XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Роль сахара в жизни человека
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Современное общество постоянно производит научный поиск, исследует различные сферы деятельности, в том числе, вопросы получения новых продуктов питания или модификации уже изученных. Открытие сахара оказало огромное влияние на рацион человека. Его первые подробные описания известны по литературе IX - X веков, а отдельные элементы процесса производства сладкого компонента из сахарного тростника, были представлены еще в летописях про походы Александра Македонского (IV век) [4]. В XVIII веке впервые был получен сахар из свеклы, а позднее были культивированы сорта с высоким содержанием сахара. В России сахар появился и начал вводиться в рацион несколько позднее, чем в Европе (в начале XVIII века) и связывают его появление с правлением Петра I, который был инициатором такого производства.
Открытие сахара принесло человеку множество преимуществ. Сахар дает чувство бодрости, радости, но одновременно с этим таит в себе и много вреда. Его избыточное потребление в сочетании с низкой физической активностью провоцирует ожирение, сахарный диабет, кариес и множество других ассоциированных состояний.
Поэтому изучение сахара как химического вещества, его влияния на организм человека, обучение подростков правилам здорового питания и образа жизни, разработка рекомендаций по рациональному потреблению сахара, являются важнейшими задачами современной медицины.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
изучение свойств распространенного пищевого продукта – сахара, его роль и влияние на здоровье современного человека, уровень знания школьников о свойствах и роли сахара, проведение образовательной работы с одноклассниками по профилактике заболеваний, связанных с избыточным потреблением сахара.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
изучить физические и химические свойства сахара, историю его открытия, источники и технологию производства
изучить по данным современной медицинской литературы роль и влияние избыточного потребления сахара на здоровье человека и на процесс возникновения сахарного диабета
путем проведения анкетирования изучить информированность учеников МАОУ «Гимназия №1 г. Саратова» о роли сахара в жизни и здоровье человека
путем проведения анкетирования выявить школьников, склонных к развитию сахарного диабета
составить буклет – рекомендации для школьников по рациональному потреблению сахара и профилактике диабета.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
подбор и анализ химической и медицинской литературы, социологический опрос путем анкетирования, химический и физический анализ - эксперимент, анализ и обобщение полученных данных с использованием стандартных компьютерных программ.
Строение молекулы сахара
Химическая структура
Сахар относят к органическим веществам – углеводам. Основным компонентом сахара является сахароза, но также в его состав входят различные примеси, на долю которых в сахарном песке приходится до 0,25%, а рафинированном до 0,1%.
Сахароза – это дисахарид из группы олигосахаридов. Состоит из двух моносахаридов: α-глюкозы и β-фруктозы.
Формула сахарозы: С12Н22О11.
При поступлении сахара в организм человека с пищей, сахароза под действием пищеварительных ферментов быстро расщепляется на глюкозу и фруктозу, которые затем поступают в кровоток. Глюкоза является одним из важнейших компонентов метаболизма, обеспечивающим более половины энергетических затрат организма [5].
1.2. Источники сахара
Тростниковый сахар – регион происхождения - тропики и субтропики. Урожай собирают вручную или механическим способом. На перерабатывающем заводе проводят извлечение сахара: экстрагируют сок с водой либо извлекается путем диффузии, затем очищают при помощи гашеной извести и подогрева. Получившийся жидкий сироп пропускают через серию испарителей, оставшаяся вода удаляется в вакуумном аппарате, в результате чего образуются кристаллы сахарозы [6].
Свекольный сахар – добывается из корнеплода свеклы. Наиболее благоприятные условия в регионах с плодородной почвой в умеренных климатических условиях. Осенью проводят сбор урожая механическим способом. На перерабатывающем заводе корнеплоды свеклы промывают и нарезают. Извлекают сахарный сироп горячей водой путем диффузии. Через диффузионные аппараты сок проходит через мерники и через фильтры. Полученный сок подогревают до +60 °С в решоферах - котлах, снабжённых трубками, через которые проходит сок, а в пространство между трубками пропускают пар, очищают известью и углекислым газом. Утфель (сгущенный сок, или сироп) при процеживании подвергается окончательному увариванию в вакуум-аппаратах. При помощи центрифуги производят отделение кристаллов от патоки. Кристаллы сахара пробеливают и после окончания пробелки проводят высушивание.
