III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИЗМЕРЕНИЕ КАЛОРИЙНОСТИ ПРОДУКТОВ.
Пирожков К.Н.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Актуальность.

Энергия, содержащаяся в еде, считается тепловой, поскольку как раз тепло и выделяется в нашем организме, когда пища вступает в реакцию с кислородом. При полном «сгорании» пищи выделяются также вода и углекислый газ. Такая реакция горения в нашем организме, называется метаболизмом.

Многие же учащиеся потребляют больше калорий, чем нужно, и эти лишние калории – то есть калории, не используются в виде энергии, - откладываются у них в виде жира.

Ожирение представляет собой серьезную проблему, вызывающую у медиков большую тревогу. Отчасти эта проблема вызвана тем, что дети не имеют представления о том, сколько калорий содержится в съедаемых ими пищевых продуктах. Если мы будем лучше представлять себе, как действует энергия, которую мы получаем с пищей, и знать, сколько калорий содержится в различных видах продуктов, то это поможет нам правильно питаться и чувствовать себя здоровыми и энергичными.

Цель исследования: измерить количество энергии, содержащихся в различных видах продуктов и сформировать правильный рацион питания школьника.

Задачи:

  1. изучить научно–познавательную литературу по данной теме;

  2. провести анкетирование учащихся;

  3. определить количество выделенного тепла различными видами продуктов;

  4. вычислить сколько калорий содержится в различных видах продуктов;

  5. определить виды продуктов, которые больше всего выделяют энергии;

  6. оценить полученные результаты.

Предмет исследования: энергия, содержащаяся в различных видах продуктов.

Объект исследования: продукты питания.

Гипотеза: могу предположить, что различные виды продуктов выделяют разное количество энергии, и чрезмерное потребление некоторых продуктов может повлечь проблемы со здоровьем учащихся.

Методы исследования: исследования публицистических и научных источников, наблюдение, измерения, анкетирование, анализ.

Глава I. Теоретическая часть.

I. 1.Калорийность продуктов питания.

Углеводы, белки и жиры являются питательными веществами, дающими энергию для поддержания жизни и обеспечения физической активности. Термин «калория» используется для измерения энергии в пище, и, к сожалению, сегодня мы считаем, что калорий должно содержаться как можно меньше. Так же, как и по отношению к остальным элементам рациона, мы стремимся к правильному количеству калорий: не слишком мало и не слишком много. Но, прежде всего, нам хотелось бы поглощать калорийную пищу, которая давала насыщение и не позволяла вам переедать.

Ключом к улучшению здоровья является получение максимального количества калорий из натуральной и растительной пищи, такой как орехи, богатой огромным количеством ценных соединений и клетчаткой. Еще Гиппократ говорил: "Ваша еда должна быть вашим лекарством, а ваши лекарства - едой".

Сам термин калория является величиной из области термодинамики, которая представляет собой раздел физики. Так, 1 килокалория или ккал - это количество энергии (тепла), которое необходимо для того, чтобы подогреть 1 л воды на 1°С.

  • 1 грамм жира при сгорании способен нагреть на 1°С 9 граммов воды, следовательно, 1 г жира = 9 калориям.

  • 1 грамм углеводов (древесины, клетчатки), сгорая, нагревает на 1°С 4 грамма воды, из этого следует, что 1 г углеводов = 4 калориям.

  • 1 грамм белка, сгорая, способен нагреть 4 грамма воды на 1°С, соответственно 1 г белка = 4 калориям.

Рассуждения о калорийности продуктов питания звучат очень логично. Однако дело в том, что человеческий организм не является печью, где сгорает все, что в нее попадает. В организме человека ничего не горит и ничего не сгорает. И насыщают его не съеденные калории, а усвоенные. Всем известны случаи, когда худые потребляют большое количество пищи, но не поправляются, или толстяки питаются очень умеренно, но не могут сбросить вес.

То есть совершенно необязательно, что количество потребленных калорий усвоятся в организме, что потенциальная энергия станет реальной. Попытаемся немного разобраться. И рассмотрим, что влияет на процесс усвоения.

