исследование состава и качества мороженого

Городской  научно – практический  марафон «Шаги в науку».

I этап

Секция «Химия»

«Исследование состава и качества мороженого»

исследовательская работа

Выполнена учеником

9 класса МОУ

МОУ СОШ «Школа №226» г. Заречный

                                                Малковым Александром Дмитриевичем

Научный руководитель –

                                                            учитель химии высшей

категории  МОУ «Школа №226»

                                                             Лунина Людмила Дмитриевна

г. Заречный, 2011 год

Оглавление

Введение………………………………………………………………………….…………………….3

Теоретическая часть.

История мороженого………..…………..….…………………………………………….………….....4

Состав мороженого..……..……….…………………………………………………………………....4

Экспериментальная часть

Методика проведения эксперимента…………………………………………………….……………6

Результаты и выводы……………………….…………………………………................................10

Заключение………………………………………………………………………………….………..13

Литература…………………………………………………………………………………………...14

Приложение………………………………………………………………………….……………….15

Введение

Мороженое является одним из самых любимых продуктов населения, особенно детей. Это объясняется не только высокими вкусовыми качествами, но и его пищевой и биологической ценностью. Мороженое содержит около 100 ценных для организма веществ: более 20 аминокислот белка, около 25 жирных кислот, 30 минеральных солей, 20 витаминов, а также очень важные для обмена веществ ферменты. Оно успокаивает нервную систему, поднимает настроение и позволяет лучше сосредоточиться.

          К мороженому можно подходить не только с потребительской, но и с исследовательской точки зрения, выбрав его в качестве объекта химического анализа.

Цель работы: выяснить состав и качество мороженого

         Задачи:

1. познакомиться с историей возникновения мороженого;
2. изучить технологию его изготовления;
3.  выявить пищевые добавки, входящие в состав мороженого;
4.  изучить методику проведения экспериментальных исследований;
5. определить химические характеристики мороженого разных видов;  
6. выяснить, насколько полезен данный продукт.

Объект исследования: мороженое пломбир ванильный, производитель ООО

«Алтайхолод», пломбир «Снежное лакомство», изготовитель ОАО

«Петрохолод» г. Санкт-Петербург, мороженое ванильное с растительным жиром, производитель ООО «Русский холод» г. Москва, пломбир изготовитель  ОАО «Хладокомбинат» г. Белгород.

Гипотезы исследования:

1. Мороженое полезное, но не для всех.
2. В мороженом есть все необходимое: белки, углеводы, жиры

Проблемой исследования является противоречие между использованием мороженого в качестве лакомства большинством населения и недостаточной изученностью его химического состава и свойств, технологии производства продукта.

Актуальность исследования: поскольку мороженое остаётся любимым лакомством всех детей, значит, наши исследования будут иметь перспективы применения полученных знаний на практике в будущем.

Практическая значимость работы заключается в том, что наработанный материал может быть использован для проведения классных часов, внеклассных занятий по химии и биологии.

Теоретическая часть

История мороженого

         Мы все привыкли есть мороженое и, лакомясь им, наверное, никогда не задумываемся, а откуда собственно произошло это холодное лакомство? А между тем у этого лакомства очень давнее и занимательное прошлое…
        История этого продукта уходит корнями в глубокую древность. Вначале существовало то, что мы нынче называем сорбетом - замороженный фрукто-вый сок. Снег и фрукты – просто, как все гениальное. Еще за 3000 лет до новой эры в Китае смешивали фруктовые соки, кусочки апельсинов, лимонов и зернышки граната со снегом и льдом.

         Затем холодное блюдо появилось на арабском Востоке, в Греции и Риме. В конце XIII века Марко Поло привез из очередного восточного путешествия рецепт удивительного десерта, и мороженое вошло в меню европейских королей. Рецепт приготовления мороженого приравнивался к государственной тайне, а само блюдо считалось чудесным и редким лакомством.

         В 1649 году французский кулинар Жерар Тирсен придумал новый оригинальный способ приготовления мороженого с добавлением сливок и молока, и назвал его «неаполитанским мороженым». Так, после долгих лет царствования сорбета, родилось сливочное мороженое.

