Определение содержания витамина С в свежевыжатых и консервированных соках

Витамины — низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые для осуществления важнейших процессов, протекающих в живом организме.

Для нормальной жизнедеятельности человека витамины необходимы в небольших количествах, но так как в организме они не синтезируются в достаточном количестве, то должны поступать с пищей в качестве необходимого ее компонента. Их отсутствие или недостаток в организме вызывает гиповитаминозы (болезни в результате длительного недостатка) и авитаминозы (болезни в результате отсутствия витаминов). При приеме витаминов в количествах, значительно превышающих физиологические нормы, могут развиваться гипервитаминозы.

Людям еще в глубокой древности было известно, что отсутствие некоторых продуктов в пищевом рационе может быть причиной тяжелых заболеваний (бери-бери, «куриной слепоты», цинги, рахита), но только в 1880 г. русским ученым Н. И. Луниным была экспериментально доказана необходимость неизвестных в то время компонентов пищи для нормального функционирования организма. Свое название (витамины) они получили по предложению польского биохимика К. Функа (от лат. vita — жизнь). В настоящее время известно свыше тридцати соединений, относящихся к витаминам.

Так как химическая природа витаминов была открыта после установления их биологической роли, их условно обозначили буквами латинского алфавита (А, В, С, D и т. д. ), что сохранилось и до настоящего времени.

В качестве единицы измерения витаминов пользуются миллиграммами (1 мг = 10,3 г), микрограммами (1 мкг = 0,001 мг = 10,6 г) на 1 г продукта или мг% (миллиграммы витаминов на 100 г продукта). Потребность человека в витаминах зависит от его возраста, состояния здоровья, условий жизни, характера его деятельности, времени года, содержания в пище основных компонентов питания.

По растворимости в воде или жирах все витамины делят на две группы:

• водорастворимые (В1, В2, В6, РР, С и др. );

• жирорастворимые (А, Е, D, К).

Все витамины жизненно важны.

Витамин С, аскорбиновая кислота, — это витамин над витаминами. Он единственный связан напрямую с белковым обменом. Мало аскорбиновой кислоты — нужно много белка. Напротив, при хорошей обеспеченности аскорбиновой кислотой можно обойтись минимальным количеством белка.

Для предупреждения С-авитаминоза не требуется больших доз аскорбиновой кислоты, достаточно 20 мг в сутки. Это количество аскорбиновой кислоты вводилось для профилактики в солдатский рацион уже в начале Великой Отечественной войны, в 1941 г. Во всех прошлых войнах пострадавших от цинги было больше, чем раненых.

Уже после войны комиссия экспертов рекомендовала для предохранения от цинги 10—30 мг аскорбиновой кислоты. Однако нормы, принятые сейчас во многих странах, превышают эту дозу в 3—5 раз, поскольку витамин С служит и для других целей. Чтобы создать в организме оптимальную внутреннюю среду, способную противостоять многочисленным неблагоприятным воздействиям, его необходимо устойчиво обеспечивать витамином С; это, кстати, способствует и высокой работоспособности.

Приведем несколько примеров: в черной смородине (100 г) содержится 200 мг витамина С, в шиповнике — 1200 мг витамина, в клубнике 60 мг, в яблоках — 13 мг, в апельсинах — 60 мг. Сейчас известно свыше тридцати соединений. В молодом картофеле 20— 30 мг %. Витамин С крайне нестоек, легко разрушается на свету кислородом, воздуха, а также в присутствии следов железа и меди. Более устойчив в кислой среде, чем щелочной. В силу нестойкости его содержание в овощах и плодах при хранении быстро снижается. Исключение — свежая и квашеная капуста. При тепловой обработке пищи разрушается на 25—60 %.

По моему мнению, витамины – прекрасный объект исследования, потому что в ходе их изучения я узнаю много нового о природе витаминов, их роли в физиологических процессах, происходящих в организме человека. Также, проводя опыты в лаборатории, я познакомлюсь с оборудованием, которым мы не пользуемся во время уроков, научусь им пользоваться. Кроме того, эта тема актуальна особенно в наше время, когда каждому человеку нужна физиологическая поддержка витаминов. Важно знать, какие продукты употреблять, чтобы обеспечить свой организм необходимыми веществами, в каких количествах их употреблять, как сохранить здоровье.