Но прежде я приведу точку зрения, которая, на мой взгляд, является достаточно интересной.

Ряд авторов, среди них К. Монастырский, Горохов В.А. считают, что понятие калорийности является понятием ошибочным. Согласно данному мнению, нелепо механически переносить термодинамические параметры теплоотдачи какого-то продукта на механизмы пищеварения.

В организме человека происходят сложные химические превращения съеденной человеком еды. При этих превращениях не все компоненты усваиваются в равной степени. Так, например, клетчатка, которая относится к сложным углеводам, практически не усваивается организмом. Поэтому в некоторых странах при расчетах энергетической ценности продуктов клетчатку вообще не учитывают, считая, что она вообще не содержит калорий. Так же не полностью усваиваются жиры и белки. На основании некоторых весьма сложных оценок принято считать, что

  • белки усваиваются на 84,5 %,

  • жиры усваиваются на 94 %,

  • углеводы усваиваются на 95,6 %.

Поэтому некоторые производители при расчете калорийности выпускаемых ими продуктов вводят поправочный коэффициент к содержанию калорий в белках, жирах и углеводах, определенному при помощи калориметрической бомбы. Этот коэффициент и учитывает частичную усваиваемость питательных веществ.

I. 2. Влияние неправильного питания на здоровье человека.

К 16 годам у подростков складывается свое представление о приеме пище. С возрастом изменить привычки неправильного питания будет очень трудно или практически невозможно. А это грозит не только избыточным весом, но и серьезными проблемами со здоровьем. За счет быстрого роста и развития в этом возрасте имеется повышенная потребность в калориях и питательных веществах. Неправильное питание рано или поздно приведет к проблемам со здоровьем. 14–16 лет – это время активного роста, которому сопутствует повышенный аппетит. Задачей родителей является объяснить подростку вред нерегулярного питания всухомятку, найти альтернативу чипсам и булочкам, например, сухофрукты и орешки.

Питание должно быть четырехразовое: завтрак – 25 %; обед – 35–40 %, полдник – 15 %, ужин – 20–25 % от суточной потребности в питательных веществах. Калорийность пищи рассчитывается так: на 1 кг массы тела должно потребляться примерно 1,8 ккал. Это значит, что в сутки подросток должен съедать примерно 3000 ккал, а при повышенной физической нагрузке – 3500 ккал. У мальчиков в этот период особенно велика потребность в энергии, и не редкость, что окружающих поражает их повышенный аппетит. Продукты, которые становятся главной причиной ожирения у подростков и должны быть исключены из употребления полностью:

  • чипсы, газировки, шоколадные батончики и конфеты;

  • соусы промышленного производства (кетчупы, майонезы, аджики и др.);

  • продукты из переработанного мяса (колбаса, ветчина, сосиски);

  • хлебобулочные изделия и фаст - фуд;

  • жареное (особенно котлеты и картошка, жареные пирожки).

Есть следует преимущественно домашнюю еду. В подростковой диете можно устраивать разгрузочные дни, в которые питаться можно кефиром, гречкой на воде и свежими или запеченными фруктами. Но устраивать такие дни рекомендуется максимум один день в неделю. Калорийность – до 1000 ккал на сутки.

Результат неправильного питания может стать причиной:

  • заболеваний суставов (артрозов);

  • вероятность развития остеопороза;

  • задержка полового развития (ЗПР);

  • анорексия или ожирение;

  • проблемы с работой почек и желудочно-кишечного тракта;

  • развитие анемии;

  • сбои в работе сердца и центральной нервной системы.

Глава II. Практическая часть

II.1. Результаты опроса учащихся

Участники исследования: подростки 14-15 лет (8 классы) в количестве 54 человека (31 мальчик, 23 девочки).

Для проведения исследования нами была разработана анкета «Питание подростка». Необходимо было выбрать нужный ответ из предложенных вопросов (приложение 1). Ответы сведены в таблицу и указаны на диаграмме.

