Spis treści

Spis treści
Wstęp | 5
Rozdział 1. Zasoby Ziemi
1.1. Zasoby Ziemi – pierwiastki | 12
1.2. Zasoby Ziemi – tlenki | 23
1.3. Zasoby Ziemi – ważne sole | 35
1.4. Gleba – życiodajne źródło | 51
1.5. Zasoby Ziemi – tradycyjnie stosowane surowce energetyczne | 69
1.6.Zasoby Ziemi – niekonwencjonalne sposoby pozyskiwania energii | 84
Repetytorium | 102
Przeczytaj więcej | 106
Sprawdź się | 108
Rozwiąż przed sprawdzianem | 112
Rozdział 2. Chemia a żywność
2.1. Żywność to substancje chemiczne | 118
2.2.Sposób odżywiania – decyzja, którą można oprzeć na wiedzy chemicznej | 130
2.3.Używki, dopalacze i narkotyki – substancje chemiczne, których należy unikać | 136
2.4. Produkcja żywności to procesy fizyczne i reakcje chemiczne | 145
2.5. Konserwacja żywności to również procesy fizyczne i reakcje chemiczne | 153
Repetytorium | 159
Przeczytaj więcej | 162
Sprawdź się | 164
Rozwiąż przed sprawdzianem | 168
Rozdział 3. Chemia wokół nas
3.1. Chemia zapobiega chorobom i leczy | 172
3.2. Chemia pomaga umyć, uprać, wyczyścić | 183
3.3. Chemia dba o urodę | 199
3.4. Chemia opakowań | 212
3.5. Chemia ubiera | 228
Repetytorium | 238
Przeczytaj więcej | 241
Sprawdź się | 243
Rozwiąż przed sprawdzianem | 246
Rozdział 4. Ratujmy naszą planetę
4.1. Powietrze atmosferyczne i jego ochrona | 252
4.2. Zasoby wodne i ich ochrona | 265
4.3. Gleba i jej ochrona | 277
4.4. Odpady i ich zagospodarowanie | 284
Repetytorium | 294
Przeczytaj więcej | 296
Sprawdź się | 298
Rozwiąż przed sprawdzianem | 301
Rozwiązania zadań zamkniętych Sprawdź się | 304
Literatura | 305
Indeks rzeczowy | 306
Rozdział 2
Chemia
a żywność
Czy można odżywiać się tylko
owocami i warzywami?
Czy warto liczyć kalorie?
Jak urozmaicać
codzienną dietę?
Hamburger, sałatka,
a może ciastko?
Komputer czy rower?
Skąd się biorą dziury w serze?
Co łączy kawę, herbatę,
guaranę i colę?
Czy mrożonki są zdrowe?
Używki, sterydy,
dopalacze, narkotyki
– czy warto?
136
136
Rozdział 2
Chemia a żywność
2.3. Używki, dopalacze i narkotyki – substancje
chemiczne, których należy unikać
!
Przypomnij sobie z lekcji chemii:
Kwasy nieorganiczne i ich
właściwości. Etanol i jego wpływ
na organizm człowieka. Wzór
szkieletowy.
Jest wiele substancji, które nie mają wartości odżywczych,
a jednak są przyjmowane przez człowieka ze względu na ich
smak i zapach (np. przyprawy – fot. 14) lub oddziaływanie
na układ nerwowy (używki – fot. 15).
Przypomnij sobie z lekcji
biologii: Substancje szkodliwe.
Które z substancji dostępnych w sprzedaży
są niezdrowe, a które wręcz niebezpieczne?
Fot. 14. Przyprawy
Stosowanie używek przez długi czas i w nadmiernych
ilościach powoduje negatywne efekty zdrowotne, a jednocześnie prowadzi do uzależnienia psychicznego lub
fizycznego albo obu jednocześnie. Do używek zaliczamy
m.in.: alkohol (piwo, wino, wódkę), nikotynę (z tytoniu),
kofeinę (w kawie, napojach typu cola, napojach energetyzujących, herbacie – fot. 16) oraz najbardziej niebezpieczne
– dopalacze i narkotyki (rys. 7).
Fot. 15. Zaprzeczenie współczesnej
piramidy żywieniowej
Fot. 16. Plantacja herbaty
Rys. 7. Zakaz używania.
Uwaga na niebezpieczne używki
W zalegalizowanej sprzedaży znajdują się alkohole,
wyroby tytoniowe, sterydy (zakazane dla sportowców).
Na granicy prawa są dostępne dopalacze, natomiast sprzedaż narkotyków jest zabroniona. Ważne, aby zdawać sobie sprawę z konsekwencji wynikających z korzystania
z używek. Na kilku następnych stronach zostały opisane
wybrane substancje, których spożywanie może szkodzić
zdrowiu.
Chemia a żywność
137
Rozdział 2
Co to jest kofeina?
Kofeina jest najpopularniejszą używką. Występuje w napojach typu cola, napojach energetyzujących, kawie i herbacie. Pozyskuje się ją z liści herbaty, ziaren kawy, w mniejszym stopniu z liści i łodyg ostrokrzewu paragwajskiego
oraz owoców kakaowca (fot. 17).
Kofeina, w zależności od pochodzenia, jest różnie
nazywana:
• teiną (z herbaty),
• guaraniną (z guarany),
• mateiną (z yerba mate – ostrokrzewu paragwajskiego).
Wrażliwość na kofeinę to sprawa indywidualna, jednak
nie ma wątpliwości, że każdy organizm z czasem się do niej
przyzwyczaja, tzn. do uzyskania podobnego efektu jest
konieczna większa dawka kofeiny.
