Сахароза. Склад, будова. Хімічні властивості: гідроліз, утворення сахаратів

Тема. Сахароза. Склад, будова. Хімічні властивості: гідроліз, утворення сахаратів.

Цілі уроку: вивчити властивості сахарози, її застосування і значення для здоров’я людини, ознайомити учнів з процесами виробництва цукру на цукрозаводі; розвивати навички самостійного навчання, експериментування, здатності входити в роль у ділових іграх; створювати умови для творчості учнів, сприяти формуванню життєвої активності, інтересу до навчання, впевненості у своїх силах, уміння працювати в групі.

Обладнання: таблиця «Будова сахарози», купрум (ІІ) сульфат, натрій гідроксид.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

Форми проведення: урок – проект

 

Хід уроку.

І. Організаційний етап

Формування робочого настрою.

Сьогодні ми продовжимо ознайомлення з вуглеводами і дізнаємось багато цікавого про сахарозу. Наш урок проходитиме в незвичайній формі. Сьогодні на уроці ви побуваєте в ролі дослідників, провідних спеціалістів по виробництву сахарози та питаннях її значення для організму.

ІІ. Мотивація теми

Вам необхідно з’ясувати:

1.Склад та будову сахарози.

2.Провести досліди які відкривають хімічну суть сахарози.

3.Ознайомитись з виробництвом сахарози.

4.Дізнатись про її значення для організму.

ІІІ. Основна частина уроку

Презентація І групи

Сахароза — дисахарид

1-й учень. Сахароза (звичайний цукор) — біла кристалічна речовина, розчинна у воді, солодка на смак. За 190—200 °С сахароза перетворюєть­ся на буру масу — карамель.

Великий вміст сахарози в цукровому буряку (16—20 %), стеблах цукрової тростини (14—16 %), а також у соку берези, клена, у багатьох плодах і овочах, у цукровій пальмі, рожковому дереві, цукровому сорго.

Сахарозу добувають із цукрового буряка або цукрової тростини.

2-й учень. Давайте проведемо досліди, які відкриють нам хімічну суть сахарози та її хімічні властивості. (Демонструє, коментуючи, досліди.)

Дослід 1. Виявлення альдегідної групи

До розчину сахарози додати амоніаковий розчин арґентум (І) оксиду. Суміш нагріти. Утворення осаду металічного срібла не спостерігається. Отже, сахароза, на відміну від глюкози, не є альдегідом.

3-й учень. Дослід 2. Виявлення карбоксильної групи

До розчину сахарози додати розчин метилоранжу. Забарвлення не змінюється, отже, карбоксильна група відсутня.

Дослід 3. Виявлення гідроксильних груп

До розчину сахарози додати кілька крапель розчину купрум (ІІ) гідроксиду. Спостерігається утворення синього розчину, що свідчить про наявність гідроксогруп. Отже, сахароза — багатоатомний спирт.

4-й учень. Дослід 4. Взаємодія з вапняним молоком

У вапняне молоко влити концентрований розчин сахарози. Завись кальцій гідроксиду поступово розчиняється, що доводить протікання реакції з утворенням сахарату:

С12Н22О11+Са(ОН)2 = С12Н22О11-СаО + Н2О

5-й учень. Дослід 5. Гідроліз сахарози

До 2 мл розчину сахарози додати 1 мл розчину сульфатної кислоти, нагріти, нейтралізувати лугом:

С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6

 

Утворюється глюкоза і         фруктоза

Нагріваючи продукт гідролізу з реактивом Фелінга, встановлюємо наявність глюкози.

Подібне перетворення відбувається в організмі бджіл: збираючи нектар із квітів, вони засвоюють сахарозу, яка в їх організмі гідролізується до глю­кози і фруктози. Мед — суміш глюкози і фруктози з домішками інших природних речовин. Висновок: сахароза складається із залишків глюкози і фруктози; має гідроксогрупи й не має альдегідних та карбоксильних груп.

6-й учень. Я розповім вам історію цукроваріння. За три тисячоліття до нашої ери сік із цукрової тростини використовувався в Індії як лікарський засіб. Після відкриття Амери­ки цукрова тростина була завезена на Антильські острови, а також у Мексику, Бразилію. Експорт цукру з цих країн в Європу став одним із чинників розвитку морської торгівлі між Америкою та Європою. Дорожнеча імпортованого товару сприяла по­шуку нових джерел одержання цукру в Європі. У 1747 р. німецький хімік Маркграф відкрив, що тростинний цукор є в різних сортах білого буряку. Це відкриття відразу одержало практичне значення, бо Європа була за­безпечена цукром із тростини. Лише через 50 років (у 1797р.) роботу Марк­графа продовжив німецький учений Ахард. У 1799 р. він отримав перший буряковий цукор у кількості 4 кг.