Итоги анкетирования

№ вопроса

1

2

3

4

5

6

7

8

№ ответа

1)

30

20

31

28

38

35

3

0

2)

18

23

21

26

16

4

43

0

3)

6

11

2

--

0

15

9

54

Проанализировав питание учащихся, могу сделать следующие выводы: полноценным питание учащихся можно назвать, но необходимо прислушаться к общим правилам здорового питания;

  • в целом соблюдается режим дня, но некоторые учащихся не успевают завтракать дома;

  • большинство употребляют в пищу молочные и кисломолочные продукты, а так же в равных долях мясо и колбасу;

  • подростки регулярно употребляют в пищу свежие фрукты и овощи;

  • у 87% учащихся вес находится в норме; у 13% наблюдается превышение допустимого веса.

II. 2. Измерение калорийности.

При использовании оборудования из лаборатории einsteina мы провели измерения количества теплоты, выделившееся при сгорании различных продуктов и перевели в калории.

В данном эксперименте мы будем определять энергетическую ценность пищи - удельное количество энергии (в кДж/г), выделяемой при сгорании трех образцов продуктов питания. Эта энергия нагревает известную массу воды, и ее количество можно рассчитать с помощью уравнения:

Q = c × m × Δt,

где с - удельная теплоемкость воды, Δt - изменение температуры воды, m – масса воды, Q - количество поглощенного тепла.

Удельное количество энергии, содержащейся в пище, получается путем деления количества энергии, затраченной на нагрев воды, на массу сгоревшего продукта:

Е пищи = Q/m пищи,

Где, Е пищи - удельное количество энергии, содержащейся в пище, mпищи - масса сгоревшей пищи.

Схема экспериментальной установки:

Оборудование и материалы:

  • Регистратор данных einstein™ LabMate+;

  • Персональный компьютер с программой MultiLab 4;

  • Штатив с кольцевым кронштейном;

  • Банка для образца продукта питания;

  • Банка для воды (100-200 мл);

  • Три образца продуктов питания;

  • Весы;

  • Стеклянные палочки для перемешивания воды;

  • Мерный цилиндр;

  • Холодная вода;

  • Спички;

  • Датчик температуры.

Проведение эксперимента:

  1. Определите массу пустой банки для продуктов.

m = 40 г

  1. Определим массу образца продуктов.

mжиров = 7 г; mбелка = 7 г;mуглеводов = 6 г.

  1. Налить в предназначенную банку 100 мл воды

  2. Положить образец пищи в предназначенную для этого банку.

  3. Установить банку с образцом пищи непосредственно под банку с водой.

  4. Поместить датчик температуры в воду.

  5. Поджечь образец пищи и начать регистрацию данных на компьютер.

  6. Спустя 100 с остановить регистрацию данных.

  7. Сохранить данные опыта на компьютер.

  8. Повторить п.п. 3-11.

Изменение температуры воды при сжигании образцов пищи отражены в приложении 2.

Анализ результатов эксперимента:

  1. Найти изменение температуры воды (Δt) в процессе сгорания каждого образца пищи:

Δtбелка = 28 C0

Δtжиров = 18 C0

Δtуглеводов = 13 C0

  1. Рассчитайте с помощью уравнения (Q = c × m × Δt) количество тепла (Q), поглощённого водой.

Qбелка = 4,2 Дж/г × 100 г × 28 С0 = 11760 Дж

Qжиров = 4,2 Дж/г × 100 г × 18 C0 = 7560 Дж

Qуглеводов = 4,2 Дж/г × 100 г × 13 С0 = 4730 Дж

  1. Найти mпищи – массу пищи, которая сгорела.

mбелков = 1 г

mжиров = 1 г

mуглеводов = 2 г

  1. Определите удельную теплоту (кДж/г) – количество тепла, поглощённого водой при сгорании.