        На Руси у мороженого была своя история. Европейские секреты сюда не добрались, но особой необходимости в них и не было. В России со времён Киевской Руси подавали в качестве лакомства мелко наструганное замороженное молоко. При императоре Павле I мороженое всерьез обосновалось в России. С тех пор мы едим мороженое в любую погоду, и эта наша странность известна всему миру. Существует даже легенда о том, что Бисмарк, имея в виду Россию, как-то заметил: «Нельзя победить народ, который зимой ест мороженое».  Промышленное производство мороженого началось в XIX веке. Техника и технология промышленного производства мороженого постоянно совершенствовались. В ряде стран стали создаваться специализированные фирмы по выпуску машин и оборудования для производства мороженого. По сей день мороженое остаётся излюбленным лакомством людей самого разного возраста и вкусов.

          Мороженое делят на основные и любительские виды. К основным относят молочное, сливочное, плодово-ягодное, ароматическое, пломбир.

        Молочное, сливочное мороженое и пломбир вырабатывают на молочной основе без наполнителей и с наполнителями (орехи, кофе, цукаты).    

         Плодово-ягодное мороженое изготовляют на плодово-ягодной основе, оно имеет следующий состав: массовая доля сахара – 27%, сухих веществ – 30%.

        Ароматическое мороженое вырабатывают на основе сахарного сиропа с добавлением пищевых ароматических эссенций, масел и красящих веществ.

К любительским видам относят мороженое, приготовленное на молочной, плодово-ягодной основах.

        Во многих рецептурах предусматривается одновременное использование молочного и растительного сырья.

Состав мороженого

        Мороженое - взбитый сладкий пищевой продукт, изготавливаемый из молока, молочных и сливочных продуктов, сливочного масла, сыворотки, пахты, продуктов со сложным сырьевым составом, масел, жиров и белков немолочного происхождения или из воды, сахаров и/или их заменителей с добавлением других ингредиентов и веществ путем замораживания. В качестве добавок идут фрукты, ягоды, орехи, карамель, шоколад. Сорбет - одна из вариаций мороженого -  замороженный сок и вода. От собственно мороженого оно отличается отсутствием молока, сливок и яиц. В сорбет идут те же добавки, и их ассортимент даже шире.

          Кроме молока, ягод, фруктов, орехов, сахарозы, шоколада, меда, жиров, в мороженое входит ряд ароматических веществ, стабилизаторов, красителей и прочих пищевых добавок.

Пищевые добавки, которые могут входить в состав мороженого.

 Стабилизаторы:

Е 407  Каррагинан и его соли.                            Е 412  Гуаровая  камедь.                                                                                                                                                                                Е 410 Камедь рожкового дерева                          Е 415  Ксантановая камедь.                                                                                                                                                                                                                                                                                          

Е 466  Карбоксиметилцеллюлоза(К.М.Ц.), натрийкарбоксиметилцеллюлоза.

Е 471  Моно- и диглицериды жирных кислот.

Красители:

Е 104 -  Хиноминовый желтый.               Е 100-Е 182-пищевые красители                                                          

Е 120  Карминовая кислота, кошениловый карминовый (краситель красного цвета).

Е 122  Кармуазин, азорубин (краситель красного цвета).

Е 124  Понсо 4R (краситель красного цвета).   Е133 Бриллиантовый синий FCF.

Используются такие натуральные красители, как: бета-каротин (Е160а), или провитамин А, который обладает свойствами антиоксиданта,служит для профилактики онкологических заболеваний, а также защищает от воздействия радиации; хлорофиллин (Е141), который представляет собой натуральный зеленый растительный пигмент; аннато (Е160b) - водный экстракт из оболочек семян; куркумин (Е100) - природный краситель, получаемый из многолетних травянистых растений семейства имбирных; карамельный (Е150d), который образуется при карамелизации сахара; антоцианин (Е163) - экстракт из кожицы винограда; сок красной свеклы (Е162) - выжимки сока из корнеплодов.