Перші відомості про тростинний цукор як «заморський товар» на Русі датуються ХІІІ ст. Перший кустарний завод з добування цукру був збудований за наказом Петра І у Петербурзі в 1719 р. У 1723 р. такі заводи були побудовані в Москві, Ризі, Одесі. Усередині XVI11 ст. в Росії вже було відомо про відкриття Маркграфа.

Візитною карткою української про­мисловості XVIII ст. стало цукроваріння. Видатними організаторами цу­крової промисловості України були сім’ї Яхненків та Симиренків. Ці дві родини заснували в  1815 р. торговий дім, який згодом став відомим у всій Європі. У 40-х рр. ХУІІІ ст. вони першими в Російській імперії заснували парове цукрове виробництво, обладнали машинобудівний завод, утримуючи ціле робітниче містечко з техніч­ним училищем, лікарнею, церквою.

Усередині XIX ст. в Україні діяли май­же 70 % цукрових заводів Імперії, які забезпечували понад 80 % загального виробництва цукру. Нині в цукровій промисловості України зайнято близько 35 % робітників харчової промисловості.

 

7-й учень (коментує схему).

 

 

 

 

Презентація II групи

Заочна подорож цукровим заводом

Технолог. Продукт, який ми виробляємо,— це цукор, основна складова якого — сахароза. У листі буряка внаслідок фотосинтезу під впливом сонячної енергії та СО2 повітря утворюється формальдегід, який, у свою чергу, перетворюється на глюкозу. Фруктоза і глюкоза з листя буряка переходить у коренеплід і під дією ферменту перетворюється на сахарозу. Крім цукрового буряка для ви­робництва цукру необхідні кальцій гідроксид у вигляді вапняного мо­лока й сульфур(ІV) оксид. Перш ніж зайти до цехів заводу, ознайомтесь із технологічною схемою добування цукру з цукрових буряків:


А тепер запрошую вас до цехів заводу.

Начальник цеху №1. До нашого цеху надходить 1,5 тис. т буряка за 1 добу, де його миють, зважують, подають до бункерів і далі до барабанних машин для подрібнення на смужки завдовжки 9—15 см і завтовшки 0,5—1 мм. Згодом нагріта до 60 °С стружка подається до дифузійного апарата з водою, де утворюється розчин дифузійного соку. Час промивання стружки не перевищує 65— 70 хв. Промиту стружку віджимають, одержують буряковий жом, який після висушування за температури 800— 850 °С в сушарнях використовують для відгодівлі тварин.

Начальник цеху № 2. Отриманий дифузійний сік містить до 14— 15 % сахарози і 20 % нецукристих домішок, які сповільнюють кристалізацію цукру. Під час обробки дифузійного соку 12—15%-м вапняним молоком, що містить 2,5-3 % СаО, його нагрівають до 85—90 °С. Утворений осад відфільтровують через фільтр із тканини за температури до 98—100 °С і тиску 0,2 мПа. Осад, який містить Р2О5 і нітрогеновмісні речовини, ви­користовують для вапнування і підживлення грунтів. Такий спосіб очищення не є повноцінним, тому сік доочищають через йонообмінники та активоване вугілля.

Начальник цеху № 3. Сироп, який утворюється після випарювання соку, забарвлений. Щоб отримати білий цукор, сироп обробляють SО2 і очищують активованим вугіллям, яке інтенсивно адсорбує барвники та знебарвлює сироп.

Очищений сироп надходить до вакуум-апарата, в якому відбувається випарювання води та кристалізація цукру. Далі суміш потрапляє в мішалки, а потім — у центрифугу, де кристали цукру відокремлюються від маточного розчину. При цьому утворюється зелена патока, з якої отримують харчову патоку (мелясу), і виробляють метиловий спирт і хлібопекарські дріжджі.

Кристали цукру, які залишилися на стінках центрифуги, обробляють водяного парою й подають у сушильну установку. Висушений цукор пакують у мішки.

 

 

Презентація III групи

Деякі проблеми цукрозаводів

Ділова гра «Нарада в кабінеті директора цукрового заводу»

Присутні: директор, лікар, начальники цехів.