Кленовый сахар – добывают с 17-го столетия в восточных провинциях Канады из сока сахарного клена. Для этого просверливают стволы клена в феврале и в марте. Полученный сок выпаривают и получают «кленовый сироп», из которого далее добывают сахар.
Пальмовый сахар (ягре) - добывается в Южной и Юго-Восточной Азии, на островах Индийского океана. Получают из сока, вытекающего из надрезов цветочных початков различных видов пальм.
Сорговый сахар - добывают в Китае, США, но не имеет широкого распространения, так как в соке содержится большое количество минеральных солей, камедеобразных веществ, примесей, что значительно снижает выход чистого кристаллического сахара [6].
Продукты и гликемический индекс
Под гликемических индексом (ГИ) понимают скорость усвоения углеводов (глюкозы, сахара) и быстроту их появления в крови человека. Этот термин впервые был предложен в 1981 году канадским доктором и физиологом Д. Дженкинсом, он же выделил закономерность, что гликемический индекс тем выше, чем быстрее расщепляется продукт. Уровень ГИ глюкозы принимают за 100, а остальные пищевые продукты рассчитываются и сравниваются диетологами с этим показателем [5].
Все продукты по уровню ГИ классифицируются на продукты с низким (до 55), средним (56-69) и высоким ГИ (более 70). Величина гликемического индекса сахарозы составляет 69 - 70, таким образом, сахар относится к продуктам, имеющим среднее значение ГИ.
Низкий ГИ: зеленый горошек, свежий; каша из кукурузной крупы; белая фасоль; хлеб зерновой пшеничный, ржаной, тыквенный; натуральный йогурт, обезжиренный; курага; зеленые бананы; яблоки; сливы; фруктоза; грибы; грецкие орехи; капуста; лук; зеленый перец и так далее. Средний ГИ: сахароза; картофель; манная крупа; свекла; мука пшеничная; круассан; черный хлеб; дыня; бананы; манго; гречка; овсяная каша; горошек зеленый, консервированный; макароны с сыром и др. Высокий ГИ: рисовая лапша, рисовая каша, белый хлеб, песочное печенье, спагетти, макароны, картофельное пюре, отварная морковь, тыква и т.д.
Уровень ГИ продуктов находится в прямой зависимости от многих факторов, таких, как количество и вид углевода, сорт, степень созревания продукта, содержание пищевых волокон, входящих в его состав, количества белков и жиров, вида термической обработки, степени измельчения продуктов и очередность употребления.
На уровень всасывания глюкозы оказывает большое влияние очередность употребления продуктов. Для того чтобы, не происходило быстрого всасывания углеводов из продуктов, имеющих высокий ГИ, необходимо сначала употреблять продукты с низким ГИ.
Фрукты и овощи в зависимости от вида имеют разный ГИ от низкого до высокого. Овощи при употреблении вместе с другими продуктами, имеющими более высокий ГИ, способствуют снижению общего ГИ пищи, так же, как и фрукты, имеющие пищевые волокна. Растительные масла при употреблении в пищу способствуют снижению гликемического индекса.
Влияние сахара на организм человека
Положительное действие сахара
Сахара являются по своей природе углеводами, а главным их физиологическим значением является обеспечение организма энергией, так как они являются ее основным источником. В результате биохимических процессов происходит расщепление углеводов в пищеварительном тракте человека. При это наблюдается закономерность, что при физическом и даже умственном труде возникает повышенная потребность в углеводах. Без энергии, а, следовательно, и без преимущественно углеводов невозможно существование всего организма человека, будь то головной мозг или мышцы [2]. К примеру, головному мозгу, необходима именно глюкоза, которая в процессе своего метаболизма, обеспечивает его нормальную работу. Если же будет ее недостаток, приходят на помощь компенсаторные функции организма, заключающиеся в том, что для питания, например, мозга будут использоваться углеводы, полученные в результате преобразования белков мышц или других органов человека.
Часть углеводов может откладываться в запас, а в дальнейшем человеческий организм будет его использовать в качестве резерва.
Таким образом, это доказывает, что сахар, является незаменимым продуктом в рационе человека. При этом у здоровых людей, которые значительно ограничивают употребление сахара очень часто возникают гипогликемические состояния, в результате низкого содержания глюкозы крови, проявляющееся чаще всего повышенной утомляемостью, раздражительностью или даже агрессивностью, затруднением концентрации, а на высоте гипогликемии ознобом, дрожью, головной болью и сердцебиением [2]. При этом эти симптомы проходят очень быстро через 15-20 минут после употребления сахара.