При хранении и обработке овощей и фруктов часть витамина С разрушается. В частности обработка растений при их выращивании зачастую предотвращает образование полезных веществ, хоть и ускоряет процесс роста. Развивающаяся в настоящее время генная инженерия нарушает естественные природные процессы, происходящие при выращивании фруктов и овощей – главных поставщиков витаминов в организм человека. Я выбрала эту тему для исследования, чтобы определить наличие и количество витамина С в свежих яблоках, апельсинах, в соках, подвергнутых тепловой обработке. Это и является целью моей работы.

Я поставила перед собой следующие задачи:

1. Расширить знания о влиянии витамина С на организм человека.

2. Изучить метод титриметрии (а именно йодомерию).

3. Проанализировать содержание йода в йодной настойке.

4. Произвести вычисление содержания витамина С в яблоках, апельсинах, соках.

Глава 1 Теоретическая база исследования

1. 1 Витамины

Слова «витамины — источник здоровья» знакомы нам с детства, и мы настолько привыкли к ним, что перестаем придавать им значение. А напрасно! Ведь на самом деле без витаминов обеспечить полноценное здоровье совершенно невозможно. Кто весной не испытывал быструю утомляемость и сонливость? Наверное, многие замечали, что в этот период люди чаще страдают от головных болей, головокружений, простудных заболеваний, болезней желудочно-кишечного тракта (например, язвенных). Все это в значительной мере обусловлено недостатком весной некоторых витаминов, особенно витамина С, который в значительных количествах содержится в свежих овощах и фруктах.

За лето и осень организм в определенной степени насыщается витаминами (например, запас витамина С в печени может сохраняться и расходоваться в течение 2— 6 месяцев).

Основными представителями этого витамина являются а-аскорбиновая кислота и ее окисленная форма — дегидроаскорбиновая кислота. Заметим, что продукты дальнейшего окисления дегидроаскорбиновой кислоты витаминной активностью не обладают, поэтому обычно вместо термина «витамин С» используют другое название этого витамина—аскорбиновая кислота.

Аскорбиновая кислота участвует во многих важных ферментативных реакциях, связанных с окислительно-восстановительными превращениями триптофана, кортикостероидов и др.

Аскорбиновая кислота представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Она быстро разрушается в присутствии окислителей с образованием двух кислот, одна из которых — щавелевая. В кислой среде витамин С более устойчив. Наиболее характерной особенностью аскорбиновой кислоты является ее способность легко окисляться и восстанавливаться. Витамин С эффективно поддерживает сопротивляемость организма инфекциям и простудам. Этот витамин повышает эластичность стенок сосудов, снижает отложение на них холестерина и замедляет развитие атеросклероза. Недавно установлено, что водорастворимый витамин С действует как антиоксидант, дезактивируя свободные радикалы сигаретного дыма (последние увеличивают адгезионную способность лейкоцитов крови и способствуют, таким образом, отложению бляшек на стенках кровеносных сосудов, увеличивая риск сердечно-сосудистых и легочных заболеваний).

В организме человека (в отличие от многих животных) аскорбиновая кислота не синтезируется, поэтому мы должны получать этот витамин с пищей (в среднем около 70 мг в сутки). Витамин С необходим для нормальной жизнедеятельности: он оказывает благотворное влияние на центральную нервную систему, повышает сопротивляемость организма при воздействии на него различных негативных факторов, в том числе возбудителей инфекционно-вирусных заболеваний, предотвращает цингу (на латыни цинга — scorbutus, т. е. «аскорбиновая» — дословно переводится как «против цинги»). Полезно знать, в каких продуктах много этого витамина. В основном богаты им овощи, фрукты, ягоды. Вот сколько миллиграммов аскорбиновой кислоты содержимся в 100 г свежих продуктов:

Продукт Содержание (в 100 г продукта)

Шиповник 1200 мг

Черная смородина 200 мг

Клубника 60 мг

Лимон 40 мг

Апельсины 60 мг

Картофель 20 – 30 мг

Крыжовник 30мг

Петрушка 150 мг

Облепиха 200 мг

Малина 25 мг

Красный перец 250

Морковь 5

1. 2 Титриметрия

Титриметрическим анализом называют метод количественного анализа, в котором измерение массы проводят путем измерения объемов.

Сущность титриметрического анализа заключается в следующем. К раствору, приготовленному из навески анализируемого вещества (или к определенной части объема этого раствора), постепенно приливают раствор точно известной концентрации до тех пор, пока взаимодействующие вещества не прореагируют полностью. Тогда на основании точного измерения объема реактива вычисляют содержание определяемой составной части в анализируемом образце.

