XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование и применение свойств сахара

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гонозова А.А. 1

---

1МБОУ "СОШ № 8"

Егорова Т.Ю. 1

---

1МБОУ "СОШ № 8"

Работа в формате PDF

2.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Многие люди считают сахар обыкновенным. На самом деле, привычное всем вещество сахар – очень интересно. Любопытно узнать: из чего делают сахар, каковы его свойства и как мы можем применить его свойства в повседневной жизни?

Мы решили изучить свойства сахара, провести с ним эксперименты, приготовить леденцовую конфету и организовать мастер-класс «Карамелька» для одноклассников.

Актуальность работы: применение сахара в кондитерской промышленности

Цель работы: исследование и применение свойств сахара.

Задачи:

1. Изучить общие сведения о сахаре, используя литературные источники.

2. Провести практические опыты и исследовать физико-химические свойства сахара.

3. Применить свойства сахара для приготовления леденцовой конфеты.

4. Принять участие в мастер-классе «Карамелька» вместе с одноклассниками

Методы исследования:

1. Работа с источниками информации. Теоретические исследования.

2. Экспериментальные методы.

3. Наблюдение и фотографирование.

4. Анализ полученных результатов.

1. Теоретическая часть. Основные сведения о сахаре

1.1. Что такое сахар

Сахар – бытовое название сахарозы. Тростниковый и свекловичный сахар является важным пищевым продуктом. Обычный сахар относится к углеводам, которые считаются ценными питательными веществами, обеспечивающими организм необходимой энергией.

Сахар тростниковый. Большая часть сахара, потребляемая в современном мире, производится из сахарного тростника. Сахарный тростник относится к многолетним травам, культивируется в тропических и субтропических регионах. Для его выращивания требуется безморозный климат с достаточным количеством осадков в период вегетации. Урожай собирают механически или вручную. Стебли нарезаются на куски и быстро транспортируются на перерабатывающий завод. На заводе сырье измельчают и экстрагируют сок с водой, либо сахар извлекается путем диффузии. Потом сок подвергается очищению посредством гашёной извести. Полученный жидкий сироп пропускается через испарители, после чего оставшаяся вода удаляется испарением в контейнере. После этого пересыщенный раствор кристаллизуется с образованием кристаллов сахара.

Сахар свекловичный. Сахарная свёкла относится к двулетним растениям, мясистый корнеплод формируется в первый год. Культивируется в регионах с умеренным климатом с умеренным количеством осадков и требует плодородной почвы. Урожай собирают механически осенью, с удалением ботвы и налипшей почвы. Корнеплоды могут храниться без потерь в течение нескольких недель, прежде, чем будут отправлены на перерабатывающую фабрику. На фабрике свёклу промывают и нарезают, сахарный сироп извлекается горячей водой путём диффузии. Сдаваемый с диффузоров сок проходит через мерники, причем обыкновенно из 100 кг корнеплодов получается 120 кг сока, который для отделения от увлеченных частичек мякоти пропускается через фильтры из древесных стружек или грубой ткани или через металлические сита. После этого сок подогревают в котлах, снабженных трубками, через которые проходит сок, а в пространство между трубками пускается пар. После этого сок подергается очищению посредством извести.

Кленовый сахар. Это традиционный сахар в восточных провинциях Канады. Добывается с ХVII столетия из сока сахарного клена. Стволы деревьев в феврале и в марте просверливают и из отверстий начинает вытекать сок, содержащий до 3% сахара. Течение сока продолжается несколько недель. Из каждого дерева получают большое количество сока. Сок выпаривают, получают «кленовый сироп», а затем из сиропа добывают сахар.

Пальмовый сахар. Добывается в Южной и Юго-Восточной Азии и многих островах Индийского океана из сладкого сока, вытекающего в большом количестве из надрезов на молодых цветочных початках различных видов пальм. В основном, получают из сока кокосовой пальмы (называется кокосовый сахар). Одна кокосовая пальма в год в состоянии дать более 250 кг сока, содержащего до 20% сахарозы. Сахар, получаемый из пальмового сока выпариванием, формируется в скорлупах кокосовых орехов и в виде круглых караваев поступает на рынок.

