Определение кальция в продуктах питания

«Определение кальция в продуктах питания»

исследовательская работа

 Выполнена учеником

        10 класса МОУ СОШ

        «Школа №226» г. Заречный

                                                 Малковым Александром Дмитриевичем

 Научный руководитель –

                                                             учитель химии высшей

 категории  МОУ «Школа №226»

                                  Лунина Людмила Дмитриевна

г. Заречный, 2012

Оглавление

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

Теоретическая часть.

Биологическая  роль кальция ………………………………………………….............4

Главное не количество, а качество.................................................................................5

.Нужно ли принимать препараты кальция …...............................................................5

Экспериментальная часть

Методика проведения эксперимента………………………………………………….5

Результаты и выводы……….…………………………………..................................8

Заключение………………………………………………………………………….....9

Литература…………………………………………………………….……………...11

Приложение………………………………………………………….……………….12

Введение

        Кальций - самый широко распространенный в организме минерал.  Около 99% этого элемента содержится в скелете и зубах.  Кальций влияет на рост и развитие организма, повышает свертываемость крови, регулирует и координирует функции всех органов. Кальций помогает в лечении болезней суставов, кожи, нервов, крови, сердца, желез внутренней секреции, желудочно-кишечного тракта, кариеса, переломов костей и т. д.  Дефицит кальция может вызвать различные заболевания и физиологические аномалии. Недостаток кальция в организме проявляется судорогами мышц, нервозностью, бессонницей и др. симптомами. Как же этого избежать? Ведь любую болезнь проще и правильнее предотвратить, чем потом долго и нудно лечить.

Цель работы: Выяснить степень информированности учащихся о роли кальция в организме человека, исследовать ряд продуктов на содержания кальция

Задачи:

1. изучить литературу по данному вопросу;
2. провести тестирование учащихся;
3. изучить методику проведения экспериментальных исследований;
4. определить количество кальция в пищевых продуктах, часто употребляемых учащимися
5. выяснить полезность данных продуктов;
6. дать рекомендации учащимся

          Объект исследования: сыр «Российский» разных производителей, йогурт

  разных производителей, чипсы, вермишель «Роллтон»

Гипотеза исследования: если выяснить, в каких продуктах содержится наибольшее количество кальция,  то их можно рекомендовать для регулярного употребления

Проблемой исследования  недостаточная степень информированности учащихся о значении кальция для роста, развития, нормального функционирования всех органов.

Актуальность исследования: поскольку биологическая роль кальция в нашем организме весьма значительна, 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 на уроках химии, биологии, здорового образа жизни,  для проведения классных часов, внеклассных занятий.

Теоретическая часть

        Биологическая  роль кальция. Содержание кальция в организме человека составляет примерно 1кг от общего веса. Основная масса кальция находится в костях и зубах, остальная его часть входит в состав крови и других тканей. Концентрацию кальция контролируют особые гормоны, их совместное действие сохраняет и поддерживает структуру костей. Биологическая роль кальция в нашем организме весьма значительна. Он является "строительным материалом" для образования костей и зубов; регулирует процессы роста и деятельности клеток всех видов тканей; влияет на обмен веществ; нормализует деятельность мышечной и нервной систем; обеспечивает нормальную свертываемость крови; оказывает противовоспалительное действие; укрепляет устойчивость организма к внешним неблагоприятным факторам: резкой смене погоды и инфекциям. Известна и наша суточная потребность в кальции. Потребность в кальции у взрослых составляет 0,8-1,1 грамм в сутки, у детей до 7 лет – 1 грамм в сутки, у подростков 1,4 грамма в сутки, у беременных и кормящих женщин 1,5-2 грамма в сутки. Процессы обновления кальция в организме у детей происходят через один— два года, у взрослых— через 10— 12лет, у пожилых людей обновление кальция протекает еще медленнее. До сих пор мы знали, что самые большие поставщики кальция — молоко и сыр. Но исследования последних лет доказали, что коровье и любое животное натуральное молоко не предназначено для питания человека после 3 лет. Одна из главных функций кальция в человеческом организме — нейтрализация кислоты. В рационе питания достаточно кальция, но он постоянно расходуется на нейтрализацию кислоты. Все молочные продукты (кроме масла) образуют в организме очень много кислоты. Поэтому при употреблении молочных продуктов необходимо увеличить количество овощей и фруктов, богатых кальцием.  Кальций содержится во всех овощах с зелеными листьями. А в семенах кунжута больше кальция, чем в любой другой пище. Кроме того, кальций присутствует во многих фруктах. Если вы ежедневно едите фрукты и овощи и даже изредка орехи, в вашем организме не может быть дефицита этого микроэлемента. Лучшими источниками кальция являются семена кунжута, орехи, семечки, морская капуста, вся зелень и сухие фрукты (инжир, курага, изюм, финики, чернослив, ежевика), а также абрикосы, апельсины, яблоки, черная смородина, грейпфрут и другие фрукты( см. приложение, табл.1). Один из источников кальция - питьевая вода (в 1 литре его содержится до 350-500 мг). С питьевой водой поступает 10-30% кальция (в зависимости от жесткости воды).