Момент окончания реакции, когда взаимодействующие вещества полностью прореагируют между собой, называют точкой эквивалентности, так как в этот момент количества прореагировавших веществ строго эквивалентны.

Реакции, применяемые в титриметрическом методе, должны удовлетворять следующим требованиям.

1. Реакция должна быть практически необратимой, так как здесь нет возможности смещать равновесие реакции, вводя избыток реактива.

2. Момент окончания реакции (точка эквивалентности) должен быть хорошо заметным. В точке эквивалентности (момент окончания реакции) должна изменяться окраска или самих веществ, участвующих в реакции, или посторонних веществ — индикаторов, которые предварительно в очень небольших количествах вводят в исследуемый раствор.

Реакция должна протекать быстро, практически моментально.

3. Изменение внешних условий, в которых выполняют реакцию, не должно влиять на ее ход и на свойства конечных продуктов.

Для практического выполнения определения объемным методом требуется соблюдение следующих условий.

1. Рабочий раствор (титрованный или стандартный), т. е. раствор вещества, вступающего в реакцию с определяемым веществом, имеющий точно известную концентрацию.

Вещество, из которого приготовлен рабочий раствор, называют рабочим веществом.

2. Измерительные сосуды для точного измерения объемов растворов взаимодействующих веществ. Такими сосудами являются бюретка и пипетка.

Бюретка представляет собой калиброванную на целые и десятые доли миллилитра стеклянную трубку, снабженную внизу краном или другим запорным приспособлением.

Пипетка обычно представляет собой узкую стеклянную трубку с расширением посередине, кольцевой меткой на верхней части и оттянутым нижним концом.

При выполнении определения в бюретку наливают один раствор— обычно рабочий, а под бюретку подставляют колбу с раствором определяемого вещества. Из бюретки в колбу по каплям приставляют раствор до тех пор, пока первая избыточная капля не вызовет характерного изменения раствора в колбе. Тогда отсчитывают по делениям бюретки объем израсходованного раствора и делают расчет.

Процесс приливания одного раствора к другому с целью определения концентрации одного из них называют титрованием.

Для приготовления растворов точной концентрации применяют измерительные (мерные) колбы, отличающиеся от обычных плоскодонных узким и длинным горлом с кольцевой меткой.

Титриметрический анализ в зависимости от типа используемых химических реакций делят на три основных метода.

Окислительно-восстановительный метод (оксидиметрия), основанный на применении окислительно-восстановительных реакций.

Метод нейтрализации, в котором используют реакции нейтрализации.

Метод осаждения и комплексообразования, основанный на применении реакций, сопровождающихся выпадением осадков или образованием комплексных соединений.

В ходе моего исследования я использовала метод оксидиметрии.

Глава 2. Практическая часть

2. 1 Анализ йодной настойки

Йодная настойка — это водно-спиртовый раствор, содержащий, согласно фармацевтическим справочникам, 5 % йода. Но это теоретически. Нужно обращать внимание на срок годности настойки, указанный на этикетке. Дело в том, что йод медленно реагирует со спиртом, причем реакция ускоряется на свету (вот почему его, как многие другие лекарственные средства, надо хранить в темноте). Кроме того, если настойка длительное время стояла в неплотно закрытой посуде, концентрация йода могла измениться как из-за испарения спирта, так и из-за летучести йода.

Все это можно проверить экспериментально. Для анализа потребуется аптечная пипетка и маленькая мензурка с делениями. Из реактивов потребуются тиосульфат натрия и крахмал. Тиосульфат реагирует с йодом, образуя бесцветное соединение; на два моля тиосульфата (496 г) расходуется один моль йода (254 г). За титрованием можно следить просто по окраске йода, но когда йода в растворе остается мало, бледно-желтая окраска раствора почти не видна, и трудно заметить момент, когда раствор обесцвечивается полностью. Поэтому здесь лучше также воспользоваться индикатором - крахмалом, который добавляют к раствору в конце титрования.

Для опыта я приготовила очень жидкий крахмальный клейстер. Чтобы в клейстере не было комков, и он был совершенно прозрачным, нужно в небольшой кастрюльке вскипятить примерно полстакана воды. Пока вода грелась, я взяла немного крахмала (примерно четверть чайной ложки) и хорошо размешала его со столовой ложкой холодной воды, чтобы не было отдельных комков. Медленно, при постоянном перемешивании, слила мутную взвесь крахмала в кипящую воду, хорошо размешала и охладила.

