Горячкина Ирина

Исследовательская работа «Химическая безопасность посуды из разных металлов для организма человека»

Материал опубликован 30 March 2019

Автор публикации: Г. Бурнаев, ученик 8А класса

Химическая безопасность посуды из разных металлов

для организма человека

Автор: Бурнаев Григорий Викторович,

Класс: 8А

ГБОУ СОШ №2 «ОЦ» с. Кинель – Черкассы,

Самарской области

Руководитель:

Горячкина Ирина Анатольевна,

учитель химии и биологии

ГБОУ СОШ №2 «ОЦ» с. Кинель – Черкассы,

Самарской области

2019

Содержание

Введение	3
Глава 1. Теоретическая часть	5
1.1 Характеристика основных видов посуды пищевого назначения	5
1.2 Пути проникновения и характер действия вредных веществ на организм человека	8
Глава 2. Практическая часть	10
2.1 Химико-биологические исследования качества кухонной посуды	11
2.2 Выводы и рекомендации	12
Заключение	13
Приложение	15
Библиографический список	16

Введение

Широкое применение металлов и их сплавов в технике, в органическом синтезе уже заставляет бить тревогу опасности, которая угрожает здоровью и жизни людей. Попадая в организм и накапливаясь там, в избытке, ионы металлов наносят огромный вред здоровью человека. Проведенные медицинские исследования показали, что избыток железосодержащих веществ в организме может вызвать гемохроматоз, цирроз, сахарный диабет и сердечнососудистую недостаточность. Избыток же алюминия нарушает работу мозга, резко снижает умственную деятельность, вызывает заболевания печени, поджелудочной железы. Избыток никеля приводит к заболеваниям носоглотки, лёгких, злокачественным образованиям, дерматитам, экземам.

Откуда же попадают ионы металлов к нам в организм? Они попадают к нам в организм по-разному. Но основной путь - это желудочно-кишечный тракт. Каждому человеку прекрасно известно, что далеко не всякая пища полезна для организма. А насколько опасна металлическая посуда, в которой мы готовим пищу?

Вредная посуда это предмет общественного беспокойства последних десятилетий. В теле- и радиопередачах нередко обсуждается негативное влияние различных материалов на организм человека, в особенности тех, которыми мы пользуемся на кухне. В настоящее время в России широко распространена посуда низкого качества, изготовленная в странах Азии. Именно эта посуда чаще всего попадает в категорию вредной и опасной для здоровья человека.

В связи с этим возникла проблема: в быту мы используем посуду из различных металлов, но не знаем, как она влияет на наше здоровье.

Объект исследования: кухонная посуда (алюминиевая, эмалированная, никелированная).

Предмет исследования: установление возможности попадания ионов металлов алюминия, никеля и железа в пищу через посуду и влияние их на здоровье человека.

Цель работы: выяснить насколько безопасны разные виды металлической посуды для организма человека.

Задачи:

1. Проанализировать литературу по проблеме попадания ионов металлов в организм человека через посуду.

2. Провести химико-биологические исследования качества кухонной посуды.

3. На основе проведенных исследований сделать выводы о пользе или вреде металлической посуды; дать рекомендации по использованию металлической посуды в домашних условиях.

Гипотеза: если металлическая посуда является источником ионов металлов, проникающих в организм человека вместе с пищей, то наш организм находится в опасности.

Методы исследования: сравнительный анализ, наблюдение, химический эксперимент, направленный на исследование в растворах содержание ионов металлов после контакта с разными видами посуды.

Глава 1. Теоретическая часть

1.1 Характеристика основных видов посуды пищевого назначения

Различают посуду металлическую, керамическую, стеклянную, пластмассовую и т.д.

Металлическая посуда изготавливается из алюминия, стали, латуни, чугуна, железа, мельхиора и нейзильбера; она может покрываться эмалью.

