VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЛУТАМАТА НАТРИЯ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
По данным информационного агентства «Риа новости» [4, 6] в настоящее время промышленность использует миллионы тонн глутамата натрия во всем мире, и это уже не натуральный продукт, а химически синтезированное вещество. Многие производители предлагают продукцию, которая не богата полезными веществами, но привлекательна по вкусовым качествам, вследствие чего наметилась тенденция бесконтрольного потребления продуктов питания, содержащих глутамат натрия, особенно у детей и подростков. Примерами таких продуктов являются: различные снеки, фаст-фуды, чипсы, колбасные изделия, шоколадные батончики и т.д.
Подобное неправильное питание вызывает ряд проблем, с которыми связаны многие заболевания в наши дни. Эти проблемы зачастую сопряжены с тем, что люди не могут контролировать себя в количестве потребления вредной пищи: по статистике около 40% взрослого населения Земли страдают от лишнего веса, который в свою очередь вызывает такие болезни как: гипертония, остеохондроз, варикоз, диабет и другие [8].
Приступив к написанию данной работы, мы хотели выяснить, какую роль глутамат натрия, в качестве пищевой добавки, играет в жизни людей, и как он влияет на состояние простейших живых организмов.
В ходе работы нами была выдвинута следующая гипотеза: мы предположили, что продукты, содержащие различные пищевые добавки, в том числе и глутамат натрия, оказывают вредное воздействие на организм человека и не могут заменить полноценное питание.
Цель нашей работы – исследовать влияние глутамата натрия на питание живых организмов.
Для достижения цели и доказательства выдвинутой гипотезы необходимо было решить следующие задачи:
Изучить вещество глутамат натрия, как пищевую добавку в составе продуктов быстрого питания и перекусов;
Провести социологический опрос для установления связи между употреблением пищевой добавки (глутаматом натрия) и здоровьем человека;
Изучить метод биотестирования водной среды, загрязнённой глутаматом натрия с использованием Daphnia magna.
В качестве объекта исследования рассматривалось влияние глутамата на здоровье человека и другие биологические объекты, а предметом исследования являлся глутамат натрия, как пищевая добавка E621.
Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что их можно использовать как на уроках химии, экологии, биологии, так и в качестве материалов для проведения классных часов и родительских собраний по здоровому образу жизни.
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Глутамат натрия в природе и в качестве пищевой добавки
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с продуктами, в состав которых входят различные пищевые добавки: консерванты, красители, эмульгаторы и т. д. Исследования ученых показали, что целый ряд подобных веществ представляет серьезную угрозу для здоровья.
Применение пищевых добавок находится под постоянным контролем национальных и международных организаций, обеспечивающих надежность пищевых продуктов в отношении безопасности. В России государственный контроль за качеством пищевых добавок осуществляется органами Госсанэпиднадзора РФ. Безопасность использования пищевых добавок регламентируется документами Госсанэпидемнадзора, Минздрава России.
Какая пища сегодня составляет основу рациона большинства нашего населения? Чипсы, сухарики, орешки, сушеные морепродукты, сухарики, кондитерские изделия, молочные продукты, «быстрые супы» — всё это объединено термином «снеки».
Одной из наиболее популярных пищевых добавок, входящей в состав снеков и способствующей усилению вкусовых качеств продуктов питания, является глутамат натрия (E621).
Глутамат натрия (лат. natrii glutamas) — мононатриевая соль глутаминовой кислоты (играет важную роль в азотистом обмене), популярная пищевая добавка E621 (представляет собой белый кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде).
Химическая формула: C5H8NO4Na.
Структурная формула:
Рис. 1. Структурная формула глутамата натрия (https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/45186)
Усилитель вкуса был открыт ученым Кикунае Икеда, обнаружившим наличие глутамата натрия в сушеных водорослях. В 1909-м году тот же ученый запатентовал свое открытие, которое обозначил как "душа вкуса".