Директор. Шановні друзі, ми зібралися, щоб обговорити наші проблеми і знайти шляхи їх усунення. Будь ласка, ваші зауваження і пропозиції.

Начальник цеху № 1. По-перше, є нові, потужніші машини для миття буряків, які за короткий час можуть обробити більше сировини. Пропонуємо їх придбати. По-друге, є пропозиція скоротити час промивання стружки. Це зменшить мікробне зараження і відповідно втрати цукру, а отже, не буде необхідності обробляти дифузійні апарати кожні 2 години 40%-м розчином технічного форма­ліну, який викликає захворювання у працівників.

Д и ректор. Ваші пропозиції візьмемо до уваги.

Начальник цеху № 2. Для зменшення витрат палива ми пропонуємо водяну пару, яку беруть для підігрівання соку, використовувати багаторазово в кількох апаратах. Ще мушу зазначити, що працівники нашого цеху часто хворіють.

Лікар. Я можу пояснити обидва випадки. Формалін — 40%-й розчин формальдегіду, який належить до речовин, що зумовлюють розвиток професійної бронхіальної астми. Ця речовина здатна сенсибілізувати організм (алергізувати) і водночас має подразнюючу дію. Вона може викликати пневмонію, набряк легень, токсично-хімічну етіологію, захворювання легень, зокрема хронічний і гострий бронхіт.

Навіть невелика концентрація сульфур (ЇV) оксиду в повітрі подразнює слизову оболонку дихальних органів і очей. Тривала ж дія навіть малих концентрацій призводить до бронхіту, гастриту та інших хвороб, у тому числі й раку легень. Моя пропозиція — закупити нові респіратори для робітників та покращити вентиляцій­ну систему цеху.

Директор. Ми передбачили це. Перші гроші від продажу цукру нового врожаю плануємо використати для закупівлі нової вентиляційної системи. Крім того, ринок показує, що кращим попитом користується кусковий (рафінований) цукор. Його виробляють двома способами:

* виливанням у форми розсипчастого цукру;

* пресуванням.

Інженеру технічного відділу необхідно ознайомитися з відповідним обладнанням І внести на наступній нараді пропозиції щодо модернізації виробництва з випуску рафінованого цукру.

Інженер-еколог. Для здійснення процесу сатурації в технологічному процесі необхідна велика кількість карбон(ІV) оксиду. Добувають його з флюсів, які випалюють у вапнякових печах. Опалюють печі мазутом та природним газом. У результаті випалювання отримують карбон(ЇV) оксид і кальцій оксид. Розчиненням кальцій оксиду у воді отримують вапняне молоко, яке використовують у процесі дефекації. Саме спалювання природного палива є причиною забруднення повітря.

Стічні води цукрових заводів поділяють на три категорії.

До першої категорії належить барометрична вода після вакуум-апаратів, випарки та вакуум-фільтрів, одержана змішуванням холодної води та пари. Вона має температуру близько 40 °С, містить невелику кількість амоніаку та інколи продукти виробництва,

До вод другої категорії належить транспортно-миюча вода. У ній у великій кількості містяться завислі речовини залежно від забрудненості землею буряків. На нашому заводі воду очищають відстоюванням у спеціальних спорудах.

До вод третьої категорії належать жомопресова вода, розведений фільтраційний осад, вода від прання мішків і фільтрувальної тканини.

Стічні води — найбільша загроза для навколишнього середовища, тому їх очищення і знезаражування є обов’язковими. Найпоширенішими є методи біологічного очищення. Розрізняють природне і штучне біологічне очищення. Під час фільтрування стічних вод крізь грунт органічні речовини розпадаються і пере­творюються на мінеральні під дією мікрофлори грунту. У разі штучного біологічного очищення використовують зелені водорості, у процесі фотосинтезу яких виділяється кисень, що необхідний мікроорганізмам для розкладу органічних речовин стічних вод.

Пропоную використовувати уловлювачі сажі — циклони. З одержаної таким чином сажі можна виготовляти барвники, чорну туш, крем для взуття, вулканізувати каучук.

Амоніак пропоную розчиняти у воді (в одному об’ємі води розчиняється 700 об’ємів амоніаку). Утворений розчин — це рідке нітратне добриво.

Сірководень пропоную повільно окиснити в спеціальних установках до вільної сірки. Одержана сірка — цінний засіб у боротьбі зі шкідниками сільськогосподарських культур.