Алюминиевая посуда изготавливается штамповкой и литьем из алюминия, дюралюминия и их вторичных сплавов. Штампованная алюминиевая посуда выпускается легкой (толщина дна 1,5 мм), средней (толщина дна 2 мм) и тяжелой (толщина дна 2,5 мм). Литая толстостенная посуда (гусятницы, сковороды, кастрюли, котлы) отличаются большой устойчивостью к коррозии, особенно при условии тщательной ее полировки. Она предназначена в основном для жарения, тушения, т.е. для приготовления вторых блюд. Она обладает термической стойкостью, не боится резких температурных колебаний, не портит вкус, запах, и цвет приготовленной пищи. Вспомогательные кухонные предметы: дуршлаги, вилки, ложки, фляги, миски. Данный металл хорошо проводит тепло, поэтому пища в таких кастрюлях готовится очень быстро.

Однако у нее есть и существенные недостатки: в этой посуде нельзя держать квашеную капусту и соленые огурцы, хранить любую пищу более двух суток. Не рекомендуется использовать для варки щей из квашеной капусты, щавеля, компотов и киселей, тушения или жарки овощей, а также для кипячения молока. Не следует также хранить в посуде из алюминия готовую пищу. Если ее использовать каждый день, может возникнуть пищевое отравление людей, употребляющих пищу из нее. Не рекомендуется хранить в данной посуде (например, фляге) даже воду в течение долгого времени, так как на ее стенках образуется специфический осадок окисла металла [1].

Эмалированная посуда - это металлическая посуда (из стали, железа, чугуна), покрытая с внутренней, а часто и с наружной стороны, эмалью. Эмаль должна быть прочной и термостойкой, выдерживать высокую температуру, не давать трещин и не откалываться. Посуда может быть покрыта изнутри эмалью следующих цветов: черного, белого, кремового, серо-голубого, синего. Все остальные красящие добавки в больших количествах содержат химические соединения марганца, кадмия и других металлов, которые могут перейти в пищу и привести к негативным последствиям. Таким образом, во время выбора в магазине данной посуды нужно обращать особое внимание на цвет эмали внутри изделия. Очень вредной для здоровья является посуда, покрытая изнутри коричневой, красной, желтой эмалью.

Разработанные в последние годы эмали, обладают высокой устойчивостью к химическим, механическим и термическим воздействиям. Современные состоят из двуокиси кремния, борного ангидрида, окиси титана, окиси алюминия, окислов щелочных и щёлочноземельных металлов, цинка, свинца, различных фторидов.

Для технического эмалирования применяются листовая сталь, чугун и легкие металлы. Это покрытие улучшает эксплуатационные свойства предметов торговли. Наиболее распространенные цвета для этих металлов - белый, голубой и черный. Часто эмалируемые металлы: платина, золото и сплавы желтого металла¸ серебро и сплавы серебра. Хорошо зарекомендовал себя сплав высокой прочности следующего состава: 2,25% Cu, 1,0% Mg, 0,6% Si, 0,25% Cr, остальное - Fe.

Эмалированная посуда очень устойчива к действию солей и кислот, входящих в состав пищи. Но ее недостатком является неустойчивость эмали к ударам и резким переменам температур. Она легко трескается, в результате очень быстро образуются сколы. Если произошло повреждение эмали внутри посуды, ее больше не следует использовать для приготовления пищи, так как при малейшем ударе она продолжает разрушаться и ее частицы могут попасть в еду, что причинит вред здоровью [2].

Посуда из нержавеющей стали считается очень прочной и удобной. Посуда блестящая, это не только красиво, но и функционально. Ее блеск имеет глубокий физический смысл: блестящие поверхности остывают намного медленнее, чем матовые, и пища дольше остается горячей. Ее толстое дно состоит снаружи из нескольких слоев разных металлов: алюминия, меди или бронзы, которые имеют высокую теплопроводность. В результате тепло распределяется равномерно, блюда не подгорают, готовятся быстро.

