Подсчет калорий и энергетической ценности продуктов питания.

Калория – это единица энергии, которую содержат продукты питания. Под калорийностью мы понимаем энергетическую ценность еды или, другими словами, количество энергии, получаемой организмом при её усвоении.

Единицей измерения тепловой энергии является килоджоуль, но, чтобы упростить восприятие, обычно используется понятие «калория». 1 джоуль содержит 4,186 калорий.

Общеизвестно, что основными источниками, из которых организм получает энергию для поддержания своей жизнедеятельности, являются белки, жиры, углеводы. Каждому из них соответствует определенное количество калорий: например, 1 грамм жира содержит около 9 калорий, 1 грамм углеводов и белков – около 4 калорий. Изучив эти цифры, можно сделать несложный подсчет, сколько калорий содержит интересующий нас продукт питания и определить, какое количество калорий потребляется при каждом приеме пищи.

Благодаря следующим проектам мы научимся проводить расчет калорий, узнаем, какие продукты являются более калорийными, постараемся определить среди них наиболее оптимальные для нашего питания.

Проект «Энергетическая ценность пищевых продуктов»

Практически все современные люди обеспокоены количеством потребляемых калорий. Одна калория – это количество тепла, требующееся для повышения температуры одного грамма воды на 1°C. Понятие «калория» происходит от слова «caloric», что при переводе с английского означает «теплота» или «тепловой». В 1700-х годах учёные полагали, что тепло – это некая невидимая субстанция. Сегодня мы знаем об этом больше.

Устройство, называемое калориметр, создано для измерения количества тепла, которое выделяется во время сгорания вещества. Мы до сих пор используем калориметр. Во время этого проекта вы сконструируете простой калориметр, чтобы уловить энергию, высвобождаемую при горении пищевых продуктов.

По сути, нам всем требуется энергия для жизни. Мы получаем её из пищи. Если проследить за тем, какой путь проделали пищевые продукты, мы придём к фотосинтезу. Это процесс поглощения солнечной энергии зелёными растениями с последующим её преобразованием в химическую энергию, которая накапливается химической структурой молекул. Мы поглощаем кислород, употребляем и перевариваем пищу. Этот процесс позволяет выделить и извлечь накопленную энергию. Отсюда следует, что мы непрямым образом используем энергию солнца.

Благодаря этому проекту вы узнаете, что такое энергия пищи и научитесь измерять ее количество в разных продуктах, во время сжигания которых выделяется тепло, которые можно измерить. Ваш калориметр содержит резервуар с водой. Когда тепло, выделяемое во время сжигания продуктов, высвобождается, оно даёт источник энергии для нагревания воды в резервуаре калориметра. Вы будете определять температуру воды до и после сжигания некоторых продуктов.

Повышение температуры (в градусах Цельсия), умноженное на массу воды в граммах, покажет количество получаемой нами энергии. Результаты будут представлены в единицах калории. Мы используем формулу:

Q воды=mc,

где: Q воды – тепло, измеряемое в калориях, m – масса воды в граммах, c – удельная теплоёмкость воды в кал/г.

c=Q/mΔT ,

где ΔT – средняя величина температуры в градусах Цельсия, разница между первым и вторым измерением температуры.

Цель – сконструировать калориметр и определить энергетическую ценность продуктов питания.

Что нам понадобится:

• 2 алюминиевые или металлические банки из-под газированной воды (одна маленькая, одна большая);
• термометр (со шкалой Цельсия);
• большой измерительный цилиндр;
• вода;
• спички;
• большая канцелярская скрепка;
• весы;
• калькулятор;
• ручка;
• образцы пищевых продуктов питания (например, небольшие ломтики хлеба, сыр, бананы, помидоры и листья салата латук).

Ход эксперимента:

1. Соберите все материалы, которые вам потребуются для эксперимента.
2. Наденьте защитную экипировку.
3. Скопируйте таблицу данных, приведённую ниже, подготовьте её к заполнению.
4. Сделайте отверстия с двух сторон маленькой банки. Верх и низ оставьте без изменений.
5. Убедитесь, что маленькая банка помещается в большую и хорошо фиксируется внутри.
6. Возьмите большую канцелярскую скрепку, согните её так, чтобы верхняя часть была открыта. Сюда вы будете нанизывать кусочки продуктов. Остальная часть скрепки должна оставаться в стабильном положении.
7. При помощи измерительного цилиндра налейте 100 мл воды. Теперь перелейте её в неразрезанную банку.
8. Поместите термометр в воду, измерьте температуру. Запишите результат в таблицу.
9. Возьмите подготовленные продукты, определите массу каждого кусочка при помощи весов. Запишите данные.
10. Измерьте массу каждого кусочка пищи, запишите данные. Для начала закрепите ломтик хлеба на конце скрепки и поместите в разрезанную банку. Теперь очень осторожно поместите другую банку, наполненную водой, над разрезанной банкой. Подожгите хлеб, используя спички, и подождите, пока он сгорит. После сжигания измерьте температуру воды в верхней банке. Затем измерьте оставшуюся массу. Запишите полученные данные. Повторите процедуру, используя другие образцы пищевых продуктов. Каждый раз измеряйте температуру воды и остаточную массу. Записывайте результаты. Обязательно набирайте свежую воду перед каждым экспериментом.
11. Используя полученные данные, примените формулу Q воды = mc, измеряя температуру для каждого образца. Определите энергетическую ценность каждого продукта.
12. Запишите данные.
13. Составьте отчёт. Включите свои исследования и библиографию.

Таблица данных

Образцы пищевых продуктов	Начальная масса	Оставшаяся масса	Начальная температура воды	Окончательная температура воды	Калории
хлеб
сыр
банан
помидор
салат латук

Вывод:

Что такое калория? Чем она отличается от килокалории? Что такое калориметр? Почему важно определять энергетическую ценность разных продуктов? Как человеческий организм поглощает энергию из пищи? Сколько калорий ежедневно должен употреблять здоровый подросток в возрасте 16 лет? Почему люди нашего времени столкнулись с проблемой ожирения? Какие меры может предпринять правительство для решения проблемы ожирения? Какие продукты питания отличаются высоким содержанием калорий и какие содержат мало калорий? Какую роль играют или должны играть физические упражнения?

Проект «Калории в свежих и консервированных овощах»

Вы узнаете, как работает калориметр, а также каким образом специалисты из области питания рассчитывают энергетическую ценность продуктов, которые окисляются в нашем организме и перерабатываются во время метаболизма, выделяя необходимую для жизнедеятельности энергию. Вы сможете установить простой калориметр и использовать его для определения количества энергии или количества калорий в определённых продуктах.

При обмене веществ в нашем организме пища разрушается под воздействием ферментов внутри митохондриальных клеток. В результате этого процесса выделяется энергия, измеряемая в килокалориях. Количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 кг воды на 1 градус Цельсия, равняется одной килокалории энергии.

Важно понимать принцип работы калориметра. Он настроен таким образом, что определённое количество продуктов сгорает, выделяя энергию в форме тепла, которое переходит на определённый объём воды. Мы определяем, насколько повысилась температура воды, и умножаем полученное число на массу воды. Это позволяет узнать количество энергии, которое потребовалось для окисления источника продукта. Используется следующее уравнение:

Q=mc*(T окончательная –T начальная),

где:

• Q – это измерение тепла в калориях, m – масса воды в граммах, c – теплоёмкость воды, 1 калория на грамм на градус Цельсия.
• T окончательное – это окончательная температура воды после сжигания продукта.
• T начальная – начальная температура воды перед горением.

Во время проекта вы опробуете научный метод, сформулируете гипотезу, найдете рациональное объяснения этой гипотезы, а также проведете эксперимент, запишете и проанализируете данные, составите отчёт и укажете библиографию.

Цель – определить, какие овощи содержат больше калорий: свежие или консервированные.

Что нам понадобится:

• свежий горох;
• свежая кукуруза;
• консервированный горох;
• консервированная кукуруза;
• весы – тройной луч баланс;
• термометр;
• два металлических контейнера из-под кофе;
• термометр (со шкалой в градусах Цельсия);
• металлический прут;
• ёмкость с водой;
• ключ для консервных банок;
• пробка.