Рис. 2. Японский химик - Кикунае Икеда (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/Kikunae_Ikeda.jpg)
Это был натуральный продукт, в основе которого содержалась глутаминовая кислота. С 1950-го года его стали добавлять практически во все продукты питания в качестве усилителя вкуса.
Глутамат натрия в продуктах может образовываться самостоятельно, а может быть добавлен человеком для поддержания срока годности, сохранения морфологических признаков и придания насыщенного вкуса продуктам питания.
Естественный глутамат натрия содержится во всех продуктах, где есть белок, и представлен в двух видах. Первый — химически связанный: это глутаминовая кислота (C5H9NO4), входящая в состав белка, но в таком виде он не влияет на вкус. Наибольшее количество глутаминовой кислоты содержится в только что собранных овощах, свежем мясе и в других свежих продуктах, не подвергнутых длительному хранению и воздействию отрицательных температур.
Во втором случае он присутствует в свободном виде (как в форме недиссоциированной молекулы, так и форме аниона), и тогда обладает ярко выраженным вкусом. Такой глутамат образуется в процессе ферментации белковых молекул – это различные азиатские соусы, включая соевый и рыбный, а также выдержанные сыры (пармезан). К натуральным продуктам, которые богаты свободным глутаматом относят: грибы, мясо, помидоры.
Искусственный глутамат натрия нашел широкое применение в пищевой промышленности, как восстановитель вкуса продуктов, который частично утрачивается в процессе их переработки и хранения. Оказывая стимулирующее действие на окончания вкусовых нервов (в концентрации >= 1:300 при растворении в воде), он вызывает ощущение удовлетворенности. Как пищевая добавка, глутамат натрия применяется при изготовлении блюд из мяса, рыбы, птицы, овощей, соусов, вареных колбасных изделий, консервов, полуфабрикатов, снеков, салатов, приправ и т.п.
1.2. Метод биотестирования
Биотестирование - процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности за счет изменения жизненно важных функций своего организма. С исследуемым объектом, пребывающим контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Затем объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ [15].
Важное условие правильного проведения процедуры - использование генетически однородных лабораторных культур.
Чаще всего для биотестирования водных объектов используют различных гидробионтов – водорослей, микроорганизмов, беспозвоночных, рыб. Наиболее удобными и доступными объектами исследования являются дафнии.
1.3. Содержание дафний и их использование в качестве тест-объекта
Дафния - это небольшое ракообразное, которое относится к семейству Daphniidae. Из-за своеобразных резких толчков в воде, она получила второе название – водяная блоха[9].
В природе дафнии обитают во всех пресноводных континентальных водоемах со стоячей водой или медленным течением. Некоторые разновидности могут обитать в засушливых регионах – это галофилы, предпочитающие соленые, солоноватые континентальные водоемы. К таковым относится Daphnia magna, которую мы решили взять в качестве тест-объекта для нашего исследования. Daphnia magna считается универсальным тест-объектом за счет чувствительности ее тела и адекватности реагирования на различные токсиканты.
Рис. 3. Daphnia magna (http://4.bp.blogspot.com/-Q8rRgO8p9ic/U8lSyCZvnaI/AAAAAAAABIo/lZo8l-ki7kI/s1600/Daphnia_magna-female_adult.jpg)
Daphnia magna очень чувствительна к изменениям в окружающей среде, поэтому именно ее обычно используют в качестве индикатора загрязнения в водной среде.
При хороших условиях размножается партеногенезом. При таком типе размножения потомство является клоном родителя, что является необходимым условием для проведения экспериментов, в основе которых лежит сравнение реакции генетически идентичных животных на воздействие различных факторов[10].
Культуру выращивают в культивационной воде, при температуре 18-220С, освещенности 400-600 лк при продолжительности светового дня 12-14 часов. Наилучшей питательной средой для Daphnia magna являются сине-зеленые водоросли, дрожжи и бактерии.
Глава 2. Материалы и методика
2.1. Анкетирование
С целью изучения проблем людей, страдающих от лишнего веса и аллергических реакций, нами была разработана анкета для проведения социологического опроса «Вкусное или полезное?»
