VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние структуры и химического состава почвы на содержание крахмала в картофеле.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Картофель является важным и часто потребляемым продуктом питания в рационе большинства людей, его заслуженно называют «вторым хлебом». В его составе кроме витаминов, микро- и макроэлементов, содержится крахмал, что определяет ценность картофеля как продукта способного снижать уровень холестерина в организме. От количества крахмала в клубнях картофеля зависит и его применение в кулинарии. Чем больше этого полисахарида, тем более рассыпчатым будет сваренный картофель.
Известно, что содержание крахмала зависит от сорта картофеля. Крахмал, получаемый из картофеля, – незаменимый продукт в пищевой, текстильной и бумажной промышленности. Из 1т клубней картофеля с крахмалистостью 17,6% можно получить 170 кг крахмала. [5 ] В нашем населенном пункте, самым популярным для выращивания является сорт картофеля «Адретта». Содержание в нем углевода, по энциклопедическим данным составляет 13-18%, что считается высоким показателем и картофель данного сорта при варке должен быть рассыпчатым и бархатистым. На деле оказалось, что сорт «Адретта» может как проявлять вышеуказанные свойства, так и не проявлять их. Возникает вопрос, с чем может быть связана такая разница? Ведь любой обыватель может столкнуться с тем, что приобретя понравившийся сорт картофеля и вырастив его на своем участке, разочаруется в полученном урожае, так как независимо от сорта, можно получить как насыщенный углеводом картофель, так и с небольшим его содержанием.
Гипотеза: возможно, что чем больше зольность почвы, тем больше крахмала содержится в картофеле.
Цель: Выявить, как зависит количество крахмала в картофеле одного сорта от физико-химических показателей почвы, на которой он был выращен.
Задачи:
1. Измерить содержание крахмала в картофеле одного сорта с разных участков.
2. Выбрать методику количественного определения фосфора в почве.
3. Определить количество фосфора в исследуемых образцах почвы
4. Сравнить и выявить зависимость насыщенности крахмалом картофеля от количества фосфора в исследуемых почвах.
Содержание крахмала в картофельных клубнях определяли по плотности раствора хлорида натрия.[1] Для количественного определения оксида фосфора (P2O5 ) на фотоэлектроколориметре, использовали метод Кирсанова. [3]
Основная часть
По литературным данным, картофель сорта «Адретта» содержит такое количество крахмала, что при варке он должен быть рассыпчатым и легко развариваться. Мы провели следующий эксперимент: сварили картофель, выращенный на разных земельных участках. В результате эксперимента выяснилось, что картофель с участков №1, №2 и №4 действительно оказались рассыпчатыми, а с участка №3 не разварился. Мы решили проверить действительно, ли в исследуемых образцах картофеля содержание крахмала с участков №1,№2 и №4 будет заметно отличаться от №3. Для определения содержания крахмала в картофельных клубнях, мы использовали физический способ, основанный на плотности. [1,2 ].
Ход анализа
Отобрали по несколько ровных, плотных, среднего размера клубней картофеля сорта «Адретта» с четырех разных земельных участков.
Приготовили 20-процентный раствор хлорида натрия и налили в стеклянную банку большого размера.
В раствор поместили 3-5 клубней и осторожно приливали воду до тех пор, пока клубни не поднимались со дна и начинали плавать среди раствора.
С помощью ареометра определяли плотность получившегося раствора соли.
По таблице находили крахмальное число в испытуемых клубнях.
Таблица 1. Данные для расчета содержания крахмала в клубнях картофеля по их плотности.
