Химия в консервной банке - Сценарии уроков на основе проблемных заданий

Цель урока. Познакомить учащихся с химическими процессами, происходящими при хранении и переработке сельскохозяйственного сырья.

Оборудование. Банки с домашними консервированными овощами (огурцы, помидоры), кухонная посуда (кастрюли, чайник) с накипью, металлические предметы (например, гвозди) со следами коррозии.

Задания

13.1. В книге «Нестареющие секреты домоводства» (М.: Вече, 1998) описан интересный прием обнаружения вредных примесей в консервированных огурцах: «При приготовлении огурцов в медной посуде они имеют очень привлекательный зеленый цвет, но чрезвычайно вредны для здоровья. Чтобы узнать качество огурцов, надо воткнуть в огурец чистую стальную иголку, которая в случае их приготовления в медной посуде должна за короткое время сделаться медного цвета». Сейчас медная посуда практически вышла из обихода, но совет все-таки интересный. Объясните, какие химические процессы лежат в основе этого приема.

Таблица 3. Химический состав некоторых овощей, %

Химический состав	Капуста белокочанная	Арбуз	Огурец
Глюкоза, фруктоза, сахароза	4,6	8,7	2,5
Клетчатка, крахмал, пектин	2,2	1,2	1,3

13.2. Всем известен способ заготовки капусты на зиму заквашиванием. Таким же способом можно заготовить и арбузы. Но почему этим способом нельзя законсервировать огурцы? Информация о химическом составе этих продуктов приведена в таблице 3.

13.3. На одном из конкурсов кулинарных рецептов, проводимых журналом «Работница», первый приз получил оригинальный рецепт заготовки «Огурцы со свечой». Стеклянную банку емкостью 3 л наполняют вымытыми сухими огурцами, в банку в свободное пространство помещают небольшую свечу и зажигают ее, а банку закатывают металлической крышкой. Таким способом удается сохранить в течение длительного времени свежие огурцы. В чем суть этого способа с точки зрения химика? биолога?

13.4. Почему при заквашивании капусты с большим количеством соли она иногда значительно хуже сохраняется, чем при добавлении очень малых количеств соли, — ведь соль является консервантом?

13.5. Некоторые хозяйки перед варкой варенья обрабатывают кислые яблоки, например антоновские, слабым раствором пищевой соды. Это делается для того, чтобы яблоки не потемнели и не разварились. Как это отразится на пищевой ценности варенья?

13.6. Врачи-диетологи советуют практически всем ограничить потребление рафинированного сахара. Однако без него невозможно заготовить на зиму многие фрукты и ягоды. Очень популярен рецепт «сырого варенья» из черной смородины, для приготовления которого большинство хозяев смешивают 1 кг протертых ягод с 2 кг сахарного песка. Известно, что сахар проявляет консервирующие свойства при концентрации не менее 70%. Удовлетворяет ли приведенный рецепт этому требованию? И какова точная масса сахара на 1 кг протертых ягод черной смородины, чтобы можно было этот продукт хранить в сыром виде?

13.7. Самой лучшей посудой для варки варенья издавна считаются неглубокие медные тазы. Какими свойствами меди — химическими или физическими — это объясняется?

13.8. Силос — широко распространенный сочный корм, запасаемый на зиму для животных. Это гоже консервы, но для животных. Он сохраняется за счет молочной кислоты СН₃—СНОН—СООН, которая образуется при брожении свежескошенных растений без доступа воздуха. Однако далеко не все кормовые культуры силосуются. В таблице 4 приведен химический состав нескольких распространенных кормовых растений. Попробуйте определить, какие из них можно силосовать, а какие — нет.

Таблица 4. Содержание питательных веществ в кормах, г в 1 кг

Корм	Перевариваемый протеин	Сахара	Кальций	Фосфор	Каротин
Овес в фазу молочной спелости	32	35	1,2	1,0	30
Капуста кормовая	17 ,	21	1,6	0,4	15
Рожь озимая	22	14	0,6	0,5	30
Свекла кормовая	9	53	0,4	0,4	0
Свекла сахарная	13	180	0,5	0,5	0

13.9. Почему в силосе процентное содержание протеина выше, чем в исходной массе растений?

13.10. Для лучшей сохранности силоса его консервируют с применением химических препаратов и заквасок. Консерванты обладают антисептическими свойствами, тормозят бродильные процессы и угнетают жизнедеятельность масляно-кислых и гнилостных микроорганизмов. В качестве консервантов используют гидросульфат натрия NaHSО₄ (8—10 кг на 1 т), пиросульфат аммония (NH₄)₂S₂О₈ (10—12 кг на 1 т), дигидросульфат аммония NH₄H₂SО₄ (14 кг на 1 т). Какой из трех указанных препаратов вы предпочтете, если силос заготавливают для крупного рогатого скота, а стоимость препаратов приблизительно одинакова?

