Конспект проектно-исследовательской работы "Анализ пищевых отходов пищевых отходов"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 19

сельского поселения поселок Алонка

Верхнебуреинского муниципального района Хабаровского края

«Анализ пищевых отходов»

                                                                     Выполнила:

                                                                     Гараева Елизавета

                                                                     ученица 10 класса

                                                                    МКОУ СОШ №19 п.Алонка.

                                                                   Руководитель:

                                                                   учитель химии, биологии

                                                                  Шевлякова О. Ю.     

                                          2014

Оглавление:

Введение…………………………………………………………3 стр.

Теоретическая часть………………………………………..4-8 стр.

Практическая часть……………………………………………..9-10 стр.

Заключение………………………………………………………11 стр.

Литература……………………………………………………….12 стр.

Приложения…………………………………………………….13 стр.

Проблемный вопрос: «Можно ли дать вторую жизнь пищевым отходам?»

Цель работы:

Проведение химического анализа пищевых отходов (яичной скорлупы и картофельных очистков) и выявление в них важнейших биовеществ.

Задачи работы:

-определить наличие в пищевых отходах аминокислот и     фенолпропаноидов;

- изучить значение этих веществ для организма человека;

- дать рекомендации по использованию пищевых отходов.

Временные рамки проекта:

Ноябрь 2013-февраль 2014 г.

ВВЕДЕНИЕ.

    Предметом изучения аналитической биохимии является состав, структура и химические превращения соединений, из которых состоят биологические системы, т. е. растения, животные, микроорганизмы.

Актуальность таких исследований на современном этапе развития химической технологии очевидна. До середины XIX века  человек питался исключительно натуральными продуктами, лечился исключительно природными лекарствами. В новое и новейшее время в питании и особенно лечении на первое место выходят вещества, полученные с помощью химической и биохимической технологии. Человечество находится под мощным прессом воздействия продуктов, полученных с помощью органического синтеза, начиная от строительных и упаковочных материалов и кончая пищевыми добавками и лекарственными средствами. В этой связи на ведущее место выходит область химии, исследующая содержание этих новых продуктов, их превращения в окружающей среде и непосредственно в организме потребителя. Наше время отмечено значительным расширением количества производителей пищевых продуктов, а также менее строгим подходом к применению разнообразных пищевых добавок и суррогатов. Широко распространились так называемые биологически активные добавки (БАД), контроль за качеством которых не столь строг. Вообще в России ещё слабо поставлен механизм контроля качества пищевых продуктов, напитков и, что особенно удручает, лекарственных средств. Конечно, эта сфера требует дорогостоящего лабораторного оборудования и, главное, квалифицированных кадров. А пока можно посоветовать потребителю быть бдительным, критически относиться к рекламе и развивать свою потребительскую культуру. В частности, было весьма полезно познакомиться с европейским кодом пищевых добавок, обозначаемым буквой «Е». Важно, чтобы эти  добавки вносились согласно принятой технологии, и его концентрация в продукте соответствовала научно обоснованной норме.

Теоретическая часть.