O
H3C
O
CH3
N
N
N
N
CH3
Rys. 8. Kofeina
Kofeina jest organicznym związkiem heterocyklicznym,
który należy do alkaloidów. Na rysunku 8. przedstawiono jej wzór szkieletowy. Nie przypomina on poznanych
w gimnazjum wzorów związków chemicznych, a jednak
na podstawie zdobytej wcześniej wiedzy można już coś
o nim powiedzieć. Jest to cząsteczka o budowie cyklicznej, pierścieniowej. Jeden pierścień składa się z pięciu
atomów, drugi z sześciu. Każdy kąt pierścienia oznacza
obecność atomu węgla. W obu pierścieniach dwa atomy
węgla są zastąpione atomami azotu. Każdy atom węgla
tworzy cztery wiązania, a atom azotu – trzy. To oznacza,
że niewidoczne we wzorze, a występujące w rzeczywistości,
są atomy wodoru. Niektóre z nich mogą być podstawione
np. grupą metylową (–CH3­­). Wzór sumaryczny kofeiny
to: C8H10N4O2.
Fot. 17. Owoce kakaowca
Związki heterocykliczne
(gr. heteros – ‘inny’) – organiczne związki pierścieniowe,
w których co najmniej jeden
atom węgla w pierścieniu jest
zastąpiony innym atomem,
np. atomem azotu lub tlenu.
Przykładami takich związków
są pirydyna i furan.
H
Furan
H
C
H
C
C
O
C
H
Alkaloidy – grupa związków
chemicznych o charakterze
zasadowym, najczęściej
heterocyklicznych, zwykle
pochodzenia roślinnego,
zawierających w cząsteczce
co najmniej jeden atom azotu
(np. chinina, morfina, kodeina, atropina, strychnina).
Niektóre alkaloidy znalazły
zastosowanie jako leki, inne
są truciznami.
138
138
Rozdział 2
Chemia a żywność
Co należy wiedzieć o napojach typu cola?
Fot. 18. Napój typu cola
U
Zarówno odkrywcy tego produktu – Amerykanie, jak
i młodzi ludzie z całego świata chętnie piją napoje gazowane typu cola (fot. 18). Oczywiście pełny skład coli
jest objęty tajemnicą patentową, ale co nieco ujawniono
w informacji podanej na etykietach. Na pewno w skład
napoju wchodzą, oprócz kofeiny (około 3,6 mg/100 ml),
kwas fosforowy(V) i kwas cytrynowy, cukier (chyba że jest
to wersja light – wtedy tzw. substancja słodząca, np. aspartam), rozpuszczony dwutlenek węgla, barwnik – karmel
(sacharoza poddana działaniu wysokiej temperatury, dzięki
czemu przyjmuje ciemnobrązową barwę).
Doświadczenie 2.3.1
Badanie odczynu napoju typu cola
Opis doświadczenia:
Do probówki zawierającej odgazowaną w wyniku krótkiego podgrzewania coca-colę dodaj kilka
kropel oranżu metylowego. Obserwuj zmiany zabarwienia.
Oranż metylowy w wodzie destylowanej barwi się na kolor żółty. Po dodaniu coca-coli zmienia
zabarwienie na pomarańczowoczerwone. Świadczy to o odczynie kwasowym tego napoju.
Napoje typu cola wykazują odczyn kwasowy (pH 2,5–3),
a ponieważ ślina u osób zdrowych ma odczyn obojętny lub
lekko zasadowy (zróżnicowane pH, zwykle pomiędzy 6,2
a 8,0), trudno o pełną neutralizację (zobojętnienie) znajdującej się w ustach coli. Tego typu napoje przyjmowane
w nadmiernej ilości mogą źle wpływać na stan zębów oraz
prowadzić do otyłości ze względu na zawartość cukru.
Zdecydowanie więcej kofeiny zawierają coraz bardziej
popularne napoje energetyzujące (30–35 mg/100 ml). Picie
ich przez dzieci i młodzież poniżej szesnastego roku życia
nie jest wskazane, a łączenie z alkoholem niebezpieczne
bez względu na wiek.
Chemia a żywność
Rozdział 2
Co należy wiedzieć o kawie?
Zawartość kofeiny w kawie zależy od źródła jej pochodzenia (gatunku – fot. 19), a także od sposobu przyrządzania
– inną ilość ma kawa espresso, a inną rozpuszczalna. Picie
zbyt dużej ilości tego napoju powoduje rozdrażnienie
i problemy ze snem, może być też przyczyną zaburzeń
pracy serca lub niezamierzonych zmian ciśnienia krwi.
W przypadku osób narażonych na duży wysiłek fizyczny
(np. sportowców) spożywanie kawy w nadmiarze wiąże się z ryzykiem odwodnienia i zakwaszenia. Produkty
uboczne procesu prażenia kawy występujące w osadzie
mogą powodować podrażnienie błony śluzowej żołądka.
Kawa pita w ograniczonej ilości wywiera pozytywny wpływ na organizm ludzki. Stymuluje pracę układów
krwionośnego i oddechowego, ułatwia koncentrację, niweluje uczucie zmęczenia i senności. Zwiększa też zdolność
do wysiłku fizycznego (m.in. redukując ból mięśni). Może
również przy szczególnych uwarunkowaniach zmniejszyć
ryzyko zachorowania na cukrzycę.
Fot. 19. Krzew kawy
Co należy wiedzieć o napojach alkoholowych?
