содержать крахмал.

1.          Обзор литературных источников

Крахмал (C₆H₁₀O₅)_n (см. Приложение 1, рис. 1.1.) – полисахарид амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Крахмал синтезируется из неорганических веществ в хлоропластах, под действием света в процессе фотосинтеза (см. Приложение 1, табл. 1.1.). В качестве резервного питания накапливается в клубнях, плодах, семенах растений. Так, в наиболее часто используемых для производства крахмала растениях, клубнях картофеля, содержится до 24 % крахмала, в зёрнах пшеницы до 64 %, риса до 75 %, кукурузы  до 70%. В научной литературе указано, что синтезированный в разных растениях, крахмал несколько различается по физико-химическим свойствам, структуре зёрен, степени полимеризации молекул и строению полимерных цепей.

Физические свойства крахмала: безвкусный аморфный зернистый порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. При сжатии крахмал издаёт характерный скрип, это связано с трением частиц. Молярная масса крахмала 162.141 × n г/моль, плотность - 1,5 г/см³.

Химические свойства крахмала: в горячей воде набухает (растворяется), образуя коллоидный раствор – клейстер. Полисахарид представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул. При действии ферментов, нагревании с кислотами (катализаторами – разв. H₂SO₄ и др.) подвергается гидролизу с уменьшением молекулярной массы и с образованием так называемого «растворимого крахмала», декстринов, вплоть до глюкозы. Уравнение (см. Приложение 1, рис.1.2).

Качественная реакция на крахмал – реакция взаимодействия с йодом. Крахмал окрашивается в синий цвет (см. фото 1.1. Приложение 1,).  Эту реакцию открыли в 1814 году Жан-Жак Колен и Анри-Франсуа Готье де Клобри. Данный полисахарид не даёт реакции серебряного зеркала и, подобно сахарозе, не восстанавливает купрум (II) гидроксид.

В промышленности превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путём его кипячения на протяжении нескольких часов в разбавленной серной кислоте (каталитическое влияние серной кислоты на осахаривание крахмала было обнаружено в 1811 г. К. С. Кирхгофом). Для удаления сульфатной кислоты из раствора в него добавляют кальций карбонат, получая нерастворимый кальций сульфат. Осадок отфильтровывают, а фильтрат выпаривают. Получается густая сладкая масса – крахмальная патока, которая содержит, кроме глюкозы, значительное количество продуктов гидролиза крахмала. Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение полисахарида ведут дольше, при этом достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы. В настоящее время гидролиз крахмала производят ферментативно, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы − для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы. При нагревании сухого крахмала до 200 – 250 °C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных, чем крахмал, полисахаридов.

Значение крахмала:  углевод содержится во многих основных продуктах питания человека. В целях повышения его усваиваемости продукты термически обрабатывают. В желудочном тракте крахмал поддаётся гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом. Резистентный (не перевариваемый) крахмал играет свою физиологическую роль: снижает уровень сахара после пищевой гипергликемии (увеличения концентрации глюкозы в крови, особенно важно для больных сахарным диабетом). Крахмал как пищевая добавка (Е 1400-1452 – стабилизаторы, эмульгаторы, загустители, связующие крахмалосодержащие химические соединения) используется для сгущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей, заправок и соусов. Клейстеризация и желатинизация крахмала, во время выпечки торта, может быть снижена за счёт сахара, конкурирующего за воду, что улучшает текстуру крахмала, предотвращая «зарезинивание».

Применение крахмала: в пищевой промышленности – для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной — для обработки тканей, в бумажной – в качестве наполнителя. Крахмал входит в состав большинства колбас, майонеза, кетчупа и пр. В мире наибольшее применение крахмал нашёл в целлюлозно-бумажной промышленности. Модифицированный крахмал является основным компонентом клея для обоев. Применяется в фармацевтической промышленности в качестве наполнителя таблетированных форм лекарственных препаратов, некоторых лекарственных капсул, декстраны (декстрины) используются для приготовления ряда инфузионных растворов для внутривенных вливаний.

2.Материалы и методы исследования

Научная литература предлагает следующие химико-аналитические методики качественного и количественного определения крахмала в природных объектах:

                Качественное определение наличия крахмала при помощи раствора йода. Результат взаимодействия углевода и йода (см. Приложение 1, Фото 1.1.).

                Количественное определение содержания крахмала в продуктах питания. Методика основана на процессах экстракции 80% об. спиртом (с целью освобождения от простых сахаров),  гидролиза крахмала слабой кислотой, растворением в солевом, щелочном, кислотном растворе (с целью извлечения крахмала), очистки раствора крахмала от белков при помощи желтой кровяной соли, ацетата цинка. И процессах непосредственного определения крахмала весовым методом (для этого полисахарид осаждают 90 % об. этанолом), химическим методом (после кислотного или ферментативного гидролиза по содержанию восстанавливающих веществ), поляриметрическим методом (по вращению плоскости поляризации полученного раствора). Но, как правило, определение крахмала проводят путем определения глюкозы после ферментативного или кислотного гидролиза. Найденное количество глюкозы необходимо умножить на коэффициент 0,93. Результат умножения позволит установить содержание крахмала в исследуемом образце. Коэффициент выведен на основе реакции гидролиза, которая протекает по схеме рис. 1.2. Где,  . Ферментативные методы можно использоваться независимо от содержания крахмала.