|
Плотность |
Содержание крахмала (в %) |
Плотность |
Содержание крахмала (в %) |
Плотность |
Содержание крахмала (в %) |
|
1,080 |
13,9 |
1,096 |
17,3 |
1,112 |
20,7 |
|
1,081 |
14,1 |
1,097 |
17,5 |
1,113 |
20,9 |
|
1,082 |
14,3 |
1,098 |
17,7 |
1,114 |
21,1 |
|
1,083 |
14,5 |
1,099 |
17,9 |
1,115 |
21,4 |
|
1,084 |
14,7 |
1,100 |
18,2 |
1,116 |
21,6 |
|
1,085 |
14,9 |
1,101 |
18,4 |
1,117 |
21,8 |
|
1,086 |
15,1 |
1,102 |
18,6 |
1,118 |
22,0 |
|
1,087 |
15,4 |
1,103 |
18,8 |
1,119 |
22,2 |
|
1,088 |
15,6 |
1,104 |
19,0 |
1,120 |
22,5 |
|
1,089 |
15,8 |
1,105 |
19,2 |
1,121 |
22,7 |
|
1,090 |
16,0 |
1,106 |
19,4 |
1,122 |
22,9 |
|
1,091 |
16,2 |
1,107 |
19,7 |
1,123 |
23,1 |
|
1,092 |
16,4 |
1,108 |
19,9 |
1,124 |
23,3 |
|
1,093 |
16,6 |
1,109 |
20,1 |
1,125 |
23,5 |
|
1,094 |
16,9 |
1,110 |
20,3 |
1,126 |
23,7 |
|
1,095 |
17,1 |
1,111 |
20,5 |
1,127 |
24,0 |
Замеры проводили трижды с каждым из образцов картофеля. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2 Содержание крахмала в исследуемых образцах.
|
№ образца |
Значение плотности (кг/м3) |
Содержание крахмала (в %) |
|||
|
Опыт 1 |
Опыт 2 |
Опыт 3 |
Сред.значение |
||
|
№1 |
1,115 |
1,102 |
1,114 |
1,110 |
20,3 |
|
№2 |
1,110 |
1,085 |
1,100 |
1,098 |
17,7 |
|
№3 |
1,080 |
1,085 |
1,082 |
1,082 |
14,3 |
|
№4 |
1,118 |
1,110 |
1,113 |
1,114 |
21,1 |
Результаты проведенного опыта, подтверждают, что образцы №1,№2 и №4 содержат наибольшее количество крахмала, в отличии от образца №3. Делаем вывод, что рассыпчатость картофеля действительно зависит от количества в нем крахмала.
Чтобы выбрать методику по количественному определению фосфора, необходимо знать тип почвы. [1,2] При анализе на наличие фосфора, калия и азота в почвах принято определять не общее содержание этих элементов, а экстрагировать из почвы те соединения исследуемого элемента, которые легко усваиваются растениями. Для этого применяют различные экстрагирующие растворы с учетом особенностей разных типов почв. Основные методы определения подвижного фосфора на разных типах почв приведены в таблице 3.
Таблица 3. Методы определения подвижного фосфора и калия в почве.
|
Название почв |
Название метода |
Концентрация экстрагирующего раствора |
|
Дерново-подзолистые и серые лесные |
Кирсанова |
HCl 0,2н. |
|
Некарбонатные черноземы |
Чирикова |
СН3СООН 0,5н. |
|
Карбонатные черноземы |
Мачигина |
(NH4)2CO3 1% |
|
Каштановые бурые почвы и сероземы |
Мачигина |
(NH4)2CO3 1% |
Для определения типа почв, мы изучили следующие физические показатели исследуемых земельных участков: влажность, структуру почвы, водопрочность структурных агрегатов, плотность и кислотность почвы.
Определения влажности почвы.
Различают пять степеней влажности почвы: 1) сухая почва пылит, не холодит руку, присутствие влаги в ней на ощупь не ощущается; 2) слегка увлажненная почва холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет; 3) влажная почва при подсыхании светлеет и сохраняет полученную форму, при взятии почвы рука ощущает влагу, фильтровальная бумага становится влажной от комочка почвы; 4) сырая почва при сжатии в руке превращается в тестообразную массу, а вода смачивает руку, но не сочится между пальцами; 5) мокрая почва при сжимании в руке выделяет капельножидкую воду, просачивающуюся между пальцами, почвенная масса обнаруживает текучесть.
Определение структуры почвы.
Под структурой почвы понимают способность ее распадаться на отдельные частицы, которые называются структурными отдельностями. Ножом вырезали образец почвы и подбросили его на лопате один-два раза, в результате чего образец распался на структурные отдельности. Рассмотрели степень однородности, форму, а также с помощью линейки определили размер комочков.
Определение водопрочности структурных агрегатов.
Поместили несколько структурных отдельностей в стакан с водой. Если при легком взбалтывании они быстро разрушаются, то это свидетельствует о их непрочности, а если сохраняют форму, значит почва обладает водопрочной структурой.
Определение плотности почвы.
