Цитрусовый бум... или анализ содержания лимонной кислоты в цитрусовых

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шаймярдянова К.Р. 1

---

1ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «ШКОЛА № 2089»

Фёдорова С.Р. 1

---

1ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «ШКОЛА № 2089»

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Лимонная кислота содержится в цитрусовых фруктах, - слабая органическая кислота. Её молекулярная формула С₆Н₈О₇, а графическая имеет вид, который представлен на рис.1. Лимонную кислоту добавляют к некоторым пищевым продуктам и напиткам для придания им кислого вкуса. Лимонная кислота с небольшими добавками яблочной и винной кислот обеспечивает цитрусовым их уникальный вкус. Самое высокое содержание лимонной кислоты наблюдается в начале сезона, затем, по мере созревания фруктов, оно уменьшается.

Согласно теории Аррениуса, кислотами и основаниями принято считать соединения, молекулы которых при диссоциации в водных растворах отщепляют протоны (Н⁺) или гидроксид-ионы (ОН^-) соответственно. Несмотря на то, что есть и другие, более общие определения, представления Аррениуса о кислотах и основаниях остаются весьма полезными для анализа многих кислотно-основных реакций в водных растворах.

При растворении в воде трёхосновная лимонная кислота способна к отщеплению максимально трёх протонов 3Н⁺ (отмеченных жирным шрифтом Н на рис.1.). В водных растворах в присутствии сильных оснований (например, NaOH) каждый из этих кислых протонов реагирует с одним гидроксид-ионом ОН^- щёлочи с образованием молекулы воды (Н₂О), а ионы натрия (Na⁺), замещают протоны в кислоте и образуют растворимую соль. Такой тип кислотно-основных реакций называется реакцией нейтрализации.

Используя реакцию нейтрализации, мы можем определять концентрацию кислоты или щелочи. Этот метод называется титрованием. Титрование заключается в добавлении из бюретки раствора известной концентрации (титранта) к раствору, содержащему анализируемое вещество. Момент титрования, когда количество титранта достаточно для завершения реакции, называется точкой эквивалентности. Эта точка определяется индикатором, веществом, которое добавляют перед началом титрования, и которое изменяет окраску в точке эквивалентности (или около нее). Точка титрования, в которой индикатор изменяет цвет, считается концом титрования.

Исследовательская работа была выполнена на базе ГБОУ Школа № 2089.

Проблема заключается в том, что в обществе бытует мнение, об избыточном содержании лимонной кислоты в лимонах, тогда как, в других цитрусовых её ничтожно мало.

Актуальность исследования заключается в том, чтобы доказать, что все цитрусовые содержат лимонную кислоту и убедиться в том, что в плодах цитрусовых, содержание лимонной кислоты не меньше, чем в лимоне, а может быть даже и больше.

Цель работы:

Определить содержание лимонной кислоты во фруктовых соках.

Изучить анатомию плодов и семян.

Объектами исследования стали 8 цитрусовых плодов из разных стран: лимон (Абхазия), мандарин (Испания), свитти (Израиль), памело (Израиль), грейпфрут (Израиль), кумкват (ОАЭ), лайм (Турция), апельсин (Турция).

Литературный обзор

Исторические сведения

Впервые лимонная кислота была получена из сока недозрелых лимонов шведским аптекарем Шееле (Приложение №1) в 1784 г.; он и дал ей название. Состав химических веществ и их формулы во времена Шееле определять не могли и поэтому называли новые вещества по тем исходным материалам, из которых их получали, а также по вкусу, по запаху, либо по именам химиков, впервые получивших эти вещества. До 30-х годов ХХ века лимонная кислота вырабатывалась из цитрусовых, в основном в Италии. Позднее эту кислоту стали получать промышленным способом, как путем синтеза, так и из натуральных продуктов. Так в 1933 году в Чехословакии, а в 1935 году в Советском Союзе было создано производство лимонной кислоты методом биохимического синтеза с помощью плесневых грибов Aspergillus niger из сахара.

Получение лимонной кислоты в промышленности

Около 60 лет назад лимонную кислоту выделяли преимущественно из плодов цитрусовых растений. В настоящее время основной путь промышленного производства — биосинтез из сахара или сахаристых веществ (меласса) промышленными штаммами плесневого гриба Aspergillus niger. Поскольку основным сырьем для получения лимонной кислоты является меласса, в которой содержится много железа, то на стадии пред-ферментации его осаждают при помощи желтой кровяной соли – K₄[Fe(CN)₆]. Известны два способа ферментации Aspergillus niger – поверхностный и глубинный. Первый из них реализуют на предприятиях малой и средней мощности в виде жидкофазной ферментации на жидкой среде (например, в ряде стран Европы и Америки) и в виде твердофазной ферментации (например, в Японии). Ныне Е330 получают новыми способами. Среди них самыми популярными являются:

с помощью плесневых грибов;

из продуктов получения сахара;

синтезирование

Нахождение лимонной кислоты в природе

Лимонная кислота в определённой концентрации содержится в большинстве прокариотов и почти во всех эукариотах (преимущественно в митохондриях).

