XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изучение влияния безалкогольных газированных напитков на организм человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Румянцев А.А. 1

---

1ГБОУ ЛНР «Беловская СШ №2»

Кочубей О.В. 1

---

1ГБОУ ЛНР «Беловская СШ №2»

Работа в формате PDF

1.7 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), взрослому человеку необходимо потреблять около 2-3 литров воды в день для поддержания нормальной жизнедеятельности. Однако в современном обществе человечество освоило искусство создания разнообразных напитков, среди которых особое место занимают безалкогольные газированные напитки [5].

Умеренное потребление газированных напитков, по всей видимости, не оказывает деструктивного воздействия на организм. Однако, систематическое употребление избыточных доз подслащенных газированных напитков может спровоцировать ряд нежелательных последствий для развивающегося организма. В частности, могут наблюдаться аллергические проявления, развитие ожирения, гастритические и язвенные поражения желудочно-кишечного тракта, колит, а также поражение твердых тканей зубов, а именно кариес [8].

В связи с этим возникает актуальная проблема регулирования употребления указанных продуктов в целях поддержания оптимального состояния здоровья и минимизации потенциального вреда для физиологических систем организма. Данные факты служат веским обоснованием для выбора темы данного исследования и подтверждают его актуальность [15].

Целью данного исследования стало изучение химического состава газированных напитков и оценке их потенциального воздействия на физиологическое состояние человека.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- изучить теоретический материал по теме исследования;

- рассмотреть классификацию и химический состав сладких газированных напитков;

- выявить физиологическое воздействие основных компонентов газированной воды на организм человека;

- осуществить сравнительный анализ наиболее востребованных газированных напитков;

- разработать практические рекомендации для потребителей, учитывая научные данные о потенциальном вреде или пользе рассматриваемых напитков.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.1. Производство сладких безалкогольных газированных напитков

Производство сладких газированных напитков (СГН) представляет собой сложный технологический процесс, включающий в себя несколько этапов, каждый из которых критически важен для обеспечения качества и безопасности конечного продукта. Ключевыми особенностями являются подготовка воды, приготовление сахарного сиропа, смешивание ингредиентов, газирование и розлив [7].

Подготовка воды – это фундаментальный этап, определяющий вкусовые характеристики СГН. Вода должна соответствовать строгим стандартам качества, регламентированным нормативными документами (например, СанПиН 2.1.4.1116-02 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости"). Она подвергается многоступенчатой очистке, включающей фильтрацию от механических примесей, удаление органических соединений с помощью активированного угля, дезинфекцию ультрафиолетовым излучением или озонированием, и, при необходимости, умягчение для снижения содержания солей жесткости [17].

Приготовление сахарного сиропа требует точного соблюдения пропорций и температурных режимов. Как правило, используют инвертный сахар, получаемый путем гидролиза сахарозы, что предотвращает кристаллизацию сахара в готовом напитке и обеспечивает более стабильный вкус. Согласно исследованиям, применение инвертного сахара также способствует улучшению микробиологической стабильности СГН (Roberts, 2000). Смешивание сахарного сиропа с другими ингредиентами, такими как вкусоароматические добавки, кислоты (лимонная, ортофосфорная), консерванты и красители, осуществляется в строго контролируемых условиях для обеспечения гомогенности смеси [1].

Газирование – это насыщение напитка диоксидом углерода (CO₂) под давлением. Этот процесс обычно проводится в сатураторах, где напиток контактирует с CO₂ при низкой температуре (около 2-4 °C) и высоком давлении (до 5-6 бар) для повышения растворимости газа [13].

Эффективность газирования напрямую влияет на органолептические свойства СГН, такие как освежающий эффект и пенообразование.

Розлив и упаковка – заключительный этап, требующий соблюдения строгих санитарных норм для предотвращения микробного заражения. Напиток разливается в стерилизованные бутылки или банки, укупоривается и маркируется. Современные линии розлива обычно автоматизированы и оснащены системами контроля качества для обнаружения дефектов упаковки и обеспечения герметичности. Пастеризация или асептический розлив применяются для увеличения срока годности СГН, особенно тех, которые не содержат консервантов [11].