Различают три степени плотности почвы в сухом состоянии: очень плотная – лопата или нож при сильном ударе входит в почву на глубину не более 1см; среднеуплотненная – лопата или нож при большом усилии входит на глубину 2-3 см, и почва с трудом разламывается руками; слабоуплотненная – лопата или нож входит на глубину 3-5см и почва легко разламывается руками; пушистая – лопата или нож легко погружается в почву, она без усилия рассыпается.[1,2]
Результаты физических показателей исследуемых образцов почв отражены в таблице 4.
Таблица 4.
|
№ образца |
Влажность |
Структура |
Водопрочность |
Плотность |
|
№1 |
влажная |
Комковатая, размер: 10-15мм |
Сохраняет форму –водопрочная структура |
среднеуплотненная |
|
№2 |
сухая |
Зернистая, размер: 5-10мм |
Быстро разрушается- неводопрочная структура |
пушистая |
|
№3 |
слегка увлажненная |
Комковатая, размер: 6-12мм |
Быстро разрушается- неводопрочная структура |
слабоуплотненная |
|
№4 |
слегка увлажненная |
Комковатая, размер: 8-12мм |
Сохраняет форму –водопрочная структура |
слабоуплотненная |
Определение кислотности почв мы проводили с помощью электроприбора рН-метра VERNIER Lab Quest.
Таблица 5. Тип почвы исследуемых образцов.[6]
|
№ образца |
Степень кислотности, рН |
рН, единиц |
Тип почвы |
|
№1 |
слабокислая, (5,4 – 6,3) |
6,30 |
дерновая |
|
№2 |
нейтральная, (6,4 – 7,3) |
7,14 |
дерновая |
|
№3 |
слабощелочная, (7,4 – 8,0) |
7,56 |
карбонатная |
|
№4 |
слабокислая, (5,4 – 6,3) |
6,17 |
дерновая |
Определив типы почв в исследуемых образцах, выяснилось, что для определения фосфора нам подходит метод Кирсанова. (Таблица 3) Метод основан на извлечении подвижных соединений фосфора P2O5 из почвы раствором соляной кислоты (экстрагирующим раствором) молярной концентрацией 0,2 моль/дм и последующем количественном определении подвижных соединений фосфора P2O5 на фотоэлектроколориметре.
Приготовление реактивов [3].
Стандартный раствор фосфата. Соль фосфата КН2РО4 высушили в течении 2 часов при 1050С, затем охладили. Приготовили раствор, содержащий 0,1 г/л соли фосфата (0,1433г в 1л Н2О).
Кислый раствор молибдата. Растворили 5г молибденовокислого аммония
( (NH4)6Mo7O24*4H2O ) в 40 мл воды при нагревании. Одновременно в мерную колбу на 500мл приливаем 100мл воды и осторожно, по стенкам колбы, без перемешивания, вливаем небольшими порциями 56мл H2SO4 (конц.). После остывания обоих растворов в серную кислоту небольшими порциями, при постоянном перемешивании, приливаем раствор (NH4)6Mo7O24*4H2O . После охлаждения общий объем доводим до 200 мл.
Хлорид олова. Концентрированный раствор хлорида олова (II) приготовили растворением 2г SnCl2*2H2O в 50мл разбавленной соляной кислоте (18,4мл концентрированной кислоты разбавить водой до 50 мл). Затем 2,5 мл концентрированного раствора олова довели до 10 мл дистиллированной водой.
Приготовили 10 эталонных растворов с разной концентрацией P2O5 . В серию колб емкостью 50 мл наливаем стандартный раствор фосфата в соответствии с таблицей 6, добавляем 2 мл 2,5%-ного раствора комплексообразователя – молибденовокислого аммония, доводим водой мерные колбы до метки.
Проводим измерение оптической плотности на фотоколориметре прибора VERNIER Lab Quest, при длине волны 635 нм – красном светофильтре. Результаты измерений приведены в таблице 6.
Таблица 6. Соотношение концентраций P2O5 и оптической плотности.
|
№ колбы |
Рабочий эталонный раствор, мл (на 50 мл ) |
Концентрация P2O5 , мг (в 50 мл) |
Оптическая плотность D |
|
1 |
1 |
0,002 |
0,7 |
|
2 |
2,5 |
0,005 |
0,925 |
|
3 |
3,5 |
0,007 |
1,310 |
|
4 |
5 |
0,01 |
1,675 |
|
5 |
10 |
0,02 |
1,703 |
|
6 |
15 |
0,03 |
1,780 |
|
7 |
20 |
0,04 |
1,800 |
|
8 |
25 |
0,05 |
2,101 |
|
9 |
30 |
0,06 |
2,200 |
|
10 |
35 |
0,07 |
2,433 |
По полученным данным строим график.