1. Значение белков в жизни человека

Миллиарды клеток, из которых «построен» сложный человеческий организм,— это, прежде всего белки, состоящие из так называемых аминокислот. Они являются как бы «кирпичиками», которые, различно комбинируясь, образуют ткани нашего тела. Белки, кроме того, участвуют в образовании некоторых витаминов в нашем организме, пищеварительных ферментов, гормонов и веществ, противодействующих инфекции, а также повышающих работоспособность печени и головного мозга. Частица белка — это огромное множество сочетанных между собой более простых химических соединений аминокислот, содержащих азот. Ни в жирах, ни в углеводах азота нет. Только из белка пищи организм может строить и восстанавливать белки тела — мускулатуру, нервную ткань, внутренние органы, кровь (но не из жиров и углеводов!). Жиры и углеводы могут образовываться из белков и друг из друга. Недостаток жира можно восполнить углеводом, но недостаток белка ничем заменить нельзя. Очень важно, однако, знать, что не всякий белок пищи для нас одинаково ценен. В окружающей природе мы находим множество разнообразных белков — как растительного, так и животного происхождения. Прежде чем стать белком нашего тела, эти многообразные белки пищевых продуктов распадаются в кишечнике на составные части — аминокислоты — и всасываются в кровь. Некоторые белки содержат полный набор в количестве 20 аминокислот, в том числе 8 очень сложных, незаменяемых, без которых организм обойтись не может. Такие белки могут полностью возместить все траты организма, восстанавливать погибшие клетки и их частицы. Они называются полноценными. Другие белки не содержат некоторых аминокислот и называются поэтому неполноценными. К полноценным относятся белки молока, творога, яиц, рыбы, мяса; к неполноценным — белки хлеба, круп и других растительных продуктов. Из этого, однако, не следует, что пищевой рацион мы должны составлять только из' полноценных белков. Продукты с неполноценным белком имеют много других достоинств: они богаты раз­личными минеральными солями и микроэлементами, в них содержатся растительные жиры и витамины. Важно, чтобы наш пищевой рацион был насыщен разнообразными продуктами, тогда отсутствующие аминокислоты в белке одних продуктов пополнятся из белков других продуктов. В результате организм получит полностью все необходимые ему аминокислоты. Разнообразие пищи — залог здоровья. Если белков в пище мало, это приводит к понижению окислительных процессов, ухудшению деятельности органов пищеварения, общей слабости, увяданию половой функции и снижению деятельности желез внутренней секреции. Белки содержатся в самых разнообразных продуктах питания: в хлебе, крупах, овощах, фруктах. Но принято белковыми считать те, в которых белка много — мясо, рыбу и изделия из них, творог, яйца, икру, сыр, сою, горох, фасоль, чечевицу.

2. Значение аминокислот.

Аминокислоты – это класс органических соединений, в состав которых входит функциональная карбоксильная группа  -СООН и аминогруппа NH₂-.

Из организмов выделено 20 важнейших аминокислот, список которых приведен ниже:

Глицин                       Цистеин                                   Фенилаланин

Аланин                       Метионин^*                                                Тирозин

Валин^*                                      Лизин^*                                                           Гистидин

Лейцин^*                                   Аргинин                                  Триптофан^*

Изолейцин^*                          Глутаминовая кислота           Пролин

Серин                          Аспарагиновая кислота

Треонин^*                                 Аспарагин

Каждая аминокислота имеет свое название особое строение и свойства. Многие аминокислоты находят применение, в частности, в медицине, животноводстве, ветеринарии. В живых организмах аминокислоты используются для биосинтеза белков и других биологически важных соединений. Бактерии и растения могут синтезировать им аминокислоты из более простых веществ. Однако в организме животных и человека некоторые аминокислоты синтезироваться не могут и поэтому они должны поступать в организм только с пищей. Эти кислоты названы незаменимыми. (В списке кислот они отмечены звездочкой). Поступление в организм незаменимых аминокислот определяется количеством и аминокислотным составом пищевых белков. Это надо учитывать при организации правильного питания. Недостаток любой из незаменимых аминокислот в организме приводит к нарушению обмена веществ, замедлению роста и развития. В отдельных белках встречаются редкие (нестандартные) аминокислоты, которые образуются путем различных химических превращений боковых групп обычных аминокислот в ходе синтеза белка на рибосомах или после его окончания (так называемая посттрансляционная модификация белков). Например, в состав коллагена (белка соединительной ткани) входят гидроксипролин и гидроксилизин, являющиеся производными пролина и лизина соответственно; в мышечном белке миозине присутствует метиллизин; только в белке эластине содержится производное лизина — десмозин. Аминокислоты находят широкое применение в качестве пищевых добавок. Например, лизином, триптофаном, треонином и метионином обогащают корма сельскохозяйственных животных, добавление натриевой соли глутаминовой кислоты (глутамата натрия) придает ряду продуктов мясной вкус. В смеси или отдельно аминокислоты применяют в медицине, в том числе при нарушениях обмена веществ и заболеваниях органов пищеварения, при некоторых заболеваниях центральной нервной системы. Аминокислоты используются при изготовлении лекарственных препаратов, красителей, в парфюмерной промышленности, в производстве моющих средств, синтетических волокон и пленки и т. д. Для хозяйственных и медицинских нужд аминокислоты получают с помощью микроорганизмов путем так называемого микробиологического синтеза (лизин, триптофан, треонин); их выделяют также из гидролизатов природных белков (пролин, цистеин, аргинин, гистидин). Но наиболее перспективны смешанные способы получения, совмещающие методы химического синтеза и использование ферментов.