Е200- Е 299-  консерванты  

Е 300- Е 399- антиоксиданты, благодаря которым продукты не скисают.

Е 400- Е 499- стабилизаторы – сохраняющие консистенцию продукта. (Е 440-пектин цитрусовый или яблочный)

Е 500- Е 599- эмульгаторы - структура продукта

Е 900- Е999- антифламинги образование пены в пиве

Е 600- Е699- усилители вкуса, аромата

          Для придания или усиления аромата в производстве мороженого применяются вкусоароматические добавки (ароматизаторы)-ванилин, этилванилин.

Подкислитель, антиоксидант- Е 330 Лимонная кислота.

           Антиокислитель-  аскорбиновая кислота или витамин С (Е300).

            Если добавок в продукте немного, то они безопасны, но некоторые из них вредны для здоровья.  

            Аллергены - Е131, Е 141, Е 215, Е 218, Е 230, Е 232, Е 239 (вызывают аллергические реакции кожи, органов дыхания).

            Яды - Е 121, Е 123 (вызывают отравления при большой дозе и расстройство желудка - при небольшой).

            Канцерогены- Е 211, Е 240, Е 330, Е442 (способствуют образованию злокачественных опухолей).

Экспериментальная часть

Для исследования состава и свойств были выбраны следующие виды мороженого:   пломбир ванильный, производитель ООО «Алтайхолод», пломбир «Снежное лакомство», изготовитель ОАО « Петрохолод» г. Санкт-Петербург, мороженое ванильное с растительным жиром, производитель ООО «Русский холод» г. Москва, пломбир изготовитель  ОАО «Хладокомбинат»

г. Белгород.

 Проведено анкетирование (см. приложение). В опросе принимали участие 75  учащихся 6-9 классов.

        Проведен анализ состава некоторых сортов мороженого, по которым мы получили первоначальное представление о составе продукта и производителе.

Методика проведения эксперимента

Обнаружение белков в мороженом (биуретовая реакция)

            В пробирку наливают 1 мл растаявшего мороженого и добавляют 5-7 мл дистиллированной воды, закрывают её пробкой и встряхивают. К 1 мл полученной смеси (остаток оставляют для опытов 2 и 4) приливают 1 мл 2 М раствора NaOH и несколько капель 10%-ного раствора CuSO4. Содержимое пробирки встряхивают. Появляется ярко- фиолетовое окрашивание, связанное с взаимодействием пептидных связей белковых молекул со свежеосажденным Cu(OH)2. Реакция имеет высокую чувствительность, поэтому даже при разбавлении белка 1:10 000 наблюдается положительный результат.

Обнаружение остатков ароматических α-аминокислот

 (ксантопротеиновая реакция)

     Помещают в пробирку 1 мл смеси, приготовленной в предыдущем опыте, и приливают к ней, соблюдая осторожность, 3-5 капель концентрированной азотной кислоты. Смесь нагревают. Появляется желтое окрашивание из-за нитрования остатков ароматических аминокислот (фенилаланин, тирозин и триптофан), образующих белки. После охлаждения добавляют к смеси 3-5 капель 25%-ного раствора аммиака. Происходит изменение цвета с желтого на оранжевый.

Определение водородного показателя (рН)

 Определения водородного показателя исследуемых образцов мороженого проводили на рН- метре мультитест ИПЛ-331 изготовитель НПП «Семико» г. Новосибирск. Отмеряют на весах одинаковую массу образцов мороженого, добавляют  дистиллированной воды, определяют водородный показатель (рН) полученной смеси.

Определение содержания белка методом Лоури

Принцип метода: Определение белка основано на образовании окрашенных продуктов ароматических аминокислот с реактивом Фолина-Чокальтеу в сочетании с биуретовой реакцией на пептидные связи.