Эта посуда не любит, чтобы в ней долго находился крепкий рассол. Дело в том, что соки овощей при термической обработке вступают в химическую реакцию с ионами металлов, в результате чего образуются вредные соли. Могут появиться пятна. В прилагаемых инструкциях не рекомендуется даже класть соль в холодную воду. Крупинки соли оседают на дно и стенки посуды и не сразу растворяются в холодной воде. Они успевают воздействовать на нержавеющую сталь, оставляя на ней некрасивые темные пятнышки. Правда, это никак не сказывается на функциональных свойствах посуды. Но лучше добавлять соль в горячую воду при помешивании, чтобы крупинки сразу растворялись.

Самой безопасной металлической посудой является пароварка из нержавейки. Но входящий в состав этой стали никель является сильным аллергеном и обладает канцерогенными свойствами. Не рекомендуется готовить в такой посуде острые и овощные блюда. Менее вредной является дорогая посуда из нержавеющей стали, имеющая надпись «nikel frei», означающую «без никеля».

Нержавеющая сталь представляет собой сплав металлов, используемых для изготовления такой посуды, существует несколько. Одним из наиболее используемых является хромоникелевая сталь №304, или аустенитная сталь. Большая часть наплитной посуды производится именно из нее. Сплав хрома, никеля и железа, устойчивый к коррозии благодаря содержанию никеля. Сплав №304 также известен как 18/8 (процентное содержание хрома (18%) и никеля (8%). В основном используется для изготовления кухонной утвари и ножей.

Преимущества	Недостатки
Долговечность - это основной «козырь» современной посуды из нержавеющей стали. В условиях надлежащего обращения она может служить десятилетиями.	Низкая теплопроводность: достаточно условный недостаток, так как в посуде сейчас используется технология «сэндвича», или капсулированное дно. Между слоями стали расположен слой меди или алюминия, то есть металла, обладающего хорошей теплопроводностью.
Гигиеничность: в отличие от, например, натуральной деревянной посуды, посуду из нержавейки действительно можно назвать гигиеничной, так как на гладко отполированной поверхности не скапливаются вредоносные бактерии и микробы.	Неравномерное распределение температуры.
Экологичность: посуда из нержавеющей стали может перерабатываться вторично.	Никель, содержащийся в большинстве сплавов нержавеющей стали, токсичен (в больших количествах), поэтому хранить пищу в посуде из нержавейки нежелательно.
Прочность: такая посуда не склонна к деформации и разрушениям, к тому же она может использоваться на разных видах плит, в том числе, индукционных и стеклокерамических.	Людям с аллергией на никель нужно отказаться от посуды с его содержанием.
Удобство эксплуатации: не требует сложного ухода.	Чаще пригорает пища.

С какими блюдами хорошо справится эмалированная и кастрюля

из нержавеющей стали

Эмалированная	Нержавейка
Супы	Супы
Консервация	Консервация
Варка овощей	Варка овощей
Компот	Каши
	Вторые блюда

Выбирая, какая кастрюля лучше - эмалированная или нержавейка, основывайтесь на том, каким блюдам отдает предпочтение ваша семья. Если вам нужно ежедневно готовить каши, а у вас нет времени стоять над плитой и помешивать блюдо каждые пять минут – выбирайте посуду из нержавейки.

Каша в ней не пригорит, и вторые блюда будут получаться лучше – дно кастрюли не будет подгорать. Если вам нужна недорогая помощница, которая легко справится с первыми блюдами, гарнирами и овощами – смело выбирайте эмалированную кастрюлю.

1.2 Пути проникновения и характер действия вредных веществ на организм человека

Из курса химии и физики средней школы, мы знаем, что химические элементы вступают в реакцию друг с другом, образуют различные соединения, которые могут быть небезопасными для человека. Структура сплавов, из которых производится посуда, разная, и она влияет на качество пищи. В идеале посуда должна быть химически неактивной, нейтральной, чтобы не изменялся вкус продуктов, и чтобы в них не выделялись различные вещества [1].

