XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Хвоя сосны обыкновенной как источник аскорбиновой кислоты

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Набиева Г.Э. 1

---

1МАОУ "Лицей №21"

Чернобровкина С.В. 1

---

1МАОУ "Лицей №21"

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В XXI веке плохая экология, неправильное питание, стрессы и нарушение режима сна – эти и многие другие факторы имеют разрушающее влияние на здоровье человека. Многие заболевания протекают с осложнениями из-за того, что иммунная система организма человека ослаблена.

Давно известно, что для образования иммунных клеток необходимы витамины. Результаты исследований, проведенных Институтом питания РАМН, свидетельствуют о витаминном дефиците, сложившемся в последние годы в России.[9] Особенно неблагополучно обстоит дело с витамином С, недостаток которого был выявлен у 80-90% обследуемых.

Работая с литературой, я выяснила, что, по данным отечественных исследователей, недостаток аскорбиновой кислоты у школьников в 2 раза снижает способность лейкоцитов уничтожать попавшие в организм болезнетворные микробы. в результате чего частота острых респираторных заболеваний увеличивается и наоборот, прием аскорбиновой кислоты значительно снижает показатель частоты ОРЗ, т.к. повышается активность иммунной системы, а значит защитные свойства организма[7] . Ученые утверждают, что витамин С может помочь предотвратить развитие тяжелой формы течения COVID-19 и ускорить выздоровление. Обзор двенадцати клинических испытаний, который опубликован в журнале Life, продемонстрировал, что внутривенное введение витамина может повысить уровень кислорода в крови, подавить воспалительный процесс и сократить срок стационарного лечения. Авторы одного из упомянутых в обзоре исследований (проведено в китайском Ухане) выявили, что витамин С повышает темпы выздоровления от симптоматической инфекции на 70% по сравнению с плацебо.

Еще в 30-е годы XX в. в нашей стране началось систематическое изучение хвои, ее состава и свойств, в частности лечебных и кормовых. После выделения аскорбиновой кислоты из игольчатых листьев началось активное использование хвои с целью получения витамина C.

ВНИВИ уже имел десятилетний опыт работы по получению концентратов витамина C из хвои, капусты и плодов шиповника. Однако в условиях блокады было решено освоить упрощенный метод получения витамина из единственного доступного источника – хвои, в виде водного настоя. Эту задачу поручили группе химиков, биохимиков и инженеров под руководством А.Д. Беззубова и К.З. Тульчинской. Эти исследования легли в основу моей работы.

Хвоя сосны- это настоящая кладовая полезных веществ и витаминов, в ней содержится 270-100 мг витамина С. (Приложение 2)

Поэтому мною выбрана тема проекта «Хвоя сосны обыкновенной как источник аскорбиновой кислоты».

Цель: рассчитать количество аскорбиновой кислоты в хвое сосны и целесообразность использования хвои в качестве витаминного средства при недостатке витамина С в организме.

Задачи:

провести исследование количественного содержания аскорбиновой кислоты в хвое сосны обыкновенной в осенне-зимний период;

оценить влияние загрязненности воздуха на количество аскорбиновой кислоты в хвое сосны обыкновенной;

дать рекомендации по использованию полученных результатов для укрепления здоровья школьников и формирования стремления к здоровому образу жизни.

Объект исследования: хвоя сосны обыкновенной, естественно произрастающей в относительно чистых условиях района г. Артемовского.

Предмет исследования: содержание аскорбиновой кислоты в хвое сосны обыкновенной.

Гипотеза: «Содержание витамина С в хвое сосны обыкновенной не одинаково в разное время года».

Глава 1. Теоретическое обоснование

1.1. Витамины

О существовании особого вещества, ответственного за защиту организма человека от цинги, медики догадывались ещё с середины позапрошлого столетия.

Впервые витамин С в чистом виде был выделен в 1928 году, в процессе исследования системы окисления и восстановления у растений и животных. Витамин извлекается из природного сырья не проходят термической обработки и заморозки. Благодаря этому они не содержат (или содержат по минимуму) токсичных веществ. Растительная форма, в которой аскорбиновая кислота связана с белками, нуклеиновыми кислотами и биофлавоноидами.

Синтетические витамины получены химическим путем и содержат, по сути, вещества, которых нет в природе. Наше тело не всегда способно использовать ту форму витамина, которая создана искусственным способом. Чаще всего такие витамины просто не усваиваются (выводятся из организма). Более того, синтетический витамин С вызывает закисление организма, что является распространенной проблемой в обществе. Искусственный витамин также легко передозировать, чего не наблюдается в случае натурального витамина.