Производство газированных безалкогольных напитков в России стремительно развивается, и уже сегодня наш рынок данных товаров входит в десятку самых глобальных в мире. Его объемы составляют четыре с половиной миллиарда литров в год. Отрасль включает около пятидесяти крупных и сорока средних производственных мощей.

Ассортимент газированных напитков поражает своим разнообразием. Рынок России считается самым крупным в Восточной Европе. Темпы его роста не уменьшаются.

Более половины всех предприятий представлены зарубежными брендами, которые развиваются еще с восьмидесятых готов прошлого века [14].

1.1.2. Состав и свойства газированных напитков

Газированные напитки представляют собой сложные многокомпонентные системы, состоящие из воды, углекислого газа (CO2), подсластителей, кислот, ароматизаторов, красителей и консервантов. Основным компонентом является вода, от качества которой напрямую зависят органолептические свойства и стабильность готового продукта [1]. Вода должна соответствовать строгим стандартам, регламентируемым нормативными документами, и быть свободной от микроорганизмов, органических веществ и посторонних привкусов.

Углекислый газ, используемый для газирования, придает напитку освежающие свойства и способствует увеличению срока годности за счет ингибирования роста некоторых микроорганизмов [2]. Растворимость CO2 в воде зависит от температуры и давления: более низкая температура и высокое давление способствуют увеличению концентрации CO2 в напитке. При открытии бутылки давление снижается, что приводит к высвобождению CO2 в виде пузырьков.

Подсластители, такие как сахароза, глюкоза, фруктоза или искусственные заменители сахара (аспартам, сахарин, сукралоза), используются для придания напитку сладкого вкуса. Концентрация подсластителей варьируется в зависимости от типа напитка и желаемой степени сладости. Искусственные подсластители применяются в низкокалорийных или диетических напитках [3].

Кислоты, такие как лимонная, яблочная или фосфорная, добавляются для регулирования pH, придания напитку кислотности и улучшения вкусовых характеристик. Кислотность также способствует консервации продукта [4]. Ароматизаторы и красители используются для создания желаемого вкуса и внешнего вида напитка. Ароматизаторы могут быть натуральными (экстракты фруктов, ягод, трав) или искусственными. Красители, как правило, синтетические, и их использование регламентируется законодательством.

1.1.3. Влияние состава газированных напитков на организм человека

Основу любого напитка составляет вода. Кроме воды в напитках содержатся иные вещества, оказывающие действие на наш организм. Это действие может оказаться положительным или отрицательным, в зависимости от регулярности употребления какого-либо напитка [9].

Некоторые негативные влияния безалкогольных газированных напитков на организм человека:

1. Эрозия и кариес зубов. Кислоты, содержащиеся в сладких газированных напитках, попадают на зубную эмаль и снижают её прочность.

2. Отрыжка и изжога. Желудок растягивается из-за скопления углекислого газа, во время отрыжки пища и желудочная кислота могут подниматься по пищеводу, вызывая кислый привкус во рту.

3. Заболевание печени. Чрезмерное потребление сладких газированных напитков может привести к перегрузке фруктозой, в результате печень преобразует её в жир, который в ней накапливается.

4. Повышенный риск ожирения. Употребление газированных напитков с сахаром добавляет “пустых” калорий в рацион, что ведёт к избыточному весу.

5. Повышенный риск развития диабета. Быстрые углеводы повышают концентрацию глюкозы в крови, в результате организму требуется больше инсулина.

6. Снижение прочности костей. Газированные напитки типа колы содержат ортофосфорную кислоту, которая может снизить прочность костей, особенно у женщин.

7. Заболевание почек. Газированные напитки, в составе которых кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы, негативно сказываются на здоровье почек, так как повышают уровень мочевой кислоты и провоцируют возникновение мочекаменной болезни.

8. Обезвоживание. Употребление газировки может привести к обезвоживанию из-за высокого содержания в ней сахара, натрия и кофеина.

Людям, которые имеют какие-либо заболевания или склонность к ним, следует совсем исключить из своего рациона сладкие газированные напитки [15].

