Содержание железа в продуктах питания

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Березовская национальная средняя общеобразовательная школа им .В.А. Роббека

« Среднекалымского улуса (района» Республики Саха ( Якутия)

XXVII улусная научно-практическая конференция школьников «Шаг в будущее»

Секция «Химия»

Содержание железа в продуктах питания

Выполнила: Балаганчик Мария Ярославовна,

учащаяся 9 класса,

МКОУ Березовской НСОШ им. В.А. Роббека

Научный руководитель:

Ооржак Белек-кыс

Байлаковна ,учитель химии

МКОУ Березовской НСОШ им. В.А. Роббека

Березовка-2023

Оглавление

Введение.................................................................................................................................... 3

Глава 1. Теоретическая часть

1. 1. Общие сведения о железе ........................................................................... ..................4

   2. Биологическое значение железа.....................................................................................4

   3. Фонды железа в организме человека ..........................................................................5

   4. Недостатки железа в организме человека или железодефицитная анемия ..............6

   5. Избыток железа в организме человека..........................................................................7

   6. Виды железа и его усвоение организмом ......................................................................8.

   7. Железосодержащие продукты ........................................................................................9.

Глава 2. Практическая часть.......................................................................................................10

2.1. Определение ионов железа в продуктах питания..........................................................10

2.2. Интервью с медицинским работником...........................................................................12

Выводы и заключение .............................................................................................................. 13

Список литературы......................................................................................................................14 Приложение № 1 Результаты эксперимента: «Определение ионов железа»..........................................................................................................................................15

Введение

С уществует очень романтичная легенда о том, как неизвестный студент-химик, узнав о том, что в крови содержится железо, решил изготовить из железа собственной крови кольцо для своей возлюбленной. Делая себе кровопускание и выделяя железо из крови, юноша умер от острой анемии, так и не исполнив свою мечту. В другом варианте этой истории упоминается французский химик Франсуа Мари Рауль, который, как говорят, умер в результате подобного опыта. Но ему на тот момент было уже за шестьдесят. Доподлинно не известно, умер ли он от результатов собственного эксперимента или же по какой—то другой причине. Поэтому вопрос о реальной основе столь красивой легенды остаётся открытым…

Для нас же эта легенда стала отправной точкой рассуждений по ряду вопросов. Сколько железа содержится в организме человека и только ли в нем содержится железо? Какое влияние оказывает избыток и недостаток железа на организм человека? Какие продукты питания поддерживают постоянство состава железа в организме? И все ли железо, поступающее в организм, усваивается им? В ходе работы мы попытались ответить на эти вопросы, используя знания и навыки практической работы, полученные нами на уроке химии и во внеурочной деятельности.

В связи с возникшими вопросами была сформулирована тема исследовательской работы: «Содержание железа в продуктах питания».

Цель работы: Определить содержание ионов железа в разных видах продуктов питания.

Задачи исследования:

1) Изучить информационные источники по данной теме, подобрать методики по определению содержания ионов железа в разных видах продуктов.

2) Определить содержание ионов железа в исследуемом материале.

3) Дать рекомендации по их применению.

Гипотеза: Если железо играет важную роль в жизни человека и при этом входит в состав соединений растительного и животного происхождения, то правильно подобранный рацион питания поможет соблюсти баланс этого микроэлемента в нашем организме и, прежде всего, избавиться от железодефицита в организме.

Объект исследования — железосодержащие продукты. Предмет исследования — количественное содержание железа. Методы исследования — химический эксперимент, обобщение, сравнение. В ходе исследования была рассмотрена специальная литература, internet—источники, проведена практическая работа по определению содержания железа в различных продуктах питания.

Глава 1. Теоретическая часть

1. 1. Общие сведения о железе.

Железо — второй по распространенности в природе металл Периодической системы химических элементов, который встречается в природе. Это 26 элемент ПСХЭ, металл 4 периода, 8 группы побочной подгруппы. Аr (Fe) = 56. В атоме железа 26p+, 26e и 30 n⁰.