Единственное, в чем синтетические витамины выигрывают у натуральных — это в цене. Но стоит ли экономить на здоровье?[10]

На упаковке синтетических витаминов мы вряд ли найдем какие-то «пугающие» вещества.

Для того, чтобы узнать, что выберут учащиеся лицея натуральный витамин или синтетический, было проведено анкетирование.

70,4% респондентов не принимает синтетические витамины, но и натуральные принимают очень мало - от 1 до 5 шт. цитрусовых в неделю, считая, что в этих фруктах больше всего витамина С. Из этого следует, что школьники находятся в состоянии гиповитаминоза по содержанию в организме аскорбиновой кислоты. Значит, есть необходимость рассказать им о профилактике гиповитаминоза.

Этим обуславливается мой выбор темы проектной работы.

1.2. Синтез аскорбиновой кислоты в природе

Аскорбиновая кислота - это органическая кислота с антиоксидантными свойствами. Только L-энантиомер аскорбата (гамма-лактон 2,3-дегидро-Lгулоновой кислоты) обладает свойствами витамина и известен как витамин С. Основная функция аскорбата у растений, животных и других организмов – восстановление многих видов свободных радикалов и минимизация разрушения окислительного стресса.

Витамин С реализуется в цитозоле из D-глюкозы и протекает разными путями у растений и животных. В пути синтеза витамина С у животных глюкоза не изомеризуется, а проходит ряд окислений до гулонолактона. Кроме того, в качестве нуклеозиддифосфатсахара выступает УДФ-глюкоза.

Синтез витамина С в растениях реализуется через цепь последовательных изомеризаций углеводов: D-глюкоза→D-фруктоза→D-манноза→L-галактоза при непосредственном участии фосфатов и нуклеотиддифосфатсахаров (ГДФ углеводов). Дальнейшее двухэтапное окисление L-галактозы завершается образованием L-аскорбата. В последней реакции участвует фермент L-галактоно1,4-лактондегидрогеназа, использующий в качестве акцептора электронов цитохром С (цит С).

В процессе эволюции человек утратил способность к синтезу L-аскорбата из-за мутации в гене, кодирующем фермент финальной стадии синтеза витамина С – L-гулонолактоноксидазы. Человек не синтезирует аскортат и мы должны обязательно получать его с пищей.

1.4. Строение и физико-химические свойства

Аскорбиновая кислота имеет два асимметрических атома углерода (в положении С4 и С5) и образует четыре оптических изомера, из которых две эпимерные формы дают по два оптических изомера – D- и L-аскорбиновой кислоты и их диастереоизомеры – D- и L-изоаскорбиновой кислоты. Из них витаминную активность проявляет изомер с L-конфигурацией гидроксила при С5, и изомер, имеющий лактонное кольцо, образованное по гидроксильной группе D-конфигурации при С4. Антиаскорбутную активность проявляет еще только D-изоаскорбиновая кислота (в 20 раз ниже, чем L-аскорбиновая)

Рис.1 Изомеры аскорбиновой кислоты

L-аскорбиновая кислота-молекула, идентичная природному витамину С, в промышленных масштабах получается методом Рейхштейна из L-сорбозы или двухстадийным ферментативным синтезом из D-глюкозы. В природе существует в основном в комплексе с биофлавоноидами, усиливающими антиоксидантные свойства витамина С. В лекарственных препаратах и пищевых добавках может использоваться самостоятельно или с другими витаминами, минералами и флавоноидами.

D-аскорбиновая кислота-главный антивитамин по отношению к витамину С. Получен человеком синтетическим путем. Используется исключительно в исследовательских целях.

L-изоаскорбиновая кислота-называется также эриторбовой, применяется в пищевой промышленности в качестве добавки (Е 315), предупреждающей окисление и стабилизирующей окраску продуктов, обладает слабой витаминной активностью.

D-изоаскорбиновая кислота- искусственно созданный человеком изомер, в природе не встречается, витаминного действия не оказывает.

Среди условий, влияющих на скорость окисления аскорбиновой кислоты, кроме катализаторов, очень важную роль играет реакция среды. Витамин C относительно более устойчив в кислой среде, малоустойчив в нейтральной и чрезвычайно быстро распадается в щелочной. Аскорбиновая и дегидроаскорбиновая кислоты относятся к так называемой свободной аскорбиновой кислоте.