Анкетирование проводилось с ноября по декабрь 2017 года. Анкета была создана при помощи инструментов Google для online опроса респондентов в сети Интернет [30]:
В анкетировании приняли участие 100 респондентов в возрасте от 12 до 25 лет и старше.
Респондентам были заданы вопросы об их рационе питания и умении контролировать себя в потреблении вредной пищи.
1.Ваш возраст?
1) 12-15 лет
2) 16-18 лет
3)19-25 лет
4) старше 25
2. Какие продукты вы обычно используете в качестве перекуса?
1) фаст-фуды
2) чипсы, сухарики
3) печенье
4) мюсли
5) орехи, сухофрукты
6) шоколадные батончики
7) бутерброды
8) продукты быстрого приготовления (дошираки)
9) овощи, фрукты
10) другое
3. Сколько раз в день вы их употребляете ?
1) в течении всего дня, я очень занятой, и у меня нет времени на приготовление пищи
2) 1-2 раза в день между полноценными приемами пищи
3) практически не употребляю
4. Выбирая продукт, на что вы обращаете внимание в первую очередь?
1) на цену
2) на свои потребности
3) на состав
4) на энергетическую ценность продукта
5. Знаете ли вы, что вкус и аромат продуктам придают различные усилители вкуса?
1) да
2) нет
3) меня это не интересует
6. Наблюдаете ли вы у себя признаки аллергической реакции (зуд, сыпь и т.п) при употреблении снеков (чипсов, шоколадных батончиков, дошираков, вафель и т.п) ?
1) да
2) нет
3) бывает
7. Можете вы контролировать себя в потреблении вкусной, но не всегда полезной пище?
1) да
2) нет
3) зависит от обстоятельств
8. Могли бы полностью отказаться от употребления снеков?
1) да
2) нет
2.2. Методика изучения спонтанной двигательной активности тест-объекта в среде с токсикантом
Для проведения эксперимента используется 1-3 дневная молодь рачков Daphnia magna, выведенная в лабораторных условиях, которую мы кормили 1 раз в сутки зеленой водорослью (хлореллой) - 0,5 мл/200мл воды, выращенной на питательной среде Прата (Рис. 4.). Также 2 раза в неделю осуществлялось кормление раствором дрожжей.
Рис. 4. Питательные среды для выращивания водоросли.
Принцип метода заключается в изменении спонтанной двигательной активности (СДА) дафнии в среде с токсикантом, которая оценивается по количеству пересечений тест-объектом визира окуляра бинокулярной лупы по сравнению с СДА в чистой воде (контроль). За основу постановки эксперимента использована методика разработанная М. А. Тушмановой [4, стр. 216].
Оценку изменения функционального состояния Daphnia magna проводят с помощью индекса двигательной активности (СДА) — количества пересечений дафнией визира окуляра бинокулярной лупы за 1 мин.
Рис. 5. Визир окуляра бинокулярной лупы
Для просчёта СДА на часовое стекло с раствором помещают дафнию и помещают под бинокулярную лупу. Затем на белом листе изображаем 2 перпендикулярные линии, делящие небольшую область на 4 сектора. В эту размеченную область помещаем часовое стекло с тест-объектом так, чтобы вся площадь стекла делилась на 4 части.
Дафнию оставляем на 5 мин для привыкания, затемсчитаем количество пересечений границ секторов в течение 5 минут (количество повторностей 10-15 раз).
Принцип метода заключается в изменении спонтанной двигательной активности (СДА) дафнии в среде с токсикантом, которая оценивается по количеству пересечений животным визира окуляра бинокулярной лупы по сравнению с СДА в чистой воде (контроль) [4].
Глава 3. Результаты и их обсуждения
3.1. Результаты анкетирования
Результаты анкетирования были обработаны в сети Интернет при помощи инструментов Google – Google Формы (Приложение 1).
В анкетировании «Вкусное или полезное» [30] приняли участие 100 респондентов в возрасте от 12 до 25 лет и старше. Преимущественно респонденты в возрасте от 16 до 18 лет(43%).