В настоящее время посуда из алюминия негласно признана наиболее вредной для здоровья человека металлической посудой. Согласно результатам сравнительных испытаний, эта посуда находится в самом конце рейтинга по показателям безопасности влияния на организм человека. Зарегистрированы факты пищевого отравления людей, которые ежедневно употребляли пищу, приготовленную в этой посуде. Поэтому воздержитесь от частого использования изделий из алюминия на своей кухне. Не храните долго в данной посуде даже воду: замечено, что при длительном содержании воды в алюминиевой фляжке на её внутренней поверхности образуется своеобразный осадок окисла металла. Утверждения производителей о том, что покрытие из оксидной плёнки предотвращает попадание в пищу вредных выделений ионов металла, опрометчивы. Этот металл, независимо от наличия или отсутствия слоя оксидной плёнки, постоянно проникает в пищу во время готовки [8].

Алюминий имеет нехорошее свойство накапливаться в организме человека, что может со временем привести к развитию тяжёлого заболевания. По возможности лучше откажитесь от применения такой посуды. В целом ряде европейских стран посуда без антипригарного покрытия давно уже находится под запретом.

Из нержавеющей стали делают хирургические инструменты – это главный ответ на вопрос о безопасности нержавейки. При производстве такой стали используют сплав из железа, никеля, хрома, марганца, меди. Сталь не ржавеет, сохраняет свой внешний вид, пища редко на ней пригорает. Можно говорить, что такая посуда химически нейтральна - она не взаимодействует с кислотами или щелочами.

Но нержавеющие сплавы все разные. К примеру, чтобы посуда была максимально безопасна, никеля должно быть не больше 10%. И хранить продукты в такой посуде не рекомендуется - металлы могут проникать в пищу [7].

Согласно исследованиям, большие дозы никеля приводят к нарушению дыхание, белковой дистрофии, аллергии, способствует развитию онкологических заболеваний и повышает риску выкидышей у беременных.

Вполне хороша и эмалированная посуда. В ней можно готовить обед, хранить любые продукты питания, без опаски делать засолки и маринады. Но одним из главных недостатков таких кастрюль и емкостей является их хрупкость. При неаккуратном обращении на данной посуде появляются сколы эмали и трещины. Через них к металлу проникает влага, и начинается процесс коррозии. Так что лучше брать эмалированную утварь с окантовкой из нержавеющей стали, которая препятствует коррозии.

Задача эмали защитить металл от окисления, взаимодействия с продуктами. Но этот эффект сохраняется только до первого скола или трещины. А потом всё, путь кислотам к металлу открыт.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Химико-биологические исследования качества кухонной посуды

Приготовление рабочих растворов для контроля.

Формула вещества	Мг\ моль	Масса вещества в 1000мл 01 М	Масса вещества в 100мл 0,1 М	Масса вещества в 100мл 0,01М	В 0,001 М	В 0,0001 М
NiSO4	155	15,5 г	1,55 г	0,155 г	0,0155 г	1,55 мг
FeSO4	152	15,2 г	1,52 г	0,152 г	0,0152 г	1,52 мг
Al2(SO4)3	342	3,4 г	3,4 г	0,34 г	0,034 г	3,4 мг
NaOH	40	4 г	0,4 г	0,04г	0,004 г	0,4 мг

Отвесить на весах массы солей и добавить к каждой воду до объема 100 мл. Получим 100 мл 0,1 М раствора. Разбавим каждый последующий раствор в 10 раз, получим соответственно 0,01 М р-р, 0,001 М р-р, 0,0001 М р-р.

Приготовление раствора амилазы.

Прополоскать ротовую полость дистиллированной водой. Набрать в рот дистиллированной воды и подержать ее 2 минуты в ротовой полости.

Приготовление раствора крахмала.

