V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Прохладительные напитки: за или против?
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Современную массовую культуру и процесс глобализации невозможно представить без прохладительных безалкогольных напитков, наподобие «Лимонада», «Колы» или «Пепси». Каждый человек с малых лет знаком с газированной водой. Однако из чего она состоит и как влияет на организм человека, нам неизвестно.
Нам стало интересно: «А что знают другие учащиеся о прохладительных напитках?»
Тема:Газированные напитки и их влияние на организм человека. Цель исследовательской работы: Исследование химического состава напитков и их влияние на организм.
Предмет исследования: влияние газированных напитков на организм.
Объект исследования: химический состав газированной воды.
Проблема в том, что газированные безалкогольные напитки употребляют огромное количество людей, не задумываясь об отрицательном влиянии на здоровье.
Гипотеза: газированные напитки оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека в связи с их химическим составом.
Задачи:
Выяснить, какие прохладительные напитки имеются в продаже в г. Енисейске.
Провести анкетирование среди учащихся для выявления наиболее часто употребляемых прохладительных напитков.
Изучить химический состав данных напитков по этикетке.
Провести экспериментальные исследования на достоверность химического состава напитков, честность производителя.
Сравнить состав исследуемых напитков на влияние каждого на организм человека.
Изготовить буклет с рекомендациями по изготовлению в домашних условиях напитков, полезных для организма человека.
ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГАЗИРОВАННЫХ НАПИТКОВ
[3, 6, 4]
Природная вода с газом известна с древнейших времён и использовалась в лечебных целях (Гиппократ посвятил этой воде целую главу своего труда и велел не только пить её, но и купаться в ней). В XVIII веке минеральную воду начали разливать в бутылки и развозить по миру. Однако она стоила весьма дорого и к тому же быстро выдыхалась. Поэтому позже были предприняты попытки искусственно газировать воду. Первый создать газированную воду смог английский химик Джозеф Пристли в 1767 году. Это удалось ему после экспериментов с газом, выделяющимся при брожении в чанах пивоваренного завода. Далее, в 1770 году, швед Тоберн Бергман сконструировал аппарат, который позволял под давлением, с помощью насоса, насыщать воду углекислыми пузырьками, и назвал он его сатуратором (от лат. Saturo-насыщать). Первым промышленное производство газированной воды начал Якоб Швепп. В 1783 году он усовершенствовал сатуратор и создал промышленную установку для выпуска газированной воды. В начале ХlХ века Швепп для удешевления производства стал применять для газирования обычную пищевую соду, а газированную воду стали называть «содовой». Новинка быстро распространилась по Англии (такой водой стали разбавлять крепкие алкогольные напитки) и её колониям, позволив Швеппу основать компанию «Schwepp & Co», от которой пошла торговая марка «Schweppes». В отличие от США, где газировка в основном продавалась разлитой с бутылки, в других странах было принято потреблять её из перезаправляемых сифонов – как маленьких домашних, так и больших, устанавливаемых в кафе и барах. Позже появились и уличные автоматы по продаже газированной воды.
1.2. ВЛИЯНИЕ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ НА ОРГАНИЗМ
[2, 4]
1. Газированная вода вызывает расстройства желудка и при постоянном употреблении может привести к панкреатиту (через 170 дней). 2. Кроме того, избыточное поступление в организм содержащейся в «Кока-Коле» ортофосфорной кислоты может вызвать дефицит кальция и мочекаменную болезнь (через 180 дней). 3. При длительном употреблении кока-колы может проявиться аллергия на её компоненты (через 180 дней), которая держится до 4 недель, так как усугубляется отсутствием необходимой нормы кальция в организме.
1.3. ПОБОЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, 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 Лос-Анджелесе, по этой причине была запрещена продажа колы и подобных напитков в школах, 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.
Глава 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В чем причина отрицательного воздействия газированных напитков на здоровье человека? Своими дальнейшими действиями мы решили выяснить, соответствует ли это действительности.