    3. Значение фенилпропаноидов для живых организмов.

Картофельные очистки принято считать абсолютно ни на что негодным, бросовым продуктом.  Их место в мусорном баке.  Однако, в клубнях картофеля помимо банального крахмала, растительного белка и т.п. содержатся весьма интересные циклические соединения, которые биохимики обозначают терминами «полифенолы», «биологически активные фенольные соединения», «фенокислоты». Мы будем называть их фенилпропаноидами, хотя данный термин не охватывает всё разнообразие этих продуктов вторичного обмена у растений. Структурные формулы некоторых растительных фенилпропаноидов приведены ниже: 

          Среди «картофельных» фенилпропаноидов большое значение имеет хлоргеновая (3-кофеил-хинная) кислота. Она найдена не только в клубнях картофеля, но и в листьях медовой травы стевии, подсолнечном жмыхе, зёрнах кофе (больше в непрожаренных). Авторитетный специалист по биохимии растений Дж. Харборн обнаружил хлоргеновую кислоту более чем в 100 видах диких  и культурных растений. О важном значении хлоргеновой кислоты сообщает в своем руководстве «Биохимия растений» В.Л.Кретович. В классических работах российского академика А.И.Опарина указано на роль этого соединения в окислении аминокислот в растительных тканях. Интересные данные приводит Д.Харборн. оказывается, в клубнях картофеля, пораженного картофельной гнилью, уровень хлоргеновой кислоты повышается в несколько раз. Причем последняя локализуется именно на границе между здоровой и пораженной тканью. Хлоргеновая кислота, в дополнение к выше сказанному, обладает высокой токсичностью в отношении ряда микроорганизмов. Кроме того, ее можно рассматривать как сильный антиоксидант, т.е. она способна защищать биологически важные вещества, в том числе липиды клеточных мембран от избыточного окисления активными формами кислорода. Возможно, с её присутствием в кофейных зёрнах (до 8 – 9 %) связано благоприятное действие напитка. А совсем недавно немецкие биохимики показали, что хлоргеновая кислота и особенно полученные ими синтетические производные кислоты обладают противодиабетическим эффектом, понижая уровень глюкозы в крови. Удалось даже установить механизм такого действия хлоргеновой кислоты: оказывается, она тормозит активность фермента, участвующего в транспорте глюкозы через клеточные мембраны. Исходя из структуры фенилпропаноидов, в которых ароматический фенил сопряжен с двойной связью боковой углеродной цепи, можно ожидать, что хлоргеновая, а также кофейная, фелуровая и другие аналогичные растительные фенилокислоты способны абсорбировать ультрафиолетовую часть спектра.

Практическая часть.

Методика анализа.

1. Ксантопротеиновая реакция на яичную скорлупу.

Яичную скорлупу освободить от подскорлуповой пленки. Промыть дистиллированной водой, слегка измельчить. К порошку добавить несколько капель концентрированной азотной кислоты, слегка подогреть. Наблюдаем бурное выделение пены (диоксид углерода), а кусочки скорлупы размягчаются и желтеют. Их надо отмыть от азотной кислоты и добавить примерно 1 мл 5-10%-ного раствора щёлочи. Кусочки скорлупы окрашиваются в ярко – коричневый цвет, что характерно для так называемой ксантопротеиновой реакции.