Металл средней активности, восстановитель:

Fe⁰—2e^—→Fe⁺², окисляется, восстановитель

Fe⁰—3e^—→Fe⁺³, окисляется, восстановитель

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию. Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила автоматическая станция «Луна», обнаружено железо в неокисленном состоянии.

Железные руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят сами за себя: Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят соединения железа.

Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30—70% и более.

1. 1. Биологическое значение железа.

В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания). Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав чрезвычайно сложно построенного органического соединения, называемого гемоглобином, железо обусловливает красную окраску этого вещества, от которого в свою очередь, зависит цвет крови человека и животных. В организме взрослого человека содержится 3—4 грамма чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина, который, благодаря железу, осуществляет перенос кислорода из лёгких во все ткани, органы и клетки. Красные кровяные тельца крови — эритроциты состоят на 99% из гемоглобина. Отдав кислород клетке, гемоглобин выполняет другую важную функцию — выводит из организма углекислый газ.

Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату — и они приобретают зеленый цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, и вскоре смазанное место зеленеет.

Так от одной и той же причины — наличия железа в соках и тканях — весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

1. 1. Фонды железа в организме человека

1.Гемоглобиновый фонд. Железо является существенной и, как правило, жизненно необходимой частью протоплазмы по преимуществу в виде органического железа. Из тканей организма богаче всего содержанием железа кровь, где оно входит в состав гемоглобина. Гемоглобин — красный пигмент крови человека, позвоночных и некоторых беспозвоночных животных. Состоит из белка (глобина) и железопорфирина (гема). На одну молекулу глобина приходится 4 гема, а каждый гемм содержит 1 атом железа.

Гемоглобин переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам. В биологических системах железо связано с органическими веществами. В миоглобине и гемоглобине встроены ионы Fе²+. Степень окисления, иона железа не изменяется при соединении комплекса с кислородом, при этом образуется оксигемоглобин.

2. Тканевой фонд. Железо содержится не только в гемоглобине, но входит в состав других важных белков – цитохромов. В цитохромах железо поочередно переходит из одного валентного состояния в другое. Они участвуют в накоплении организмом энергии, выделяющейся на заключительных этапах процесса биологического окисления.

3. Транспортный фонд. Трансферрины — белки плазмы крови, которые осуществляют транспорт ионов железа. Трансферрины представляют собой белки, которые прочно, но обратимо связывают ионы железа. С трансферринами связано около 0,1 % всех ионов железа в организме (что составляет порядка 4 мг), однако ионы железа, связанные с трансферринами, представляют огромное значение для метаболизма. Степень окисления иона железа в трансферринах Fe³⁺.

4. Резервный фонд. Ферритин — железосодержащий глобулиновый белковый комплекс (гидроокись трехвалентного железа, соединенная с остатком фосфорной кислоты + апоферритин), растворяющийся в воде, находящийся во всех тканях организма, но больше в печени и мышцах, и служащий резервным запасом железа на случай дополнительных потребностей. Молекула этого железосодержащего белка похожа на грецкий орех: скорлупа — апоферритин, внутри — компактно уложенные атомы Fe.

Кроме того резервный фонд железа образует и гемосидерин — темно—желтый пигмент (обычно аморфный пигмент), который состоит из оксида железа. Гемосидерин содержится в макрофагах селезёнки, печени и костного мозга, являясь одной из форм хранения железа в организме. Очаговое отложение его наблюдается на месте излияния крови. Гемосидерин возникает спустя 24 часа от момента кровоизлияния.

1. 1. Недостаток железа в организме человека железа или железодефицитная анемия

Анемия (или малокровие) — заболевание, которое сопровождается снижением уровня гемоглобина в крови. Анемия опасна тем, что организм недополучает кислород и от этого страдают практически все системы органов в организме (сердечно-сосудистая, пищеварительная, нервная и др.). Начинается кислородное голодание — гипоксия тканей.