        «Главное не количество, а качество».  Важным фактором усвоения кальция является сбалансированность всех поступающих элементов. Так избыточное содержание в еде фосфатов и жиров, которые образуют с кальцием нерастворимые соединения, снижают всасывание кальция в кишечнике. Также тормозят всасывание зерновые и мясные продукты из-за высокого содержания фосфатов, по отношению к кальцию. Возникает вопрос: отказываться от этих продуктов? Нет, это совсем не обязательно, ведь можно выровнять данное соотношение овощами и фруктами, где соотношение кальция гораздо больше фосфора. Облегчают усвоение кальция молочнокислые продукты (они содержат лактозу) и лимонная кислота (цитрусовые).  В процессе обмена кальция принимают участие магний, марганец, медь, витамины. Поэтому не стоит забывать о важности поступления в организм и других микро- и макроэлементов. К тому же правильное соотношение в рационе белков жиров и углеводов тоже имеет большое значение, так как недостаточность одного питательного вещества снижает усвоение остальных. Часто можно услышать, что кальций легче усваивается в присутствии витамина D. Это действительно так. В настоящее время созданы даже специальные витаминные комплексы. Без витамина D всасывание кальция невозможно. Синтезируется витамин D в коже под действием солнечных лучей. Взрослому человеку дополнительный прием витамина D не требуется. Дети первого года жизни должны получать витамин D в виде водного раствора в течение года, кроме летних месяцев.

Нужно ли принимать препараты кальция? Рекомендуется беременным и кормящим женщинам, детям и всем, кто хочет оставаться здоровыми и красивыми, курсами принимать витаминные комплексы, содержащие кальций и витамин D, ведь поступление кальция с пищей обеспечить в достаточном количестве сложно и не всегда возможно. Но нужно помнить, что самолечение в наше время, даже, если это витаминотерапия, небезопасно. Доказано, что многие препараты кальция, активно рекламируемые на современном рынке, часто вызывают образование камней в почках и прочие неприятные осложнения, в связи с неполной всасываемостью и выведением из организма. Поэтому, необходимо проконсультироваться у врача и прочитать инструкцию прежде, чем принимать тот или иной препарат.

Экспериментальная часть

         Было проведено  тестирование учащихся 10 классов и 8 А класса. В тестирование принимало участие 71 учащийся. Для проведения тестирования использовали тест на содержание кальция в организме (по М.Хамм, А.Россмайер, 1996 г.), анкеты (см. приложение). Для количественного определения кальция были взяты продукты чаще употребляемые учащимися. Среди них: сыр «Российский» производитель «Молком» г Пенза, сыр «Российский» ОАО «Савушкин продукт» г Брест, Белоруссия, сыр »Российский молодой», Белоруссия, йогурт «Растишка», изготовитель-ООО «Джон Индустрии», йогурт питьевой «Агуша» г. Москва, йогурт персик, изготовитель пищекомбинат г. Заречный, чипсы «Lays”, г. Кашира, вермишель быстрого приготовления «Роллтон» изготовитель ООО «Маревен» Московская область.

Методика проведения эксперимента

        В настоящее время известен достаточно широкий арсенал методов количественного анализа кальция. Однако точных и простых в исполнении ограниченное число.           Наиболее удачным для нас является метод флуориметрического анализа кальция, который не требует редких или дорогостоящих реактивов, оборудования, а по точности и воспроизводимости уступает лишь времяпролетной масс-спектрометрии, кроме того этот метод может применяться при анализе биологических объектов. Чаще всего  для флуориметрического определения кальция применяют метод с использованием флуорексона.

Флуорексон (2,4-бис-[N,N’-(карбоксиметил)аминометил]флуоресцин) является одним из лучших фталеиновых индикаторов на кальций [5].

        Достоинством метода является возможность анализа в присутствии других катионов. Например, 100-кратный избыток магния при pH > 13 не мешает определению кальция [2].

Максимум флуоресценции наблюдается при 517 нм  при pH>12. Для установления pH используют раствор едкого кали, поскольку аммиачные или натриевые щелочи привносят довольно высокую флуоресценцию в холостой опыт.

Чувствительность метода 0,08 мкг Ca / 1 мл исследуемого раствора.