Метод характеризуется высокой чувствительностью (концентрация открытия белка 5 мкг/мл)

Реактивы:

1. Реактив «А1» - 4% Na2CO 3,  100 мл;
2. реактив «А2» - 0,1н NaOH, 100 мл;
3. реактив «В1» - 2% K-Na тартрат- 10 мл;  
4. реактив «В2» 1% CuSO4- 10мл;
5. реактив «С», готовится смешиванием в соотношении  50: 50: 1:1 соответственно А1, А2, В1, В2; Реактив Фолина (фосфомолибденофенольная смесь);
6. Стандартный раствор белка -100 мкг/мл бычьего сывороточного альбумина                                                                                                                                                              (БСА)

Оборудование:

Фотоэлектрокалориметр (ФЭК)

Ход работы:

1. Построение калибровочного графика:

Разведение 10-100 мкг/мл с шагом 10 мкг/мл.

Проводят опыт в трех измерениях

Расчетные формулы:

P – разведение

С – концетрация белка

ρ=1,11 г/мл – средняя плотность мороженого в группе пломбиров.

Обнаружение углеводов

              Фильтруют 2 мл смеси, оставшейся после опыта 1, и добавляют к фильтрату 1 мл 2 М раствора NaOH и 2 – 3 капли 10% - ного раствора CuSO4. Пробирку встряхивают. Образуется ярко – синий раствор (качественная реакция на многоатомные спирты). Реакцию дают углеводы, входящие в состав мороженого, например лактоза и сахароза. Полученный раствор нагревают на спиртовке. Дисахарид лактоза, содержащийся в молоке в альдегидной форме, окисляется до Cu(OH)2 с образованием различных продуктов окисления и деструкции. Гидроксид меди (II) при этом восстанавливается до оранжевого CuOH, который затем разлагается до Cu2O красного цвета. В ходе реакции может образоваться и медь («медное зеркало»).

Обнаружение крахмала в вафельном стаканчике

             Берут  вафельный стаканчик и капают на него 1 – 2 капли спиртового раствора йода из аптечки. Появляется темно – фиолетовое окрашивание – качественная реакция на крахмал

Определение железа

        В небольшой тигель помещают немного мороженого, нагревают в пламени спиртовки под тягой. После испарения воды содержимое тигля прокаливают в пламени спиртовки до обугливания веществ. Тигель охлаждают и  добавляют в него 1-2 мл. 2 М раствора HCI. Выдерживают 1-3 мин. Полученную смесь фильтруют и добавляют к фильтрату несколько капель концентрированного раствора роданида аммония NH4SCN. Появление красноватого окрашивания,  свидетельствует о наличии катионов Fe3+.

FeCI3  +  3NH4SCN → Fe(SCN)3 +  3NH4CI 

Fe 3+  +  3SCN - → Fe(SCN)3

Обнаружение жиров

    В пробирку с 1 мл мороженого приливают 1 мл дистиллированной воды и 1 мл хлороформа. Закрывают ее пробкой и встряхивают в течение 1 мин. Несколько капель хлороформного раствора помещают на фильтровальную бумагу (в пробирке хлороформный слой находится внизу). Бумагу слегка нагревают для удаления растворителя. Наблюдают появление жирового пятна.

Результаты и выводы

 Социологический опрос учащихся нашей школы, в котором участвовало 75 человек 6-9 классов, показал, что большинство детей любят мороженое (90%) (см. приложение, диаграммы). Вкус предпочитают разный. Полезным употребление мороженого считают 55% опрошенных, 15%, считают его вредным, а 30 % не знают полезно оно или вредно. Каждый день употребляют мороженое 24% опрошенных, 45% едят его 1 раз в неделю, 31% едят мороженое 1- 2 раз в месяц. Большинство учащихся (86%) за один раз могут съесть 1-2 порции, больше 5 порций 6% человек. Самыми популярными является мороженое: пломбир (64%), в шоколадной глазури (17%), в вафельных стаканчиках (13%). 55% учащихся, едят мороженое не зависимо от времени года, 45%  предпочитают есть его летом..