По статистике в мире анемией страдают около 2 млрд. человек. И большую часть из них составляют женщины в силу своих физиологических особенностей.

Нормальное содержание гемоглобина в крови различается по возрасту и по полу.

Если содержание гемоглобина у подростка и взрослого человека опускается ниже 110 г/л, то можно говорить о железодефиците в организме человека.

Причины анемии

Существует три группы причин, вызывающие железодефицитную анемию.

I группа: причины недополучения железа организмом.

1. Недостаточное поступление железа с пищей. Чаще всего анемией страдают люди, проповедующие вегетарианство, различные растительные диеты и голодание.

2. Заболевание желудочно-кишечного тракта — колиты, энтериты, гастриты, которые нарушают всасывание железа в кишечнике.

3. Паразитарные заболевания, т.к. паразиты, поселившиеся в кишечнике человека «крадут» у него железо.

4. Наследственные заболевания, в ходе которых организм не способен усваивать железо с рождения или плохо это делает.

II группа: причины повышенного расходования железа

1. Беременность (т.к. формирующийся плод нуждается в большом количестве белка, микроэлементов) и период лактации (т.к. новорожденный получает с молоком матери все необходимые питательные вещества и микроэлементы).

2. Детство, юношество — период усиленного роста организма.

3. Тяжелые заболевания, связанные с нарушением иммунной системы.

4. Тяжелые заболевания, связанные с истощением организма (воспалительные, гнойные заболевания)

III группа: причины кровопотери

1. Кровопотери острого характера — ранения, травмы, операции и т.д.

2. Хронические кровопотери — язвенные болезни желудка, кишечника и т. п.

Признаки анемии

Первые признаки анемии могут обнаружить многие из нас невооруженным взглядом:

• бледность,

• лёгкая синюшность ногтевых пластин и губ,

• выпадение волос,

• трещины на губах,

• стоматиты

• слабость,

• быстрая утомляемость,

• сонливость,

• иногда тошнота и изжога,

• возникновение необычных вкусовых пристрастий

1. 1. Избыток железа в организме человека

Избыток ионов железа в организме приводит к повышению возбудимости, у детей — агрессивности, нарушению внимания. Достигая определенной концентрации в организме, они начинают свое губительное воздействие — вызывают отравления, мутации. Кроме того, что ионы железа отравляют организм человека, они еще и чисто механически засоряют его — ионы тяжелых металлов (к ним относится ионы железа) оседают на стенках тончайших систем организма и засоряют почечные каналы, каналы печени, таким образом, снижая фильтрационную способность этих органов. Это приводит к накоплению токсинов и продуктов жизнедеятельности клеток нашего организма, т.е. происходит самоотравление организма, т.к. именно печень отвечает за переработку ядовитых веществ, попадающих в наш организм, и продуктов жизнедеятельности организма, а почки — за их выведение наружу.

Причины, приводящие к избытку ионов железа.

• Гемохроматоз (наследственное, генетически обусловленное заболевание, проявляется нарушением обмена железа с накоплением его в тканях и органах).

• Отравление препаратами железа.

• Нефрит.

• Заболевание печени (острый и хронический гепатит).

• Острая лейкемия.

• Отправление свинцом.

• Нарушение обмена веществ.

• Болезни поджелудочной железы.

• Язвенная болезнь.

• Употребление неочищенной водопроводной воды содержащей большое количество ионов железа.

1. 1. Виды железа и его усвоение организмом.