Реактивы, необходимые для проведения анализа

1. Флуорексон (10 мг/ мл)
2. KOH (1н)
3. HCl (2н)
4. Вода бидистиллированная  (деионизированная)
5. Стандартный раствор кальция для построения калибровочной кривой, 1г/л

Подготовка проб

Исследуемые образцы сыра были подвергнуты грубому диспергированию для получения большей поверхности раздела. С той же целью чипсы и вермишель быстрого приготовления измельчались в фарфоровой ступке. Йогурты использовались без доанализной подготовки, поскольку уже являются дисперсной системой.

Для перевода кальция в растворимую форму 1 грамм образца заливался 10 мл 2н HCl [1] и оставлялся на 48 часов при T=300C и непрерывном перемешивании на шуттель-аппарате.

Затем жидкая часть сливалась в стеклянные пробирки и центрифугировалась при 6000 об/мин с экспозицией 30 минут.

После доведения объема супернатанта до 10 мл, проводился   флуоресцентный анализ.

Методика проведения флуоресцентного анализа

Расчет содержания кальция во вносимом образце проводился по уравнению [Ca]= 0, 4661F, где:

[Ca] – концентрация кальция (мкг/вносимый образец)

F – алгебраическая разница между флуоресценцией опытного образца и контроля

Уравнение получили путем построения калибровочного графика в области линейности анализа (0-20 мкг/мл кальция) с последующим регрессионным анализом на ЭВМ. Все полученные данные подвергались статистическому анализу с привлечением 3s-критерия, дисперсионного анализа и метода Шеффе [3].

Результаты и выводы

Тестирование учащихся нашей школы, в котором участвовало 71 учащийся 8,10 классов, показало, что большинство учеников не знают о роли кальция в организме, только 11 человек(15,5%) смогли указать несколько его функций, 57 человек (80,3%) отметили только то, что кальций содержится в костях и зубах, способствует их прочности. 3 человека вообще не смогли дать ответ (см. приложение, диаграммы).На  вопрос:  Какова суточная потребность организма в кальции (с учетом  их возраста)?  Правильно ответили 9 чел-12,7%, не знают 62 чел - 87,35%. В рационе питания подростков мало овощей, фруктов, из молочных продуктов они отдают  предпочтение йогуртам и твердым сырам. Из мясных продуктов больше всего употребляют колбасы — 49 человек (69%).На  вопрос: Занимаетесь ли вы спортом? Регулярно занимаются только 35чел.-49,3%, нерегулярно- 7 чел. - 9,9%, не занимаются 29 чел.- 40,8%. Обработка  ответов  показала, что на данный момент содержания кальция в организме у большинства учащихся достаточно,  у 4 учеников недостаточно, у 30 учащихся перевес ответов «нет» (который соответствует достаточному содержанию кальция)  в один балл. Данный факт вызывает опасения о  здоровье учащихся, послужил началу исследований, чтобы в дальнейшем  разработать рекомендации по коррекции выявленных нарушений в питании учащихся.

        В результате экспериментальной работы  были получены следующие данные: в составе  всех исследуемых образцов сыра содержания кальция достаточно высокое.  Меньше всего в  пробе №1(производитель « Молком» г Пенза)- 563 мг/100г продукта, больше в пробе №3 (сыр »Российский молодой», Белоруссия) -1055,6 мг/100г продукта. Наибольшее количество кальция в йогурте «Персик», изготовитель пищекомбинат г. Заречный, многие отдают ему предпочтение и по вкусовым качествам ,  меньше кальция в йогурте питьевом «Агуша» г. Москва,   в чипсах «Lays”, г. Кашира и вермишели быстрого приготовления содержание кальция как и ожидалось мизерное. Вероятнее всего в вермишели наличие кальция обусловлено присутствием глютамата кальция пищевой добавки, входящей    в состав продукта.  

        Результаты  проведенного исследования  показали, что из продуктов, пользующихся большим спросом у учащихся, по содержанию кальция на первом месте стоят сыры и йогурты, наряду с кальцием в них содержатся в достаточном количестве  белки, углеводы, жиры.  В результате проведенных  исследований мы убедились, что производители не  всегда дают подробную информацию  о составе предлагаемого   продукта, но и зачастую приводят не точные данные. Так  в йогурте «Растишка», изготовитель указал или явно завышенное содержание кальция 220 мг/100г продукта, или это можно объяснить тем, что содержания кальция в молоке зависит от сезонности, кормов, а этикетки с указанием состава продукта   не обновляются.