2. 1. АНКЕТИРОВАНИЕ
В результате анкетирования нами было выяснено: 1. Какое количество человек в нашей школе употребляет газированную воду, и какой марки? Оказалось, что из 35 опрошенных учащихся нашей школы - 85% пьют газированную воду. Самой популярной маркой является «Лимонад». Его употребление от общего равно 57%. 2. Сколько раз в неделю учащиеся употребляют газированную воду? Результаты представлены на диаграмме:
Глава 2. 2. ИЗУЧЕНИЕ ЭТИКЕТОК[4]
№1. «Coca-cola»: изготовлена в Волгоградской области, город Волжский, улица Пушкина. Энергетическая ценность = 42 ккал. Белки = 0,00 г. Углеводы = 10,6 г. Жиры = 0,00 г.Состав: вода, сахар, диоксид углерода, краситель (сахарный колер), регулятор кислотности (ортофосфорная кислота), идентичные натуральным ароматизаторы, кофеин.
№2. «Fanta»: изготовлена в Волгоградской области, город Волжский, улица Пушкина. Энергетическая ценность = 31,0 ккал. Белки = 0,00 г. Углеводы = 7,5 г. Жиры = 0,00 г.Состав: вода, сахар, апельсиновый сок - 3%, диоксид углерода, регулятор кислотности (лимонная кислота), стабилизаторы (гуммиарабинизобутират ацетат сахарозы), консервант (сорбит калия), идентичные натуральным ароматизаторы, подсластитель - сахаринат натрия, антиоксидант (аскорбиновая кислота), краситель жёлтый «Солнечный закат».
№3. «Sprite»: изготовлен в России, Нижний Новгород, улица Баумана. Энергетическая ценность = 29 ккал. Белки < 0,1г. Жиры = 0,0 гСостав: вода, сахар, диоксид углерода, регуляторы кислотности (лимонная кислота, цитрат натрия), натуральные ароматизаторы, подсластители (аспартам, ацесульфат калия), консервант (бензоат натрия). Продукт содержит финилаланин.
№4. «Лимонад»: изготовлен в России в Красноярском крае, город Назарово, улица Горького. Энергетическая ценность = 0,4 ккал. Углеводы = 0,00 г. Жиры = 0,00 г. Белки = 0,00 г Состав: вода, диоксид углерода, лимонная кислота, ароматические вещества, ароматические эстракты, подсластители (аспартам), консервант (бензоат натрия), лимонный колер. Продукт содержит финилаланин, больным финилкетонурией не рекомендуется.
Как видно из состава газированных напитков, указанного на этикетках, употребление газированных напитков чревато последствиями, негативными для организма. Подсластитель аспартам - сахарозаменитель для больных диабетом. Слюна плохо удаляет остаточный подсластитель со слизистой рта, поэтому после употребления напитков с аспартамом во рту остается неприятное ощущение приторности, которое хочется снять новой порцией напитка. В результате напитки с аспартамом становятся напитками для возбуждения жажды, а не для ее утоления. Аспартам химически не устойчив: при повышении температуры распадается на метанол и фенилаланин.Метанол (метиловый спирт) очень опасен: 5-10 мл способны привести к гибели зрительного нерва и необратимой слепоте, 30 мл могут привести к смерти. В теплой газировке и аспартам трансформируется в формальдегид, который является сильнейшим канцерогеном. Если нагреть колу до 30 градусов, открыть, подержать открытой и угостить товарища, то он получит гастрит как минимум. А если выпить тёплого лимонада с аспартамом несколько литров, то можно и отравление получить - метанолом.
Ортофосфорная кислота. Химическая формула: H3PO4. Активный ингредиент кока-колы. Ее рН равен 2,8. За несколько дней кислота может растворить ногти. Пожаро- и взрывоопасна. Вызывает раздражение глаз и кожных покровов. Препятствует усвоению кальция и железа в организме, что может приводить к ослаблению костной ткани, остеопорозу. Другие побочные эффекты: жажда, сыпь на коже.
Консервант бензоат натрия - отхаркивающее средство, консервант пищевых продуктов. Может приводить к циррозу печени и дегенеративным заболеваниям, например, болезни Паркинсона.
Присутствие в воде углекислого газа возбуждает желудочную секрецию, повышает кислотность желудочного сока и провоцирует метеоризм - обильное выделение газов.
2. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ[1, 7, 5]
ОПЫТ №1. Проба с яичной скорлупой.