Głównym składnikiem napojów alkoholowych jest etanol
(rys. 9). Produkuje się go z różnych roślin. W przypadku
wódek są to: ziemniaki, zboża (w tym ryż), buraki cukrowe, a w przypadku słabszych napojów alkoholowych:
winogrona (fot. 20) i inne owoce (jabłka, porzeczki itd.).
H
H
H
C
C
H
H
O
H
Fot. 20. Winnica
Rys. 9. Etanol
Ze względu na wywoływanie zmian w świadomości i wpływ na zachowanie człowieka, zwłaszcza
zmniejszenie lub zniesienie hamulców moralnych i prawidłowej oceny własnego postępowania,
Koran nie zezwala na picie jakichkolwiek napojów alkoholowych i używanie środków odurzających. Substancje te są zakazane w państwach, w których obowiązuje prawo islamu (np. w Arabii
Saudyjskiej, Libii, Sudanie, Iranie, Pakistanie, części Malezji), a ich spożywanie, nawet przez
niewierzących, jest karane np. chłostą.
139
140
140
Rozdział 2
Chemia a żywność
Jak białka, z których jest zbudowany organizm
ludzki, reagują na alkohol?
U
Doświadczenie 2.3.2
Badanie wpływu alkoholu etylowego na białko
Opis doświadczenia:
Do probówki zawierającej białko
jaja kurzego 1 dodawaj kroplami
alkohol etylowy o jak najwyższym
stężeniu, np. spirytus (96%) 2 ,
i wstrząsaj otrzymaną mieszaninę. Następnie dodaj wody i znowu wstrząsaj 3 . Obserwuj zachodzące zmiany.
1
2
3
W wyniku dodawania etanolu do białka jaja kurzego powstaje biały, kłaczkowaty osad. Etanol
powoduje ścinanie się białka. Alkohol ścina białko w sposób nieodwracalny, czyli powoduje
jego denaturację.
Z powyższego doświadczenia wynika, że nie należy
np. polewać ran spirytusem salicylowym, będącym głównie
alkoholowym roztworem kwasu salicylowego. Można jedynie omywać ich brzegi.
Pozytywny wpływ małych ilości
niektórych napojów alkoholowych na zdrowie nie jest
związany z obecnością w nich
alkoholu etylowego, ale innych
dodatkowych składników.
Zawarte w czerwonym winie
przeciwutleniacze (antyoksydanty – związki chemiczne
przeciwdziałające utlenianiu
innych substancji) zwalczają
wolne rodniki (wyjątkowo
aktywne atomy, jony lub cząsteczki mające co najmniej
jeden niesparowany elektron)
odpowiedzialne za starzenie
się komórek. Inne związki
chronią przed miażdżycą
i zakrzepami.
Z nadmiernym spożywaniem alkoholu wiąże się wiele
chorób przewodu pokarmowego (zapalenie błony śluzowej żołądka, jelit oraz trzustki, poalkoholowe zapalenie,
stłuszczenie i marskość wątroby), ośrodkowego układu
nerwowego (psychozy, zaburzenia pamięci krótkotrwałej
– dezorientacja, zaburzenie świadomości, napady drgawek nerwowych itd.), układu krążenia, a także chorób
metabolicznych, takich jak np. cukrzyca. Systematyczne
spożywanie alkoholu w każdej postaci (również piwa,
drinków itd.) prowadzi do uzależnienia.
Definitywnie nie wolno pić alkoholu, kiedy zażywa się
jakiekolwiek leki, nawet popularną aspirynę czy paracetamol. Alkohol wchodzi bowiem z wieloma lekarstwami
w nieprzewidziane reakcje i uszkadza ściany żołądka, wątrobę czy układ nerwowy.
Chemia a żywność
Alkoholu absolutnie nie wolno podawać dzieciom
i młodzieży przede wszystkim ze względu na jego negatywny wpływ na układ nerwowy, dalszy rozwój organizmu
i obniżenie zdolności podejmowania decyzji oraz oceny
konsekwencji własnych działań.
Wydaje się, że piwo jest niegroźnym napojem alkoholowym w porównaniu z tzw. napojami wysokoprocentowymi
(np. wódkami). Jednak dwie butelki piwa o stężeniu 4,65%
dają około 0,95‰ alkoholu we krwi dorosłego człowieka
o masie 70 kg w godzinę po spożyciu (na czczo). Należy
1
pamiętać, że Prawo o ruchu drogowym zabrania kierowania pojazdem osobie, która ma już 0,2‰ alkoholu we krwi
(rys. 10).
Rozdział 2
Rys. 10. Zakaz spożywania alkoholu
Co należy wiedzieć o tytoniu?
Aktywnym składnikiem tytoniu (fot. 21) jest nikotyna
(rys. 11). Liście tytoniu (fot. 22) w rozdrobnionej postaci
spala się w papierosach lub wdycha w tabace.
N
CH3
N
Rys. 11. Nikotyna
Fot. 21. Tytoń
Nikotyna, podobnie jak kofeina, należy do hetero­cyk­licznych związków organicznych – alkaloidów.
Wśród pracowników zakładów związanych z przeróbką tytoniu są odnotowywane: zanik błon śluzowych nosa, gardła
i krtani, zmiany zapalne błony śluzowej dziąseł z bolesnymi
owrzodzeniami, zapalenie oskrzeli i spojówek, znieczulenie
rogówki. Zdarzają się dolegliwości ogólne, takie jak: ból
głowy, brak łaknienia, zaburzenia nerwowe, zwolnienie
tętna, zwiększona kwaśność soku żołądkowego, ślinotok,
drżenie ciała. Nikotyna oddziałuje także niekorzystnie
na słuch.
