Energia az élelmiszerekben

A növények a fotoszintézis során felhasználják a napfényt, hogy a szén-dioxidot és a vizet glükózzá (cukorrá) és oxigénné alakítsák. Ennek a glükóznak kémiai kötéseiben tárolt energia van, amelyet más organizmusok felhasználhatnak. Ez a tárolt energia felszabadul, amikor ezek a kémiai kötések megszakadnak az anyagcsere folyamatokban, például a sejtlégzésben.

biológiai

A sejtlégzés az a folyamat, amelynek során az „élelmiszer” molekulák kémiai energiája felszabadul és részben megfogódik ATP formájában. A sejtlégzés az az általános kifejezés, amely leírja az összes anyagcsere-reakciót, amely a tápanyagok lebontásából származó hasznos energia képződésében játszik szerepet. Élő organizmusokban az „univerzális” energiaforrás az adenozin-trifoszfát (ATP). A szénhidrátok, zsírok és fehérjék mind üzemanyagként használhatók a sejtlégzés során, de a glükózt használják leggyakrabban példaként az érintett reakciók és utak vizsgálatára.

A maratonfutók a verseny előtti este megesznek egy nagy tányér tésztát, mert a tészta jó energiaforrás vagy üzemanyag a szervezet számára. Minden étel tartalmaz energiát, de a tárolt potenciális energia mennyisége nagymértékben változik az étel típusától függően. Ráadásul nem minden tárolt energia áll rendelkezésre a munka elvégzéséhez. Ha ételt fogyasztunk, testünk a tárolt energiát, az úgynevezett Kalóriát kémiai energiává alakítja, ezáltal lehetővé téve számunkra a munkát. A kalória az a hőmennyiség (energia), amely szükséges 1 gramm (g) víz 1 Celsius-fok (° C) hőmérsékletének emeléséhez. A víz sűrűsége 1 gramm/ml (1 g/ml), ezért 1 g víz megegyezik 1 ml vízzel. Amikor az étel kalóriaértékeiről beszélünk, azokat Kalóriának nevezzük (vegyük észre a „C” nagybetűt), amelyek valójában kilokalóriák. 1000 kalória van egy kilokalóriában. Tehát a valóságban egy 38 kalóriát tartalmazó élelmiszernek 38 000 kalóriája van. A kalóriák segítségével meg lehet mérni az elfogyasztott ételből származó energiát.

Ahogy a tészta a futó számára energiát adhat a maratoni futáshoz, egy apró földimogyoró is tartalmaz tárolt energiát, amelyet fel lehet használni egy víztartály melegítésére. Ehhez a laboratóriumi gyakorlathoz egy kaloriméter segítségével közvetetten meg fogja mérni a kalória mennyiségét néhány ételben. A kaloriméter (a kalória = a latin nyelv jelentése hő) olyan eszköz, amely méri a kémiai reakcióval, az állapotváltozással vagy az oldat képződésével keletkező hőt. A kalorimétereknek több típusa létezik, de az összes kaloriméter fő hangsúlya a reakció szigetelése a hőveszteség megelőzése érdekében. Házi készítésű kalorimétert fogunk használni, amelyet állandó térfogatú kaloriméter után modellezünk. Egy adott élelmiszer meggyullad, a házi készítésű kaloriméter megfogja az égő étel hőjét, és a fenti víz elnyeli a hőt, ezáltal a víz hőmérséklete (T) megnő. Az ismert térfogatú víz hőmérséklet-változásának (∆T) mérésével kiszámíthatja a tesztelt élelmiszer energiamennyiségét

Ebben a kísérletben meg fogja mérni a felhasználható energia mennyiségét háromféle dióból, egy növényi termékből. Az élelmiszerekben tárolt energia mérésének ezt a folyamatát kalorimetriának nevezik.

Anyagok:
nagy gemkapocs, oC hőmérő, üdítőital, oldalsó nyílásokkal ellátott üdítőital, vegyes diófélék, gyufa, víz, elektronikus mérleg, ceruza és papír, 100 ml-es mérőhenger, számológép

  1. Óvatosan vágjon ki két nyílást az üdítős doboz oldalán. Ez támogatást nyújt a második italos dobozhoz, amely vizet fog tartalmazni, és üljön a tetején.

  1. Hajlítson egy nagyméretű gemkapcsot, hogy az egyik végén anyát lehessen rögzíteni, a másik vége pedig laposan üljön a kivágott üdítőitalban.

  1. A mérőhengerrel pontosan mérje meg 100 g (100 ml) vizet. Öntse ezt a vizet a darabolatlan üdítős dobozba.
  2. Helyezze a hőmérőt a vágatlan dobozba, és 3 perc múlva mérje meg a víz hőmérsékletét. Jegyezze fel ezt a hőmérsékletet az 1. adattáblára.

  1. Masszírozza meg az égő anyát (g), és rögzítse ezt a tömeget az 1. adattáblán.
  2. Csatlakoztassa az anyát a gemkapocs hajlított végéhez, és óvatosan illessze a kapcsot és anyát az alján levágott üdítőitalba. Győződjön meg arról, hogy a kannák sík, nem gyúlékony felületen vannak-e!

  1. Óvatosan gyújtsa meg az anyát alulról gyufával, és rögzítse a víz hőmérsékletének változását, amikor az anya ég (hőmérő a kannában égés közben). Az anya égése után azonnal rögzítse a végső (legmagasabb) vízhőmérsékletet az 1. adattáblán.
  2. Mérje meg a megmaradt anya tömegét (g), és rögzítse ezt az 1. adattáblázatba. (Az összeégett anyát és a gemkapcsot összemasszírozza, majd kivonja az anya tömegét, hogy megkapja az anya tömegét.)
  3. Töltse ki az 1. táblázatot az anya tömegének változásának kiszámításával.
  4. Ismételje meg ezt a kísérletet a másik két diófélével .
  5. Ha mind a három anya leégett, fejezze be az elemzést a 2. adattáblán.

1. táblázat - Az égés eredményei

2. táblázat - Adatok elemzése az anya kalorimetriájából

  1. Honnan ered a dióban tárolt energia eredetileg?
  2. Milyen folyamat során tárolták ezt az energiát az anyában, és hol tárolták konkrétan?
  3. A növények által előállított egyszerű cukor a tárolt energia közös forrása?
  4. A dió melyik makromolekulacsoportot tartalmazná - szénhidrátokat, lipideket vagy fehérjét?
  5. Mi a tárolt energia neve?
  6. Mondjon néhány példát arra, hogyan használnák fel az organizmusok ezt a tárolt energiát.
  7. Ebben a kísérletben beszélje meg, hogy mi történt az anyában tárolt energiával.
  8. Miért volt kisebb az anya tömege, mint az anya eredeti tömege? (Ne feledje, hogy az anyag nem pusztulhat el kémiai reakció során.)