На вопрос о составляющих перекуса большинство опрошенных сказали, что предпочитают фрукты и овощи (25%), также в ТОП-5 продуктов вошли бутерброды, печенье, шоколадные батончики, сухофрукты и орехи. Относительно немногие выбрали мюсли (6%), фаст-фуды, чипсы, сухарики, йогурт и продукты быстрого приготовления (2%).
Рис. 6. Продукты, используемые респондентами для перекуса
Значительное большинство опрошенных (77%) утверждают, что употребляют отмеченные ими продукты 1-2 раза в день между полноценными приемами пищи, практически не перекусывают 14%, и 9% говорят, что времени на приготовление пищи у них нет, поэтому приходиться быстро перекусывать в течение всего дня.
Рис.7.Частота употребления снеков респондентами в качестве перекуса
Выбирая продукт, 65% участников хотят удовлетворить свои потребности, 46% ориентируются на цену, 22% на состав и 18% на энергетическую ценность пищи.
Рис.8. На что обращают внимание респонденты при выборе продуктов питания
Практически все опрошенные (93%) знают, что вкус и аромат продуктам придают различные усилители вкуса.
Рис.9. Осведомленность респондентов о содержании усилителей вкуса в продуктах
В основном респонденты (70%) не наблюдают у себя признаки аллергических реакций после употребления снеков, а организм остальных реагирует на данный вид продукции.
Рис.10. Признаки аллергических реакций у респондентов при употреблении снеков
Половина участников анкеты умеют контролировать себя в потреблении вкусной, но не всегда полезной пище, чуть меньше половины (46%) ссылаются на обстоятельства, и 4% себя не ограничивают.
Рис.11. Умение респондентов контролировать себя в потреблении вкусной, но не всегда полезной пище
62% респондентов утверждают, что могут полностью отказаться от употребления снеков, 38% дали альтернативный ответ.
Рис.12. Могут ли респонденты полностью отказаться от употребления снеков
Выводы и заключение
Воспользовавшись методом анкетирования, мы хотели выявить зависимость людей от продуктов, содержащих пищевые добавки (в частности глутамат натрия), определить возможные аллергические реакции респондентов на снеки, и в целом, стремление людей вести здоровый образ жизни, контролируя свой рацион питания.
Результаты анкетирования показали:
Люди знают, что аромат и вкус продуктам придают различные химические добавки, но всего 15% опрошенных обращают внимание на состав того, что они едят. Таким образом, в связи с тем, что у 30% респондентов наблюдаются аллергические реакции (зуд, сыпь, прыщи), можно сделать вывод, что снеки могут оказывать вредное воздействие на здоровье человека.
Также факт значительного потребления опрошенными в качестве перекуса овощей и фруктов (60%) говорит о том, что люди стремятся вести здоровый образ жизни.
Зависимость среди респондентов от вкусной, полученной искусственным путем, пищи не выявлена. Респонденты стараются не злоупотреблять вредными продуктами, а большая половина (62%) людей может отказаться от нее полностью.
В процессе выполнения исследовательской работы была изучена методика изучения спонтанной двигательной активности тест-объекта в среде с токсикантом глутаматом натрия.
Литература
А. А. Mакарова, Д. С. Бабошин Исследование пищевых добавок в продуктах питания г. Березовский и их влияние на здоровье человека // Образование. Карьера. Общество. 2013. №4-1 (40).
Агаджанян Л. З., Телль В. И., Циркин С. А. Физиология человека (курс лекций). — Санкт-Петебург: СОТИС, 2008 — С. 180.
Белков С.С. Вещество с умами //«Популярная механика» №4, 2012.
Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева и др. под ред. О. П. Мелеховой и Е. И. Егоровой. — М .: Издательский центр «Академия», 2007. — 288 с.
Блинова Е. Г. Рациональное питание и оценка пищевого статуса организма. — Омск, 1998 — С. 3–9.
Василевская Л.С. Пятый вкус. Здоровье и здоровый образ жизни. 2009, №2. С.13
Величковский Б. Т., Кирпичев В. И., Суравегина И. Т. Здоровье человека и окружающая среда. — Москва: Новая школа, 1997. — С. 156–159, 185–188.