Ustawa z dnia 20 czerwca 1997 roku (Dz.U. z 1997 r. Nr 98 poz. 602).
1
Fot. 22. Suszenie tytoniu
141
142
142
Rozdział 2
Chemia a żywność
Po wypaleniu paczki papierosów w warunkach laboratoryjnych
(przy użyciu pompki wodnej), a następnie po wyekstrahowaniu
produktów spalania i ich odparowaniu w kolbie pozostaje
warstwa smoły.
1
2
1 Zestaw do laboratoryjnego spalania papierosów
2 Smoła – produkt spalania papierosów
Fot. 23. Zdrowe płuca i płuca
nałogowego palacza
Znajdująca się w tytoniu nikotyna jest trucizną. Działa
na układ nerwowy – początkowo pobudzająco, a następnie
podrażniająco. Blokuje działanie wielu enzymów, co w konsekwencji może doprowadzić do trwałego uszkodzenia
układu nerwowego. Powoduje też poważne zmiany w płucach
(fot. 23), z nowotworowymi włącznie.
Równie niebezpieczne jak palenie czynne jest palenie
bierne, czyli wdychanie dymu z papierosa.
Co należy wiedzieć o sterydach i dopalaczach?
Fot. 24. Sylwetka kulturysty
Sterydy anaboliczne to substancje powodujące przyspieszenie dzielenia się komórek tworzących tkanki organizmów
zwierzęcych i ludzkich. Wynikiem ich działania jest gwałtowny przyrost masy mięśniowej budującej u człowieka
sylwetkę kulturysty (fot. 24). Z tego samego powodu sterydy są stosowane w hodowli zwierząt rzeźnych. Jednym
z najbardziej znanych naturalnych sterydów anabolicznych
jest testosteron, który pełni też funkcję męskiego hormonu
płciowego (rys. 12).
Dodatkowe dawki testosteronu rozregulowują równowagę hormonalną organizmu, przyspieszają starzenie się
niektórych tkanek (przyczyniają się do rozwoju osteoporozy), powodują nienaturalny spadek popędu seksualnego
u mężczyzn i jego sztuczny wzrost u kobiet.
CH3
OH
CH3
O
Rys. 12. Testosteron
Chemia a żywność
Przyjmowanie sterydów jest niedozwolone w przypadku
sportów wyczynowych, m.in. ze względu na wiele skutków
ubocznych i oczywiście zasadę fair play (sterydy działają
jak środki dopingujące).
Dopalacze to potoczna nazwa różnego rodzaju produktów zawierających substancje psychoaktywne. Środki
te nie znajdują się jednak na liście narkotyków opisanych
w ustawie o przeciwdziałaniu narkomanii. Największym
niebezpieczeństwem związanym z ewentualnym ich zażywaniem jest niepewny skład, duża ilość zanieczyszczeń,
brak wiedzy na temat oddziaływań pomiędzy składnikami
w stosowanych mieszankach, brak rzetelnych badań nad
działaniem poszczególnych składników i ich mieszanin
na organizm.
Zgodnie z ustawami z roku 2010 sprzedaż dopalaczy
w sklepach na terenie Polski jest zakazana (fot. 25). Na opakowaniach dopalaczy znajduje się napis: „Produkt kolekcjonerski, nie do spożycia przez ludzi”. Więcej na temat tych
środków można znaleźć na stronie: www.dopalaczeinfo.pl.
143
Rozdział 2
Fot. 25. P
lakat kampanii
przeciw dopalaczom
Krajowego Biura
ds. Przeciwdziałania
Narkomanii.
www.dopalaczeinfo.pl
Dlaczego zażywanie narkotyków
jest szczególnie niebezpieczne?
Narkotyki to związki organiczne, najczęściej alkaloidy
(np. amfetamina, kokaina) lub ich mieszaniny, silnie działające na układ nerwowy i bardzo szybko uzależniające.
Początkowe działanie może (ale nie musi!) wywołać,
przyjemne doznania. W celu osiągnięcia podobnego efektu
konieczne staje się przyjmowanie coraz większej dawki narkotyku. Ze względu na postępujące uzależnienie
wszystkie działania osoby biorącej narkotyki koncentrują
się na zdobyciu kolejnej ich porcji. Jest gotowa okradać
Amfetamina
NH2
Morfina
HO
O
N
CH3
HO
Fot. 26. Amerykańska kampania
przeciwko zażywaniu
metaamfetaminy
The Meth Project,
www.montana.methproject.org
144
144
Rozdział 2
Chemia a żywność
ludzi (w tym własną rodzinę), prostytuować się, żebrać,
co z kolei prowadzi do obniżenia poczucia własnej wartości. Efektem wymienionych zachowań może być konflikt
z prawem. Samo posiadanie narkotyków, nawet w niewielkich ilościach, jest w Polsce karane. Konsekwencjami
uzależnienia są degradacja układu nerwowego, napady
szału, agresja, nieprzyjemne halucynacje, a nawet paranoje
narkotyczne i całkowite wyniszczenie organizmu.
To ważne
1. Używki nie mają wartości odżywczych, są przyjmowane przez człowieka ze względu na ich oddziaływanie na układ nerwowy. Ich stosowanie może prowadzić
do uzależnienia.
2. Zawarta w tytoniu nikotyna jest trucizną.
3. Alkohol ścina (denaturuje) w sposób nieodwracalny
białko.