Когда йод реагирует с крахмалом, появляется синяя окраска. Реакция эта настолько чувствительна, что с помощью йодной настойки легко обнаружить крахмал на свежем срезе картофелины или в муке.

Чтобы анализ на содержание йода в настойке был достаточно точным, я приготовила довольно разбавленный раствор тиосульфата натрия - 0,05 моль/л. Для этого в 1 литре раствора должно содержаться примерно 12,5 г кристаллического тиосульфата натрия (или 0,5 г в 40 мл раствора; 40 мл я отмерила с помощью аналитической пипетки, а 0,5 г как можно точнее отвесила с помощью весов).

Я налила в чистую склянку 2 столовые ложки прокипяченной холодной воды, добавила в эту воду с помощью аналитической пипетки ровно 2 мл йодной настойки. Начала при легком перемешивании титровать полученный разбавленный раствор йода раствором тиосульфата, внося его по каплям из пипетки. Когда раствор йода стал бледно-желтым, прибавила к нему несколько капель крахмального клейстера и продолжала добавлять тиосульфат, пока синяя окраска не исчезла полностью.

Концентрацию йода в настойке можно рассчитать по формуле с = 0,0125V(моль/л) = 0,32V(г/100 мл, т. е. %), где V— объем раствора тиосульфата (в миллилитрах), израсходованного на титрование 2 мл йодной настойки.

Реакция взаимодействия йода с тиосульфатом натрия:

2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6.

2. 2 Эталонное титрование

Анализ витаминов в продуктах питания — дело сложное. Но как раз витамин С — аскорбиновую кислоту — можно проанализировать и в домашних условиях. Можно предположить, что раз витамин С — кислота, то анализировать его можно с помощью щелочи. Но так не получится, потому что в соке различных плодов, кроме аскорбиновой есть еще множество разных кислот: лимонная, винная и другие. И отличить с помощью щелочи одну кислоту от другой не удастся. Однако у аскорбиновой кислоты есть свойство, которое отличает ее от всех других упомянутых кислот, — это быстрая реакция с йодом. Один моль аскорбиновой кислоты (176 г) реагирует с одним молем йода (254 г).

Для анализа можно использовать аптечную йодную настойку. Если считать, что она 5%-ная, это соответствует концентрации йода примерно 0,2 моль/л. Однако аскорбиновой кислоты в соке может оказаться так мало, что на титрование определенного объема сока (например, 20 мл) уйдет всего 1—2 капли йодной настойки, при этом ошибка анализа окажется очень большой. Чтобы результат был более точным, надо либо взять много сока, либо разбавить йодную настойку; в обоих случаях число капель йода, израсходованных на титрование, увеличится, что и сделает анализ точнее. Добавим к 1 мл йодной настойки прокипяченной воды до общего объема 40 мл, т. е. разбавим настойку в 40 раз. Концентрация такого раствора будет около 0,005 моль/л; 1 мл его соответствует 0,88 мг аскорбиновой кислоты.

Прежде чем приступить к анализу сока, я решила потренироваться на растворе с известным содержанием витамина С. Для этого лучше всего подходит аскорбиновая кислота в таблетках, которая продается в аптеках. Одна таблетка может содержать 0,1 или 0,5 г чистого витамина. Растворив таблетку в 0,5 л кипяченой воды, я тщательно перемешала и отобрала с помощью аналитической пипетки 25 мл этого раствора. В этом количестве раствора аскорбиновой кислоты будет в 20 раз меньше, чем в таблетке. Добавила к этому раствору половину чайной ложки раствора крахмала и осторожно, по каплям, добавила из пипетки разбавленный раствор йода, постоянно взбалтывая содержимое. Как только вся содержащаяся в растворе аскорбиновая кислота прореагировала с йодом, следующая же его капля окрасила раствор в синий цвет. Титрование надо вести до появления устойчивого синего окрашивания. Определив объем израсходованного раствора йода, я рассчитала, сколько аскорбиновой кислоты было в стакане. На титрование ушло 6 мл раствора йода, значит, аскорбиновой кислоты в растворе было 0,88 мг • 6 = 5,28 мг, а в исходной таблетке — в 20 раз больше, т. е. 105,6 мг. Таблетка содержала 0,1 г (100 мг) аскорбиновой кислоты, то это означает, что точность моего анализа (около 5 %) вполне достаточна, чтобы переходить к дальнейшим опытам.