Положительным влиянием сахара так же можно назвать, то, что при тяжелой умственной или физической нагрузке очень часто возникает стресс, истощение организма, а при употреблении сахара происходит увеличение уровня серотонина, что способствует частичному снижению нервного напряжения.
Отрицательное действие сахара
Сахароза в организме человека быстро усваивается посредством ее разложения на глюкозу и фруктозу. При этом этот процесс начинается еще в ротовой полости. В дальнейшем указанные вещества также окисляются под воздействием ферментов различных микроорганизмов в полости рта до молочной кислоты. А она, как известно оказывает негативное влияние на эмаль зубов, что в дальнейшем приводит к поверхностному кариесу или более глубокому. Однако есть простой способ борьбы с этими негативными последствиями: после каждого приема пищи, необходимо полоскание рта.
Так как продукты, содержащие сахара обладают большой калорийностью, но вместе с тем и замечательными вкусовыми качествами, очень часто наблюдается их злоупотребление, что в конечном итоге приводит к развитию избыточной массы тела, а в последствии и к ожирению [1]. Когда человек употребляет продукты с высоким гликемическим индексом, очень быстро повышается уровень глюкозы в крови. Одновременно поджелудочная железа способствует выработке инсулина, играющего важнейшую роль в жизнедеятельности организма. Одной из его важнейших функций является снижение уровня глюкозы крови и перераспределение ее по различным органам и тканям тела. Второй важной функцией является превращение избытка углеводов в жировую ткань, формируя запас. Таким образом, употребление продуктов с высоким ГИ вызывают избыточную нагрузку на поджелудочную железу, что впоследствии может привести к ожирению и сахарному диабету [1, 3].
Сахарный диабет
Диабет в переводе с греческого [греч. diabētēs]означает "проходить сквозь". Это заболевание, сопровождающееся большим количеством употребляемой и выделяемой жидкости, что создает впечатление, будто жидкость «протекает» через организм человека, не задерживаясь в нем и не утоляя мучительного ощущения жажды. Позже было установлено, что вместе с мочой выводится из организма сахар, и к термину диабет добавили определение «сахарный». Выражение «сахарный диабет» буквально значит «теряющий сахар». У больных диабетом нарушается обмен веществ. В организме не хватает инсулина, а в крови повышается сахар [1, 2, 3, 5].
Признаки заболевания:
Частое мочеиспускание, преимущественно в ночное время, увеличение количества мочи.
Неутолимая жажда, сухость во рту.
Снижение массы тела, несмотря на стабильный аппетит.
Общая слабость, быстрая утомляемость, ощущение тяжести в ногах, периодические головокружения.
Запах ацетона изо рта.
Высокая подверженность простудным и вирусным заболеваниям, тяжелое их течение.
Медленное заживление ран, гнойничковые высыпания на коже и слизистых, кожный зуд.
Вне зависимости от причины заболевания сахарный диабет, прежде всего, опасен для крупных и мелких сосудов (капилляров), так как нарушается кровоснабжение различных органов, а значит, они не могут нормально функционировать. Поэтому при первых же симптомах незамедлительно нужно обращаться к врачу.
В XXI веке сахарный диабет можно считать не страшным заболеванием, а скорее специфическим образом жизни. Во многом состояние больного сахарным диабетом зависит от образа жизни, системы питания и самоконтроля, что позволяет сделать максимально эффективной профилактику осложнений сахарного диабета, сохранить качество жизни и увеличить ее продолжительность. Но достичь этого можно только при условии, что больному на ранних стадиях поставлен правильный диагноз и проводится необходимое лечение [1].
ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
О пыт №1. Растворимость сахара (фото автора).
1.В один стакан налили теплую воду (отмечен розовым стикером), в другой – холодную (отмечен зеленым стикером).
2.В каждый стакан насыпали по одному шпателю сахара.
3.Размешали сахар одновременно в двух стаканах и наблюдали, что сахар постепенно растворяется, причем в теплой воде растворение происходит быстрее и полнее.
Вывод: сахар хорошо растворяется в воде, при увеличении температуры растворителя растворимость сахара увеличивается.
Опыт №2. Определение состава сахара.
В пробирку поместили сахар и нагрели вначале осторожно, а затем сильнее.