4. Aktywnym składnikiem kawy i herbaty jest ten sam związek chemiczny – kofeina.
5. Napoje typu cola mają niskie pH.
6. Dopalacze i sterydy są szkodliwe dla zdrowia.
Sprawdź, czy wiesz
i rozumiesz
1. Dlaczego używki mogą stosować tylko osoby dorosłe
i tylko w niewielkich ilościach?
2. Jakie substancje wywołują uzależnienia i które z nich
są najbardziej niebezpieczne?
Sprawdź, czy potrafisz
Przyjrzyj się wzorowi szkieletowemu cząsteczki nikotyny.
N
CH3
N
Na jego podstawie zapisz wzór sumaryczny związku.
Dowiedz się więcej
1. Czy kofeina występuje w czekoladzie?
2. Jaki proces fizyczny jest odpowiedzialny za parzenie
herbaty?
3. Poszukaj informacji na temat składu dymu z papierosa.
4. Przeanalizuj dane statystyczne dotyczące zachorowań
na nowotwory wśród palaczy.
Chemia a żywność
Rozdział 2
Repetytorium
Wartość odżywcza informuje o procentowej
zawartości w porcji artykułu spożywczego określonego składnika pokarmowego w odniesieniu
do jego dobowego zapotrzebowania.
Codzienna dieta powinna:
• mieć odpowiednią wartość odżywczą,
• mieć odpowiednią wartość energetyczną
(uzależnioną od wieku, płci i aktywności
fizycznej),
• być urozmaicona.
Wartość energetyczna to ilość energii, jaką
organizm może przyswoić w wyniku strawienia
określonej ilości analizowanego pożywienia.
Źródła składników pokarmowych i ich funkcje
nabiał
mięso
ryby
Białka
rośliny
strączkowe
wędliny
Funkcje:
budulcowe,
transportowe,
regulujące.
Węglowodany (cukry)
proste
dwucukry
wielocukry
wielocukry
glukoza, fruktoza
laktoza,
sacharoza
skrobia
błonnik
Funkcja:
energetyczna
Funkcja:
energetyczna
Funkcja:
energetyczna
Funkcja:
regulująca
159
160
160
Rozdział 2
Chemia a żywność
Tłuszcze
zwierzęce
ryby
Funkcje: energetyczne,
izolacyjne.
Umożliwiają przyswajanie
niektórych witamin.
nabiał
oliwki
czekolada
roślinne
słonecznik
rośliny
strączkowe
mięso
wędliny
oleje
i oliwa
pieczywo
nabiał
owoce
czekolada
woda
mineralna
Sole
mineralne
warzywa
Funkcje:
budulcowe
i regenerujące.
Ważniejsze składniki popularnych napojów
Napoje
Ważniejsze składniki
mleko
białko (kazeina), sole mineralne (w szczególności wapnia), cukier (laktoza)
woda mineralna
sole mineralne
coca-cola
kofeina, kwas fosforowy(V)
kawa, herbata
kofeina
piwo, wino, wódka
alkohol
Chemia a żywność
Rozdział 2
Używki
alkohol nikotyna dopalacze narkotyki
Używki nie mają wartości odżywczej, przyjmuje się je tylko ze względu
na ich oddziaływanie na układ nerwowy. Stosowanie używek prowadzi do uzależnienia.
Produkcja żywności
Ważne reakcje chemiczne zachodzące w trakcie produkcji żywności
Pieczenie ciasta:
spulchniające właściwości proszku do pieczenia
2NaHCO3 ogrzewanie Na2CO3 + H2O + CO2 NH4HCO3 ogrzewanie
Produkcja alkoholu (fermentacja alkoholowa):
C6H12O6 enzymy 2C2H5OH + 2CO2
Produkcja serów, jogurtów i kefirów (fermentacja mlekowa):
C6H12O6 bakterie mlekowe 2CH3CH(OH)COOH
Produkcja octu winnego (fermentacja octowa):
CH3COOH + H2O
C2H5OH + O2 bakterie octowe
NH3­ + H2O + CO2
Dodatki stosowane w produkcji żywności
Lista E to spis chemicznych dodatków do żywności, które nie mają wartości odżywczych, są bezpieczne i dozwolone do użycia. Dodaje się je do żywności w celu:
• przedłużenia trwałości (konserwanty, przeciwutleniacze, regulatory kwasowości),
• poprawy zapachu, smaku, barwy, konsystencji (barwniki, aromaty, środki przeciwzbrylające),
• umożliwienia lub podniesienia wydajności produkcji (zagęszczacze, stabilizatory, emulgatory).
Czynniki wywołujące psucie się żywności:
• drobnoustroje (bakterie, grzyby (pleśnie));
• fizykochemiczne (światło, tlen z powietrza, ciepło, metale).
Sposoby zabezpieczania żywności
przed psuciem:
Wybrane substancje chemiczne
używane do konserwacji żywności:
• zamrażanie,
• suszenie,
• pasteryzacja,
• napromieniowanie,
• hermetyczne pakowanie z równoczesnym
obniżeniem ciśnienia,
• liofilizacja.
• chlorek sodu,
• tlenek siarki(IV),
• azotan(V) potasu,
• kwas benzoesowy,
• benzoesan sodu.
161
162
162
Rozdział 2
Chemia a żywność
Przeczytaj więcej
Renata Szymańska
Szpinakowe śledztwo
Zielona papka, zmora dzieci i wielu dorosłych.
„Rośnie” w ustach, ale trzeba ją jeść, bo zdrowa.
Zdrowa naprawdę – choć upadł mit, że szpinak
jest bombą żelaza. Upadkowi był winien ponoć
przecinek. Czy rzeczywiście?
Pytania:
1. Jakie czynniki mogą wpływać na błędy w pracach
nau­ko­wych?