Наши рекомендации:

1. Стараться употреблять в пищу больше овощей и фруктов;

2. Из молочных продуктов отдавать предпочтение кисломолочной продукции, в частности йогурту. Йогурт является прекрасным источником минеральных веществ. Йогурт богат кальцием (300мг/100 ккал) и фосфором. Вдобавок к этому, хорошее соотношение кальций/ фосфор в йогурте, способствует более полному усвоению кальция. Йогурт является продуктом с более высоким содержанием кальция, чем молоко;

                  3. Заниматься регулярно спортом, вести подвижный образ жизни. Нельзя говорить о кальции и не сказать ни слова о значении физической активности для костной системы. Физические упражнения оказывают положительное влияние на костную систему, способствуя стимуляции костеобразования. Только при сочетание адекватного потребления кальция и физической активности можно избежать большое число заболеваний.

Заключение.

Биологическая роль кальция в нашем организме весьма значительна.  Важным фактором усвоения кальция является сбалансированность всех поступающих элементов. Дефицит кальция может вызвать различные заболевания и физиологические аномалии. В  рационе питания обязательно должны присутствовать большое количество овощей, фруктов, молочнокислые продукты.  Необходимо вести подвижный образ жизни, заниматься спортом. Любую болезнь проще и правильнее предотвратить, чем потом долго и нудно лечить.          Используя данные исследования, мы провели беседу для учащихся 8- 10 классов,  планируем рассказать о здоровом образе жизни родителям.

          Данная работа носит как теоретический, так и прикладной характер, так как изучались научные данные о роли, функциях кальция на организм человека,  экспериментальным путём определено  содержание  кальция в отдельных продуктах, даны рекомендации при выборе продуктов питания. Наработанный материал может быть использован на уроках химии, биологии, здорового образа жизни,  для проведения классных часов, внеклассных занятий.

Выражаем благодарность студенту 5 курса естественно-географического факультета ПГПУ им. В.Г. Белинского Гамзину Сергею Сергеевичу за помощь в постановке эксперимента.

Список использованной литературы.

1. Бардинова Ж.С., Сметанин В.А. Лабораторные работы по избранным главам биохимии.-Пенза-2006

2. Божевольнов Е.А., Крейнгольд С.У., Журнал аналитической химии, №17 (1962), с.560

3. Лакин Г.Ф. Биометрия, М., Высшая школа, 1990.

4. Соловьев В.Б., Сметанин В.А., Генгин М.Г. Практикум по методам биохимических исследований.  Пенза, 2009.

5. Фрумина Н.С., Кручкова Е.С., Муштакова С.П. «Аналитическая химия кальция». М., Наука, 1974, с.102-103.

 6. Энциклопедический словарь юного химика.- М.: Педагогика, 1990.

Приложение

Таблица 1

Продукты, отмеченные звездочкой, несмотря на высокое содержание кальция, проблемные с точки зрения восполнения его дефицита. Он может плохо усваиваться из них или они отрицательно влияют на его дальнейший метаболизм.

Тест на обеспеченность кальцием

1. Ощущаете ли вы часто мышечную слабость?

 2. Повышено ли у вас давление?

3. Склонны ли вы к отекам?

4. Страдаете ли вы от пассивной деятельности кишечника (запоры)?

1. Вы активно занимаетесь спортом?
2. Вы едите свежие фрукты не каждый день?

7. Вы едите салаты и овощи не каждый день?

 8. Вы едите мало картофеля?

9. Вы обычно долго варите овощи в большом количестве воды?

10. Вы пьете фруктовые или овощные соки не каждый день?

11. Вы редко едите сухофрукты?

Тест на содержание кальция в организме

(по М.Хамм, А.Россмайер, 1996 г.)

Ответьте либо «да», либо «нет».

1. Страдаете ли вы остеопорозом (ломкость костей)?

2. Бывает ли у вас аллергия при длительном пребывании на солнце?

3. Часто ли у вас бывают судороги?

4. Выпиваете ли вы ежедневно меньше 1 стакана молока?

5. Употребляете ли вы мало таких молочных продуктов, как йогурт или сыр?

6. Пьете ли вы ежедневно напитки типа «колы»?

7. Употребляете ли вы мало зеленых овощей?

1.  8. Вы едите много а) колбасы б) мяса?
2.  Больше «нет» кальция в организме достаточно, больше «да» кальция не хватает.

Анкета «Кальций и здоровье»

1. Как часто вы употребляете молочные продукты

а) ежедневно б) несколько раз в неделю в) редко г) не употребляю

2. Каким молочным продуктам вы отдаете предпочтение

а) молоку б) кисломолочным продуктам в) сырам г) творогу

3. Как часто в рационе питания бывают овощи и фрукты

а) ежедневно б) несколько раз в неделю в) редко г)очень редко

4. Знаете ли вы, что в молочных продуктах, овощах, фруктах содержится большое количество кальция

а) да б) что-то слышал в) не знаю

5. Какова потребность организма в кальции ежедневно с учетом вашего возраста

а) 800 г  б) 1200 г  в)1400 г  г) не знаю

Содержание кальция в продуктах питания

Таблица 2