Глутамат натрия [Электронный ресурс] (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%83%D1%82%D0%B0%D0%BC%D0%B0%D1%82_%D0%BD%D0%B0%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F).
Дафнии [Электронный ресурс] (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%84%D0%BD%D0%B8%D0%B8).
Дафнии как тест-объекты в биотестировании. [Электронный ресурс] (http://studbooks.net/842509/ekologiya/dafnii_test_obekty_biotestirovanii).
Детское ожирение. Только факты [Электронный ресурс] (http://yarmalysh.ru/stati/detskie-bolezni/detskoe-ozhirenie-tolko-fakty).
КиберЛенинка: https://cyberleninka.ru/article/n/vsya-pravda-o-glutamate-natriya-v-kolbase
Лаженцева Л. Ю., Шульгина Л. В., Загородная Г. И., Зимина О. В. Биотестирование рыбных продуктов с пищевыми добавками // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 2009. №1. С.108-110.
ЛДПР предлагает продавать продукты с глутаматом натрия отдельно [Электронный ресурс] (https://ria.ru/society/20140331/1001643057.html)
Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний [Электронный ресурс] (http://www.koshcheev.ru/wp-content/uploads/2012/07/Petrik-FR-1-39-2007-03222.pdf).
Нечаев А. П., Кочеткова А. А., Зайцева А. Н. Пищевые добавки. Москва: Колос, 2001. — С. 85.
Ожирение и избыточный вес [Электронный ресурс] (http://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/obesity-and-overweight).
Основные виды дафний. Размножение дафний [Электронный ресурс] (http://www.aqualover.ru/fauna/dafnia-main-sorts-dafnia-reproduction.html).
Пищевые добавки. Энциклопедия. - СПб, ГИОРД. - 2003, с.180-186.
Правда и мифы о глутамате [Электронный ресурс] (https://pikabu.ru/story/pravda_i_mifyi_o_glutamate_4681296)
Применение дафний в эксперементальной биологии и медицине [Электронный ресурс] (https://www.scienceforum.ru/2017/2450/29436).
Проблемы экологической безопасности пищевых добавок и определение их токсичности методом биотестирования [Электронный ресурс] (http://www.dissercat.com/content/problemy-ekologicheskoi-bezopasnosti-pishchevykh-dobavok-i-opredelenie-ikh-toksichnosti-meto).
Разведение дафнии [Электронный ресурс] (http://aquavitro.org/2011/07/17/razvedenie-dafnii/).
Сарафанова Л. А. Пищевые добавки: энциклопедия / Л. А. Сарафанова, Изд. 2-е.- СПб.: Изд.-во Гиорд, 2004.- 808 с.
Семенова Анастасия Артуровна, Вострикова Наталья Леонидовна, Насонова Виктория Викторовна Вся правда о глутамате натрия в колбасе // Журнал Все о мясе. 2013. №2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vsya-pravda-o-glutamate-natriya-v-kolbase (дата обращения: 15.05.2018).
Снеки [Электронный ресурс] (http://www.goodsmatrix.ru/goods-catalogue/Groceries/Snack-foods.html).
Строение дафнии [Электронный ресурс] (http://www.zoofirma.ru/knigi/gidrobiologija/9430-stroenie-dafnii-daphnia.html).
Хабарова Е. И., Панова С. А. Экология в таблицах (справочное пособие). — Москва: Дрофа, 2001. — С. 113–114.
Чистых Б. Еда из пробирки // ГЕО. — № 2, февраль 2004. — С. 124– 134.
Интернет-ресурсы:
Анкета «Вкусное или полезное» [Электронный ресурс] (https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSeYKO7rUOe6PXDGbeyPeFq_PJaQWpDfMEAjxVgbm3AKKhg2-Q/viewform )
Приложения
Приложение 1. Анализ данных анкетирования «Вкусное или полезное?» созданный при помощи Интернет-инструментов Google