Сахар выпускается в следующих видах: сахар-песок, прессованный и кусковой, сахарная пудра, леденцовый сахар, сироп, «сахарная голова».

Крупнейшие страны-производители сахара: Бразилия, Индия, Европейский Союз, Китай, Таиланд.

Среднегодовое потребление сахара на человека в Европе: середина ХIХ века – 2 кг, 1920 год - 17 кг, 2000 год – 37 кг.

1.2. История появления сахара

В середине I тысячелетия до н.э. в Индии местным жителям пришло в голову выпаривать порошок из сока сахарного тростника. Сначала полученный продукт не употребляли в пищу, а использовали в качестве лекарства. Потом люди вошли во вкус и начали подслащивать им обычные блюда. Спустя несколько сотен лет плантации сахарного тростника появились в Китае, в Персии. Торговцы перевозили сахар в Европу. Производить сахар самостоятельно у европейцев не получалось, а заграничный был слишком дорог. Ситуация изменилась, когда немецкий химик Андреас Маргграф догадался, что добывать кристаллический сахар можно из свёклы. В результате этого открытия продукт подешевел и стал доступен почти всем слоям населения. В 1747 году Андреас Марграф опубликовал в мемуарах Берлинской академии наук свои наблюдения о возможности извлекать сахар из корнеплодов свекловицы и указал порядок работы. Но первые опыты в фабричном размере были неудачны. Производство свекловичного сахара началось с 1806 года при Наполеоне (раздача земли для возделывания свекловицы, учреждение школ при фабриках, выдача премий). Высокая цена колониального тростникового сахара делала выгодным производство сахара местного. Вместе с тем во Франции усовершенствовалось производство: тёрки, гидравлические прессы, процеживание через костяной уголь, нагревание и сгущение сока паром. Это привело к быстрому развитию производства сахара. В 1828 году во Франции работали 103 завода и производили до 5 млн кг сахара. Способы, выработанные во Франции, затем перешли в Германию.

История сахара в России начинается примерно с ХI-XII веков. Первая в России «сахарная палата» была открыта Петром I в начале ХVIII века и сырье для сахара ввозилось из-за границы. В 1809 году стало налаживаться производство сахара из отечественного сырья – сахарной свеклы.

В России первый завод для добывания свекловичного сока для переработки в спирт основан генерал-майором Бланкенигелем в 1802 году в Тульской губернии, затем сахарный завод был устроен Иваном Акимовичем Мальцовым в 1809 году. Дальнейшее развитие русского свёклосахарного производства многим обязано семье графов Бобринских. В 1897 году в России работали 236 заводов, производительность которых составляла до 45 млн пудов в год.

1.3. Применение сахара для производства леденцовых конфет

Сахар широко используется в кондитерском производстве. В нашей работе подробнее рассмотрим изготовление леденцовых конфет из сахара.

Карамель – одно из древнейших изобретений человечества. Карамель на латинском языке - cannamella, что в переводе означает «сахарный тростник». История карамели начинается еще с древности. Например, древние индийские племена наслаждались жареными на огне стеблями сахарного тростника.

Эту сладость изготавливают во многих странах мира. Твердая или мягкая конфета, приготовленная из сахара, патоки, сиропа известна более пятисот лет. Закрепляют карамель на палочке для удобства лизания или сосания. Кондитеры Франции делали леденцы еще в средневековье, чтобы знати было удобно лакомиться вареным сахаром. В Японии изготовление леденцов началось в VIII веке. Англия приняла леденцы лишь в ХVIII веке.

«Леденец» - исключительно русское название карамели. На Руси так называли угощение из-за схожести со льдом. Прозрачный кусочек из растопленного сахара напоминает льдинку. Первое упоминание об этом виде конфет обозначено концом ХV века. Можно предположить, что задорные «петушки» радовали детей еще во времена князя Владимира - «Красно солнышко». Наиболее популярным стал «петушок», но первыми были «домики», «рыбки», «елочки» из-за простоты исполнения. Прообраз царственной огненной птицы воплотился в кулинарном искусстве через две-три сотни лет после изобретения первых угощений. Традиция изготавливать из растопленного сахара конфеты и сладкие фигурки отражена и в искусстве. На полотнах художников, увлекавшихся исторической темой, можно найти сцены ярмарочного веселья, чьим атрибутом были леденцы на палочке, изображения коробейников, продающих сладкие подарки малышам и взрослым лакомкам.