Ход эксперимента:

1. Соберите все материалы, которые потребуются для проекта. Используя ключ для консервных банок, уберите дно большой консервной банки и снимите крышку.
2. Скопируйте таблицу, показанную ниже, подготовьте её к заполнению.
3. Сделайте несколько маленьких отверстий в нижней части большой консервной банки.
4. В маленькой банке, которая помещается внутри большой, проделайте два больших отверстия с каждой стороны, через которые сможет пройти металлический прут.
5. Поместите аппарат над пробкой с проволокой, продетой внутрь. Маленькая банка будет подвешена внутри большой. Проволока и пробка помогут поддерживать механизм во время сжигания продуктов.
6. Для начала эксперимента возьмите свежий и консервированный горох (одинаковую массу). Используйте весы для определения массы гороха.
7. Воткните проволоку в одну горошину и подвесьте над банкой внутри калориметра.
8. Заполните маленькую банку определённым количеством воды. Это количество позволит измерить массу воды в калориметре.
9. Запишите температуру воды в таблице в графе «Начальная температура».
10. При помощи спичек подожгите свежую горошину и подождите.
11. Измерьте температуру воды, запишите данные в графе «Конечная температура».
12. Аккуратно уберите сожжённую горошину после того, как она остынет. Измерьте её массу.
13. Повторите шаги 5-11 и проведите эксперимент с консервированным горохом. А затем проделайте то же самое со свежей и консервированной кукурузой.
14. Используйте полученные данные для решения уравнения. Найдите показатель Q для каждого продукта. Измерьте тепло в калориях.
15. Внесите все результаты в таблицу.
16. Проанализируйте данные. Сделайте заключение. Обоснуйте свою гипотезу.
17. Составьте отчёт. Убедитесь, что включили библиографию.

Таблица данных

Образцы продуктов питания	Масса	Начальная т-ра воды	Конечная т-ра воды	Показатель Q
Свежий горох
Свежая кукуруза
Консервированный горох
Консервированная кукуруза

Вывод:

Что такое калория? Что такое килокалория? Что такое метаболизм? Как мы определяем энергетическую ценность продуктов? Почему содержание калорий является важной информацией? Какова взаимосвязь между ожирением и потреблением калорий? Что можно сделать, чтобы побороть рост ожирения среди населения страны?

Проект «Продукты с оптимальным содержанием питательных веществ и калорий»

Многие продукты питания богаты витаминами, минералами, белками, углеводами и эфирными маслами, необходимыми для жизни. Еда считается полезной, если содержание полезных элементов превышает количество калорий. Употреблять пищу, наполненную множеством питательных веществ, очень полезно для здоровья. Она позволяет обеспечить организм всем необходимым, но при этом ограничивает количество калорий. Однако значительная часть продуктов не содержит достаточного количества питательных элементов. При этом, такая еда может быть очень калорийной.

Определите, какой продукт содержит больше питательных элементов и меньше калорий.

Цель – изучить продукты, которые вы употребляете в пищу, и узнать, какие из них полезны для здоровья больше всего.

Что нам понадобится:

• упаковки разных продуктов с этикетками (вы можете использовать то, что есть дома, или приобрести все необходимое в магазине);
• информация о пользе фруктов и овощей (поищите в интернете);
• лист картона;
• маркеры.

Ход эксперимента:

1. Соберите данные о разных видах продуктов питания, используя таблицу, приведённую ниже.
2. Сравните продукты, которые перечислены в таблице.
3. На листе картона нарисуйте три круга (один внутри другого).
4. Низкокалорийные питательные продукты поместите во внутреннем круге. Вы можете нарисовать их изображения или записать словами.
5. Те продукты, которые содержат среднее количество калорий и питательных элементов, поместите во второй круг.
6. Высококалорийные продукты, содержащие мало питательных веществ, поместите во внешнем круге.
7. Полезные продукты размещены во внутреннем круге, а менее полезные – во внешнем.

Продукт	Калории	Углеводы не из сахара	Белки	Жиры	Различные витамины	Различные минералы
Банан
рис (1 стакан)
шоколадный батончик
газированный напиток
бутерброд с маслом и колбасой

Вывод:

Какие продукты чаще всего употребляете вы и ваши друзья? Какая еда является самой полезной для здоровья? Подсчитайте, сколько калорий вы затрачиваете каждый день. Какой средний показатель потребления пустых калорий (например, те из них, которые содержат конфеты или сладкие газированные напитки). Сколько калорий требуется человеку для выживания? Какое среднее количество калорий получает среднестатистический житель России? Насколько велика разница между фактическим и желаемым уровнем потребления калорий?

Заключение

Надеемся, что предложенные эксперименты были не только познавательными, но и полезными. Теперь на основе полученных знаний вы с легкостью сможете сделать подсчет калорий ваших любимых продуктов питания и, при необходимости, внести изменения в свой ежедневный рацион.