1.1.4. Экологические последствия производственной деятельности

Производство газированных напитков, как и любая промышленная деятельность, оказывает комплексное воздействие на окружающую среду. Экологические последствия обусловлены использованием значительных объемов водных ресурсов, генерацией отходов производства и выбросами загрязняющих веществ в атмосферу. В частности, потребление воды связано не только с технологическими процессами, такими как мойка оборудования и розлив продукции, но и с выращиванием сельскохозяйственных культур, используемых в качестве сырья (например, сахарная свекла или фрукты) [16].

Отходы производства, включающие бракованную продукцию, остатки сырья и упаковочные материалы, представляют собой серьезную проблему с точки зрения утилизации и переработки. Неправильное обращение с отходами может приводить к загрязнению почвы и водных объектов, а также к образованию свалок, оказывающих негативное воздействие на здоровье населения и биоразнообразие [8].

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу связаны с использованием ископаемого топлива для производства энергии, необходимой для работы оборудования и транспортировки сырья и готовой продукции. К основным загрязнителям относятся парниковые газы (диоксид углерода, метан), оксиды азота и серы, а также твердые частицы. Эти выбросы способствуют изменению климата, образованию кислотных дождей и ухудшению качества воздуха [14].

Таким образом, производственная деятельность в сфере газированных напитков сопряжена с рядом экологических рисков, требующих принятия мер по снижению негативного воздействия на окружающую среду [6].

1.2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работа осуществлялась на базе Государственного бюджетного общеобразовательного учреждения «Беловская средняя школа №2».

В исследовании была проведена оценка органолептических и химических показателей безалкогольных газированных напитков отечественных и зарубежных производителей.

Для оценки органолептических и химических свойств использовали пятибалльную шкалу.

Сравнительные испытания проводили в соответствии с методическими рекомендациями и включали в себя оценку, органолептических показателей, таких как внешний вид, прозрачность и цвет.

Внешний вид – комплексный показатель, который характеризует общее зрительное впечатление о товаре, включает ряд таких единичных показателей, как форма, состояние поверхности, однородность по размеру, качество оформления и т.д.

Прозрачность и цвет – показатель внешнего вида, характеризующий впечатление, вызванное отраженными световыми лучами видимого цвета. Для определения прозрачности и цвета стакан с напитком ставят на лист белой бумаги и просматривают его на свет и на бумагу. Отмечают цветовые оттенки: светло-красный, зеленый, желтый, голубой, и др., а также- интенсивность окраски. При определении прозрачности устанавливают: полную прозрачность, наличие мути (опалесценции), наличие осадка (крошки от пробки, дрожжи, нерастворимые соли и др.) [1].

Анализ химического состава газированных безалкогольных напитков проводился с учетом маркировки продукции. Идентификация ортофосфорной и лимонной кислот осуществлялась посредством стандартизированных методик. Для исследования воздействия данных кислот на структуру белка, образцы мышечной ткани объемом 0,5 см³ инкубировали в 120 мл исследуемой жидкости в течение 24 часов. Данный подход позволяет оценить степень денатурации белка под воздействием кислотной среды, что соответствует методикам, применяемым в токсикологических и биохимических исследованиях.

Определение кислотного индекса безалкогольных газированных напитков проводилось посредством индикаторной бумаги, что является стандартным методом качественной оценки кислотности [6].

Для оценки воздействия химического состава безалкогольных газированных напитков на структуру эмали, фрагмент куриной скорлупы, стандартизированный по площади поверхности и толщине, был помещен в 100 мл исследуемого напитка. Экспозиция проводилась в течение 24 часов при контролируемой температуре (25 ± 1°C).

Определение динамики уровня глюкозы в крови проводилось посредством анализа образцов капиллярной крови с использованием портативного глюкометра OneTouch Select Plus Simple. Перед началом исследования каждый участник был подробно проинформирован о целях, задачах и методологии проводимого анализа, а также о гарантиях сохранения конфиденциальности полученных данных. Измерение концентрации глюкозы в крови осуществлялось дважды: непосредственно перед употреблением исследуемого напитка и через 60 минут после его приема (приложение 2).