Кальцій оксид — в’яжучий матеріал; у промисловості будівельних матеріалів. Утилізований ванадїй (V) оксид є важливим каталізатором у виробництві сульфатної кислоти.

Директор. Дякую всім за участь у обговоренні питань модернізації заводу.

Презентація IV групи

Цукор — біле золото для України

1-й учень. Зі 192 цукрових заводів загальною потужністю 509 тис. т переробки цукрового буряку на добу, що є в Україні, у 2006 р. працювали 119 (загальна потужність 336 тис. т); 49 підприємств (загальною потужністю 117,5 тис. т) демонтували устаткування і припинили своє існування; 24 підприємства (загальною потужністю 55,8 тис. т) не працюють.

На цукрові заводи було прийнято 22,14 млн т цукрового буряку цукристістю в середньому 15,77 %.

Вироблено з цукрового буряку 2595,04 тис. т цукру-піску за квоти на 2006-2007 рр. 2025 тис. т.

У цілому по Україні вихід цукру склав 12,21 % (у 2005 -13,14%), цукристість прийнятої сировини — у середньому 15,77 % (у 2005 р. – 16,63 %).

Позитивним в останні роки в цукровій галузі є те, що сформувалася група інвесторів, за участі яких у минулому сезоні з цукрового буряку було вироблено 45 % цукру.

2-й учень. Щорічно на виробничі потреби цукровими за водами витрачається до 2 млн т умовного палива і близько 1,4 млрд кВт-год електроенергії залежно від обсягів переробленої сировини.В останні десять років частка палива й енергії в собівартості переробки 1 т цукрового буряку становить 30— 32 % та 15 % у собівартості цукру (на окремих підприємствах і вище). За цей самий період на більшій частині цукрових заводів України практично не знижуються питомі витрати пали­ва й залишаються на рівні 6,1—6,5 % умовного палива до маси буряку, а на деяких цукрових заводах — навіть 8 %. Цукрові заводи Європи, на відміну від українських, у період енергетичної кризи, за рахунок зменшення питомих витрат теплової й електричної енергії досягли 2,6—3,0 % (на заводах Італії цей показник становить 2,1—2,0 %).

На них упроваджено передові енергозберігаючі технології, що дають можливість зменшити питомі витрати теплової й електричної енергії.

До європейського рівня в питаннях енергозбереження і комплексних питомих витрат умовного палива на переробку цукрового буряку наблизилися цукрові заводи: ВАТ «Чортківський цукровий завод» — 3,24 %, ТОВ «Агрокомплекс “Зелена долина”» (Томашпольський цукровий завод) — 3,97 %, ТОВ «Цукровик Полтавщини» (Яреськівський) — 4,45 %.

Підвищення ціни на природний газ, починаючи з 2006 р., істотно вплинуло на економічні показники роботи цукрових заводів. Так, за ціни природного газу 110 дол. США його частина в собівартості продукції ста­новитиме 15,1 %, у разі збільшення ціни до 140 дол. США- 18,2%, аза 230дол. США-21 %.

Енергетичний баланс цукрового заводу показує, що із загальних витрат палива 80—85 % припадає на виробництво теплової енергії для технологічних потреб, а 8— 12 % — на виробництво електроенергії, вапна й вуглекислого газу. Тому визначальним напрямком зменшення питомого споживання паливно-енергетичних ресурсів є скорочення витрат теплової енергії на переробку цукрового буряку.

3-й учень. Цукор відіграє важливу роль серед основних продуктів харчування населення. Економічна доціль­ність використання цукру в науково обґрунтованих кількостях доведена даними професора Гарвардського університету Д. Старе, які він наводив ще в 1950 р.: з 1 га цукрових буряків чи тростини одержують близько 15 млн калорій, з 1 га картоплі — 5 млн калорій, з 1 га кукурудзи, пшениці — 2,5 млн калорій, з 1 т молока — менше 1 млн калорій, з 1 т м’яса — мен­ше 0,25 млн  калорій.

Цукор має низку позитивних функціональних властивостей. У свідомості споживача єдиним природним нешкідливим продуктом є саме цукор.

Він вважається стандартом чистоти, солодкого смаку і ступеня солодкості. Саме з цукром порівнюють усі інші речовини, які використовуються для підсолоджування.

Ще наші далекі предки вважали, що цукор (від санскритського «сардар») має чудодійні властивості — відновлює сили, втамовує біль.