2.Jakie ważne składniki zawiera szpinak?
Popeye to postać komiksowa,
bohater kreskówek – porywczy marynarz i najsłynniejszy konsument szpinaku.
Po spożyciu tej rośliny mięśnie
powiększały mu się trzykrotnie, dzięki czemu zyskiwał
nadludzką siłę.
(…) Legenda o wysokiej zawartości żelaza w szpinaku
sięga końca XIX wieku, kiedy pierwszy zbadał go pod tym
kątem niemiecki uczony Emil Theodor von Wolff. Liczne
źródła podają, że spisując dane, pomylił się i błędnie umieścił przecinek, przez co dziesięciokrotnie zawyżył wynik.
Do publicznej wiadomości informację o „przecinkowym”
błędzie podał brytyjski profesor, hematolog z University
of Southampton Terry Hamblin. (…)
(…) Hamblin w swojej pracy zakwestionował także
postać słynnego bohatera komiksów – Popeye’a. Stwierdził,
że Popeye został stworzony na bazie fałszywych przesłanek
dotyczących wysokiej zawartości żelaza w szpinaku. (…)
(…) Całe to zamieszanie mogli wywołać amerykańscy naukowcy, którzy w latach 30. opublikowali prace
dotyczące ilości żelaza w szpinaku, nie podając, czy dane
te odnoszą się do suchej czy do świeżej masy. Późniejsze
badania potwierdziły bowiem niejednokrotnie, że w świeżych liściach są to 3–4 mg na 100 g, podczas gdy w suchych
ok. 30–40 mg. (…)
Liście szpinaku zawierają bowiem bardzo dużo witaminy K, prowitaminy A (beta-karotenu), luteiny (barwnika,
który występuje w plamce żółtej oka człowieka), a także
wiele innych niezbędnych dla człowieka związków: witaminę C, witaminę E, witaminy z grupy B (B2, B6), kwas
foliowy, jak również składniki mineralne (potas, magnez,
wapń, żelazo i mangan).
„Wiedza i Życie”, czerwiec 2011, str. 49.
Chemia a żywność
Russ Parsons
Cud w skorupce, czyli
Rozdział 2
jajo
(…) Jeśli sposób, w jaki zachowuje się większość produktów w kuchni, jest fascynujący, to jajko
wydaje się istnym cudem. Można go używać: jako białkowego kleju do łączenia składników
w cieście, do smażenia albo jako składnika emulsji, gdzie wykonuje z pozoru niemożliwe zadanie
utrzymania razem wody i oleju w formie stabilnego roztworu. (…)
(…) Ci, którzy kiedykolwiek próbowali ręcznie ukręcić
majonez, zgodzą się, że jajko to cud. Zaczyna się od żółtek, oleju i octu (może to być ocet smakowy, a najlepiej
sok z cytryny), a po pewnym czasie nieustannego ubijania
otrzymuje się jasny, kremowy sos, który niemal wcale nie
przypomina pierwotnych składników. To dlatego, że kręcenie
majonezu polega na uzyskiwaniu emulsji. Z definicji emulsja jest paradoksem – gładkie połączenie dwóch zazwyczaj
antagonistycznych substancji (rodzaj przyjaznego, dobrze
funkcjonującego parlamentu). W terminologii naukowej
ciecze, które po zmieszaniu się nie łączą, określa się jako
„wzajemnie nierozpuszczalne”. Taki opis nie oznacza, że nie
jest możliwe ich połączenie, ale jest ono bardzo trudne. A gdy
się już połączą, znowu będą próbowały się rozdzielić. (…)
Prostą emulsję – na przykład sos winegret – można
utworzyć przez dokładne potrząsanie płynów. Wlać olej
i ocet do szklanego słoika, szczelnie zamknąć pokrywką
i ener­gicznie potrząsać dłuższą chwilę. Uważnie obserwując, zauważymy, że olej, który na początku jest jedną lepką
masą, stopniowo zaczyna rozdzielać się na coraz mniejsze
kropelki. Wkrótce krople są niemal niewidoczne dla oka.
Jeśli będziemy wystarczająco długo i mocno potrząsać,
w ogóle nie będziemy ich w stanie zobaczyć. Mieszanka
nie przypomina już ani octu, ani oleju, ale jest kremową
kombinacją tych dwóch składników. Jednym ze skutków
tego, że te maleńkie kropelki oleju pokryte są octem, jest to,
że mieszanka nie przepuszcza światła. To sprawia, że wygląda kremowo. (…)
(…) Składniki sprzyjające tworzeniu emulsji nazywamy
emulgatorami. Prawdopodobnie najprostszym z nich –
przynajmniej w zastosowaniu kulinarnym – jest musztarda.
Dodatek łyżki musztardy do winegret spowoduje dwie
rzeczy. Po pierwsze, sos będzie bardziej kremowy i gładszy
niż prosty winegret. Po drugie, dłużej się zachowa. (…)
Skorupka
węglan wapnia
Białko
proteiny rozproszone
w wodzie
Żółtko
proteiny i lipidy
rozproszone w wodzie
Pytania:
1. Czym różni się przygotowanie majonezu od sosu
winegret?
2. Jakie role odgrywają jajko
przy sporządzaniu majonezu i musztarda w sosie
winegret?
„Wiedza i Życie”,
sierpień 2005, str. 66.
163
164
164
Rozdział 2
Chemia a żywność
Sprawdź się
W zadaniach testowych może być więcej niż jedna prawidłowa odpowiedź.