В соответствии с методологией исследования, полученные данные были систематизированы и представлены в форме протоколов-таблиц (приложение 1). Эти протоколы-таблицы являются документацией, фиксирующей итоги проведенных экспериментальных процедур согласно принципам научной отчетности.

1.3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.3.1. Органолептическая оценка газированных безалкогольных напитков

Рисунок 1.3.1.1. Результаты органолептической оценки газированных безалкогольных напитков

Визуальная оценка безалкогольных газированных напитков выявила (рис. 1.3.1.1.) их безупречный внешний вид и кристальную прозрачность, удостоенные максимальной оценки в 5 баллов. Однако, цвет образца 1 разочаровал отсутствием характерного искрящегося блеска, за что он получил лишь 2 балла. Остальные же образцы газированных напитков продемонстрировали свойственные им насыщенные цвета с живым блеском, заслужив оценку в 4-5 баллов.

1.3.2. Изучение химического состава газированных безалкогольных напитков на мышечную ткань

С целью оценки воздействия указанных в маркировке кислот на биологические ткани, образцы мышечной ткани были помещены в исследуемые напитки.

Таблица 1.3.2.1.

Влияние кислот, содержащихся в газированных напитках на структуру белка

Экспертиза маркировки безалкогольных напитков выявила наличие ортофосфорной кислоты в образцах №3 и №4, а лимонной кислоты – в образцах №1, №2 и №5 (таблица 1.3.2.1.). Результаты эксперимента продемонстрировали денатурацию белка, визуально определяемую по образованию осадка, в образцах №3 и №4.

Данный факт свидетельствует о деструктивном влиянии ортофосфорной кислоты на структуру мышечной ткани.

1.3.3. Определение кислотного индекса безалкогольных газированных напитков

Регулярное употребление напитков с повышенной кислотностью может приводить к деминерализации и эрозии зубной эмали, что увеличивает риск развития кариеса и повышенной чувствительности зубов. Помимо воздействия на эмаль, высокое содержание кислот в газированных напитках может оказывать негативное влияние на желудочно-кишечный тракт, способствуя развитию гастрита и других заболеваний [3].

Рисунок 1.3.3.1. Определение кислотности безалкогольных газированных напитков

Результаты измерений кислотности безалкогольных газированных напитков с помощью индикаторной бумаги (рис.1.3.3.1) показали, что для исследуемых образцов значение pH составило 3, что свидетельствует о высокой кислотности среды. Данный показатель обусловлен присутствием в составе напитков таких кислотообразующих компонентов, как диоксид углерода (образующий угольную кислоту при растворении), лимонная кислота (C₆H₈O₇) и ортофосфорная кислота (H₃PO₄).

В связи с этим, рекомендуется умеренное потребление газированных напитков для минимизации потенциальных рисков для здоровья.

1.3.4. Влияние химического состава безалкогольных газированных напитков на зубную эмаль

Рисунок 1.3.4.1. Влияние химического состава газированных напитков на зубную эмаль

В структуре яичной скорлупы не выявлено каких-либо физических изменений, однако установлено наличие изменений в пигментации, указывающее на присутствие искусственных красителей (рис.1.3.4.1). Данный факт, в свою очередь, может оказывать влияние на оттенок зубной эмали.

Подобное воздействие обусловлено снижением pH в ротовой полости, что создает благоприятную среду для развития кариесогенных бактерий и способствует растворению гидроксиапатита, основного минерального компонента эмали

1.3.5. Изучение изменения уровня глюкозы в крови

Рисунок 1.3.5.1. Изменения уровня глюкозы в крови

В ходе исследования (рис. 1.3.5.1.) было зафиксировано незначительное снижение уровня глюкозы в крови у испытуемых №1, 2, 4 и 6. В то же время у испытуемых №3 и №5 наблюдалось незначительное повышение данного показателя.