У ряді наукових праць автори відзначають захисну дію вуглеводів у разі коронарної хвороби серця. Корпорація лікарів Лондона і Британське кардіологічне товариство стверджують, що немає незаперечних доказів зв’язку між споживанням цукру й ішемічною хворобою серця (ІХС). У країнах Азії, Африки, Південної Америки населення споживає значну кількість цукру, однак там спостеріга­ється низька частота захворюваності на ЇХС, низький рівень холестерину і тригліцеридів у крові людей.

Тривала нестача цукру в крові небажана, бо призводить до різноманітних розладів в організмі людини. У разі зниження рівня глюкози в крові виникає захворювання — гіпоглікемія, симптомами якої є слабкість, головний біль, запаморочення, відчуття холоду і тремтіння рук.

4-й учень. Обмеження цукру і крохмалю в раціоні харчування — одне з найсерйозніших І небезпечних втручань у людський організм. Нормальне функціонування мозку й нервової системи майже повністю залежить від умісту глюкози в крові. Якщо тканини інших органів (наприклад, печінка, про що згадувалося вище) можуть переробляти жири за відсутності цукру, використовуючи глікоген, то мозок такої адаптивності не має.

За відсутності цукру в раціоні харчування людини в крові з’являються кетонові тіла, порушується функція центральної нервової системи, м’язів, послаблюється нервова й фізична діяльність, скорочується тривалість життя.

Цукор позитивно впливає на емоції, настрій людини. Це пов’язують із відповідним співвідношенням сахарози й серотоніну. Серотонін — біологічно активна речовина з групи біогенних амінів, які беруть участь у багатьох важливих обмінних про­цесах. Збільшення вмісту серотоніну в крові проявляється погіршенням настрою людини, відчуттям тривоги. Цьому протидіють лікарські засоби, які зменшують уміст серотоніну в крові. Подібну дію чинить також глюкоза, яка утворюється внаслідок гідролізу сахарози.

Наразі науково не доведено, що споживання цукру пов’язане з тими чи іншими хворобами, крім карієсу. Принципова помилка авторів, які виступають проти цукру, криється у змішуванні двох понять: «шкідливість цукру» і «шкідливість надмірного вживання цукру».

Причиною виникнення антицукрової пропаганди можна вважати жорстку конкуренцію на світовому ринку харчових продуктів з боку виробників замінників цукру.

Після значної антицукрової пропаганди цукор повністю був реабілітований лише в 1997 році в Римі на науковому форумі «Вуглеводи у харчуванні людини», який зібрав нутриціологів, медиків і біохіміків з 13 країн світу. Після ретельного вивчення всіх матеріалів щодо впливу цукру на організм людини експерти міжнародних організацій FАО (Fооd аnd Аgгісиlturaj Огgаnizаtіоn оf Unated Nаtіоn) і WНО дійшли висновку, що цукор не викликає таких хвороб як цукровий діабет, атеросклероз, рак тощо, а, навпаки, відіграє важливу роль у харчуванні людини.

5 учень. Важливим є лише попередження надмірного вживання цукру. Необхідно дотримуватися принципу збалансованого харчування, згідно з яким потреба людини у вуглеводах, у тому числі легкозасвоюваних (цукор), визначається передусім енергетичними витратами організму.

Добова потреба у вуглеводах для здорової людини (400 г) на 80 % має за­безпечуватися за рахунок складних вуглеводів (полісахаридів), а на 20 % — за рахунок простих вуглеводів, які легко засвоюються. Гідроліз полісахаридів відбувається повільно, надходження глюкози в кров здійснюється поступово й рівномірно. При цьому не виникає різких коливань умісту глюкози в крові.

Отже, здоровим людям не слід різко обмежувати кількість цукру в раціоні харчування або вживати замінники цукру. Прямим показанням до вживання цукрозамінників є ряд захворювань, за яких споживання цукру призводить до прогресування хвороби й погіршення її протікання. Вирішальним значенням для профілактики й лікування цих захворювань є заміна цукру в харчуванні на альтернативні, низькокалорійні цукрозамінники.

Необхідно зауважити, що останнім часом зросла тенденція використання цукрозамінників не лише для виробництва продуктів харчування та напоїв дієтичної групи.

Учитель. Дорогі діти, ви всі чудово попрацювали, і тому ваш проект вийшов цікавим і корисним для всіх слухачів. Усі учасники проекту одержують найвищі оцінки.

 

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

Конспект Him 11 (41) (86.5 KiB, Завантажень: 45)

завантаження...
WordPress: 22.95MB | MySQL:26 | 0,329sec