В естественном виде лимонную кислоту содержат такие фрукты и ягоды, как: земляника, все цитрусовые, крыжовник, брусника, персики, лимоны в большом количестве (особенно несозревшие), ананасы, барбарис, хвойные, рябина, помидоры, клюква, абрикосы, гранаты, черная смородина, айва, вишня, китайский лимонник, малина, сливы, махорка и другие. (Приложения №3, 4, 5)

Особенные свойства лимонной кислоты и ее солей

Лимонная кислота всегда есть в человеческом организме. Ее производные — соли, выполняют важную роль при формировании костей, помогая регулировать размер кристаллов кальция. В биохимии соли данной кислоты имеют большое значение в качестве промежуточного звена в цикле трикарбоновых кислот, который имеет место при метаболизме у всех аэробных организмов. Обладает лимонная кислота и ценными лечебными свойствами. Она способствует очищению организма от вредных веществ, лишних солей, шлаков, положительно влияет на работу систем пищеварения, улучшает зрение, сжигает углеводы, проявляет ценные противоопухолевые свойства, повышает иммунитет. Лимонная кислота также способствует выведению токсинов через клетки кожи.

С другой стороны, сухая лимонная кислота и её концентрированные растворы при попадании в глаза вызывают сильное раздражение, при контакте с кожей возможно слабое раздражение. При употреблении внутрь больших количеств лимонной кислоты возможны: раздражение слизистой оболочки желудка, кашель, боль, кровавая рвота. При вдыхании пыли сухой лимонной кислоты — раздражение дыхательных путей. Высокая концентрация данного вещества, применяемая наружу или внутрь, является причиной серьезных ожогов. Также лимонная кислота является разрушителем зубной эмали, вступая с ней в реакцию из-за нейтрализации кальция. Страдающим желудочно-кишечными заболеваниями не рекомендуется (а в некоторых случаях даже запрещено) употреблять продукты, имеющие в своем составе Е330. Также ограничить их употребление или исключить из своего меню следует лицам с повышенной кислотностью, так как поступление в организм лимонной кислоты вызовет ухудшения состояния здоровья, может стать причиной сильных желудочных болей.

Применение лимонной кислоты.

В кондитерской промышленности лимонная кислота используется как подкислитель и усилитель вкуса.

В алкогольные и прохладительные газированные и негазированные напитки лимонная кислота добавляется для придания им ощущения свежести.

Кроме того, она является синергистом, т. е. веществом, усиливающим действие антиоксидантов, таких, например, как аскорбиновая кислота.

В консервной промышленности лимонная кислота используется как консервант вместо уксуса, который признан канцерогеном и применение которого в большинстве стран в пищевой промышленности резко ограничен.

В масложировой промышленности лимонная кислота предохраняет продукцию от разлагающего действия находящихся в них следов тяжелых металлов, путем образования с ними комплексных соединений. Таким путем значительно снижается вероятность прогоркания жиров, маргаринов и животного масла.

Применяется в медицине, в том числе в составе средств, улучшающих энергетический обмен (в цикле Кребса).

В косметике используется как регулятор кислотности, буфер, хелатирующий агент, для шипучих композиций (ванны).

Применение в домашнем хозяйстве.

Для продления времени стояния роз в воде, ее нужно обогатить сахаром и лимонной кислотой. Для вазы, в которую помещается пять литров воды нужно взять 1 г лимонной кислоты (1/8 чайной ложки) и стакан сахара, растворить в воде и поместить в этот раствор розы.

Раствор для очищения утюга от накипи. Такой способ очистки применим для утюгов с возможностью подачи пара. Чтобы приготовить чистящий раствор, в стакане воды следует растворить столовую ложку лимонной кислоты. Этот раствор залить вместо воды в резервуар для подачи пара, подключить утюг к сети электропитания, установить отметку подачи пара на максимум и нажимая на кнопку подачи пара, постепенно очищать утюг. По окончанию проведения этой процедуры в резервуар для воды наливают чистую воду и повторяют процедуру несколько раз, с целью очистки парообразующих путей от следов лимонной кислоты.

Раствор для очищения налет или потемнений на посуде из серебра, а также ювелирных украшениях, любые монеты, кулоны, перстни, браслеты и так далее.