1.Nikotyna (w dowolnej postaci) może bardzo silnie wpływać na organizm człowieka. Wskaż,
które z poniższych opisów dotyczą nikotyny.
A. Działa bardzo toksycznie zarówno po połknięciu, jak i w kontakcie ze skórą.
B. W niewielkich dawkach jest nieszkodliwa.
C. Może prowadzić do wielu groźnych chorób, m.in. raka płuc, gardła, jamy ustnej.
D. Sprzyja tworzeniu się kamienia nazębnego.
2.Nadużywanie alkoholu etylowego prowadzi do alkoholizmu, a toksyczne działanie etanolu
na organizm może przyczyniać się do wielu chorób. Podaj, które z nich mogą być jego skutkiem.
A. marskość wątroby
B. zwyrodnienie mięśnia sercowego
C. przewlekłe zapalenie żołądka
D. choroby gardła i przełyku
3.Kofeina, działająca na organizm człowieka jako stymulant, jest jednym ze składników wielu
popularnych napojów. Które z nich zawierają kofeinę?
A. kawa i herbata
B. wody mineralne i źródlane
C. napoje energetyzujące
D. soki owocowe
4.Wskaż poprawną odpowiedź stanowiącą dokończenie zdania: „Częste spożywanie napojów
gazowanych typu cola, zawierających duże ilości cukru,...”:
A. jest zalecane, gdyż wysoko słodzone napoje są niezastąpionym źródłem kalorii
w diecie człowieka.
B. może być przyczyną otyłości, zwiększającej ryzyko zachorowań na choroby
cywilizacyjne.
C. stanowi skuteczną ochronę przed chorobą cywilizacyjną, jaką jest cukrzyca. D. zapobiega próchnicy zębów.
5.Mleko jest napojem o wyjątkowych walorach odżywczych, gdyż zawiera niezbędne składniki
pokarmowe. Które z wymienionych poniżej możemy znaleźć w mleku?
A. białka
B. cukry
C. tłuszcze D. błonnik
Chemia a żywność
Rozdział 2
6.Jaki rodzaj procesu fermentacyjnego wykorzystuje się podczas produkcji jogurtów i kefiru?
A. fermentacja alkoholowa
B. fermentacja octowa
C. fermentacja mlekowa
D. fermentacja propionowa
7.Które z podanych równań reakcji opisuje proces fermentacji będącej podstawą przemysłu
spirytusowego?
A. C2H5OH + 3O2
B. C6H12O6
drożdże
2CO2 + 3H2O
2C2H5OH + 2CO2
C. CH2=CH2 + H2O
H2SO4
D. C6H12O6
2CH3–CH(OH)–COOH
bakterie
mlekowe
C2H5OH
8.Jakie substancje są głównymi składnikami mieszanki peklującej, której działaniu poddaje
się mięso podczas jego chemicznego utrwalania zwanego peklowaniem?
A. tlenek siarki(IV)
B. benzoesan sodu
C. kwas octowy
D. chlorek sodu i azotan(V) potasu
9.Wskaż produkty, do których wytworzenia używa się preparatu zastępującego cukier, czyli
cukru brzozowego (ksylitolu E 967), ze względu na jego właściwości przeciwpróchnicze.
A. guma do żucia
B. woda mineralna
C. słodzik
D. mleko
10.Wybierz równanie reakcji opisujące proces fermentacji octowej, w wyniku której otrzymuje
się substancję dodawaną do żywności jako konserwant oraz regulator kwasowości.
A. CH3COOH + 2O2 = 2CO2 + 2H2O
B. C6H12O6 = 2CH3–CH(OH)–COOH
C. C12H22O11 + H2O = C6H12O6 + C6H12O6
D. C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O
165
166
166
Rozdział 2
Chemia a żywność
11.Wśród podanych równań reakcji:
A. NH4HCO3
NH3 + CO2 + H2O
B. C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + energia
C. C2H5OH + O2
CH3COOH + H2O
D. C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2
E. C6H12O6
2CH3–CH(OH)–COOH
F. 2NaHCO3
Na2CO3 + CO2 + H2O
wskaż te, które zachodzą podczas:
1. produkcji kiszonej kapusty i ogórków A /  B /  C /  D /  E /  F
2. fermentacji alkoholowej
A/B/C/D/E/F
3. pieczenia ciasta
A/B/C/D/E/F
4. fermentacji octowej
A/B/C/D/E/F
12.Ustal, które zdania są prawdziwe, a które fałszywe.
Prawda
Nikotyna to substancja tak silnie uzależniająca, że zerwanie
z nałogiem nikotynizmu jest niezwykle trudne.
Spożywanie bez ograniczeń ilościowych napojów alkoholowych
2. o niskiej zawartości alkoholu etylowego nie stanowi zagrożenia dla zdrowia człowieka.
3. Piwo bezalkoholowe nie zawiera etanolu.
1.
Kofeina jest składnikiem najbardziej popularnych napojów,
4. a także powszechnie znanym i używanym środkiem
psychoaktywnym.
13.Coca-cola jest popularnym napojem zawierającym następujące składniki:
A. cukier  TAK /  NIE
B. tłuszcz
 TAK /  NIE
C. kwas fosforowy(V)
 TAK /  NIE
D. kofeinę
 TAK /  NIE
E. błonnik
 TAK /  NIE
Fałsz
Chemia a żywność
167
Rozdział 2
14.Podaj sposoby zapobiegania psuciu się wskazanych produktów żywnościowych.