Различают два вида железа: гемное и негемное. Гемное железо входит в состав гемоглобина и содержится в мясе; печени; почках; кровяной колбасе; сухой крови. Оно усваивается практически полностью. Негемное железо находится в свободной ионной форме: двухвалентное — Fe (II) и трёхвалентное — Fe (III), содержится в растительной пище и железосодержащих препаратах. Оно всасывается гораздо хуже гемового и, чтобы организм его хоть как—то усвоил, железо должно стать двухвалентным, потому что трехвалентное не усваивается вообще. Чтобы «превратить» трехвалентное железо в двухвалентное, нужен восстановитель. Его роль играет витамин C (аскорбиновая кислота). Кроме этого, нужно знать, что есть продукты, которые препятствуют усвоению железа. Это: чай, молоко, кофе, противокислотные средства, а также любые продукты, богатые кальцием. Препятствует всасыванию железа в организм рисовая и манная каша. Дело в том, что кальций является элементом — антагонистом железа, поэтому они мешают друг другу усваиваться.

1. 1. Железосодержащие продукты.

В разных источниках приводится различное содержание железа в продуктах питания. Однако из растительных продуктов железом наиболее богаты бобовые (фасоль, соя), а так же гречиха. Но в них содержится мало витамина C, поэтому для лучшего усвоения содержащегося в них железа, их нужно употреблять вместе с овощами, фруктами и зеленью, содержащими много аскорбиновой кислоты. Ежедневно человеку необходимо получать из пищи всего 1,5 мг железа. Казалось бы, это не так много, но это непростая задача. Дело в том, что организм усваивает не более 10 процентов поступившего железа, а это означает, что потребность в поступлении железа в сутки увеличивается до 15 мг. До 20% железа мы получаем из мясной пищи, тогда как из растительной только около 6%.

Поэтому необходимо употреблять в пищу продукты животного происхождения. В животной пище наиболее богатыми на содержание железа являются печень и красные сорта мяса. Это надо иметь в виду тому, кто решил стать вегетарианцем.

Необходимо помнить, что в продуктах растительного происхождения железо находится в трехвалентной форме, которое плохо усваивается организмом. Поэтому следует включать в рацион витамин С—содержащие овощи, такие, как перец, брюссельская капуста, кислая капуста, картофель или же принимать стакан апельсинового сока во время еды. Витамин C переводит железо в двухвалентную форму, которая нормально усваивается нашим организмом.

Лучше всего перед едой или во время еды не пить кофе или чай, поскольку, с содержащимися в них танином и кофеином железо образует нерастворимые комплексы и выводится через почки. Лучше пить кофе или чай через полчаса после еды.

Сколько именно железо вы должны получать в свой рацион каждый день? Употребление продуктов, содержащих железо, даже если вы не страдаете анемией, необходимо для здоровья человека.

Рекомендуемая доза железа:

Дети 1—3 лет: 7 мг / день

Дети 4—8 лет: 10 мг / день

Подростки 9 — 13: 8 мг / день

Подростки 14 — 18: 11 мг /день для мальчиков и 15 мг / день для девочек

Мужчины 19 + : 8 мг / день

Женщины 19—50: 18 мг / день

Женщины 51 + : 8 мг / день

Беременные женщины: 27 мг / день

Глава 2. Практическая часть

В ходе работы мы провели исследование по определению содержания железа в продуктах питания, взяли интервью у медицинского работника Березовской больницы.

1. 1. Определение ионов железа в продуктах питания

Исследование проводилось на базе нашей школы.

Целью нашей работы является определить содержание железы в кураги, красных, зелёных яблоках, в печени курицы и овсяных хлопьях.

Подготовили образцы анализируемых продуктов одинаковой массы по 1 грамму, добавили 10 мл азотной кислоты, 1—2 мл пероксида водорода. Полученную смесь перетёрли и перенесли в стакан.

Отобрали по 2 мл экстракта анализируемых продуктов , добавили 1 каплю 20% раствора роданида калия (KCNS).

1. Зелёное , красное яблоко- раствор чуть- чуть порозовел и появился небольшой красный осадок;

2. Курага- изменение цвета на коричнеово- оранжевый;

3. Печень курицы- изменение цвета на оранжевый с красным осадком;

4. Овсяные хлопья- изменеие цвета на оранжевый с красным осадком;

По интенсивности окрашивания определили концентрацию ионов железа (III). Сравнили окраску полученных растворов с колориметрической шкалой.