Особенное распространение леденцы на палочке в форме «петушка» и «белочки» получили в конце 70-х годов ХХ столетия в СССР.

Традиционно леденцы – сладость, но их популярность и распространенность используется для различных целей: освежения дыхания, как форма лекарственного препарата. Карл Солдан – немецкий фармацевт стал первым в истории карамели, кто совместил ее сладость с полезностью трав. Его дочь, заболевшая в 1899 году, наотрез отказалась принимать горькие микстуры, после чего он придумал целебные конфеты. Процесс рассасывания леденцов используется как отвлекающее средство в различных ситуациях: при волнении, отказе от курения. Леденцы со вкусом ментола и эвкалипта, меда и лимона применяются при простудных заболеваниях.

Рецептура

Изначально, для приготовления классического леденца, растапливали сахар при высоких температурах, варили до густой консистенции и приобретения массой коричневого цвета. Далее карамель заливали в железную или стеклянную форму, смазанную жиром. Втыкали палочки, остужали в воде. Потом готовые сладости извлекали. Со временем появлялись более сложные формочки для карамели. Конфеты стали выпускать в виде животных, людей, предметов.

Вот еще рецепт: в медном котле на открытом огне разогревали сахар и воду. При достижении подходящей температуры массу выливали на плиту из мрамора, после чего разрезали на порции.

Лакомства на палочке бывают:

- классические – приготовленные с добавлением патоки, воды, без консервантов;

- ароматизированные – с добавлением вкусовых красителей, ароматизаторов;

- всевозможных форм: петушками, рыбками, спиралями, домиками;

- с различными вкусами: молочные, фруктовые, шоколадные;

- лечебные;

- из замороженных ягод и т.д.

- домашнего или фабричного изготовления.

Процесс изготовления карамели в наши дни полностью автоматизирован, с технологией средневековья не имеет ничего общего. Всевозможные тянульные, арочные, калибрующие, карамелеобкаточные и охлаждающие машины – это агрегаты, благодаря которым производится карамель.

В современном производстве для изготовления сладости используют сахар, патоку, ароматизаторы, красители. В настоящее время встретить классическое, без добавок лакомство – сложно. Производители предлагают лакомства с различными вкусами и цветовыми решениями. Помимо обычных продуктов применяют консерванты, ненатуральные красители, ароматизаторы. Такими сладостями лучше не увлекаться. Поэтому мы решили приготовить натуральное лакомство из обычных продуктов.

2. Практическая часть. Этапы реализации работы

Впереди предстояла интересная работа с объектом наблюдений – сахаром и его физико-химическими превращениями.

Совместно с руководителем разработали план работы:

• инструктаж по правилам безопасной работы в школьной лаборатории;

• подготовка оборудования и посуды для проведения работы;

• ознакомление с техникой проведения работы;

• познание физико-химических свойств сахара;

• приготовление леденцов;

• мастер-класс «Карамелька» для одноклассников

2.1. Выбор и подготовка материалов и оборудования для работы

Оборудование:

• лабораторный штатив, микроскоп, пробирки, предметное стекло, шпатель, фарфоровая чашка для выпаривания, тигельные щипцы, спиртовка, спички, стеклянная палочка, термометр. (Приложение 1, фото 1).

2.2. Практические опыты по изучению свойств сахара

Сахар – это вещество, с которым каждый сталкивается ежедневно. Все так привыкли к нему, что уже почти не замечают его свойств.

План работы: ознакомление с образцами сахара. (Приложение 1, фото 9).

Цель – изучить внешний вид сахара.

Образец 1 – сахар-рафинад

Образец 2 – сахар-песок

Образец 3 – сахар тростниковый

Результат ознакомления с образцами сахара изложен в виде таблицы 1 «Свойства сахара».