1. grzyby
A/B/C/D
2. jabłka
A/B/C/D
3. mięso
A/B/C/D
4. mleko
A/B/C/D
A. pasteryzowanie
B. suszenie
C. wędzenie
D. solenie
15.Ustal, które z obecnych w wodzie mineralnej jonów: sodu, wodorowęglanowych, wapnia,
chlorkowych, fluorkowych, potasu, magnezu i siarczanowych(VI) są jonami prostymi, a które
złożonymi, które kationami, a które anionami.
Nazwa jonu
Jon prosty
Jon złożony
Kation
Anion
1.
sodu
A
B
C
D
2.
wodorowęglanowy
A
B
C
D
3.
wapnia
A
B
C
D
4.
chlorkowy
A
B
C
D
5.
fluorkowy
A
B
C
D
6.
potasu
A
B
C
D
7.
magnezu
A
B
C
D
8.
siarczanowy(VI)
A
B
C
D
168
168
Rozdział 2
Chemia a żywność
Rozwiąż przed sprawdzianem
Zadanie 1. Na podstawie podanych informacji ustal, jakie substancje chemiczne, stosowane
jako dodatki do żywności, kryją się pod następującymi symbolami:
a) E 175 (barwnik) – najbardziej kowalny i ciągliwy metal; odkrycie metody transmutacji ołowiu w ten pierwiastek było jednym z głównych celów pracy alchemików;
b) E 236 (konserwant) – kwas organiczny, występuje we włoskach parzących pokrzyw oraz w jadzie mrówek;
c) E 330 (regulator kwasowości i przeciwutleniacz) – kwas organiczny, występuje
m.in. w soku z cytryny;
d) E 422 (środek zagęszczający) – alkohol polihydroksylowy, bezbarwna, gęsta ciecz
o słodkim smaku, dobrze rozpuszcza się w wodzie.
Zadanie 2. Kwas linolowy jest ważnym składnikiem pożywienia człowieka. Należy do grupy
tzw. niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych ω-6 (wielonienasyconych
kwasów tłuszczowych, w cząsteczkach których ostatnie wiązanie podwójne w łańcuchu węglowym znajduje się przy szóstym od końca atomie węgla).
O
HO
1

9

6
1
12
W postaci estru z gliceryną jest głównym składnikiem oleju słonecznikowego. Podaj
wzory kwasu linolowego: a) sumaryczny, b) półstrukturalny.
Zadanie 3. Przygotowano dwie probówki zawierające mleko. Po wprowadzeniu do pierwszej
z nich stężonego kwasu azotowego(V) zaobserwowano pojawienie się charakterystycznej żółtej barwy. Zawartość drugiej probówki, po dodaniu niewielkich ilości
roztworu NaOH, a następnie kilku kropli roztworu CuSO4, zabarwiła się na kolor
fioletowoniebieski. Odpowiedz:
a) Jaki składnik chemiczny wykryto w mleku?
b) Jak nazywają się reakcje charakterystyczne, które pozwoliły go zidentyfikować?
c) Jakie funkcje biologiczne pełni on w diecie człowieka?
Zadanie 4. Zaprojektuj doświadczenie, które pozwoli wykryć skrobię w jogurcie. Narysuj schemat
doświadczenia oraz uzasadnij przewidywane objawy zachodzącej reakcji.
Zadanie 5. Do czterech probówek zawierających wodę bromową wprowadzono niewielkie ilości
podanych tłuszczów: olej słonecznikowy (1), masło (2), smalec (3), oliwę z oliwek (4).
Probówki zamknięto korkami, a następnie ich zawartości intensywnie wytrząsano. Wskaż, w których probówkach nastąpi widoczne odbarwienie wody bromowej.
Odpowiedź uzasadnij.
Chemia a żywność
169
Rozdział 2
Zadanie 6. Nikotyna szkodzi zdrowiu zarówno osób palących papierosy, jak i tzw. biernym palaczom. Na podstawie podanego wzoru oblicz masę cząsteczkową nikotyny.
N
CH3
N
Zadanie 7. Wśród podanych wzorów wskaż wzór cząsteczki tristearynianu gliceryny, związku
wchodzącego w skład tłuszczów. Wymień typowe właściwości fizyczne tłuszczów.
H
H
C
H
H
O
C
H
O
H
H
H
C
C
H
H
O
H
H
C
H
C
O
H
C
O
H
C
O
C17H35
C17H35
C
O
C
H
C
O
H
C
O
H
C
O
H
O
H
C
C
H
H
H
C17H33
C
O
C
H
C17H35
O
C
C17H33
C
H
C
H
O
O
H
H
C17H33
O
O
Zadanie 8. Porównaj zawartość alkoholu etylowego w:
a) butelce piwa o pojemności 330 cm3, zawierającego 5,6% objętościowych etanolu,
b) kieliszku wina o pojemności 150 cm3, zawierającego 12,5% objętościowych
etanolu,
c) kieliszku wódki o pojemności 50 cm3, zawierającej 37% objętościowych etanolu. Zadanie 9. Tyrozyna (Tyr) to jeden z aminokwasów będących podstawowym budulcem naturalnie występujących białek, m.in. białka jaja kurzego.
O
OH
NH2
HO
W podanym wyżej wzorze tyrozyny zaznacz oraz nazwij grupy funkcyjne charakterystyczne dla tej grupy związków.
Zadanie 10.Wśród podanych wzorów wskaż wzór związku będącego produktem fermentacji
octowej oraz zaznacz charakterystyczną dla niego grupę funkcyjną. Podaj jego
nazwę systematyczną.
H
H
H
H
C
C
H
H
O
H
O
H
H
C
H
O
H
C
C
H
O
H
C
O
H
H
C
C
H
H
H