Сделали вывод об относительном содержании железа в исследуемых продуктах питания.

В основе этого эксперимента лежит качественная реакция на определение ионов железа .

В присутствии иона железа (III) при добавлении роданида калия образуется вещество красного цвета. Это ‑ роданид железа (III).

FeCl₃ + 3 КCNS  = Fe(CNS)₃  + 3 KCl

Результаты эксперимента: (приложение 1)

1. Все исследуемые продукты содержат железо.

2. Наибольшее содержание железа Fe³⁺ наблюдается в печени, кураге и овсянных хлопьях;

3. Наименьшее содержание железа Fe³⁺ наблюдается в яблоках.

Колориметрическимназывается метод анализа, основанный на сравнении качественного и количественного изменения потоков видимого света при их прохождении через исследуемый раствор и раствор сравнения. Определяемый компонент при помощи химико-аналитической реакции переводится в окрашенное соединение, после чего измеряется интенсивность окраски полученного раствора. 

FeCl₃ + 3 КCNS  = Fe(CNS)₃  + 3 KCl

Интервью с медицинским работником Березовской больницы.

В ходе работы мы посетили Березовскую больницу и побеседовали с фельдшером. долгое время работала в нашей школе и согласилась ответить на интересующие нас вопросы.

— Горохова Зоя Ивановна, расскажите нам, пожалуйста, о заболеваниях, связанных с недостатком железа в крови:

— Основное заболевание — это, конечно же, железодефицитная анемия. Она бывает 3—х стадий: лёгкая (>125 г/литр) — она корректируется рекомендацией врача; средняя (c 90 до 60 г/литр); тяжёлая (<60 г/литр). Если содержание железа в крови составляет от 110 до 165 г/л, то это соответствует норме (прил. № 2).

— А каковы причины, вызывающие железодефицитную анемию?

— Чаще других проявляются две причины: это неусваиваемость железа из пищи и скудное питание. В зависимости от этих причин назначается обследование и лечение.

— Много ли подростков страдает такой формой анемии?

— К счастью, нет. На всё подростковое население искитимского района имеется 7 человек, страдающих недостатком железа в крови (в возрасте с 15—18 лет).

— Как вы помогаете подросткам, страдающим от анемии?

— Таких детей мы кладём в отделение нашей больницы и назначаем им лечебные препараты, тщательно следим за их питанием. Но сначала обязательно проводим обследование, чтобы узнать причины. Иногда причиной становится неблагополучная семья, которая не может правильно организовать питание ребёнка. Порой причиной становится заболевание, связанное с неусвоением железа, например, заболевание поджелудочной железы (т. к. за всасывание железа отвечает желудочно-кишечный тракт, а если он по каким-то причинам повреждён, то и железо не может должным образом всасываться). У подростка могут быть полипы или язвы, которые т приводят к снижению гемоглобина в крови. Курс лечения анемии длится обычно полгода или более. Каждый месяц проводятся контрольные анализы крови. После нормализации содержания эритроцитов, гемоглобина принимать препараты необходимо еще 1,5—2 месяца. Это позволяет закрепить достигнутый эффект, насытить железом обновленные эритроциты.

— Что вы можете рассказать про избыток железа в крови?

— Эти случаи бывают редко, но встречаются. Например, если человек долгое время болеет и кашляет, то он «накашливает избыток железа». При кашле человек делает глубокий вдох и получается, что кислорода поступает много, и на этом фоне гемоглобин повышается. А так у нас не бывает, чтобы гемоглобин был слишком высокий.

— Бывали ли в вашей практике случаи летального исхода от анемии?

— Нет. Медицина сейчас развита так, что от анемии не умирают, конечно, если это не онкология и её вовремя не выявить. Медицинские осмотры в школе дают положительный результат.

— Как по внешним признакам можно определить недостаток железа в крови?

— У людей, страдающих анемией, как правило, можно отметить бледность, слабость, вялость, они чаще других болеют простудными заболеваниями.