2. Биуретовая реакция на яичную скорлупу.

К порошку яичной скорлупы добавить 2 -3 мл 10 %-ной щелочи и прокипятить примерно 10 – 15 минут при помешивании стеклянной палочкой. Полученный мутноватый щелочной раствор слить с осадка и, отобрав около 1мл, выполнить реакцию, просто добавить 1 – 2 капли бледно-голубого раствора сульфата меди. Появляется сиреневое окрашивание, характерное для белков и полипептидов.

 3. Исследование картофельных очистков.

Картофельные очистки надо измельчить и растереть в фарфоровой Степке с примерно тремя объёмами воды или лучше спиртово-водной смеси. Полученную вытяжку профильтровать через бумажный фильтр. К фильтрату просто добавить несколько капель 10 %-ного гидрооксида натрия. Сразу же наблюдается желтое окрашивание, интенсивность которого пропорциональна уровню хлоргеновой кислоты в очистках. Окрашивание дают и другие фенолпропаноиды.

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПИЩЕВЫХ ОТХОДОВ.

Ксантопротеиновая реакция.

Яичную скорлупу освободили от подскорлуповой пленки, промыли дистиллированной водой и измельчили в ступке пестиком. К полученному порошку добавили несколько капель концентрированной азотной кислоты, затем подогрели. Наблюдали бурное выделение углекислого газа, а скорлупа пожелтела.  Приложения № 1-3.

Скорлупу  промыть от азотной кислоты и добавить 1 мл 10 %-ного раствора щёлочи. Кусочки скорлупы приобрели коричневый цвет.

Приложение №4.

         Биуретовая реакция на яичную скорлупу.

К порошку яичной скорлупы добавили 3 мл 10 %-ной щелочи и прокипятили примерно 10 минут при помешивании стеклянной палочкой. Полученный мутноватый щелочной раствор слили с осадка и, отобрали около 1мл, выполнили реакцию, просто добавив 2 капли бледно-голубого раствора сульфата меди. Приложения №5-8.

Появилось сиреневое окрашивание, характерное для белков и полипептидов.

Проведённые реакции  доказывают, что в состав яичной скорлупы входят аминокислоты.

 Исследование картофельных очистков.

Картофельные очистки измельчили и растёрли в фарфоровой ступке с примерно тремя объёмами спиртово-водной смеси. Полученную вытяжку профильтровали через бумажный фильтр. Приложения №9.

К фильтрату просто добавили  несколько капель 10 %-ного гидрооксида натрия. Сразу же появилось желтое окрашивание, интенсивность которого пропорциональна уровню хлоргеновой кислоты в очистках.

Приложения № 10-11.

Данная реакция доказывает наличие в картофельных очистках хлоргеновой кислоты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1.  Пищевые отходы принято считать абсолютно ни на что негодным, бросовым продуктом.  Их место в мусорном баке.  Однако проведённое исследование доказало наличие в них ценных важнейших биологических веществ необходимых организму, таких как амино- и хлоргеновая кислоты.

2.  Исходя из результатов проведенного исследования,  можно дать следующие рекомендации по применению пищевых отходов:

- применять в рационе питания порошок яичной скорлупы;

- употреблять в пищу картофель с кожурой (в «мундире», печёный и т.д.).

- употреблять по возможность свежемолотый, а не быстрорастворимый кофе.

Литература:

1. http://med-akademia.ru

2. http://www.xumuk.ru

3. http://us-in.net

4. Хомченко Г.П. Пособие по химии для поступающих в вузы. М., Новая Волна, - 2000г.

5. Храмов В.А. Аналитическая биохимия 10-11 классы: элективный курс. Волгоград, Учитель, - 2007г.

Приложения.

Приложение № 1          Приложение № 2         Приложение № 3

                  

Приложение № 4         Приложение № 5          Приложение № 6

                                                 

 Приложение № 7        Приложение № 8            Приложение № 9

                    

Приложение № 10       Приложение № 11