Предполагаемый механизм снижения уровня глюкозы у первой группы испытуемых заключается в гиперинсулинемии, возникающей в ответ на резкое увеличение концентрации глюкозы. Согласно современным представлениям, подобная реакция может быть обусловлена избыточной секрецией инсулина β-клетками поджелудочной железы, приводящей к быстрому и значительному снижению уровня глюкозы в крови.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Систематическое и чрезмерное потребление газированных напитков в педиатрической и подростковой популяциях статистически значимо коррелирует с повышенной вероятностью развития ряда патологических состояний, включая заболевания желудочно-кишечного тракта, избыточную массу тела и ожирение, кариозные поражения зубов, нефролитиаз, аллергические реакции и поведенческие аберрации, в виде агрессивного поведения.

2. Высокая концентрация лимонной и ортофосфорной кислот в сладких газированных напитках оказывает негативное воздействие на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и эмаль зубов, вызывая ее деминерализацию и повышая риск развития эрозии.

3. Производственная деятельность в сфере газированных напитков несет экологические риски, требующие мер по минимизации негативного воздействия на окружающую среду.

4. На основании проведенного исследования безалкогольных газированных напитков все образцы представляют опасность для здоровья при регулярном и избыточном их употреблении.

5. В результате выполненного изыскания были сформулированы рекомендации, представленные в форме информационного буклета. Указанный буклет был распространён среди обучающихся в образовательном учреждении с целью повышения уровня информированности и формирования ответственного подхода к собственному здоровью (приложение 3).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р 51153-98. Напитки безалкогольные газированные и напитки хлебного сырья. Метод определения двуокиси углерода.

2. Интернет-журнал «Школа жизни». В нём есть статья О. Антонова «Что содержат газированные напитки» (2006).

3. Интернет-журнал «Диагноз». В рубрике «Медицинские статьи» представлена работа врача-гастроэнтеролога И. В. Сенченко «Газированные напитки: вред и польза» (2014).

4. Артеменко А. И. «Органическая химия и человек: Теоретические основы». Учебное пособие для общеобразовательных учреждений с углублённым изучением предмета (2000).

5. Гельфман М. И. «Коллоидная химия». 2-е изд., СПб.: издательство «Лань», 2004.

6. Кудряшов Л. С. «Стандартизация, метрология и сертификация в пищевой промышленности». М.: ДеЛиПинт, 2002.

7. Николаева М.А. Идентификация и фальсификация продовольственных товаров.- М.: Экономика, - М., 2004.

8. Сарафанова Л. А. «Пищевые добавки». М.: ГИОРД, 2004.

9. Петровский Б. В. «Краткая медицинская энциклопедия». М.:

10. Советская энциклопедия, 1989.

11. Холмогорова Г. «Таблица Менделеева в вашем организме». АиФ, 2006.

12. Хюннинен Г. Е. «Размышления о здоровье». Здоровье, 2002.

13. Шепелев А.Ф., Мхитарьян К.Р. Товароведение и экспертиза вкусовых и алкогольных товаров. Ростов-на-Дону: издательский центр "МарТ", 2001.

14. https://www.cge21.ru/news/4935

15.https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-po-teme-vliyanie-gazirovannih-napitkov-na-organizm-cheloveka-1389571.html

16. https://profilaktica.ru/sotsialnye-seti/pitanie/gazirovka-pit-ili-ostavatsya-zdorovym/

17. https://12sanepid.ru/press/publications/2889.html?print=y

18.https://www.cge48.ru/gigienicheskoe-vospitanie-i-obuchenie/informaciya-dlya-naseleniya/vred-sladkih-gazirovannyh-napitkov.htm

19.https://studizba.com/lectures/selskoe-hozjajstvo-i-pischevaja-promyshlennost/bezalkogolnye-napitki/29174-jekspertiza-napitkov.html

20.https://sosgim.gosuslugi.ru/roditelyam-i-uchenikam/poleznaya-informatsiya/praktikum-po-gazirovke/

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Протоколы исследований

Таблица 1. Органолептическая оценка

Таблица 2. Измерения кислотности газированных напитков

Таблица 3. Влияние химического состава газированных напитков на зубную эмаль

Таблица 4. Изменения уровня глюкозы в организме человека

Приложение 2

Фотографии исследований

Приложение 3

Информационный буклет