Почему со скорлупой? Потому что в ней содержится много кальция, а это строительный материал для наших зубов и костей. «В «Спрайте»,- пишется,- «скорлупа побелела, от неё отломились мелкие кусочки. А в кока-коле скорлупа окрасилась в тёмно-коричневый цвет. И соскрести это оказалось НЕВОЗМОЖНО! Неприятная перспектива для наших зубов и костей, не правда ли? Свой эксперимент мы несколько усложнили: во-первых, взяли 2 вида скорлупы – белую и светло-коричневую, во-вторых – добавили еще эксперимент с «Фантой», «Крем-содой», «Лимонадом».
ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА:1. Отломили два вида яичной скорлупы (белую и коричневую).2. Пронумеровали выпарительные чашки и положили в каждую по два кусочка яичной скорлупы разного вида.3. Залили яичную скорлупу определённым видом газированной воды:№1 - «Кока-колой»,№2 - «Фантой»,№3 - «Спрайтом», №4 - «Лимонадом». НАБЛЮДЕНИЯ (через сутки ):№1 приняла тёмно-коричневую окраску, но стала вязкой и мягкой;№2 приняла ярко выраженную оранжевую окраску, и стала вязкой и мягкой;№3 не изменилась, но стала вязкой и мягкой;№4 приняла светло-кремовую окраску и стала хрупкой.
ВЫВОД: Таким образом1. газированная вода марок «Кока-кола», «Фанта», «Лимонад» содержат красители, которые окрашивают яичную скорлупу;2. газированная вода марок «Спрайт», «Кока-кола», «Фанта» хорошо растворяют неорганические вещества в яичной скорлупе;3. газированная вода марки «Лимонад» выводит органические вещества;
CaCO3+2HCl2 = CaCl2 + H2CO3 → CO2↑ H2O CaCO3↓ + 2H = Ca2+ + H2O + CO2
ОПЫТ №2. Определение рН-среды газированной воды
ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА:1. Налили в чистые пробирки газированную воду четырех видов:№1 - «Кока-кола»,№2 - «Фанта»,№3 - «Спрайт», №4 - «Лимонад».2. Взяв универсальный индикатор, проверили им рН-среду в пробирках данных газированных вод. НАБЛЮДЕНИЯ: в пробах №2 и 3 рН = 4, в №4 pH=5 и в №1 pH= 2
ВЫВОД: газированная вода марок «Фанта» и «Спрайт» имеет кислую среду (рН = 4), «Лимонад» (рН = 5), а вот газированная вода марки «Кока-кола» (рН = 2). В средствах массовой информации пишется, что в состав кока-колы входит «ортофосфорная кислота - химическая формула: H3PO4. Активный ингредиент кока-колы. Ее рН равен 2,8. За несколько дней кислота может растворить ногти». У нас не подтверждается рН=2,8.
ОПЫТ №3. Проба с ржавчиной
ХОД ЭКСПЕРИМЕНТА:1. Взяли «Кока-колу», вылили её в кристаллизатор.2. Положила в неё заржавевший фильтр от чайника.
НАБЛЮДЕНИЯ (через сутки): Ржавчина уменьшилась в целом, в некоторых местах ржавчина исчезла с фильтра. ВЫВОД: в состав газированной воды входит вещество, способствующее очищению предметов от ржавчины. Fe(OH)3 + H+ → Fe3+ + H2O
ОПЫТ №4. Проба с пищевой содой (NаНСО3)
ХОД РАБОТЫ:1. Взяли 4 пробирки и в каждую налили газированную воду разного вида:№1 - «Кока-кола»,№2 - «Фанта», №3 - «Спрайт»,№4 - «Лимонад».2. В каждую пробирку насыпали по одной химической ложечке соды. НАБЛЮДЕНИЯ: В пробах №1 («Кока-кола») и №3 («Спрайт») особенно бурно протекала реакция.
ВЫВОД: Газированная вода всех видов содержит ионы Н+, что способствует выделению газа СО2↑.NаНСО3 + H+ Nа+ + НСО3-CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2O CO2↑ H2O
ОПЫТ №5. Проба с мелом
ХОД РАБОТЫ:1. Налили в чистые пробирки газированную воду 4-х видов:№1 - «Кока-колу»,№2 - «Фанту»,№3 - «Спрайт», №4 - «Лимонад».2. Пронумеровали пробирки и положили в каждую по кусочку мела. НАБЛЮДЕНИЯ: Особенно бурно протекала реакция в пробе: №3 («Спрайт»).