Сахар плавится, приобретает коричневатую окраску, затем чернеет.
В верхней части пробирки конденсируются капельки воды:
Общая формула углеводов Сm(Н2О)n, где m и n - целые числа.
Большинство углеводов, в том числе и сахарозу С12Н22О11, можно представить как вещество, состоящее из углерода и воды - С12(Н2О)11. При нагревании без доступа углеводы распадаются на свои составные части:
С12Н22О11 12С + 11Н2О
При нагревании сахарозу не удается разделить на эти составные части. Она только частично разлагается, образуя коричневатые промежуточные продукты, которые называют карамелью (жженым сахаром) и используют при изготовлении различных кондитерских изделий.
Вывод: сахар состоит из углерода и воды.
Опыт №3. Занимательный опыт с сахаром (Фараонова змея).
Насыпали просушенный песок на асбестовую сетку и формируем плоскую вершину на песке.
Пропитали песок спиртом.
Приготовили смесь сахарного песка с содой в соотношении 4:1.
Хорошо перемешанную смесь аккуратно высыпали на пропитанный песок и подожгли.
Вывод: при нагревании (во время горения спирта) происходит реакция разложения соды по уравнению: 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O
Сахар при нагревании превращается в уголь и воду: С12Н22О11 12С + 11Н2О
Образовавшиеся в ходе реакции газы «вспучивают змею», именно поэтому она ползет и извивается.
4. СОЦИОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Мы провели социологическое исследование «Изучение мнения школьников об употреблении сахара и его влиянии на здоровье человека» методом анкетирования. На авторскую анкету (см. Приложение №1) отвечали ученики 8 класса МАОУ «Гимназия №1 города Саратова». Были опрошены 15 учеников, среди исследованных 8 человек - девочки, 7 человек - мальчики. Из них, 10 человек в возрасте 14 лет и пятеро в возрасте 15 лет. Анкета состояла из десяти вопросов, ребятам предлагалось выбрать из предложенного или дать свой развернутый ответ.
Анализируя ответы, выяснено, что подавляющее большинство школьников оценили своё здоровье как хорошее (66%) и удовлетворительное (28%). Один человек затруднился ответить на этот вопрос. Все 100% опрошенных признались, что любят сладкую пищу и напитки. Мы спросили учеников, знают ли они нормы употребления сахара в сутки и рекомендации врачей, оказалось, что только треть (33%) знают ответ на этот вопрос. А большинство (10 человек) ответили на этот вопрос неверно или затруднились с ответом. Интересно, что правильно ответили на этот вопрос 50% девочек, что говорит о большем их интересе к своему здоровью. Мы задали подросткам вопрос об их перекусах, любимых продуктах и напитках: используют ли они дополнительные приемы пищи? Какие продукты, напитки предпочитают? Сколько ложечек сахара кладут в чашку чая или кофе? Нами были предложены варианты ответов (можно было выбрать несколько) или написать свой вариант. Итак, для перекуса дома или в школе подростки традиционно выбирают яблоки (33%), бутерброды (27%), некоторые признались, что любят и едят школьную еду (27%), но некоторые ответили, что не перекусывают (33%). А другие отметили чипсы и попкорн (20%) как любимый перекус. Наиболее любимые напитки школьников — это чай (33% - 5 человек) и coca-cola (33% - 5 человек). Из других любимых напитков отметили кофе, молоко, кефир и воду. Несмотря на то, что ребята признались в любви к сладкой пище, в напитки 46% опрошенных вообще не добавляют сахар, 20% - добавляют одну или две ложечки, но 33% - делают напиток послаще, добавляя более двух-трех ложек за раз.
При изучении уровня знаний о роли сахара в развитии некоторых заболеваний, 11 человек (73%) сказали, что знают о заболеваниях, связанных с избыточным употреблением сахара и назвали сахарный диабет. Некоторые (20%) ответили, что ожирение связано с употреблением сахара, что тоже является правильным ответом. Все 100% опрошенных слышали про такой диагноз, как сахарный диабет. Ребята считали, что это заболевание связано с приемом сахара, может быть у людей всех возрастов и связано с наследственной предрасположенностью.
Вывод: большинство опрошенных школьников знают о существовании заболеваний, связанных с избыточным потреблением сахара и о таком серьезном заболевании как сахарный диабет. Многие употребляют в качестве перекусов здоровую пищу. Но 2/3 опрошенных не знают нормы потребления сахара в сутки, любят сладкую пищу и напитки, в том числе с большим содержанием сахара.