2. 3 Определение витамина С свежих и консервированных соках

Техника распознавания количества витамина С основана на том, что молекулы аскорбиновой кислоты легко окисляются йодом. Как только йод окислит всю аскорбиновую кислоту, следующая же капля прореагирует с крахмалом, окрасит раствор в синий цвет.

К 10 мл мультифруктового сока с содержанием витамина С в 100 г продукта не менее 15 мг (указанно на упаковке) я добавила половину чайной ложки крахмала и осторожно стала добавлять из пипетки разбавленный раствор йода, постоянно взбалтывая содержимое, следя за цветом раствора. Как только появилось устойчивое синее окрашивание, значит, йод прореагировал со всей аскорбиновой кислотой, находящейся в растворе. Определив число капель и, следовательно, объем израсходованного раствора йода, я рассчитала, сколько аскорбиновой кислоты было в стакане. На 10 мл сока йода израсходовано 1,7 мл, значит, витамина С здесь 1,7мл ∙ 0,88мг = 1,5мг, в 100 мл в 10 раз больше – 15 мг.

В свежем апельсине, исходя из данных, полученных при изучении научных статей, витамина С – 30-35мг на 100 г продукта.

На 10 мл яблочного сока йода было израсходовано 0,24 мл, витамина С здесь 0,24 ∙ 0,88 = 0,212 мг, в 100 г – 2. 12 мг.

Далее я перешла к вычислению содержания витамина С во фруктах. Я отжала из апельсина 10 мл сока, добавила к нему половину чайной ложки крахмального клейстера, осторожно добавляла из бюретки разбавленный раствор йода, постоянно взбалтывая содержимое. Когда было израсходовано 3,2 мл йодного раствора, появилось устойчивое синее окрашивание. Проведя аналогичные предыдущим расчеты, я узнала, что в 10 мл сока было 2,28 мг витамина С, следовательно в 100 г – 28,2 мг.

Такие же опыты я провела с соком зеленого и красного яблока. На 10 мл зеленого яблока израсходовано 1,4 мл йода, значит, витамина С здесь 1,4 ∙ 0,88 мл = 1, 27 мг, а в 100 г – 12,7 мг. На 10 мл красного яблока йода израсходовано 0,9 мл: 0,9 ∙ 0,88 = 0,78 мг - витамина С в 10 мл сока, в 100 г продукта витамина С будет соответственно больше в 10 раз, то есть 7,8 мг.

Продукт Кол-во йода, мг Кол-во витамина С, мг (в 10 мл) Кол-во витамина С, мг (в 100 мл)

Яблочный сок 0,24 0,212 2,12

Мультифруктовый сок 1,7 1,5 15

Апельсин 3,2 2,82 28,2

Зеленое яблоко 1,4 1,27 12,7

Красное яблоко 0,9 0,78 7,8

Итак, в итоге я узнала, чтобы человеку получить суточную норму витамина С, не прибегая к лекарственным препаратам, нужно:

Продукт Его количество

Яблочный сок (консервированный сок) 3 л 300 мл

Мультифруктовый сок (консервированный сок) 466 мл

Апельсин (свежевыжатый сок) 248 мл

Зеленое яблоко (свежевыжатый сок) 550 мл

Красное яблоко (свежевыжатый сок) 897 мл

Заключение

Витамины – биоорганические соединения, необходимые в малых количествах для нормальной жизнедеятельности организмов. В отличие от других органических веществ витамины не используются в качестве источника энергии или строительного материала. Некоторые витамины могут синтезироваться самим организмом (например, бактерии способны образовывать практически все витамины). Другие витамины поступают в организм с пищей. Одним из таких витаминов является витамин С, поэтому очень важно, чтобы в рационе каждого человека были продукты, содержащие его.

В ходе своего исследования я расширила знания о влиянии витамина С на организм человека, произвела вычисление содержания витамина С, а также изучила метод титриметрии и проанализировала содержание йода в йодной настойке, познакомилась с новым лабораторным оборудованием. В ходе опытов я определила наличие и количество витамина С в свежих яблоках, апельсинах, в соках, подвергнутых тепловой обработке.

В процессе исследования я совершенствовала и приобрела следующие конкретные умения: проводить эксперименты; проектировать ход эксперимента; сравнивать, анализировать, делать выводы, устанавливать причинно-следственные связи; работать с дополнительной литературой, справочниками, таблицами, схемами, реальными объектами.

Поставленные мною в начале исследования цели и задачи были достигнуты.