Ебелков =11760 Дж ÷ 1 г = 11760 Дж/г ̴͂ 11,8 кДж/г

Ежиров = 7560 Дж ÷ 1 г = 7560 Дж/г ̴͂ 7,6 кДж/г

Еуглеводов = 5460 Дж ÷ 2 г = 2730 Дж/г ̴͂ 2,6 кДж/г

По имеющимся у нас данным заполним таблицу:

 

mначальная, г

mсгоревшего, г

Δt, С0

Q, Дж

E, кДж/г

Белки

7

1

28

11760

11,8кДж/г

Жиры

7

1

18

7560

7,6 кДж/г

Углеводы

6

2

13

4730

2,6 кДж/г

Выводы

  • По общей картине графиков мы наблюдаем что, температура при сжигании углеводов ниже, чем у белков и жиров. Учитывая то, что, сгоревшего продукта углевода было больше можно сделать вывод о том, что при активной деятельности количество углеводов сгорает больше, выделяя меньшее кол-во энергии, а белков по количеству с жирами одинаково, но энергетическая ёмкость белков гораздо выше жиров.

  • Наше тело, если его сравнивать с устройством, использовавшимся для проведения нашего исследования, играет роль «дымовой трубы». Кислород нашего организма как раз и обеспечивает «сгорание», то есть усвоение съеденной нами пищи, точно так же, как кислород, содержащийся в воздухе, поддерживает горение продуктов.

  • В результате сделанных расчётов, я выяснил, что можно компенсировать энергетические затраты человека. Данная работа имеет приоритет в том, что на основе правильных энергетических комбинаций, можно добиться того, что организм человека не будет испытывать потери энергии, а также потреблять энергии больше, чем он расходует в результате своей жизнедеятельности.

Заключение

Россия находится на третьем месте в мире по распространенности ожирения и избыточной массы тела: более 30 % трудоспособного населения страдает избыточной массой тела и ожирением. В то же время ни в отечественной науке, ни в государственной политике не прослеживается должного понимания, как масштабов проблемы, так и ее социального характера.

Всем должно быть ясно, что профилактика ожирения является одним из основополагающих принципов оздоровления нашего общества, так как основная причина высокой смертности тучных людей - это не само ожирение, а его тяжелые сопутствующие заболевания.

В ходе проведенной исследовательской работы мы не выявили больших проблем, касающихся питания школьников. Нужно разработать комплекс мер, направленных на профилактику нарушения веса.

Необходимо также вести пропаганду здорового образа жизни в частности разъяснять учащимся основы здорового питания. Придерживаться правил правильного питания совсем не сложно. Самое главное чтобы это вошло в привычку. Это должно стать приоритетным направлением в образовательном учреждении, т.к. последствия нарушения здорового питания будут сказываться и на дальнейшем учебном процессе, и в будущем на трудоспособности человека.

Список использованных источников и литературы

В процессе работы над данной темой мною была изучена и проанализирована научно – познавательная литература, которая помогла осуществить выполнение данной работы.

  • Цифровые лаборатории einstein™. Лабораторные работы по физике: Руководство для учителя. – Fourier Systems Ltd., 2013.

  • http://smartfigura.ru/raschet-kaloriynosty/kak-opredelit-kaloriynost.html

  • https://babyfoodtips.ru/2020136-pravilnoe-pitanie-dlya-podrostkov-14-16-let/

Приложение 1. Анкета «Питание подростка»

Отметьте свой ответ V

1. Сколько раз в день Вы едите? 1) 3-5 раз, 2) 1-2 раза, 3) 7-8 раз, сколько захочу.

2. Завтракаете ли Вы дома перед уходом в школу? 1) да, каждый день, 2) иногда не успеваю,3) не завтракаю.

3. Употребляете ли Вы в пищу свежие овощи?1) всегда, постоянно, 2) редко, во вкусных салатах, 3) не употребляю.

4. Что вы предпочитаете более?

1) Отваренную грудку

2) Колбасу

5. Как часто вы употребляете в пищу мясо, рыбу, яйца, молоко?

1)всегда, постоянно, 2) редко3) не употребляю.

6.Поев чего, вы долго не чувствуете голода?

1) Мясо, рыбу, яйца

2) мясные полуфабрикаты, колбаса

3) овощи и фрукты

7. Как часто вы употребляете чипсы, фаст-фуд, сухарики?

1)всегда, постоянно, 2) редко3) не употребляю.

8. Какие продукты ты считаешь вредными?

1) фрукты, овощи

2) молоко, яйца

3) фаст-фуд, чипсы

Приложение 2.

Белки:

Жиры:

Углеводы: