Проекты учеников

XIХ Краевые открытые Курчатовские чтения учащихся

г. Железногорск

Электромагнитное воздействие на всхожесть семян

Выполнил: Кравченко Алексей,

кадет 7А класса КГБОУ «Минусинский кадетский корпус»

Руководитель: Карпенко Е.В., учитель КГБОУ «Минусинский кадетский корпус»

Голиков В.Е., педагог ДО КГБОУ «Минусинский кадетский корпус»

г.Минусинск, 2019 год

СОДЕРЖАНИЕ.

Введение.

Способ повышения урожайности сельскохозяйственных культур путём обработки семян электромагнитными полями известен уже давно. Например, агропромышленные комплексы применяют предпосевную на установках Компании "Сизар" таких как "Микростим 2М" с производительностью от 900 кг до 2-х тонн в час. Стоимость установки 890 000 руб. Для обычного человека такая большая производительность не экономична, и по такой цене приобрести оборудование для предпосевной подготовки семян не сможет.

Поэтому целью работы является  создание и апробация  аппарата предпосевной обработки семян электромагнитным полем в домашних условиях.

Объект исследования: всхожесть семян.

Предмет исследования: электромагнитное поле.

Гипотеза: аппарат, созданный в домашних условиях, увеличивает всхожесть и скорость прорастания  семян и экономически доступен.

Задачи:

1.Анализировать информационные источники по проблеме.

2.Подобрать необходимое оборудование для создания аппарата предпосевной обработки семя электромагнитным полем с учетом экономического бюджета.

3.Провести исследования по обработки семян перцев, томатов, баклажанов электромагнитным полем.

Методы: теоретический, эксперимент, моделирование.

1.ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ.

Известные ещё со времён античности электричество и магнетизм до начала XIX в. считались явлениями, не связанными друг с другом. Более ста лет назад естествоиспытатель Трандо установил, что в магнитном поле все химические реакции, в том числе и в живых организмах, протекают с иной скоростью, чем в вакууме. Под влиянием магнитного поля резко активизируются все процессы внутри организма. Но сам по себе биологический эффект воздействия электромагнитного излучения малых уровней стал изучаться лишь во второй половине двадцатого века.

Математик А. Ампер в 1824 г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем

В 1831 г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции — возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864 г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого — электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать  электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде(в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.Теория Максвелла уже при своем возникновении разрешила ряд принципиальных проблем электромагнитной теории, предсказав новые эффекты и дав надежную и эффективную математическую основу описанию электромагнитных явлений. Однако при жизни Максвелла наиболее яркое предсказание его теории — предсказание существования электромагнитных волн — не получило прямых экспериментальных подтверждений.

В 1887 г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи, хотя сам Герц не видел никакого практического применения своего открытия, и рассматривал его исключительно как экспериментальное подтверждение теории Максвелла.

В XX в. развитие представлений об электромагнитном поле и электромагнитном излучении продолжилось в рамках квантовой теории поля, основы которой были заложены великим немецким физиком Максом Планком. Эта теория, в целом завершенная рядом физиков около середины XX века, оказалась одной из наиболее точных физических теорий, существующих на сегодняшний день.

Во второй половине XX века (квантовая) теория электромагнитного поля и его взаимодействия была включена в единую теорию электрослабого взаимодействия и ныне входит в так называемую стандартную модель в рамках концепции калибровочных полей (электромагнитное поле является с этой точки зрения простейшим из калибровочных полей — абелевым калибровочным полем).

2.МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. СВОЙСТВО МАГНИТНОГО ПОЛЯ.

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими зарядами.

Электромагнитное поле - это порождающие друг друга переменные электрические и магнитные поля.[2]

Свойства магнитного поля:

1.Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, проводниками с током, постоянными магнитами.

2.Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током.

    Характеристикой магнитного поля является магнитная индукция (В) - это векторная величина. За направление вектора магнитной индукции принимается направление магнитной стрелки от южного полюса к северному.

    Изображается магнитное поле в виде линий магнитной индукции. Линии магнитной индукции - это линии, касательными к которой в любой её точке является вектор магнитной индукции.

Магнитная индукция катушки с током зависит от силы тока и характеристик катушки (длины, числа витков и т.д.)

3.ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА РАСТЕНИЯ.

 Магнитное поле оказывает влияние на рост и формирование растений. Все растения на Земле находятся в магнитном поле Земли. Можно убедиться, что растения, которые свободно развиваются, ориентируются в направлении южного магнитного полюса. Другими словами, корни растут преимущественно в этом направлении. Этот эффект зависимости роста растений (или их частей) от магнитного поля был назван магнитотропизмом растений (тропос — направление). [4]

Этот эффект у растений изучался очень подробно как в естественных условиях, когда растения развивались в магнитном поле Земли, так и в условиях, созданных искусственно, когда величина и направление магнитного поля, действующего на растения, изменялись. Во всех случаях растения не оставались безучастными к влиянию магнитного поля. Их реакция зависела от направления магнитного поля. В частности, от направления магнитного поля относительно зародышей семян зависят функционально-биохимические свойства растений, развившихся из семян. Так, если ориентировать корешки в направлении южного магнитного полюса, то все растение (и корни и стебли) развивается более эффективно, нежели в случае ориентации корешков зародыша в направлении северного магнитного полюса. [4]

4.ПАТЕНТ № 1720525

Патент № 1720525 «Устройство для предпосевной обработки семян в электромагнитном поле» входит в следующие категории:

• A01C1 - Способы и устройства для испытания или обработки семян, корней и т.п. перед посевом или посадкой (химикалии для этого A01N 25/00-A01N 65/00)

 Авторы патента

• КУШНИРЕНКО АНАТОЛИЙ ГРИГОРЬЕВИЧ
• МАРТЫНЕНКО АЛЕКСЕЙ ИВАНОВИЧ
• МИЩЕНКО ВАСИЛИЙ ИЛЬИЧ

Изобретение относится к сельскому хозяйству к способам предпосевной обработки семян, проводящийся с целью активации семян, повышения процента всхожести и энергии прорастания, а также сокращения вегетационного периода и повышения урожайности сельскохозяйственных культур, и может быть использовано для обработки преимущественно протравленных семян, находящихся в мешкотаре, и для обработки мелкосеменного материала.  

5.ПАТЕНТ № 880286

Способ предпосевной обработки семян

Авторы патента

• АБДИГУЛОВ БАКИТЖАН УМИРЗАКОВИЧ
• БЕРНИКОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
• ДОРОХОВ ГЕННАДИЙ ПЕТРОВИЧ
• ЕГОРИЧЕВ ГРИГОРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ
• КРАДЕНОВ ВЛАДИМИР ПАВЛОВИЧ

Цель изобретения - повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

Экспериментальная часть.

В журнале Радио №6  за 1983 год  мы наш Схему стимулятора всхожести семян и попробовали на ее основе создать аппарат. Принципиальная схема отображена на рис.1

Рис 1.Принципиальная электрическая схема аппарата  

Перечень элементов

Аппарат состоит из:

1. Кварцевый генератор 160 кГц.
2. Делитель частоты ,обеспечивающий формирование частоты 10и 20 кГц.
3. Усилитель мощности.
4. Излучатель.

Задающий генератор  собран на  микросхеме DD2 (КР1211 ЕУ1). Частота генератора задается цепочкой  R4, C5 и  R5,C5  настраивается на частоту 20 кГц и 10 кГц соответственно. На транзисторах VT1 и VT2 собран усилитель мощности, нагрузкой которого служит трансформатор Т1. Для уменьшения потерь  на нагрев в качестве VT1,VT2 используются полевые транзисторы. С выхода трансформатора сигнал поступает на последовательный колебательный контур рабочей катушки ( излучатель). Параметры контура настраиваются в резонанс с частотой генератора (10 или 20 килогерц).  Для повышения стабильности генерации задающий генератор запитан через стабилизатор напряжения, выполненный на микросхеме DA1 (KIA78L05BP).

Устройство смонтировано на печатной плате. Печатная плата представлена на Рис.2.

                    Катушка излучателя намотана на  каркасе диаметром  100мм и высотой 60 мм  .Катушка содержит 400 витков проводом диаметром 0,45 мм. Между слоями провода проложены слои лакоткани. Трансформатор Tр2  намотан на кольцеобразном ферритовом сердечнике.  диаметром  40 миллиметров.  Первичная обмотка трансформатора содержит  15+15 витков, вторичная обмотка содержит 25 витков, провод диаметром 0,64 мм. Между обмотками  проложен слой лакоткани.

                   Для проверки работоспособности  и для настройки используется индикатор магнитного поля собранный по схеме рис.3 и рис.4

                                              Рис.3

                                                    Рис.4

Перечень элементов индикатора магнитного поля.

Экономическая составляющая: 1200 рублей.

Для исследования мы взяли семян 3-х культур: перцев, томатов, баклажанов. Это было взято не случайно, так как семена этих растений всходят долго.

В  патенте № 2 указано, что длительность обработки семян частота  воздействия зависят от размеров семян - мелкие семена облучаются на большей частоте, а крупные -на меньшей. В журнале  Радио, 1983, № 6, стр. 22 , Радиодело 2005 , №4 , стр36 для наших семян рекомендована частота 10 кГц и 20кГц. 

Все семена обрабатывались в течение 5 минут.

Длительность исследования 2 месяца. Закладок 7.

Рассматривали 2 параметра: длительность и процент всхожести.

В таблице 1,2,3  приведены результаты по длительности всходов. В таблице 4 указаны средние показатели.  

Таблица 1. Длительность появления всходов у томатов.

Таблица 2. Длительность появления всходов у перцев.

Таблица 3. Длительность появления всходов у баклажанов.

В  таблице 4 указаны средние результаты.

Таблица 4. Длительность появления всходов-средние показатели.

Вывод: у каждой культуры наблюдается сокращение сроков появления всходов.

В таблице 5,6,7  отражен параметр – всхожесть в процентом выражении.

Таблица 5. Всхожесть томатов ,%

Таблица 6. Всхожесть перцев ,%

Таблица 7. Всхожесть баклажанов ,%

Изменение всхожести семян отображена на диаграмме 1.

Диаграмма 1.Динамика всхожести семян.

Вывод: семена обработанные электромагнитным полем имеет высокий процент всхожести.

Заключение.

1. Анализируя информационные источники, мы нашли два патента на изобретения стимулятора всхожести семян и способа

1 патент принадлежит  группе изобретателей  Мищенко, Мартыненко, Кушниренко из Украинского института механизации на устройство для предпосевной обработки семян.

2 патент принадлежит ученым из Казахского научно-исследовательского института земледелия.(1981)год на способ предпосевной подготовки семян электростатическим полем.

2.В журнале Радио №6  за 1983 год  мы наш Схему стимулятора всхожести семян и на ее основе создали аппарат-стимулятор всхожести семян. Экономическая затратность -1200 рублей.

3. Обработка семян электромагнитным полем  повышает их всхожесть и энергию прорастания. Конечно, нас заинтересовала – почему это происходит. В информационных источниках мы нашли следующую информацию: «Влияние электромагнитного излучения на живые организмы непрерывно исследуется.  Ученые выдвигают предположение, что ЭМП индуцируют токи на клеточном уровне, что позволяет клеткам осуществлять диффузию через мембраны».

Таким образом, гипотеза наша подтвердилась. Для того чтобы увеличить всхожесть семян ,можно воспользоваться стимулятором всхожесть семян на основе электромагнитного излучения.

Список информационных источников:

1. Воротников, А.А. Физика - юным. - М: Харвест, 1995-121с.
2. 2.http://class-fizika.ru/9_34.html
3. https://cyberleninka.ru электронная библиотека
4. Я познаю мир. Физика: энцикл./ авт.-сост. А.А.Леонович.- М.: АСТ: Люкс, 2005
5. Журнал  « Радио, 1983, № 6, стр. 22 »
6. Журнал «, Радиодело 2005 , №4 , стр36»
7. Патент № 1720525
8. Патент № 880286

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ.

Питьевая вода – вода по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания, добавления недостающих веществ), отвечающая установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека, либо для производства пищевой продукции [3].

Качество питьевой воды зависит от качества воды источника водоснабжения. Даже современные методы водоподготовки не могут гарантировать получение воды необходимого качества в случае, когда природная вода имеет  неудовлетворительный  состав или значительное антропогенное загрязнение. Важнейшими гигиеническими характеристиками источника водоснабжения являются качество воды, подверженность влиянию природных и антропогенных факторов.

Цель работы:  определение  качества питьевой  воды методом биотестирования.

Гипотеза исследования: воду, которую мы употребляем в качестве питьевой, имеет высокие качественные характеристики, поэтому воду можно употреблять без дополнительных методов очистки.

Предмет исследования: качество питьевой воды.

Объект исследования: питьевая вода.

Задачи:

1.Проанализировать  информационные источники по проблеме исследования;

2.Изучить метод биотестирования и отбор оптимальных методик.

3.Сопоставить  качества воды на основе проведенного исследования.

4. Разработать рекомендации по улучшению качества питьевой воды.

Методы исследования: теоретический, экспериментальный. Методика Эклунда.

Точки взятия проб воды.

1 точка -Вода в питьевом «фонтанчике» в кадетском корпусе 1 и 2 этаж.

2.точка - Вода г. Минусинск, ул.Абаканская.

3 точка -Вода с.Селиваниха ул.Пионерская.

В качестве контроля была взята вода «Лель», производитель АЯН г.Абакан. Водопроводную воду отбирали  из-под крана после 5-минутного слива, кран антисептической обработке не подвергался.

1 этап нашего исследования – Определение органолептических свойств воды.

Определялись следующие показатели качества воды: наличие осадка, запах, вкус, прозрачность, рН. Результаты представлены в таблице №1.

Таблица 1.Органолептические свойства воды.

Вывод: во всех образцах вода прозрачная, без осадков при отстаивании, без запаха, без специфического вкуса, рН среда нейтральная.Исходя из полученных результатов органолептических свойств воды, можно сделать вывод, что по большинству показателей водопроводная питьевая вода соответствует требованию СанПиН

2 этап исследования.

Определение качества питьевой воды   методикой швецкого ученого Эклунда.

В качестве тест объекта использовался кресс-салат и репчатый лук.

1 исследование -  Определение качества питьевой водопроводной воды методом биоиндикации с использованием в качестве тест-объекта луковиц репчатого лука.

Оборудование:

• 10 стаканчиков на 100 мл;
• 10 одинаковых луковиц репчатого лука с проростками на 2-3 мм корнями;
•  чистая и тестируемая вода с загрязнителями;
• пластиковая ванночка;
•  линейка.

Наблюдения проводились в течение 10 дней.

В таблице 2 представлены средние показатели.

Таблица 2.Средние показатели корневой системы и пера.

Луковицы, где находилась загрязненная вода не дали корней и перо.

В остальных образцах наблюдалось развитие корневой системы и появление пера. Высокие результаты у луковиц, которые пророщены в воде Лель и воды в с.Селиваниха.

2 исследование: Определение качества питьевой водопроводной воды методом биоиндикации с использованием в качестве тест-объекта кресс-салат. Предварительно был проведен тест на всхожесть семян. Методические рекомендации к проведению опыта представлены в приложении. В качестве контроля использовалась питьевая вода «Лель». В каждую чашку Петри были помещены по 20 семян. Результаты представлены в таблице.

Таблица 2. Всхожесть семян

Вывод: всхожесть семян в тестируемых образцах варьирует от 85 до 95%.Это свидетельствует о том, что вода не имеет практически никаких загрязнений.

ВВЕДЕНИЕ

Вода оказывает огромное влияние на здоровье человека. По данным Всемирной организации здравоохранения около 90% болезней человека вызывается употреблением для питьевых нужд  некачественной воды, а также использование неподготовленной воды в бытовых целях. В настоящее время вопросы качества питьевой воды не утратили своей актуальности. Токсичность воды – свойство воды вызывать патологические изменения или гибель организмов, обусловленное присутствием в ней токсических веществ. Многие организмы чувствительны к загрязнению среды обитания. При этом у них и может нарушаться рост и развитие, например, у растений замедляется рост корней, появляются пятна на листьях. Такие организмы называют биоиндикаторами, а проверку среды с помощью организмов-биотестированием. Биоиндикаторы позволяют быстро и с минимальными затратами оценить, является ли анализируемая проба загрязненной или нет. 

ГЛАВА I. ОБЗОР ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ ПО ПРОБЛЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Согласно ГОСТу  СанПиН 2.1.4.1074-01 вода признанная   питьевой «должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, и иметь благоприятные органолептические свойства»[4]. В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается: по органолептическим показателям

1. прозрачная вода, без запаха и с приятным вкусом;
2. жесткость не выше 7 –10 градусов жёсткости;
3. суммарное количество полезных минералов не более 1000 мг/л;
4. вредные химические примеси составляют десятые-сотые доли предельно допустимых концентраций (ПДК).

Качество воды так же характеризуют такие  параметры как:

- общие физико-химические показатели качества воды,

-органолептические показатели,

- бактериологические показатели.

К основным органолептическим показателям принято относить свойства, которые непосредственно влияют на органы чувств человека (обоняние, осязание, зрение).

Привкус. Химически чистая вода совершенно лишена привкуса и запаха. Привкус может быть щелочной, металлический, вяжущий и т.п. Интенсивность запаха воды определяют экспертным путём при 20ºС и 60ºС и измеряют в баллах. СанПиН нормирует допустимую интенсивность привкуса – 2 балла, запаха – 2 балла.

Вкус. Вкус воды определяется растворенными в ней веществами органического и неорганического происхождения и различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами. Интенсивность вкуса определяют при 20ºС и оценивают по пятибалльной системе. СанПиН нормирует допустимую интенсивность вкуса – 2 балла.

Цветность. Цветностью называют показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды. Определяется цветность путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами и выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Высокая цветность свидетельствует о неблагополучии воды. СанПиН нормирует допустимый показатель цветности - 20 градус Pt-Cº шкалы.

Прозрачность. Прозрачность (или светопропускание) воды обусловлена ее цветом и мутностью, то есть содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Определение прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Специальные нормы для контроля данного параметра СанПиНом не вводятся [2,].Вода оказывает на здоровье людей как  положительное, так и  отрицательное влияние. В первую очередь,  это связано с качеством употребляемой воды.Вода, используемая нами в качестве питьевой, должна быть чистой. Существующие показатели качества питьевой воды условно можно разделить на  5 групп:

1. Органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность);

2. Токсикологические показатели (алюминий, свинец, мышьяк, фенолы,

пестициды);

3. Показатели, влияющие на органолептические свойства воды (рН, жесткость

общая, нефтепродукты, железо, марганец, нитраты, кальций, магний,

окисляемость перманганатная, сульфиды);

4. Химические вещества, образующиеся при обработке воды (хлор остаточный свободный, хлороформ, серебро);

5. Микробиологические показатели [2].

Один из наиболее распространенных способов обеззараживания воды - хлорирование. Хлор способен уничтожать болезнетворные микроорганизмы и тем самым обеззараживать воду. Но в то же время хлор вступает в реакцию с некоторыми соединениями, находящимися в воде и в результате образуются соединения более опасные чем хлор. Они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки [5]. В питьевой воде могутвстречается соли соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты), которые придают воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно- кишечного тракта.

Содержание в воде катионов кальция и магния придают воде жесткость. Постоянное употребление внутрь воды, с повышенной жесткостью, приводит к накоплению солей в организме и к заболеваниям суставов,  к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях [6].

Вода также отвечает за зубы человека. От того сколько фтора содержится в воде зависит частота заболеваемости кариесом.

При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов, снижает способность крови к переносу кислорода, что ведет к неблагоприятным последствиям для организма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Вода имеет большое значение в жизни человека, являясь не заменимым компонентом всех клеток. Качество питьевой воды оказывает непосредственное влияние на здоровье человека. СанПиН 2.1.4.1074-01 устанавливает требования к питьевой воде. По которым рН воды должен находиться в диапазоне 6-9, бальная оценка вкуса и запаха не должна превышать 2 балла, оптимальная температура употребления питьевой воды около 15 градусов.

2. Для реализации поставленных задач были использованы:

- Методика определения органолептических показателей воды.

- Метод биоиндикации качества питьевой воды при помощи кресс-салата.

- Метод биоиндикации качества питьевой воды при помощи лука.

3. Определены основные органолептические свойства экспериментальных проб воды. Вся исследованная вода соответствует нормам.

4.Определено  качество исследуемой питьевой воды методами биоиндикации с помощью кресс-салата и репчатого лука, который показал, что питьевая вода не имеет загрязнений.

5. В качестве рекомендаций по очистки воды мы можем предложить следующее:

• Использовать фильтры
• Использовать бутилированную воду
• Отстаивать воду в течение часа для удаления хлора.
• Кипячение воды в течение 15 минут.

Cписок  использованных источников.

1. http://fotki.yandex.ru/users/dellfi/view/46470?page=1
2. http://gorizont-m.com.ua/ru/water_and/
3. http://mirznanii.com/a/222782/kachestvo-pitevoy-vody-i-zdorove-cheloveka
4. http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-29801/
5. http://www.odnavoda.ru/txt.php?id=227
6. http://www.polustrovo.ru/interesnoe-o-vode/pitevojj-rezhim.html
7.  http://www.studzona.com/referats/view/11651
8. Волынова Л.Г.и др.- Волгоград: Учитель,2007.-142 с.
9. Дерпгольц В.Ф. Мир воды. - Л.: Недра, 1979.-254 с.
10. Мазаев В.Т. Руководство по гигиене питьевой воды и питьевого водоснабжения. –
11. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды центра-лизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».  Государственный контроль качества воды. - М.: ИПК Издательство стандартов.

Приложение.

Методика определения органолептических показателей воды

 Цель работы: определение органолептических свойств воды, которые включают в себя: запах, привкус, цветность, прозрачность, мутность, температура, примеси нормируются по интенсивности их восприятия человеком.

1. Определение осадка

Оборудование   цилиндр с плоским дном.

Материал  вода водоема.        

Ход работы

Взболтанную в бутылке воду наливают в цилиндр слоем примерно 30 см и оставляют в покое 1 час, если вода отобрана из открытого водоема, или на сутки, если вода взята из подземных источников. Осадок оценивают по количеству (нет, незначительный, заметный, большой) и качеству (песчаный, глинистый, илистый, кристаллический, хлопьевидный). Отмечают также его цвет.

Большой осадок свидетельствует о загрязнении воды.

 2. Определение запаха

Запах оценивается в баллах. Качество воды, не имеющей запаха, не превышает 2 баллов.

Оборудование:

 1) колба с притертой пробкой;

2) коническая колба на 200 мл;

3) часовое стекло;

4) электрическая плитка, термометр.

Материал  вода водоема.

Ход работы

Колбу с притертой пробкой наполняют на 2/3 объема исследуемой водой, сильно встряхивают, открывают пробку и вдыхают ее запах. Для усиления интенсивности запахов воду подогревают. Коническую колбу на 200 мл наполняют на 1/2 ее объема исследуемой водой, закрывают часовым стеклом и нагревают до 60°С. Затем колбу вращательным движением взбалтывают и, сдвинув стекло, быстро определяют запах.

Интенсивность запаха определяют по 5-балльной шкале:

0  не ощущается;

1  обнаруживается только опытным исследователем;

2  слабый, обнаруживается потребителем только в том случае, если указать на него;

3  заметный, обнаруживается потребителем и вызывает его неодобрение;

4  отчетливый, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья;

5  очень сильный, делающей воду совершенно непригодной.

Чистые природные воды запахов не имеют. Естественные запахи описывают, придерживаясь следующей терминологии. 

Таблица. Характерные запахи воды

3. Определение температуры

Оборудование:

1) цилиндр с плоским дном;

2) термометр.

Материал  вода водоема.

Ход работы

Определяется сразу после отбора пробы или непосредственно в водоеме термометром с ценой деления 0,1°C. Термометр держат в воде не менее 5 мин.

4. Определение прозрачности

Степень прозрачности выражается высотой столба жидкости в см, через который отчетливо виден специальный шрифт. Прозрачностью не менее 30 см должны обладать воды, подаваемые для питьевого водоснабжения без осветления. Речные воды, кроме горных, могут иметь прозрачность 25 см. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязнении.

Оборудование:

1) цилиндр с плоским дном;

2) линейка;

3) шрифт, высота букв которого составляет 2 мм, а толщина линий букв  0,5 мм.

Материал   вода водоема.

Ход работы

Исследуемую воду наливают в цилиндр, под дно которого подкладывают на расстоянии 4 см шрифт. Сливают воду до тех пор, пока сверху через слой можно будет отчетливо прочесть этот шрифт. Высоту столба оставшейся воды измеряют линейкой. Определение производят при хорошем дневном рассеянном освещении на расстоянии 1 м от светонесущей стены.

5. Определение вкусов и привкусов

Определяются в баллах. Без привкусов называется такая вода, привкусы которой не превышают 2 баллов. Определение ведется с заведомо безопасной водой при 20°С. Воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая. Отмечают наличие вкуса (соленый, горький, кислый, сладкий) или привкуса (щелочной, железистый, металлический, вяжущий и т. д.) и их интенсивность в баллах по шкале, аналогично определению интенсивности запаха.

При интенсивности запахов и привкусов выше 2 баллов ограничивается водопотребление, т.к. сильные запахи и привкусы могут быть показателями загрязнения воды загрязненными сточными водами или свидетельствуют о наличии биологически активных веществ, выделяемых сине-зелеными водорослями.

6. определение рН при помощи лакмусосой бумаги (полоски)

Растворы и жидкости в отношении их кислотности считаются:

· нейтральными при рН  = 7

· кислыми при pH < 7

· щелочными при рН > 7

Оборудование:  шкала кислотности, лакмусовые полоски, пипетки.

Материал: образцы воды.

Ход работы:

Намочите тест полоску 1-2 секунды в измеряемой жидкости или смеси жидкостей. Сравните с прилагаемой цветовой шкалой и вычислите значения.

Изменение цвета кислотно-основных индикаторов

в зависимости от pH раствора

Допустимое значение для питьевой воды 6-9

Биоиндикация качества питьевой воды при помощи кресс-салата  

Материалы и оборудование: семена крест салата, емкости для проращивания салата, образцы тестируемых вод

Ход работы:

1. Провести тест семян на всхожесть: прорастить семена салата на речном песке слоем в 1 см, при полном увлажнении, закрыть фильтровальной бумагой и  неплотно прикрывают стеклом. Проращивают при температуре 20-25 градусов. Норма – прорастание 90-95% семян в течение 3-4 суток.
2. Фильтровальную бумагу в чашке Петри увлажнить исследуемой водой до насыщения.
3. В каждую чашку на поверхность субстрата уложить по 50 семян кресс-салата на одинаковом расстоянии.
4. При постоянном увлажнении наблюдают прорастание семян в течении 5-15 дней. Результаты заносят в таблицу.

5. Заполнить итоговую таблицу

Вписываются средние значения всех длин

6. Выявить уровень загрязнения

1 – загрязнение отсутствует. Всхожесть семян 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Характерно для эталона

2-слабое загрязнение. Всхожесть семян 90-60%,  проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.

3- среднее загрязнение. Всхожесть семян 20-60%, проростки короткие, тонкие, некоторые имеют уродства

4-сильное загрязнение. Всхожесть семян менее 20%, проростки мелкие и уродливые

7. Сделать выводы

Биоиндикация качества питьевой воды при помощи лука

Материалы и оборудование: колбы, растворы тестируемых вод, лук

Ход работы:

1.Приготовить растворы тестируемых вод и контроль. Контроль – водопроводная вода. Тестируемой водой может быть вода из исследуемых водоемов или водные растворы с содержанием загрязняющего вещества в разной концентрации.

2.Поместить в исследуемые растворы луковицы и оставить для проращивания на 5-7 дней.

3.На проросших луковицах отметь следующие показатели, и заполнить таблицу.

4. Сделать выводы.

XIХ Краевые открытые Курчатовские чтения учащихся

г. Железногорск

ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ МЕТОДОМ

БИОТЕСТИРОВАНИЯ

Выполнил: Козырев Ярослав,

кадет 7А класса КГБОУ «Минусинский кадетский корпус»

Руководитель: Карпенко Е.В., учитель КГБОУ «Минусинский кадетский корпус»

г.Минусинск, 2019 год

Введение.

Вода оказывает огромное влияние на здоровье человека. По данным Всемирной организации здравоохранения около 90% болезней человека вызывается употреблением для питьевых нужд  некачественной воды, а также использование неподготовленной воды в бытовых целях. В настоящее время вопросы качества питьевой воды не утратили своей актуальности. Токсичность воды – свойство воды вызывать патологические изменения или гибель организмов, обусловленное присутствием в ней токсических веществ. Многие организмы чувствительны к загрязнению среды обитания. При этом у них и может нарушаться рост и развитие, например, у растений замедляется рост корней, появляются пятна на листьях. Такие организмы называют биоиндикаторами, а проверку среды с помощью организмов-биотестированием. Биоиндикаторы позволяют быстро и с минимальными затратами оценить, является ли анализируемая проба загрязненной или нет. 

Цель работы:  определение  качества питьевой  воды методом биотестирования.

Гипотеза исследования: воду, которую мы употребляем в качестве питьевой, имеет высокие качественные характеристики, поэтому воду можно употреблять без дополнительных методов очистки.

Предмет исследования: качество питьевой воды.

Объект исследования: питьевая вода.

Задачи:

1.Проанализировать  информационные источники по проблеме исследования;

2.Изучить метод биотестирования и отбор оптимальных методик.

3.Сопоставить  качества воды на основе проведенного исследования.

4. Разработать рекомендации по улучшению качества питьевой воды.

Методы исследования: теоретический, экспериментальный.

Глава I. Обзор источников информации по проблеме исследования

Питьевая вода – вода по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания, добавления недостающих веществ), отвечающая установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека, либо для производства пищевой продукции [3].

Качество питьевой воды зависит от качества воды источника водоснабжения. Даже современные методы водоподготовки не могут гарантировать получение воды необходимого качества в случае, когда природная вода имеет  неудовлетворительный  состав или значительное антропогенное загрязнение. Важнейшими гигиеническими характеристиками источника водоснабжения являются качество воды, подверженность влиянию природных и антропогенных факторов.

Согласно ГОСТу  СанПиН 2.1.4.1074-01 вода признанная   питьевой «должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу, и иметь благоприятные органолептические свойства»[3,9,10]. В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается: по органолептическим показателям

1. прозрачная вода, без запаха и с приятным вкусом;
2. жесткость не выше 7 –10 градусов жёсткости;
3. суммарное количество полезных минералов не более 1000 мг/л;
4. вредные химические примеси составляют десятые-сотые доли предельно допустимых концентраций (ПДК).

Качество воды так же характеризуют такие  параметры как:

- общие физико-химические показатели качества воды,

-органолептические показатели,

- бактериологические показатели.

К основным органолептическим показателям принято относить свойства, которые непосредственно влияют на органы чувств человека (обоняние, осязание, зрение).

Привкус. Химически чистая вода совершенно лишена привкуса и запаха. Привкус может быть щелочной, металлический, вяжущий и т.п. Интенсивность запаха воды определяют экспертным путём при 20ºС и 60ºС и измеряют в баллах. СанПиН нормирует допустимую интенсивность привкуса – 2 балла, запаха – 2 балла.

Вкус. Вкус воды определяется растворенными в ней веществами органического и неорганического происхождения и различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами. Интенсивность вкуса определяют при 20ºС и оценивают по пятибалльной системе. СанПиН нормирует допустимую интенсивность вкуса – 2 балла.

Цветность. Цветностью называют показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды. Определяется цветность путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами и выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Высокая цветность свидетельствует о неблагополучии воды. СанПиН нормирует допустимый показатель цветности - 20 градус Pt-Cº шкалы.

Прозрачность. Прозрачность (или светопропускание) воды обусловлена ее цветом и мутностью, то есть содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Определение прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Специальные нормы для контроля данного параметра СанПиНом не вводятся [2,5,6,7].

Влияние качества питьевой воды на организм человека.

Вода оказывает на здоровье людей как  положительное, так и  отрицательное влияние. В первую очередь,  это связано с качеством употребляемой воды.

Вода, используемая нами в качестве питьевой, должна быть чистой. Существующие показатели качества питьевой воды условно можно разделить на  5 групп:

1. органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность);

2. токсикологические показатели (алюминий, свинец, мышьяк, фенолы,

пестициды);

3. показатели, влияющие на органолептические свойства воды (рН, жесткость

общая, нефтепродукты, железо, марганец, нитраты, кальций, магний,

окисляемость перманганатная, сульфиды);

4. химические вещества, образующиеся при обработке воды (хлор остаточный свободный, хлороформ, серебро);

5. микробиологические показатели [13].

Один из наиболее распространенных способов обеззараживания воды - хлорирование. Хлор способен уничтожать болезнетворные микроорганизмы и тем самым обеззараживать воду. Но в то же время хлор вступает в реакцию с некоторыми соединениями, находящимися в воде и в результате образуются соединения более опасные чем хлор. Они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки [1,3,4,10]. В питьевой воде могутвстречается соли соляной и серной кислот (хлориды и сульфаты), которые придают воде соленый и горько-соленый привкус. Употребление такой воды приводит к нарушению деятельности желудочно- кишечного тракта.

Содержание в воде катионов кальция и магния придают воде жесткость. Постоянное употребление внутрь воды, с повышенной жесткостью, приводит к накоплению солей в организме и к заболеваниям суставов,  к образованию камней в почках, желчном и мочевом пузырях [8].

Вода также отвечает за зубы человека. От того сколько фтора содержится в воде зависит частота заболеваемости кариесом.

При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов, снижает способность крови к переносу кислорода, что ведет к неблагоприятным последствиям для организма.

Глава II. Экспериментальная часть.

Точки взятия проб воды.

1 точка -Вода в питьевом «фонтанчике» в кадетском корпусе 1 и 2 этаж.

2.точка - Вода г. Минусинск, ул.Абаканская

3 точка -Вода с.Селиваниха ул.Пионерская.

В качестве контроля была взята вода «Лель», производитель АЯН г.Абакан.

Водопроводную воду отбирали  из-под крана после 5-минутного слива, кран антисептической обработке не подвергался.

1 этап нашего исследования – Определение органолептических свойств воды.

Определялись следующие показатели качества воды: наличие осадка, запах, вкус, прозрачность, рН.

Результаты представлены в таблице №1.

Таблица 1.Органолептические свойства воды.

Вывод: во всех образцах вода прозрачная, без осадков при отстаивании, без запаха, без специфического вкуса, рН среда нейтральная.

Исходя из полученных результатов органолептических свойств воды, можно сделать вывод, что по большинству показателей водопроводная питьевая вода соответствует требованию СанПиН .

2 этап исследования.

Определение качества питьевой воды   методикой швецкого ученого Эклунда.

В качестве тест объекта использовался кресс-салат и репчатый лук.

1 исследование -  Определение качества питьевой водопроводной воды методом биоиндикации с использованием в качестве тест-объекта луковиц репчатого лука.

Оборудование:

• 10 стаканчиков на 100 мл;
• 10 одинаковых луковиц репчатого лука с проростками на 2-3 мм корнями;
•  чистая и тестируемая вода с загрязнителями;
• пластиковая ванночка;
•  линейка.

Наблюдения проводились в течение 10 дней.

В таблице 2 представлены средние показатели.

Таблица 2.Средние показатели корневой системы и пера.

Луковицы, где находилась загрязненная вода не дали корней и перо.

В остальных образцах наблюдалось развитие корневой системы и появление пера. Высокие результаты у луковиц, которые пророщены в воде Лель и воды в с.Селиваниха.

2 исследование : Определение качества питьевой водопроводной воды методом биоиндикации с использованием в качестве тест-объекта кресс-салат.

Предварительно был проведен тест на всхожесть семян. Методические рекомендации к проведению опыта представлены в приложении.

В качестве контроля использовалась питьевая вода «Лель». В каждую чашку Петри были помещены по 20 семян. Результаты представлены в таблице.

Таблица 2. Всхожесть семян

Вывод: всхожесть семян в тестируемых образцах варьирует от 85 до 95%.Это свидетельствует о том, что вода не имеет практически никаких загрязнений.

Заключение.

1. Вода имеет большое значение в жизни человека, являясь не заменимым компонентом всех клеток. Качество питьевой воды оказывает непосредственное влияние на здоровье человека. СанПиН 2.1.4.1074-01 устанавливает требования к питьевой воде. По которым рН воды должен находиться в диапазоне 6-9, бальная оценка вкуса и запаха не должна превышать 2 балла, оптимальная температура употребления питьевой воды около 15 градусов.

2. Для реализации поставленных задач были использованы:

- Методика определения органолептических показателей воды.

- Метод биоиндикации качества питьевой воды при помощи кресс-салата.

- Метод биоиндикации качества питьевой воды при помощи лука.

3. Определены основные органолептические свойства экспериментальных проб воды. Вся исследованная вода соответствует нормам.

4.Определено  качество исследуемой питьевой воды методами биоиндикации с помощью кресс-салата и репчатого лука, который показал, что питьевая вода не имеет загрязнений.

5. В качестве рекомендаций по очистки воды мы можем предложить следующее:

• Использовать фильтры
• Использовать бутилированную воду
• Отстаивать воду в течение часа для удаления хлора.
• Кипячение воды в течение 15 минут.

Cписок  использованных источников.

1. http://fotki.yandex.ru/users/dellfi/view/46470?page=1
2. http://gorizont-m.com.ua/ru/water_and/
3. http://mirznanii.com/a/222782/kachestvo-pitevoy-vody-i-zdorove-cheloveka
4. http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-29801/
5. http://www.odnavoda.ru/txt.php?id=227
6. http://www.polustrovo.ru/interesnoe-o-vode/pitevojj-rezhim.html
7.  http://www.studzona.com/referats/view/11651
8. Волынова Л.Г.и др.- Волгоград: Учитель,2007.-142 с.
9. Дерпгольц В.Ф. Мир воды. - Л.: Недра, 1979.-254 с.
10. Мазаев В.Т. Руководство по гигиене питьевой воды и питьевого водоснабжения. –
11. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды центра-лизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».  Государственный контроль качества воды. - М.: ИПК Издательство стандартов.

Методика определения органолептических показателей воды

 Цель работы: определение органолептических свойств воды, которые включают в себя: запах, привкус, цветность, прозрачность, мутность, температура, примеси нормируются по интенсивности их восприятия человеком.

1. Определение осадка

Оборудование  − цилиндр с плоским дном.

Материал − вода водоема.        

Ход работы

Взболтанную в бутылке воду наливают в цилиндр слоем примерно 30 см и оставляют в покое 1 час, если вода отобрана из открытого водоема, или на сутки, если вода взята из подземных источников. Осадок оценивают по количеству (нет, незначительный, заметный, большой) и качеству (песчаный, глинистый, илистый, кристаллический, хлопьевидный). Отмечают также его цвет.

Большой осадок свидетельствует о загрязнении воды.

 2. Определение запаха

Запах оценивается в баллах. Качество воды, не имеющей запаха, не превышает 2 баллов.

Оборудование:

 1) колба с притертой пробкой;

2) коническая колба на 200 мл;

3) часовое стекло;

4) электрическая плитка, термометр.

Материал − вода водоема.

Ход работы

Колбу с притертой пробкой наполняют на 2/3 объема исследуемой водой, сильно встряхивают, открывают пробку и вдыхают ее запах. Для усиления интенсивности запахов воду подогревают. Коническую колбу на 200 мл наполняют на 1/2 ее объема исследуемой водой, закрывают часовым стеклом и нагревают до 60°С. Затем колбу вращательным движением взбалтывают и, сдвинув стекло, быстро определяют запах.

Интенсивность запаха определяют по 5-балльной шкале:

0 − не ощущается;

1 − обнаруживается только опытным исследователем;

2 − слабый, обнаруживается потребителем только в том случае, если указать на него;

3 − заметный, обнаруживается потребителем и вызывает его неодобрение;

4 − отчетливый, обращающий на себя внимание и делающий воду непригодной для питья;

5 − очень сильный, делающей воду совершенно непригодной.

Чистые природные воды запахов не имеют. Естественные запахи описывают, придерживаясь следующей терминологии. 

Таблица. Характерные запахи воды

3. Определение температуры

Оборудование:

1) цилиндр с плоским дном;

2) термометр.

Материал − вода водоема.

Ход работы

Определяется сразу после отбора пробы или непосредственно в водоеме термометром с ценой деления 0,1°C. Термометр держат в воде не менее 5 мин.

4. Определение прозрачности

Степень прозрачности выражается высотой столба жидкости в см, через который отчетливо виден специальный шрифт. Прозрачностью не менее 30 см должны обладать воды, подаваемые для питьевого водоснабжения без осветления. Речные воды, кроме горных, могут иметь прозрачность 25 см. Уменьшение прозрачности природных вод свидетельствует об их загрязнении.

Оборудование:

1) цилиндр с плоским дном;

2) линейка;

3) шрифт, высота букв которого составляет 2 мм, а толщина линий букв − 0,5 мм.

Материал −  вода водоема.

Ход работы

Исследуемую воду наливают в цилиндр, под дно которого подкладывают на расстоянии 4 см шрифт. Сливают воду до тех пор, пока сверху через слой можно будет отчетливо прочесть этот шрифт. Высоту столба оставшейся воды измеряют линейкой. Определение производят при хорошем дневном рассеянном освещении на расстоянии 1 м от светонесущей стены.

5. Определение вкусов и привкусов

Определяются в баллах. Без привкусов называется такая вода, привкусы которой не превышают 2 баллов. Определение ведется с заведомо безопасной водой при 20°С. Воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая. Отмечают наличие вкуса (соленый, горький, кислый, сладкий) или привкуса (щелочной, железистый, металлический, вяжущий и т. д.) и их интенсивность в баллах по шкале, аналогично определению интенсивности запаха.

При интенсивности запахов и привкусов выше 2 баллов ограничивается водопотребление, т.к. сильные запахи и привкусы могут быть показателями загрязнения воды загрязненными сточными водами или свидетельствуют о наличии биологически активных веществ, выделяемых сине-зелеными водорослями.

6. определение рН при помощи лакмусосой бумаги (полоски)

Растворы и жидкости в отношении их кислотности считаются:

· нейтральными при рН  = 7

· кислыми при pH < 7

· щелочными при рН > 7

Оборудование:  шкала кислотности, лакмусовые полоски, пипетки.

Материал: образцы воды.

Ход работы:

Намочите тест полоску 1-2 секунды в измеряемой жидкости или смеси жидкостей. Сравните с прилагаемой цветовой шкалой и вычислите значения.

Изменение цвета кислотно-основных индикаторов

в зависимости от pH раствора

Допустимое значение для питьевой воды 6-9

Биоиндикация качества питьевой воды при помощи кресс-салата  

Материалы и оборудование: семена крест салата, емкости для проращивания салата, образцы тестируемых вод

Ход работы:

1. Провести тест семян на всхожесть: прорастить семена салата на речном песке слоем в 1 см, при полном увлажнении, закрыть фильтровальной бумагой и  неплотно прикрывают стеклом. Проращивают при температуре 20-25 градусов. Норма – прорастание 90-95% семян в течение 3-4 суток.
2. Фильтровальную бумагу в чашке Петри увлажнить исследуемой водой до насыщения.
3. В каждую чашку на поверхность субстрата уложить по 50 семян кресс-салата на одинаковом расстоянии.
4. При постоянном увлажнении наблюдают прорастание семян в течении 5-15 дней. Результаты заносят в таблицу.

5. Заполнить итоговую таблицу

Вписываются средние значения всех длин

6. Выявить уровень загрязнения

1 – загрязнение отсутствует. Всхожесть семян 90-100%, всходы дружные, проростки крепкие, ровные. Характерно для эталона

2-слабое загрязнение. Всхожесть семян 90-60%,  проростки почти нормальной длины, крепкие, ровные.

3- среднее загрязнение. Всхожесть семян 20-60%, проростки короткие, тонкие, некоторые имеют уродства

4-сильное загрязнение. Всхожесть семян менее 20%, проростки мелкие и уродливые

7. Сделать выводы

Биоиндикация качества питьевой воды при помощи лука

Материалы и оборудование: колбы, растворы тестируемых вод, лук

Ход работы:

1.Приготовить растворы тестируемых вод и контроль. Контроль – водопроводная вода. Тестируемой водой может быть вода из исследуемых водоемов или водные растворы с содержанием загрязняющего вещества в разной концентрации.

2.Поместить в исследуемые растворы луковицы и оставить для проращивания на 5-7 дней.

3.На проросших луковицах отметь следующие показатели, и заполнить таблицу.

4. Сделать выводы.

XIХ Краевые открытые Курчатовские чтения учащихся

г. Железногорск

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Выполнил: Гуряков Сергей,

кадет 9А класса КГБОУ «Минусинский кадетский корпус»

Руководитель: Карпенко Е.В., учитель КГБОУ «Минусинский кадетский корпус»

г.Минусинск, 2019 год

Введение.

Нанотехнологии все активнее вторгаются в нашу жизнь, и, если нанороботами и нанокомпьютерами уже мало кого удивишь, то термин «нано еда» пока еще вызывает настороженность. Проблема здорового и качественного питания имеет общемировой характер. Современное развитие технологий, в  том числе нанотехнологий, позволило получить материалы, обладающие уникальными свойствами, которые начинают активно использоваться в пищевой промышленности, но и требуют тщательного изучения их свойств и воздействия, оказываемого на организм человека и окружающую среду.

Цель: выявить использование нанотехнологий в пищевой промышленности.

Объект исследования : нанотехнологии.

Предмет : пищевая промышленность.

Задачи:

1.Определить основные направления пищевой промышленности.

2.Оценить применение нанотехнологий в разных направлениях пищевой промышленности.

3.Выявить положительные и отрицательные аспекты применения нанотехнологии в пищевой промышленности

1.1 .История возникновения нанотехнологий.

Конец XX — начало XXI века ознаменовались формированием одной из ключевых технологий будущего — нанотехнологии, первое определение которой ввел в 1974 году японский профессор Норио Танигухи как «технологии, контролирующей поведение и/или структуру на уровне молекул и атомов». Отцом идеи нанотехнологии условно можно считать греческого философа Демокрита приблизительно в 400 г.д.н. эры он впервые использовал слово "атом", что в переводе с греческого означает "нераскалываемый", для описания самой малой частицы вещества

Нанотехнология — это приемы и методы, позволяющие работать с материальными объектами в нанодиапазоне. Нанодиапазон включает в себя объекты размером от единиц до сотен нанометров (в переводе с греческого «нанос» означает «карлик»). Нанометр — это действительно карликовая единица, одна миллиардная часть метра (1 нм = 10-9 м). Чтобы наглядно представить себе такой размер, достаточно знать, что 1 нанометр (нм) — это примерно длина 10 положенных рядом атомов водорода. Сегодня под нанотехнологией понимают технологию получения объектов с характерными структурами размером менее 100 нм. По мнению многих современных ученых, нанотехнология окажет определяющее воздействие на науку, технику и производство товаров и услуг в XXI веке. 
Благодаря нескольким открытиям, сделанным в конце XX века, выяснилось, что между макро- и микромиром лежит малоисследованная область, в которой существуют молекулы и их конгломераты, чье поведение, с одной стороны, нельзя описать методами макромеханики, но с другой — оно не подчиняется и квантовым законам, определяющим поведение атомов и небольших молекул. Одним из таких открытий явилось обнаружение особых молекул, так называемых фуллеренов и нанотрубок.

Вторым основополагающим открытием, определившим прорыв в нанотехнологиях, явилось создание туннельной, или зондовой, микроскопии. Принцип такой микроскопии заключается в сканировании поверхности ультратонким зондом, толщина иглы которого может достигать одной молекулы. С помощью этого инструмента можно исследовать ранее недоступные для визуализации объекты с нанометровым разрешением. Основанные на этом принципе зондовые микроскопы позволяют не только видеть объекты на молекулярном уровне, но и манипулировать ими. 
Открытие нанотрубок и атомной силовой микроскопии сконцентрировало внимание научной общественности на наноматериалах — материалах, обладающих уникальными малоизученными свойствами. Современные изыскания вышли далеко за пределы изучения каркасных наночастиц на основе углерода.

 Нанобиотехнология — раздел нанотехнологии, занимающийся созданием нанопродуктов для воздействия на живые системы или с использованием живых систем для целей создания нанотехнологических продуктов. Фактически нанобиотехнологии означают попытку совместить биологические молекулы, системы живой клетки и созданные человеком наноструктуры — живое с неживым. Популярность биологических подходов в нанотехнологиях вызвана стремлением создавать уникальные микромашины, осуществлять сборку сложных наноструктур из составных блоков, доставку и разделение наночастиц и компонентов смесей — все то, что уже миллионы лет реализуется в природных системах. 
Интерес к применению наносистем в биологии и пищевой промышленности объясняется несколькими причинами. Во-первых, объекты нанобиотехнологии — живые организмы и их компоненты, находящиеся в нанометровом диапазоне. Размер клеток животных и растений обычно находится в диапазоне 10-50 мкм, а основные компоненты клеток находятся в нанометровом диапазоне. Клеточные мембраны, например, имеют толщину около 10 нм, многие органеллы также имеют размеры в десятки и сотни нанометров. Как известно, белки состоят из аминокислот, а аминокислоты имеют размер около 0,3 нм. Во-вторых, развитая поверхность дает возможность закреплять молекулы различных веществ, создавая своеобразные нанокомпозиты «наночастица — биологически активная оболочка». 
Еще одна область, в которой нанобиотехнологии занимают лидирующие позиции, — это так называемый биологический наноконструктор, когда биологические системы участвуют в сборке сложных конструкций из наночастиц. В качестве простейшего примера такого конструктора можно привести самосборку наноструктур на основе одиночных молекул ДНК, привитых к наночастицам. Такие частицы будут соединяться только с теми частицами, которые несут вторую комплементарную молекулу ДНК, прочно связываясь с образованием двойной молекулы ДНК. Причем для этого частицы даже не надо специально подводить друг к другу, они сами находят свою вторую «половинку», свободно плавая в растворе. Комбинируя молекулы ДНК, привитые к различным наночастицам, можно создавать достаточно сложные наноструктуры.

Нанотехнология в настоящее время — динамично развивающаяся научная дисциплина. Со стороны национальных правительств, регулирующих органов и деловых кругов существует стойкий интерес к ней. Спектр продукции, изготовляемой с применением нанотехнологий, уже сейчас довольно широк: солнцезащитные крема, предметы одежды, косметика, фармацевтические препараты, микрочипы, наполнители для автомобильных шин и т. д. По данным Woodrow Wilson International Centre, к октябрю 2010 года только в США было выпущено 580 изделий, изготовленных с применением нанотехнологий. Самая большая категория (61 %) — это продукция, которая имеет отношение к здоровью (одежда, косметика, солнцезащитные крема и т. д.), а 11 % составляют пищевые продукты и напитки.

1.2.Направления нанотехнологии в пищевой промышленности

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ:

– использование наноматериалов в качестве барьерных пленок

– использование легких, прочных и термически устойчивых полимерных материалов с силикатными наночастицами

– использование модифицированной фольги с заданной проницаемостью

ПИЩЕВЫЕ ПРОДУКТЫ:

– использование наноматериалов для повышения биодоступности нутриентов

– встраивание биологически активных молекул в нанокапли для улучшения всасывания

– использование сложных нанокристаллов целлюлозы в качестве носителей биологически активных веществ;

– использование нанокапсулированных усилителей вкуса и аромата;

– использование нанотрубок в качестве загустителей и гелеобразователей;

– введение в виде нанокапсул стероидов растительного происхождения в пищевые продукты животного происхождения;

СОЗДАНИЕ НОВЫХ ПРОДУКТОВ И КОНТРОЛЬ ЗА БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ:

– использование наноматериалов для доставки ДНК в клетки растений для целей генной инженерии;

– иммобилизация антител на флуоресцентных наночастицах для обнаружения контаминантов химического происхождения и патогенных микроорганизмов;

– использование биодеградирующих наносенсеров для контроля за температурой хранения и влажностью продуктов.

– использование наноматериалов с целью селективного связывания и элиминации токсинов и патогенных микроорганизмов.

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УПАКОВКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ:

- Улучшенные нанокомпозиты:Полимерные композиты, содержащие наноматериалы для улучшение упаковочных свойств (гибкость, долговечность, устойчивость к повышенной температуре и влажности, барьерные свойства

«Активные нанокомпозиты»:Полимерные композиты, содержащие наночастицы с антимикробными и антиокислительными свойствами

«Умные» нанокомпозиты:Полимерные композиты, содержащие наносенсоры для контроля качества пищи

Биодеградируемые нанокомпозиты:Композиты, содержащие наноматериалы, способствующие биодеградации

1.3 «Наноеда» или Пища будущего

В мире, где 1 миллиард человек хронически голодает, увеличение производства продуктов питания - вопрос сохранения миллионов жизней. За последние несколько лет пищевая промышленность инвестирует миллионы долларов в исследование и развитие нанотехнологий улучшения качества, функциональности, безопасности, сохранения и увеличения производительности и рентабельности продуктов питания которые объединили под общим названием - Nanofoods.

Согласно результатам исследования, нанотехнологии способны устранить в том числе и проблему неполноценного питания [5]. Издание «Деловой Петербург» приводит следующие строки: «Применение в основных продуктах питания наночастиц таких микроэлементов, как железо, цинк, фолиевая кислота или витамин А, может предотвратить или решить проблему неполноценного питания. Главное условие — чтобы применяемые наноматериалы не вызывали сомнения по части своей нетоксичности как для человека, так и для окружающей среды, и чтобы они были доступны для социально незащищенных групп населения». В пищевом производстве можно снизить количество жиров, добавляя наноструктурированные ингредиенты. Кроме того, в связи со снижением у целого поколения людей энергозатрат, чем мы обязаны сидячему образу жизни, в несколько раз, возникла необходимость перехода на качественно новую еду, которая будет поддерживать физическое состояние человека «в форме». Такую «наноеду» ученые называют «функциональными продуктами питания».Одно из основных направлений современных разработок – снижение количества жира в нанотекстурированных продуктах (мороженое, майонез и др.). По виду и вкусу такие продукты, по мнению разработчиков, не будут отличаться от “жирных”. Поскольку не используются нерастворимые вещества, вред для человека можно считать минимальным. К внедрению на рынок ближе всего майонез, который состоит из эмульсии с нанокаплями воды внутри.

Другое важное направление – нанокапсулы, содержащие питательные вещества или органические и неорганические нанодобавки для изменения цвета, аромата, удаления неприятных запахов и даже для защиты от микробов. В Амстердаме создано программируемое вино (Nano Wine) [2]. По вкусу это обычное Мерло, однако в микроволновке его легко можно превратить в “Каберне”, “Пино Нуар”, “Мальбек” и др.Это “вино” содержит огромное количество нанокапсул, которые раскрываются при разных условиях обработки и придают напитку требуемый цвет, вкус и аромат.

В июне 2011 года Главным государственным санитарным врачом РФ Г.Г.Онищенко были утверждены методические рекомендации “Контроль наноматериалов в пищевой продукции”. В них сказано, что для пищевых продуктов, произведённых с использованием нанотехнологий и содержащих наночастицы или наноматериалы, на этикетку рекомендуется выносить информацию “произведено с использованием нанотехнологий (наноматериалов)” или “содержит наноматериалы” [6].В соответствии с определением, содержащемся в последнем докладе ЕС (Нанотехнологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности) нанопродукты - это продукты, в которых наночастицы, нанотехнологии, методы и инструменты используются в процессе выращивания, производства, переработки или упаковки продуктов питания. Под определение нанопродукт не попадают атомно-модифицированные продукты или продуктов питания произведенные на нанооборудовании.

Среди более далёких перспектив применения нанотехнологий заявляются проекты изготовления унифицированных интерактивных напитков и еды: покупая такую продукцию, потребитель при помощи несложных манипуляций сможет изменять цвет, запах и даже вкус продукта. В настоящее время в НИИ питания РАМН проводится комплекс исследований по оценке безопасности важнейших с позиций перспектив использования в пищевой промышленности нанотехнологий.

1.4 Наноупаковка для пищевых продуктов.

Наноупаковка - это полимерные материалы, содержащие наночастицы; нанопокрытия на внутренней стороне упаковки; наноматериалы “второго поколения” с функциональной поверхностью. Наноупаковка обеспечивает защиту от микробов, УФ, не пропускает определённые газы, влагу, запахи.

Несмотря на сопротивление со стороны общественной озабоченности по поводу безопасности всего нового, пищевая промышленности на полной скорости движется вперед, в наноупаковку. Многие компании и университеты разрабатывают упаковку, которая сможет предупреждать, если упакованные продукты питания становятся не годными, реагировать на изменение условий окружающей среды, а также самостоятельно восстанавливать целостность упаковки при ее небольших повреждениях.

Одной из наиболее перспективных инноваций в области «умной» упаковки является использование нанотехнологии для разработки антимикробной упаковки. Ученые из крупных компаний, в том числе Крафт и Байер, а также многочисленных университетов и небольших компаний, разрабатывают ряд интеллектуальных упаковочных материалов, которые поглощают кислород, который как известно является пищей патогенных микроорганизмов, а также предупреждают потребителей об испорченных продуктах питания. Эти умные пакеты, помогут обнаружить такие патогены, как сальмонелла и кишечная палочка, и, как ожидается, будут доступны в течение ближайших нескольких лет.

ПЭТ-бутылки, произведенные с использованием синтетических нано-компонентов, по результатам исследования, способны значительно продлить срок хранения продуктов. Кроме этого лучший баланс углекислого газа в сравнении с алюминиевой тарой позволяет в три раза сократить уровень выброса «парниковых» газов в процессах ее производства, транспортировки и переработки. В отношении стеклянных бутылок тот же показатель исчисляется снижением итоговой величины выбросов на 60% [5].С 1 декабря 2011г. в этой высокобарьерной многослойной наноупаковке выходит продукция “Махеевъ” (майонезы, кетчупы, джемы и др.). Проникновение газов, прежде всего кислорода, затруднено слоистой структурой, образованной нанокомпозитом в толще плёнки (рисунок 2). Теперь при транспортировке и хранении качество не будет ухудшаться. Однако исследования необходимы и здесь – возникает вопрос, не будут ли наночастицы из упаковки проникать в продукт.

 Таким образом, в  технологии производства пищевых продуктов наиболее перспективно применение нанотехнологий при получении новых видов упаковки для пищевых продуктов. Такие полимерные нанокомпозитные материалы обладают легкостью, гибкостью, долговечностью, устойчивостью к повышенной температуре и влажности, имеют свойства барьерных пленок с заданной проницаемостью. Так называемые «активные» нанокомпозиты содержат наночастицы с антимикробными и антиокислительными свойствами, «умные» нанокомпозиты содержат наносенсоры для контроля качества пищи, биодеградируемые нанокомпозиты содержат наноматериалы, способствующие биодеградации.

Например, уже производятся наноразмерные неорганические покрытия для упаковки кондитерских изделий, каш быстрого приготовления, бисквитов, чипсов. Эти покровные материалы, наносимые непосредственно на пищевой продукт с целью получения барьера против влажности и окисления, позволяющие увеличить гарантийный срок хранения и способствующие улучшению вкусовых свойств, содержат наночастицы двуокиси кремния, окиси магния и двуокиси титана.

1.5.Стандартизации пищевых продуктов, которые созданы на основе нанотехнологий.

1.«Электронный нос» – это тонкая кремниевая пластинка - чип площадью 2 мм2, соединенная с компьютером или микропроцессором (лаборатория на чипе), которая в считанные минуты позволяет качественно и количественно анализировать газы. «Электронный нос» обладает высокой чувствительностью, быстротой анализа и возможностью распознавания огромного множества разных запахов. Кроме анализа пищевых продуктов он может использоваться в медицине для диагностики заболеваний на ранних стадиях по запаху выдыхаемого человеком воздуха; для обнаружения взрывчатки и наркотиков. Подобные аппараты уже сейчас внедряются в крупнейших аэропортах мира, в том числе в московских аэропортах Шереметьево и Домодедово.

2.«Электронный язык» – это микрочип, способный распознавать и различать по вкусу пищевые продукты сложного состава. «Электронный язык» и «Электронный нос» могут использоваться для определения свежести продуктов питания, качества молока на молочных фермах, в производстве пива, вина, сыра, а также для исследования и стандартизации пищевых продуктов.

Уже на протяжении многих десятилетий учёные признают эффективность применения биологических принципов при проектировании искусственных устройств и систем. Один из современных примеров такого подхода разработка электронных или «искусственных» носов, которые конструктивно реализуются посредством матричных неспецифических сенсоров. В этой быстро развивающейся области наборы неспецифических химических сенсоров соединяются с программами для распознавания образов, подобно тому, как это происходит в биологических обонятельных системах, в которых неселективные обонятельные рецепторы соединены с нервными центрами, где происходит обработка сигнала. Как и естественные системы, искусственные носы способны различать запахи и характеризовать их количественно.На сегодняшний день по всему миру существуют несколько десятков приборов, созданных на основе концепции искусственного обоняния, хотя большая часть из этих устройств представляют собой лабораторные образцы, некоторое количество приборов второго поколения, более быстрых, чувствительных и меньших по размерам имеется на рынке.

Традиционно химические сенсоры конструируются на основе подхода «один сенсор – одно определяемое вещество (аналит)» или «ключ – замок», когда один сенсор создаётся для обнаружения единственного вещества. Это так называемые специфические сенсоры. Этот подход требует, чтобы высокоселективный материал был совмещён с соответствующим преобразователем энергии, и он является чрезвычайно плодотворным, когда необходимо обнаружить или измерить концентрацию ограниченного количества различных веществ, и когда имеются в наличии соответствующие селективные материалы. Однако при использовании этого метода возникают проблемы, при необходимости контролировать большое количество веществ. Задача становится практически нерешаемой, при необходимости обнаруживать более десяти различных веществ одновременно.

Заключение.

1.Проблема здорового и качественного питания имеет общемировой характер. Современное развитие технологий, в том числе нанотехнологий, позволило получить материалы, обладающие уникальными свойствами, которые начинают активно использоваться в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, но и требуют тщательного изучения их свойств и воздействия, оказываемого на организм человека и окружающую среду.По мнению ученых, применение нанотехнологий в  пищевой промышленности способствует формированию совершенно нового класса пищевых продуктов — «нанопродуктов», которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированные продукты.

2.Наночастицы могут быть использованы как в  составе пищевой продукции, так и в составе упаковки. Однако риски использования в  питании человека продуктов, содержащих наночастицы пищевых веществ, или влияние наночастиц, мигрирующих из упаковки в продукт, в настоящее время мало изучены. Это обусловливает необходимость оценки биодоступности и усвояемости компонентов пищевых продуктов, получаемых нанотехнологическим путем. Общественное восприятие применения нанотехнологий в пищевой промышленности является основным фактором, определяющим коммерческий успех этой области исследований. Безопасность применения нанотехнологий в пищевой промышленности требует глубокого изучения потенциальных рисков и  побочных эффектов, сопряженных с их использованием. Будет ли польза, от того что предлагают нанотехнологии или ее перевешивают риски, которые они могут вызвать? Именно это формирует потребительское мнение и готовность к покупке нанопищи.

Список используемой литературы .

1. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию/Н. Кобаяси. – М.:Бином, 2005 - 134с
2. Чаплыгин А. «нанотехнологии в электронике» / А.Чаплыгин. - 2005 М.:техносфера
3. http://www.delphi.com
4. http://www.delphisources.ru
5. http://www.delphimaster.ru
6. http://www.nano-alife.ru
7. nanoprom.info
8. КиберЛенинка: https://cyberleninka.ru/article/n/riski-i-bezopasnost-ispolzovaniya-nanotehnologiy-pischevyh-produktov-obzor