13.11. В быту для удаления накипи применяют специальное средство — адипиновую кислоту НО—ОС—(СН₂)₂—СО—ОН, но если ее нет, пользуются уксусной кислотой. Многие хозяйки знают, что накипь хорошо растворяется с помощью перекисших хлебного кваса, чайного гриба, соков красной смородины, крыжовника, отвара щавеля. Можно использовать для этой цели и маринад, который остался в банке от консервированных томатов. При этом маринад быстрее и эффективнее удалил накипь, чем чистая уксусная кислота, хотя концентрация уксуса в маринаде небольшая. Как можно объяснить эффективность этих природных «антинакипинов»? И какое еще применение в быту можно найти для перечисленных жидкостей?

Ответы и решения

13.1. Поскольку огурцы чаще всего консервируют с уксусной кислотой, возможно попадание и раствор и плоды некоторого количества меди, которая может вытесняться из раствора железом и соответствии со своим положением в электрохимическом ряду напряжений:

13.2. При заквашивании капусты консервация происходит за счет молочной кислоты, образующейся при молочнокислом брожении углеводов, поэтому заквасить можно только те продукты, которые содержат много сахаристых веществ и подвергаются молочнокислому брожению. В огурцах таких веществ недостаточно, хотя они и присутствуют. Именно наличием небольшого количества углеводов объясняется тот факт, что при засолке огурцов в первые 2—3 дня выделяется небольшое количество газа.

13.3. При хранении любых плодов они портятся — теряют товарный вид и вкусовые качества в значительной степени за счет процесса дыхания, которое протекает с выделением воды и углекислого газа:

При горении свечи кислород, содержащийся в банке, расходуется на горение и образуется С0₂, в результате процесс дыхания плодов замедляется и они долго сохраняются.

13.4. Бактерии, вызывающие молочнокислое брожение, могут, как и все живые организмы, развиваться только в определенных условиях. Например, кислотность среды должна соответствовать pH 3,5. Губительно действует на многие микроорганизмы, в том числе и на молочнокислые бактерии, и избыток поваренной соли в растворе. Поэтому при избытке соли процесс молочнокислого брожения подавляется и в капусте не образуется достаточного количества консерванта — молочной кислоты.

13.5. Этого делать не следует, так как при обработке содой разрушаются витамины, прежде всего аскорбиновая кислота — витамин С. Нейтрализуются и другие органические кислоты, содержащиеся в яблоках, — яблочная, лимонная, виноградная, янтарная. Наличием таких кислот в большой степени и объясняется пищевая ценность фруктов, а обработка содой ее существенно снижает.

13.6. Массовая доля сахара в таком варенье составит т. е. немного ниже нормы.

Поэтому такие домашние заготовки все-таки необходимо хранить в холодном месте.

Чтобы массовая для сахара составила 70%, надо на 1 кг ягод брать 2,3 кг сахара.

13.7. Рассмотрим, в какой еще посуде можно варить варенье. В эмалированной этого делать нельзя, так как варенье подгорает и кастрюля может быть после первого же раза безнадежно испорчена. Алюминий (и оксидная пленка на его поверхности) может взаимодействовать с органическими кислотами, содержащимися в ягодах и фруктах. Медь не только достаточно устойчива химически, но еще и обладает уникальными физическими свойствами — высокой теплоемкостью и теплопроводностью. Эти свойства меди позволяют обеспечить равномерное распределение и сохранение тепла по всей поверхности посуды даже при нагревании на источнике тепла небольшого размера (горелках обычной газовой плиты).

13.8. При силосовании роль консерванта выполняет молочная кислота, образующаяся в результате молочнокислого брожения сахаров. Чтобы в силосной массе накопилось необходимое для консервирования количество молочной кислоты (около 2%), для приготовления силоса следует брать только те кормовые культуры, которые содержат достаточное количество сахаров. Из приведенного перечня силосоваться могут все растения, кроме ржи.

13.9. При силосовании основной химической процесс — молочнокислое брожение, в процессе которого углеводы теряются за счет превращения в молочную кислоту. Протеины в процессе брожения полностью сохраняются.

13.10. Следует предпочесть не натриевые, а аммонийные соли, так как из них в желудке жвачных возможно образование дополнительных количеств белка (см. урок «Рога и копыта», задание 12—17), т. е. питательная ценность силоса с такими добавками будет выше. Из двух аммонийных солей — (NH₄)₂S₂О₈ и NH₄H₂SО₄ — массовая доля NH₄⁺ больше в NH₄H₂SО₄ (18 : 116)/100 = 15,5%, чем в (NH₄)₂S₂О₈ (36 : 238)/100 = 15,1%, но по указанным нормам его надо вносить в меньших количествах. В общем, можно считать, что выгода от внесения обеих аммонийных солей будет примерно одинакова.

13.11. Эти природные растворители содержат двухосновные органические кислоты — щавелевую, янтарную, яблочную, которые слабее уксусной кислоты, но благодаря наличию двух карбоксильных групп намного прочнее связывают катионы металлов. С их помощью можно отчистить от ржавчины и накипи ванны, раковины.