Сварить крахмальный клейстер, разбавить его в два раза дистиллированной водой. Сделать пробы на время расщепления данной концентрации крахмала амилазой. Далее проводить опыты соответственно установленному времени.

Приготовление раствора иода.

5% медицинский раствор иода разбавить в 2 раза дистиллированной водой.

Приготовление растворов различной кислотности.

В 100 мл дистиллированной воды добавили 10 мл столового уксуса, что соответствует рН=4.

Опыт 1. Визуальное наблюдение выпавшего осадка гидроксида металла из растворов различной концентрации.

К приготовленным рабочим растворам прилить раствор гидроксида натрия.

Наблюдения:

0,1 М – 0,01М р-ры дают осадки наблюдаемые невооруженным глазом.

0,001М- 0,0001М р-ры дают осадки наблюдаемые под микроскопом, отличающиеся величиной частиц и интенсивностью расположения в поле зрения.

Ni (OH)2 – студенистый осадок зеленовато-серого цвета.

Al (OH )3 – студенистый, бесцветный осадок.

Fe (OH )2 – студенистый зеленовато-серый осадок буреющий на воздухе.

Под микроскопом цвет осадков из слабоконцентрированных растворов не различается. Осадки наблюдаются в виде отдельных агрегатов частиц и различаются величиной агрегата и числом частиц в поле зрения в зависимости от концентрации раствора.

Опыт №2. Действие уровня концентрации ионов металлов на активность амилазы.

Ход работы: в четыре пробирке помещали раствор амилазы, добавили растворы 4 концентраций солей, добавили раствор крахмала, перемешивали и оставляли на 20 минут, по истечении времени добавляли 2-3 капли йода. Если раствор не даст синей окраски, значит, амилаза полностью переработала крахмал, а исследуемый фактор безвреден для организма. Если появится синяя окраска, амилаза не переработала крахмал, т.е. она дезактивирована исследуемым фактором и последний оценивается как вредный для организма.

Наблюдения:

Растворы, содержащие ионы Ni2+; Fe2+; Al3+ различных концентраций дали синее окрашивание под действием раствора йода различной интенсивности, которая уменьшается с уменьшением концентрации ионов в растворе.

Опыт №3. Исследование пробы дистиллированной воды после 15-минутного кипячения в посуде из различных металлов.

Ход работы: в исследуемую посуду добавляли дистиллированную воду, кипятили её в течение 15 минут. Добавили приготовленный фермент амилазы, раствор крахмала, перемешивали и оставляли на 20 минут, по истечении времени добавляли 2-3 капли йода.

Наблюдения: При добавлении йода слабая синеватая окраска проявилась в пробе, взятой из алюминиевой посуды. Она соответствует действию контрольного раствора 0,0001мл концентрации. Не появилась окраска в пробе, взятой из эмалированной посуды.

Опыт №4. Исследование проб воды с добавлением кислоты.

Ход работы: к пробам воды, взятым из опыта №3, добавляли приготовленный раствор столового уксуса до рН=4. Добавляли приготовленный фермент амилазы, раствор крахмала, перемешивали и оставляли на 20 минут, по истечении времени добавляли 2-3 капли йода.

Наблюдения: во всех пробах обнаружено синее окрашивание, но разной интенсивности: наибольшая интенсивность окрашивания наблюдалась в пробе, взятой из алюминиевой посуды, наименьшая - в пробе, взятой из эмалированной посуды.

Опыт №5. Исследование проб дистиллированной воды при контакте с металлической посудой без нагревания в течение суток.

Ход работы: в металлическую посуду, взятую для исследований, наливали дистиллированную воду и оставляли на сутки. Затем проверяли пробы на действие фермента амилазы.

Наблюдения: наибольшая интенсивность синего окрашивания наблюдалась в пробе из посуды алюминиевой посуды. В пробе из эмалированной посуды окрашивание отсутствовало.