— В каких продуктах больше всего содержится железа? И правда ли то, что яблоки — это кладовая железа?

— Ну, это уже устаревшее мнение о яблоках. Возможно, раньше яблоки и были кладовой железа, но сейчас точно нет. Но как плюс к питанию яблоки хороши, особенно сибирские, молдавские, не импортные. Вообще, при анемии рекомендуется употреблять в пищу мясо красных сортов: говядину, конину, свинину, баранину, мясо кролика. Очень хорошо, когда в питании присутствует много зелени, особенно петрушки, шпината, сельдерея, тогда расщепление железа в организме идёт лучше. Ещё полезны фрукты, которые имеют тёмно-красный цвет: чернослив, гранат. Они содержать больше железа, нежели другие. Это все подходит для легкой стадии железодефицитной анемии. Но если степень тяжести ЖДА средняя, то тут, конечно, продуктами питания уже не обойтись. Помогут только железосодержащие препараты, назначенные врачом. Выбирая препараты, следует знать, что они могут содержать железо в двухвалентной и трехвалентной форме. Для усвоения двухвалентного железа нужен витаминC, а для трехвалентного — особые аминокислоты, которые способны донести ионы до костного мозга.

Заключение

1. В живых организмах железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания).

2. В случае большого недостатка железа в организме возникает заболевание — железодефицитная анемия (малокровие). Избыточное же количество железа приводит к образованию нерастворимого в воде железосодержащего белка. Этот белок, откладываясь в тканях и органах, вызывает нарушение их функций, что приводит к различным заболеваниям.

3. Не все ионы железа, которые человек съедает вместе с продуктами, усваиваются. Усваивается лишь незначительная их часть.

2. Способность железа усваиваться сильно варьирует для разных пищевых продуктов. Лучше всего железо усваивается из мяса и печени (гемное железо). Значительно хуже из зерновых злаков, фруктов и овощей (негемное железо).

3. К рекомендуемым продуктам питания, необходимым для поддержания нормального содержания железа в организме, относятся красное мясо, красные овощи и фрукты, а так же зелень.

4. С целью стабилизации содержания в организме железа соблюдать правильный режим дня и питания.

5. При обнаружении следующих симптомов: повышения утомляемости, сухости и бледности кожи, одышки – следует срочно обращаться к врачу и провести анализ крови. Не применять железосодержащие лекарственные препараты без рекомендации врача.

Таким образом, выдвинутая нами гипотеза, если железо играет важную роль в жизни человека и при этом входит в состав соединений растительного и животного происхождения, то правильно подобранный рацион питания поможет соблюсти баланс этого микроэлемента в нашем организме и, прежде всего, избавиться от железодифицита в организме, полностью доказана.

Литература:

1. Большая Медицинская Энциклопедия, под редакцией Б. В. Петровского, М., 1978.

2. Верболович П.А., Утешев А.Б. «Железо в животном организме», А—Ата, 1967

3. Габриелян О.С. Химия учебник для 9 класса — М.: Дрофа, 2013

4. Кассирский И.А. «Клиническая гематология », М., 1970.

5. Кузьменко Н.Е. и другие Химия для школьников старших классов и поступающих в ВУЗы.—М.:Дрофа, 2000

6. Леенсон И.А. Занимательная химия. – М.:РОСМЭН, 1999.

7. Ленинджер А. «Основы биохимии», М., 1985.

8. Петров В.Н. «Физиология и патология обмена железа »,Л 1982

9. Харьковская Н.Л., Лященко Л.Ф., Волынцева Н.А. Железо и окружающая среда// Химия в школе. – 1998. — №5.

10. https://www.youtube.com/watch?v=LGk1FY8I9cw

11. www.xumuk.ru

12. http://chemanaliz.narod.ru

13. www.policlinica.ru/analiz3_26html

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/564662-soderzhanie-zheleza-v-produktah-pitanija