Таблица 1. Свойства сахара

(Приложение 1, фото 2).

Внимательно рассмотрев сахар, мы записали свои наблюдения в таблицу 2 «Исследование физических свойств сахара».

Таблица 2. Исследование физических свойств сахара

Практический опыт 1. Микроанализ

Цель: рассмотреть кристалл сахара.

Взяли щепотку обычного сахара, поместили на предметное стекло, поднесли к микроскопу и рассмотрели кристаллы под микроскопом. (Приложение 1, фото 3).

Вывод: кристаллы сахара имеют разную форму: есть прямоугольные, есть округлые.

Практический опыт 2. Плавление сахара

Исследование процесса плавления сахара отражено в таблице 3 «Наблюдение за процессом плавления сахара».

Таблица 3. Наблюдение за процессом плавления сахара

Результат: сахар изменил свою форму и цвет.

Вывод: при плавлении сахар теряет свою форму и желтеет. Нельзя долго держать его на огне, иначе он станет коричневым и подгорит. (Приложение 1, фото 4-5).

Практический опыт 3. Горит ли сахар?

Наблюдение за процессом горения сахара отражено в таблице 4 «Наблюдение за процессом горения».

Таблица 4. Наблюдение за процессом горения сахара

Мы знаем, что облитые керосином дрова лучше горят. Такое же действие оказывает табачный пепел на сахар. Это произошло потому, что пепел содержит различные химические соединения, например, соль лития, которые служат катализаторами и ускоряют окисление сахара настолько, что он легко воспламеняется от спички.

Вывод: сахар горит в присутствии катализатора.

Практический опыт 4. Растворение сахара

Цель: сравнить растворимость сахара при разной температуре воды.

Гипотеза: сахар растворяется лучше в горячей воде

Ход работы: взяли две одинаковые пробирки. Первую пробирку на ¾ наполнили холодной водой. Вторую пробирку на ¾ наполнили горячей водой. Раздробили кусочек сахара и положили в пробирку с холодной водой. Второй кусочек сахара тоже раздробили и положили в пробирку, ¾ которой наполнены горячей водой. Пробирки стряхнули несколько раз. Вскоре сахар растворился и стал невидимым. Только на вкус можно определить, что в воде есть сахар. (Приложение, фото 6)

Наблюдали за процессом растворения в течение 1-й минуты.

Результат опыта зафиксирован в таблице 5 «Зависимость растворимости сахара от температуры воды».

Таблица 5. Зависимость растворимости сахара от температуры воды

Гипотеза подтвердилась: в горячей воде легче приготовить раствор, так как сахар растворяется быстрее, чем в холодной.

Вывод: сахар хорошо растворяется в воде и не изменяет её цвет.

Практический опыт 5. Кристаллизация сахара

Цель: получить кристаллы сахара

Ход работы: описан в виде таблицы № 6 «Наблюдение за процессом кристаллизации сахара»

Таблица 6. Наблюдение за процессом кристаллизации сахара

Результат: мы получили кристаллы сахара. (Приложение 1, фото 7- 8).

Вывод: из раствора, содержащего сахар, можно вновь получить сахар путем выпаривания воды.

2.3. Приготовление леденцов из сахара

Цель: приготовить леденцовые конфеты.

Оборудование: металлические формочки, деревянные палочки для леденцов, металлический ковшик для варки, ложка для перемешивания

Сырье: три столовых ложки сахарного песка, одна столовая ложка воды, половина чайной ложки виноградного или яблочного уксуса, растительное масло без запаха

Ход работы:

Приготовить формочки, слегка смазанные рафинированным растительным маслом. В каждую форму вложить палочку для леденца. Высыпать сахар в ковшик, залить его водой, добавить уксус и все перемешать. Помешивая на среднем огне довести леденцовую массу до кипения. Затем, уменьшив огонь, продолжать варить до получения золотистого цвета карамели. Готовность проверяется по степени текучести леденцовой массы. Она должна стекать с ложки в виде «нитей». Готовность можно проверять и по-другому: капнуть в емкость (блюдце) с водой. Если леденцовая капля примет форму шарика, продукт готов. Другой способ: достать из воды чуть остывшую карамель и скатать шарик. Если шарик растекается – сироп не готов. Если шарик мягкий – сироп готов. Убедившись, что продукт готов, снять с огня. Дождаться, когда осядут все пузырьки и разлить готовую карамель по формочкам. Чтобы сахар снова не закристаллизовался, леденцовую массу надо варить на медленном огне. Если кристаллизация сахара произошла – просто добавить немного уксуса и заново разогреть массу до жидкого состояния. Возможно, леденцы не будут прозрачными, но вкусовые качества хуже не будут. Фотоотчет о приготовлении карамели в домашних условиях в Приложении 2, фото 1-8.

2.4. Мастер-класс «Карамелька» для одноклассников

Мы решили организовать в классе новогодний мастер-класс «Карамелька». Всем одноклассникам хотелось принять участие и приготовить сладкое угощение к Новогодним праздникам. Фотоотчет о проведенном мероприятии в Приложении 3, фото 1-9.

Заключение

В ходе работы исследовали физические и химические свойства сахара. Узнали, что сахар получают из сахарного тростника, сахарной свёклы, канадского клёна, пальмовых деревьев. На практике осуществили физико-химические процессы растворения, плавления, кристаллизации. Наблюдали за процессом горения сахара.Исследовав и изучив свойства сахара, мы применили полученные знания при изготовлении сладких леденцовых конфет. Ознакомились с разными рецептами приготовления леденцовых конфет. Множество рецептов сводятся в один основной: расплавленный сахар, остуженный в форме. Для цвета и аромата можно применять соки, морсы. Можно добавить немного мякоти фруктов или сока овощей в сахарную смесь перед варкой. Используют груши, яблоки, мандарины, апельсины, лимоны, персики, абрикосы. Из овощей применяют морковь, свёклу. Помимо полезности и вкуса фрукты и овощи придают цвет, аромат и витамины. Можно приготовить лечебную конфету с добавлением отваров целебных трав. Экстракт мяты помогает при ангине, кашле, простудных заболеваниях. Настои из ромашки, крапивы способствуют укреплению иммунитета.

Таким образом, приготовленный своими руками леденец может быть не только красивым и ароматным, но еще и полезным. При помощи различных видов лакомства лечение и профилактика для моей младшей сестры станет в радость.

По итогам работы оформили красочную презентацию, рассказали одноклассникам о своей работе и всем классом приняли участие в новогоднем мастер-классе «Карамелька».

Список литературы

1. Габриелян О.С. Химия. 8 класс: учеб. для общеобразоват.организаций/О.С.Габриелян, И.Г.Остроумов, С.А.Сладков – М.: Просвещение, 2024 – 175 с.- ISBN 978-5-09-077949-4

2. Журин А.А., Зазнобина Л.С. Начала химического эксперимента: Практические занятия по химии. 8-й класс сред.общеобразоват. школы./А.А.Журин, Л.С.Зазнобина –М.: Школьная Пресса, 2001 – 128 с. – ISBN 5-88527-176-3

3. Лаврова С.А. Занимательная химия/С.А.Лаврова –ПИК «Идеал-Пресс», 2016-127с. – ISBN 978-5-3590-1066-5

4. Шкурко Д.И. Забавная химия. Занимательные, безопасные и простые химические опыты – Л.: «Детская литература», 1976 -64 с.

Приложения

Приложение 1

Фото практических опытов

Приложение 2

Фото приготовления карамели в домашних условиях

(фото автора)

Приложение 3

Фото с мероприятия по мастер-классу по приготовлению карамели

Фото 1-2. Мастер-класс. Приготовление сиропа. Фото автора

Фото 3-4. Мастер-класс. Приготовление сиропа с красителем. Фото автора

Фото 5-6. Мастер-класс. Карамельная масса. Фото автора

Фото 7-8. Мастер-класс. Приготовление карамели. Фото автора

Фото 9.Леденец на палочке. Фото автора