3.                     Экспериментальное определение наличия крахмала в продуктах ежедневного питания

Для качественного определения крахмала в продуктах ежедневного питания была использована методика качественного определения крахмала (реактив:  раствор Люголя) и набор продуктов ежедневного питания промышленного и домашнего производства. Результаты исследований представлены в таблице 1.2. Фото 1.2 – 1.10. На основании литературных источников и полученных данных, представленных в таблице 1.2.(Приложение 1), можно сделать выводы: производители продуктов питания используют крахмал в качестве эмульгатора, связующего, стабилизатора и загустителя в молочной и колбасной продукции (см. Фото 1.2. – Фото 1.10.). Что подтверждает, в опыте с йогуртом «Растишка» (Фото 1.8.), информацию на этикетке готовой продукции. Но противоречит, в опыте с колбасой (Фото 1.10), информации на этикетке готовой продукции (см. Таблица 1.2.). В опыте с колбасной продукцией наблюдали появление незначительной синей окраски через 2 часа после проведения опыта. Что свидетельствует о наличии крахмала в колбасной продукции в незначительном количестве (Фото 1.10.).

Приложение 1

Рис. 1.1. Структурная формула крахмала

Таблица 1.1.

Реакция фотосинтеза

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 nC6H12O6(глюкоза) → (C6H10O5)n + nH2O

Процесс фотосинтеза в общем виде   6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n+ 6nO2

Рис. 1.2. Уравнение реакции гидролиза крахмала

Фото 1.1. Результат взаимодействия крахмала с раствором йода

Таблица 1.2.

Результаты исследования наличия крахмала в продуктах ежедневного питания

Объект исследования	Экспериментальное определение крахмала	Данные этикетки продукта питания (наличие крахмала)	Данные научных литературных источников (наличие крахмала)
Картошка синяя (рынковая) и Картошка синяя (домашняя) Фото 1.2.	ü       ü	Нет этикетки Нет этикетки	ü       ü
Хлеб нарезной(магазинный) и хлеб белый (домашний) Фото 1.3.	ü       ü	ü       Нет этикетки	ü       ü
Печенье «Мария» и печенье домашнее Фото 1.4.	ü       ü	ü       Нет этикетки	ü       ü
Колбаса «Салями» и мясо Фото 1.5., Фото 1.10.	ü       -	- Нет этикетки	- -
Сыр голландский магазинный и сыр плавленый домашний Фото 1.6.	- -	- Нет этикетки	- -
Творог «Добрыня» и творог домашний Фото 1.7.	ü      -	- Нет этикетки	- -
Йогурт «Добрыня» и йогурт домашний Фото 1.8.	ü    -	ü       Нет этикетки	- -
Яблоко-груша (магазинное) и яблоко-груша (домашнее) Фото 1.9.	- -	Нет этикетки Нет этикетки	- -

Фото 1.2. Сравнительное качественное              Фото 1.3. Сравнительное качественное

определение крахмала в картошке                        определение крахмала в хлебе

 

Фото 1.4. Сравнительное качественное         Фото 1.5. Сравнительное качественное

определение крахмала в печенье                      определение крахмала в колбасе и мясе

Фото 1.6. Сравнительное качественное         Фото 1.7. Сравнительное качественное

определение крахмала в плавленом сыре          определение крахмала в твороге

Фото 1.8. Сравнительное качественное         Фото 1.9. Сравнительное качественное

определение крахмала в йогурте                     определение крахмала в яблоке

Фото 1.10. Сравнительное качественное

определение крахмала в колбасе  и мясе

(через 2 часа)

Список литературных источников

1.     Пилипенко А.Т. Справочник по элементарной химии. – К.: Наук. думка, 1980. – с. 478-479.

2.     Перекалин В.В., Зонис С.А. Органическая химия: Изд. 2-е, переработ. – М.: Просвещение, 1972. – с. 225-227.

3.     Крахмал / По материалам сайта «Википедия» [Режим доступа]: http://ru-wiki.ru/wiki/Крахмал

4.     Список опасных и безопасных Е-кодов продуктов питания / По материалам сайта «Общество защиты прав потребителей» [Режим доступа]: http://ozpp.ru/consumer/useful/article5.html.

5.     Пищевые добавки в продуктах питания и их влияние на здоровье человека/ По материалам сайта «Ваш путеводитель по продуктам питания» [Режим доступа]: http://produkt-pitaniya.ru/dobavki-food.