Раствор для очищения накипи на дне и стенках чайника. Очистить сантехнику и даже стены ванной комнаты можно при помощи порошка, полученного из Е330. Желательно, чтобы фракции порошка были мелкими, а достигнуть этого можно, размолов средство в кофемолке (используя средства защиты дыхательных путей) или хотя бы измельчив скалкой на столе. Использовать так само, как и все чистящие порошки — нанеся небольшое количество на губку, постепенно очищать поверхность.

Обладая легкими дезинфицирующими свойствами, Е330 прекрасно подходит для очищения кухонных столов. Протирать стол слабым раствором этого вещества достаточно раз в неделю. Учитывая его свойство устранять неприятные запахи, им можно протирать также внутренние поверхности холодильника и кухонных шкафчиков.

Опрос учащихся школы № 2089

Нами был проведен опрос среди учащихся нашей школы № 2089, в котором приняли 24 человека, в основном это были учащиеся 9Г класса, с целью выявления их знаний о цитрусовых. Оказалось, что большинство едят цитрусовые раз в неделю и считают, что содержание лимонной кислоты присутствуют только в 4-х цитрусовых и содержание её в лимоне и лайме примерно одинаковое.

Результаты опроса были проиллюстрированы в виде диаграмм Приложение №6.

Экспериментальная часть

Ключевые слова: цитрусовые, плод, лимонная кислота, добавка Е330, титрование, химические реакции.

Объекты исследования: 8 цитрусовых плодов из разных стран, которые были помещены в таблицу №1.

Таблица №1. Исследуемые цитрусовые плоды

Реактивы и оборудование

NaOH – щёлочь натрия концентрацией 0,1 н

H₂O– дистиллированная вода

Анализируемый плод цитрусовых (лимон, мандарин, свитти, памело, грейпфрут, кумкват, лайм, апельсин).

Кондуктометр WaterQualityinstrument

Штатив и зажим для бюретки

Бюретка объёмом 25 мл, с ценой деления 0,1 (ГОСТ 29252-91)

Цилиндр, объёмом 10 мл (ГОСТ 1770-74)

Мерные колбы, объёмом от 50 до 100 мл (ГОСТ 8682-12/21 и 8682-19/26)

Пипетка, объёмом 5 мл (ГОСТ 29227-91)

Химические стаканы (ГОСТ 25336-82)

Воронки (ГОСТ 25336-82)

Палочки стеклянные (ГОСТ 25336-82)

Фильтры обеззоленные «Синяя лента» Ø12,5 см

Электронныевесымарки Digital scale Professional-mini

Механический секундомер

Маркер перманентный черный

Пипиметр

Магнитная мешалка ручной сборки

Количественное определение лимонной кислоты в цитрусовых плодах

Приготовление стандартизированного раствора NaOH (0.1 н)

Гидроксид натрия представляет собой белое, непрозрачное, очень гигроскопичное кристаллическое вещество.

Для приготовления 1 л 0,1 моль/л раствора NaOH мы взяли рассчитанную массу по формуле 1 навески и растворили в дистиллированной воде в мерной колбе на 1 литр доведя до отметки.

m(NaOH )_нав= C(NaOH) ⦁ V(колбы) ⦁ M(NaOH) (1)

m(NaOH )_нав=0,1 моль/л ⦁ 1 л ⦁ 40 г/моль = 4 г

Проведение анализа

Для начала подготовили кондуктометр к измерениям согласно инструкции к прибору. Затем, заполнили бюретку стандартизированным раствором щелочи, концентрацией 0,1 моль/л. Выжали сок из цитрусового плода. Отобрали с помощью пипетки 5 мл полученного сока и перенесли в мерную колбу на 50 мл, после чего довели объём до метки дистиллированной водой. Перемешали 10 раз. Перелили весь этот раствор в химический стакан на 100 мл, установили его на магнитную мешалку, погрузили в раствор магнитный якорь и кондуктометрический датчик. Провели кондуктометрическое титрование раствором щёлочи с шагом 0,5 мл при непрерывном перемешивании титруемого раствора. Полученные данные для каждого цитрусового плода перенесли в таблицы (Приложение №7,8,9,10,11,12,13,14).

Анатомия и классификация цитрусовых плодов и семян

Мы разрезали плоды цитрусовых поперек, примерно посередине, и зарисовали срез. Отметили местоположение структур, происходящих из образований.