Провели анализ образцов исследуемых почв. Приготовили вытяжки для каждого образца и провели фотоколориметрирование. Приготовление вытяжки: 10г почвы, помещаем в колбу и приливаем 50 мл 0,2н раствора соляной кислоты. Взбалтываем в течении 1 минуты и оставляем стоять на 15 мин. Фильтруем через бумажный фильтр, отбрасывая первые порции фильтрата, так как они могут содержать примеси.[4] Приготовление раствора для фотоколориметрирования: 20 мл вытяжки помещаем в мерную колбу на 100 мл, разбавляем дистиллированной водой до 80 мл, приливаем 4 мл 2,5%-ного раствора молибденовоктслого аммония. Тщательно перемешиваем, вносим 6 капель раствора хлористого олова и проводим фотоколориметрирование при красном светофильтре и длине волны 635нм. Проведенное измерение оптической плотности заносим в таблицу 7.
Таблица 7. Результаты фотоколориметрирования исследуемых образцов почв.
|
№ образца почвы |
Оптическая плотность |
|
№ 1 |
2,1 |
|
№ 2 |
1,77 |
|
№ 3 |
0,93 |
|
№ 4 |
2,4 |
Сравниваем получившийся результат с графиком и находим подходящее значение. Высчитываем количество фосфора подставляя найденные значения в следующую формулу.
X = d. c.100
b.a
Где: х – количество P2O5, мг на 100г почвы.
d – количество фосфора по графику, мг.
с - количество раствора, использованное при приготовлении вытяжки, мл.
b – количество вытяжки, взятое в колбу для колориметрирования, мл.
а – навеска почвы, взятая при приготовлении вытяжки.
Полученные расчеты оформляем в таблицу 8.
Таблица 8. Количество фосфора в исследуемых образцах почвы (мг/100г)
|
№ образца почвы |
Количество P2O5, мг |
|
№ 1 |
2,5 |
|
№ 2 |
1,15 |
|
№ 3 |
0,26 |
|
№ 4 |
3,45 |
Из таблицы видно, что в образцах почвы №1 и №4 содержание фосфора наибольшее, как и содержание крахмала в картофельных клубнях, выращенных на соответствующих земельных участках.
Заключение
Выводы
Такие свойства картофеля как рассыпчатость и бархатистость напрямую зависят от содержания крахмала в нем. Чем больше крахмала в картофеле, тем быстрее он разваривается.
Для получения более точных результатов, необходимо учитывать тип почвы при выборе метода определения фосфора. В нашем случае метод Кирсанова, оказался самым подходящим.
Содержание крахмала в картофеле зависит от количества фосфора в почве. Чем больше уровень обеспеченности почвы подвижным фосфором, тем в большем количестве накапливается крахмал.
По итогам исследовательской работы планируется написание статьи в районную газету «Дзержинец». Описание в статье результатов данного исследования могут быть интересны, как огородникам увлекающимся выращиванием картофеля и желающим получить качественный и питательный урожай, так и простому обывателю. Полезной данная работа может быть и фермерам, которые выращивают картофель с целью переработки и получения крахмала.
Планируется продолжить исследования по влиянию зольности почвы на содержание крахмала в картофеле. В данной работе мы изучили только влияние фосфора, а в почве еще содержатся не менее важные элементы, такие как калий и азот.
Список литературы
Химия в сельском хозяйстве. Учеб.пособие по факультативному курсу для учащихся 10 классов. (Основы агрохимии)./ (И.И Евсеева, А.Н. Орлова, А.А. Сударкина.) // М.: Просвещение, 1973.-
Изучение факультативного курса «Химия в сельском хозяйстве». Пособие для учителей. /(И.И Евсеева, А.Н. Орлова, А.А. Сударкина.) // М.: Просвещение, 1981. 2-е изд.
Аналитическая химия. Режим доступа: http://www.novedu.ru
Определение подвижных форм фосфора по Кирсанову. Режим доступа:https://myzooplanet.ru/pochvovedenie_903/opredelenie-podvijnyih-form-fosfora-17635.html
ГОСТ Р 54650-2011 Национальный стандарт Российской Федерации. Почвы. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/gost-r-54650-2011
Кислотность почвы. Режим доступа: https://www.botanichka.ru/article/kislotnost-pochvyi-kak-opredelit-i-raskislit/