         При анализе состава мороженого указанного изготовителями на этикетках мы убедились, что в составе мороженого много пищевых добавок, так в качестве стабилизаторов используются чаще каррагинан (Е 407), камедь рожкового дерева (Е 410), гуаровая камедь (Е 412), моно- и диглицериды жирных кислот (Е 471), в качестве ароматизатора- ванилин, эмульгатора- лецитин. В образцах №3 и №4 мы обнаружили более четырех Е добавок, в образце № 1 производитель указал  Е добавку (кремодан SE 709 VEG), это смесь, состоящая из Е добавок перечисленных выше. Запрещенных Е добавок в исследуемых образцах мы не обнаружили.

          Экспериментальная работа включала:

1. Обнаружение белков в мороженом (биуретовая реакция);

1. Обнаружение остатков ароматических альфа-аминокислот (ксантопротеиновая реакция);
2. Определение водородного показателя (рН) образцов;
3. Определение содержания белка методом Лоури;
4. Обнаружение углеводов;
5. Обнаружение крахмала в вафельном стаканчике;
6. Определение железа;
7. Обнаружение жиров

В результате проведенной нами экспериментальной работы были получены следующие данные: составе  всех исследуемых образцов мороженого присутствуют белки, на это указывает качественная реакция на пептидные связи. Ксантопротеиновая реакция подтвердила наличие в образцах остатков ароматических альфа - аминокислот, больше их в пломбире, меньше в мороженом с растительным жиром, разная интенсивность окрашивания осадков.        Значение водородного показателя у всех образцов близко к 7, что свидетельствует о  нейтральной среде (см. приложение, таблица 1). Содержание белка определенное методом Лоури показало, что в двух исследуемых образцах результаты опыта совпадают с данными указанными производителями, а в ванильном мороженом с растительным жиром производитель указал почти в три раза больше белка, чем получено нами (см. приложение, таблицы 2- 6).  Качественная реакция на  наличие крахмала в вафельном стаканчике дала положительный результат, об этом свидетельствовало синее окрашивание, хотя изготовитель не указал его наличие в составе вафельного стаканчика. В результате окисления моно и дисахаридов, содержащихся в молоке, содержания углеводов больше в ванильном мороженом с растительным жиром  меньше  в  пломбирах (см. приложение, таблица 7).        

Для определения железа воспользовались раствором  роданида аммония, только в образце №4 наблюдали появление очень слабого красноватого окрашивания, что свидетельствует о малом количестве ионов Fe3+ или их отсутствие  в исследуемых образцах. Больше жира  содержится в образце №2  меньше в образце №3, на это указывают цифры приведенные производителями, а также подтверждаются данными полученными нами в результате эксперимента. Жировое пятно по интенсивности меньше всего в образце №3.

Результаты  проведенного исследования различного вида показали, что в мороженом содержатся как полезные (белки, углеводы, жиры), так и  вредные вещества (пищевые добавки). В пломбире находится больше белков, а большее количество углеводов содержится в ванильном мороженом с растительным жиром. В результате проведенной  нами экспериментальной работы мы убедились, что производители не только не всегда дают подробную информацию  о составе предлагаемого   продукта, но и зачастую приводят не точные данные.

Постарались ответить на вопрос: пользу или вред оно нам несёт.

Полезные качества мороженого

Мороженое помогает бороться со стрессом. Вещества, которые входят в его состав, влияют на выработку серотонина - «гормона счастья». Этот  гормон поднимает жизненный тонус, улучшает настроение. Врачи советуют в период экзаменов как можно чаще покупать детям мороженое: одна порция пломбира полезнее нескольких чашек кофе и бодрит гораздо лучше. Мороженое может использоваться как быстрое и эффективное кровоостанавливающее средство при носовых кровотечениях. Некоторые виды мороженого содержат кисломолочные добавки: йогурты, творог, кефир. Они полезны при дисбактериозе, ведь бифидобактерии лучше сохраняются в замороженных продуктах. Стабилизаторы, которые используются при производстве мороженого, получают из морских водорослей. В них содержится большое количество йода. Мороженое помогает восполнить недостаток кальция в организме. Этот микроэлемент необходим для нормального  развития и роста.  