ВЫВОД: Газированная вода всех видов содержит ионы Н+, что способствует выделению газа СО2↑.CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + H2CO3 → CO2↑ H2O
Опыт№6. Обнаружение бензоата натрия
Бензоат-ион – анион слабой одноосновной бензойной , малорастворимой в воде. В отличие от бензойной кислоты бензоат натрия растворим в воде. Поэтому проводим качественную реакцию. Бензоат – ион с катионами железа(111) образуют малорастворимый розово-желтый осадок. Если эту реакцию проводить в щелочной среде, выпадает бурый осадок Fe(OH)3.
ВЫВОД: в образцах №1 и 2 образован больший осадок, чем в образцах №3 и 4.C6H5COOH ⇆ C6H5COO- + H+C6H5COOH + Fe3+ → (C6H5COO)3Fe↓ + 3Na+
Опыт №7. Обнаружение кофеина
В исследуемые напитки помещаем в фарфоровых тиглях по 2 капли концентрированной азотной кислоты, осторожно выпариваем в вытяжном шкафу. В результате окисления образуется вещество оранжевого цвета. При добавлении к ней 10-15 капель концентрированного раствора нашатырного спирта, образуется аммонийная соль пурпурного цвета. По интенсивности окраски видно, что кофеина больше в «кока-коле».
ВЫВОД: вобразце №1 – «Кока-коле» содержится больше всего кофеина. ЗАКЛЮЧЕНИЕРезультаты наших исследований доказывают, что, действительно, газированные напитки оказывают отрицательное воздействие на организм человека. Исходя из результатов экспериментальных исследований, можно предположить, что частое употребление напитков небезопасно для здоровья. Нами было выяснено, что многие сверстники пьют прохладительные напитки, так как они, как правило, сладкие, вкусные, с фруктовыми добавками. Но не все знают, что при её употреблении из организма выводится в два раза больше жидкости, чем было выпито, что способствует искусственному обезвоживанию организма. Все сладкие напитки содержат калории, которые замедляют пищеварение, способствуют откладыванию жировых запасов, нарушению уровня сахара в крови и развитию кариеса. К тому же в них содержится фосфор, который способствует истощению запасов кальция в организме, а значит, кости постепенно становятся более хрупкими. (Данные известны из информационных источников). Результат исследования: В исследуемых напитках содержатся химические вещества, которые отрицательно влияют на здоровье человека.Несмотря на сходство химического состава, различные напитки имеют разное количество исследуемых веществ. (Кока-кола – кофеин!)
Вывод: мы не можем рекомендовать к употреблению какой-то газированный напиток из исследуемых.
Наши рекомендации:
Для утоления жажды принимать чистую воду.
При желании можно приготовить в домашних условиях полезные напитки отличного вкуса.
Предлагаем буклеты с некоторыми рекомендациями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ:
А.М. Колесникова Основы химических методов исследования веществ. Москва, Дрофа 2013 [189]
Борис Румянцев, «Окислительно-восстановительные свойства элементов и их соединений в растворах». [280]
Е.А. Еремина О.Н. Рыжова Справочник школьника Издательство Экзамен 2011 [310]
Интернет-ресурсы.
http://nashol.com/2017030593398/zabavnaya-himiya-zanimatelnie-bezopasnie-i-prostie-himicheskie-opiti-shkurko-d-i-1976.html
http://him.1september.ru/view_article.php?ID=201000709
http://famic.ru/mir/khimiya
М.М. Левицкий «Увлекательная химия. Просто о сложном, забавно о серьезном», , Москва, АСТ: Астрель, 2008.[265]
Рабинович В.А., Хавин З.Я., Краткий химический справочник, 5 изд., М., 2012 [420]
СД Образовательная коллекция Полезная химия 8-9 класс ООО «1С» Москва «Паблишинг» 2015
СД Образовательная коллекция Химия за 10 минут в день 8-9 класс ООО «1С» Москва «Паблишинг» 2015