Результаты и их обсуждение

Содержание лимонной кислоты в соке цитрусовых

По данным титрования построили зависимости pH от объёма раствора NaOH. Из кривого титрования определили объём раствора NaOH, пошедшего на титрование лимонной кислоты, V_т.э.(NaOH). Чтобы точнее определить положение точек эквивалентности, построили дополнительно зависимости ΔpH/ΔV от V(NaOH). На графике ΔpH/ΔV от V(NaOH) точка эквивалентности будет соответствовать максимуму.

Построенные графики с указанными максимумами, для удобства, были помещены в определённые таблицы (Приложение №15,16,17,18,19,20,21,22).

Массу лимонной кислоты определяли по формуле:

После чего, определили массовую долю содержания лимонной кислоты в цитрусовом соке по формуле:

Полученные данные перенесли на гистограмму (рис. 2)

Из гистограммы видно, что наибольшее содержание лимонной кислоты присутствует в лимоне (ω% = 2,12%). Однако, в лайме и кумквате содержание лимонной кислоты тоже высокое и составляет ω% = 1,98% и ω% = 1,64% соответственно. Самое низкое содержание лимонной кислоты в соке цитрусовых оказалось в Памело (ω% = 0,076%).

Анализ плодов и семян цитрусовых

После того как мы изучили срез плодов анализируемых цитрусовых мы занесли результаты исследования в таблицу №2.

Оказалось, что все исследуемые образцы имеют многосемянной плод, сложное строение и это истинный плод, сочный плод.

Таблица № 2. Анализ плода цитрусовых

Выводы

При проведении социологического опроса выяснилось, что

Научилась использовать кондуктометр и проводить кондуктометрическое титрование.

Определили содержание лимонной кислоты в соках цитрусовых, оказалось, что:

Наибольшее её количество содержится в лимоне (ω%=2,12%)

Наименьшее её количество содержится в Памело (ω% = 0,076%)

Изучили плода цитрусовых. Оказалось, что исследуемые образцы имеют многосемянной плод, сложное строение и это истинный плод, сочный плод.

Список используемой литературы и интернет источников

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Лимонная_кислота

2. https://zhenskoe-mnenie.ru/themes/diets/izvestnye-svoistva-limonnoikisloty-i-novye-nauchnye-fakty-o-ee-polze-limonnaia-kislota-poleznaiaveshch-ili-vrednaia-shtuka/

3. http://www.calorizator.ru/addon/e3xx/e330

4. http://sovets.net/9024-limonnaya-kislota.html

5. А. Ликум – «Всё обо всем» популярная энциклопедия для детей, Том 1. Москва, 1993г. 6. П.А. Оржековский, В.Н. Давыдов, Н.А. Титов – «Творчество учащихся на практических занятиях по химии». АРКТИ, Москва, 1999 г.

6. Основы аналитической химии. Кн. 2. Методы химического анализа/ Под. ред. Ю.А. Золотова. – М.: Высш.шк., 2004. – 494 с.

7. Харитонов, Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика). Кн. 2. Количественный анализ. Физико-химические (инструментальные) методы анализа/ Ю.Я. Харитонов. – М.: Высш. шк, 2003. – 559 с

8. Коренман, Я.И. Практикум по аналитической химии. Анализ пищевых продуктов. Кн. 3 Электрохимические методы анализа/ Я.И. Коренман. – М.: КолосС, 2005. – 232 с.

9. Практикум по физико-химическим методам анализа/ Под ред. О.М. Петрухина. –М.: Химия, 1987. – 248 с.

Приложение

Приложение №1. Портрет Карла Вильгельма Шееле

Приложение №2. Кристаллы лимонной кислоты под микроскопом

Приложение №3. Плоды цитрусовых

Приложение №4. Айва

Приложение №5. Махорка

Приложение №4. Сбор сока цитрусовых

Приложение №5. Проведение калориметрического титрования

Приложение №6. Результаты социологического опроса

Приложение №7. Калориметрическое титрование сока лимона

Приложение №8. Калориметрическое титрование сока кумквата

Приложение №9. Калориметрическое титрование сока лайма

Приложение №10. Калориметрическое титрование сока грейпфрута

Приложение №11. Калориметрическое титрование сока памело

Приложение №12. Калориметрическое титрование сока свитти

Приложение №13. Калориметрическое титрование сока мандарина

Приложение №14. Калориметрическое титрование сока апельсина

Приложение №15. Кривые титрования для сока лимона

Приложение №16. Кривые титрования для сока кумквата

Приложение №17. Кривые титрования для сока лайма

Приложение №18. Кривые титрования для сока грейпфрута

Приложение №19. Кривые титрования для сока памело

Приложение №20. Кривые титрования для сока свитти

Приложение №21. Кривые титрования для сока мандарина

Приложение №22. Кривые титрования для сока апельсина