Вредные качества мороженого

        Мороженое- продукт с высокой энергетической ценностью, поэтому оно не рекомендуется людям с повышенной массой тела, ожирением, сахарным диабетом и предрасположенным к этим заболеваниям. Холодный десерт может привести к обострению ЛОР-заболеваний, а также болезней желудочно-кишечного тракта и печени, при атеросклерозе.

Заключение

          В результате проведенной работы мы убедились, что в мороженом больше пользы, чем вреда. Мороженое очень полезный продукт и его просто необходимо есть, особенно ученикам и студентам, но при его покупке необходимо обращать внимание на состав указанный на этикетке, не стоит покупать продукты содержащие большое количество Е добавок. Выбирая лакомство, не следует соблазняться недорогим молочным  или сливочным мороженным с фруктовыми добавками - обычно они не натуральны.

 Проведение опытов с мороженым, которые основаны на известных качественных реакциях, способствует возрастанию интереса к предмету, раскрывает связь химии с жизнью.

Литература

1. Габриелян О.С.  Химия. 9 класс. М.: Дрофа, 2009.
2. Габриелян О.С.  Химия. 10 класс. М.:  Дрофа, 2009.
3.  Соловьев В.Б., Сметанин В.А., Генгин М.Г. Практикум по методам биохимических исследований.  Пенза, 2009.
4.  Окорокова Ю.И., Еремин Ю.Н. Гигиена питания. - М.: Медицина, 1973, стр. 148.
5.  Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. – М.: Высшая школа, 1991
6. Энциклопедический словарь юного химика.- М.: Педагогика, 1990.
7.  Яковишин Л.А. Химические опыты с мороженым.//Химия в школе.-      2006.- №7,с.69
8. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J. Protein measurement with Folin phenol reagent // J. Biol. Chem. 1951. V. 193. №1. P. 265-275.

Приложение

Анкета

1. Возраст

2. Пол

3. Любите ли вы мороженое?

        а) да

        б) нет

4. Как часто вы употребляете мороженое?

        а) 1раз в день

        б) 1раз в неделю

        в) 1раз в месяц

5. Сколько мороженого можете съесть за 1раз?

        а) от 1-2

        б) от 3-5

        в) больше 5

   6. Какое мороженое вы предпочитаете?

        а) сливочное (в стаканчике)

        б) молочное (в стаканчике)

        в) крем-брюле

        г) сливочное с наполнителем

        д) шоколадное

        е) весовое

        ж) пломбир

        з) рожок

7. Как вы считаете, мороженое полезно? Почему?

        а) да

        б) нет

        в) не знаю

        г) ваши варианты ответа

8. Когда вы впервые попробовали мороженое?

        а) от 3-5 лет

        б) от 5-10 лет

        в) от 10 и старше

9. В какое время года вы съедаете больше мороженого?

        а) лето

        б) зима

        в) осень

        г) весна

        д) безразлично

Водородный показатель  (рН) исследуемых образцов мороженого

Таблица 1

Колориметрическое определение общего белка методом Лоури

Калибровочная кривая

Таблица 2. Исходные данные

Контрольные пробы:

К1=0,028        К2=0,029      К3=0,027       Кср=0,028

Таблица 3. Данные для построения калибровочной кривой

Δ=Dcp - Kcp

Рисунок 1. Калибровочный график

Методом регрессионного анализа на ЭВМ получено уравнение кривой вида:

D(C)=0,0038691C

Исследование опытных образцов.

Опытные образцы готовились путем разведения 0,1 мл растаявшего мороженого в 200 мл дистилированной воды.

Контрольные пробы:

К1=0,055         К2=0,059        К3=0,045       К4=0,049       Кср=0,052

Таблица 4. Определение общего белка в образцах мороженого

Δ=Dcp - Kcp

Преобразуя уравнение относительно С, можно вычислить концентрацию белка:

С=D(C)/0,0038691

Таблица 5. Концентрация белка в исследуемых образцая

Таблица 6.Общее содержание белка

Таблица 7. Содержание углеводов