2.2 Выводы и рекомендации

На основании исследований можно сделать следующие выводы: в любой посуде, сделанной из сплавов металлов, наблюдается переход ионов в раствор и, соответственно, попадание их в пищу. Обнаружено, что количество их в растворе таково, что они оказывают дезактивирующее действие на фермент амилазу, что влечёт за собой нарушение обменных процессов в организме и может стать причиной заболеваний.

Наиболее интенсивный переход ионов металлов наблюдается в посуде алюминиевой, незначительный в эмалированной. А также широкое использование металлических ложек и чистящих средств, содержащие абразивные частиц, увеличивает количество переходящих ионов за счет повреждений стенок посуды (потеря целостности оксидного покрытия).

В нейтральной среде переход ионов в раствор относительно невелик, но дает резкое увеличение даже в слабокислой среде. Опыты проводили в идеальных условиях, использовали дистиллированную воду, слабый раствор уксусной кислоты. Каждая хозяйка по-своему вкусу использует для приготовления пищи уксусную кислот, томатную пасту, что может увеличить количество ионов в приготовляемой пищи.

Рекомендации:

Наиболее безопасна в экологическом отношении эмалированная посуда.

Необходимо избегать приготовления пищи с кислой средой в посуде, сделанной из сплавов металлов.

Ионы имеют свойство накапливаться в организме, поэтому постоянное использование этой посуды не рекомендуется, так как может способствовать постепенному увеличению количества ионов в организме.

Необходимо избегать хранения пищи в металлической посуде, даже если она обладает бактерицидным действием

Заключение

При приготовлении пищи мы стараемся использовать полезные и здоровые ингредиенты, но зачастую не подозреваем о том, что опасность может нас поджидать совсем с другой стороны. Даже самые полезные продукты могут оказаться ядом, если приготовлены или хранятся в посуде из вредных материалов.

Учитывая недостатки разных материалов для изготовления посуды, можно избежать многих неприятностей. Чтобы обезопасить себя от вредных свойств металлической посуды, необходимо быть более разумными в ее использовании: не хранить в ней кислые блюда в течение длительного времени и беречь от царапин. Даже посуда престижных марок, как бы ни уверяли производители, не является полностью безопасной. Как дешевые, так и дорогие сковороды и кастрюли выделяют ионы никеля и хрома, которые очень токсичны. Любые блюда, имеющие кислую среду (например, рассольник или борщ) и сваренные в кастрюле, обогатятся таким количеством выделенных ионов, которое будет в несколько раз превышать допустимые нормы.

Поэтому необходимо придерживаться следующих рекомендаций при покупке кухонной посуды. Покупая посуду, постарайтесь убедиться, имеется ли у продавца документация, свидетельствующая о пригодности изделия для пищевых целей. Посуда, на которой не указан изготовитель, и не имеющая сопроводительной документации, должна вызывать сомнение. Обращайте внимание на назначение посуды. Не нужно готовить в алюминиевой посуде кислую пищу, это же относится и к фольге из алюминия.

Пожалуй, всем требованиям безопасности отвечает старая добрая эмалированная посуда. Она, конечно же, есть в каждом доме. Главное её достоинство - эмаль, которая, благодаря инертности своих составляющих, не взаимодействует ни с солями, ни с кислотами, ни со щелочами. Это и делает эту утварь очень востребованной.

Безусловно, пользоваться такой посудой можно только целой. Ведь в местах повреждений, трещин и сколов появляются желтовато-рыжие пятна, которые не удаляются при мытье. Это - обыкновенная ржавчина. А она, взаимодействуя с кислотами пищи, образует вредные для человека соли железа. Кроме того, при мытье в местах повреждения могут остаться частички чистящего вещества, которые тоже потом попадут в ваш желудок.

Поэтому считаем, что наша гипотеза о том, что металлическая посуда является источником ионов металлов, проникающих в организм человека вместе с пищей, и в связи с этим наш организм находиться в опасности является доказанной.

ПРИЛОЖЕНИЕ