Предложение: провести занятие со школьниками 8 класса о свойствах сахара, его роли в организме человека, связи избыточного употребления сахара с развитием такого заболевания, как сахарный диабет; раздать ученикам разработанный буклет «Сахар: друг или враг?» (Приложение №2).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Открытие сахара оказало большое влияние на рацион человека. Оно привнесло множество преимуществ, повышая чувство бодрости, радости, но одновременно с этим сахар таит в себе и много вреда. На протяжении всей жизни человека, сахар, стал обязательным компонентом рациона нашего стола. Но, однако, его избыточное потребление и малая физическая активность провоцирует ожирение, сахарный диабет, кариес и множество других ассоциированных состояний.
Поэтому изучение влияния сахара на организм, и разработка рекомендаций по его рациональному потреблению, является одной из важнейших задач современной медицины и педагогики. Но также следует отметить, что важно не сколько просто перестать употреблять сахар, а сколько предоставить рекомендации по его рациональному потреблению, ведь главная опасность сахара в его злоупотреблении. Предлагаемый автором путь изучения свойств и значения сахара позволит в игровой и познавательной форме привить школьникам старших классов необходимые знания, заложить основы рационального потребления такого важнейшего пищевого продукта как сахар.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Балаболкин М.И. Сахарный диабет: 100 вопросов и ответов / М.И. Балаболкин. - М.: Союзмединформ, 1992.
Глобальный доклад по диабету ВОЗ, 2019 г.
Дедов И.И., Шестакова М.В., Викулова О.К. Эпидемиология сахарного диабета в Российской Федерации: клинико-статистический анализ по данным федерального регистра сахарного диабета. Сахарный диабет. 2017; 20(1): 13–41.
Елисеев, М. Б. Походы Александра Македонского /М. Б. Елисеев; Редактор: Фетисов А. А. – М.: Вече, 2017. – 480 с.
Керова И.Р., Учебно-методическое пособие «Сахарный диабет. Клиника, диагностика, тактика ведения. Неотложные состояния» / ФГБОУ ВПО Ульяновский Государственный университет, Ульяновск, 2016. 155 с.
Силин, П. М. Технология сахара: Учебник для вузов / П. М. Силин. – М.: Пищевая промышленность, 1967. – 630 с.
Приложение№1
АНКЕТА «САХАР И ЕГО СВОЙСТВА»
Приглашаем Вас принять участие в нашем исследовании!
Вся полученная информация будет использована анонимно, в научных целях и в обобщенном виде
Пол: а) мужской; б) женский. Ваш рост ________ вес _______ (если знаете)
Возраст: а) 13 лет; б) 14 лет; в) 15 лет; г) другое ________;
Как Вы оцениваете свое здоровье: а) хорошее; б) удовлетворительное; в) плохое; г) затрудняюсь ответить.
Любите ли вы сладкую пищу (напитки): да, нет
Какова норма употребления сахара в сутки для подростков (в чайных ложках)? а) 3-5; б) 6-8; в) 9-10; г) 11-15; д) более 15; е) другое
Сколько ложечек сахара вы кладете в чай (кофе): а) одну; б) две; в) более двух-трех; г) вообще не кладу, пью без сахара; д) другое
Что вы выберете для перекуса дома или в школе: а) яблоко (или другие фрукты); б) бутерброд (булочку); в) конфеты или шоколадный батончик; г) чипсы или попкорн;д) свой вариант ___________________________________________________;
Какой напиток вы предпочитаете:а) чай; б) кофе; в) молоко; г) кефир или ряженку; д) кока-колу (пепси, фанту, спрайт и тп); е) другое _____________________;
Как вы думаете, есть ли заболевания, связанные с избыточным употреблением сахара? Да, нет. Если да, то какие?
Слышали ли вы про такое заболевание «Сахарный диабет»? Да, нет. Какие утверждения верные, по вашему мнению: а) им болеют только дети; б) только пожилые люди и старики; в) может быть у людей всех возрастов; г) связан с употреблением большого количества сахара; д) наследственное заболевание;
Спасибо за Ваше участие!
Приложение №2
БУКЛЕТ «САХАР: ВРЕД ИЛИ ПОЛЬЗА?»