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Метод йодометрии

Аскорбиновая кислота легко окисляется благодаря наличию ендиольной группировки, поэтому для ее определения можно использовать различные методы, в том числе и такой относительно слабый окислитель, как йод. Количественное определение аскорбиновой кислоты основано на окислении ее раствором йода:

Йодометрия — титриметрический (объемный) метод определения веществ, основанный на окислительно-восстановительных реакциях с участием йода или йодида калия. В основе всех йодометрических реакций лежит реакция:

I₂+2e=2I^-

Стандартный потенциал этой пары Е= +0,54В. В титровании йод применяют в качестве окислителя:

Sn⁺² +I₂ =2I^-+ Sn⁺⁴,

Йодид-ион- в качестве окислителя:

Fe⁺³+2I^-=I₂+Fe⁺²

Проводят йодометрию с индикатором крахмалом, который добавляют перед началом титрования (интенсивное синее окрашивание). Если используют йодид, то титрование проводят непрямым методом. К анализируемому раствору добавляют избыток йодида, затем образующийся йод титруют раствором тиосульфата натрия с образованием тиотионат-иона:

S₂O₃^-2 + I₂ =2I^- + S₄O₆^-2

2.2. Методика определения аскорбиновой кислоты методом йодометрии

1) Приготовить вытяжку из хвои, для чего в фарфоровой ступке растереть 5 г хвои с 2 мл раствора HCL.

2) Полученную вытяжку аккуратно перенести в мерный стакан и долить до метки 50 мл дистиллированной воды.

3) Тщательно перемешать содержимое и отфильтровать.

4) Отмерить 10 мл отфильтрованной жидкости, добавить 1 мл крахмального клейстера и по одной капле раствор I₂ в йодиде калия.

5) Наблюдается обесцвечивание раствора I₂ в пробирке с вытяжкой из хвои.

2.3 Эксперимент №1. Определение аскорбиновой кислоты в хвое сосны обыкновенной в осенне-зимний период

Цель: изучить сезонную изменчивость, с октября 2021 по февраль 2022года, содержания аскорбиновой кислоты в зависимости от условий.

Реактивы: йод, крахмальный клейстер, вода.

Объект исследования: хвоя сосны обыкновенной.

Метод исследования: ЙОДОМЕТРИЯ.

С помощью пипетки посчитаю, сколько капель содержится в 1 мл (в 1 мл содержится 48 капель йода). Зная объём одной капли, можно довольно точно определить объём раствора йода, израсходованного на титрование аскорбиновой кислоты.

Рабочий раствор - аптечная йодная настойка с концентрацией йода 5 %, т.е. 5 г в 100 мл. Это соответствует концентрации йода примерно 0,2 моль/л

Сi = 5г/176г/моль*100мл = 0,2 моль/л

1 мл. 5% спиртового раствора йода содержит 35 мг кислоты

m= C*M*V m(к-ты)= 0,2моль/л * 176 г/моль * 1 мл. =35 мг

Обработка полученных результатов

Февраль 2022 года

1 мл р-ра йода – 48 капель р-ра йода

Х мл р-ра йода- 14 капель р-ра йода, отсюда следует, что на окисление

аскорбиновой кислоты потребовалось 0, 29 мл йода.

1 мл 5 %р-ра йода - 35 мг аскорбиновой кислоты

0,29 мл 5 % р-ра йода – Х мг аскорбиновой кислоты=>

Х =0,29*35/1 = 10,15 мг

В 5 г хвои содержится 7,35мг витамина С. А в 100г – 10,15*100/5= 203мг

Используя данную методику надо учитывать долю погрешности при определении содержания аскорбиновой кислоты в образцах:

Потеря при экстрагировании и фильтровании.

При измельчении сырья (соприкосновение с металлом).

Неполное экстрагирование аскорбиновой кислоты из сырья.

Содержание витамина С в хвое сосны обыкновенной

2.4 Эксперимент №2. Метод определения количественного содержания аскорбиновой кислоты в зависимости от места сбора сырья

Схематичная карта г. Артемовского

Место сбора хвои:

Дорога в сторону п. Буланаш.

Дорога к реке Бобровке около стадиона «Машиностроитель».

Тропинка у бассейна, ул. Банковская.

Дорога в сторону г. Реж.

Диаграмма изменения содержания аскорбиновой кислоты в зависимости от месяца и места сбора сырья

Вывод: Концентрация витамина С в хвое сосны обыкновенной увеличивается в периоде с октября по февраль. Это может быть связано с понижением температуры воздуха. Чем ниже температура, тем больше концентрация. Так же концентрация увеличивается в относительно чистых участках города больше, чем около дорог.

2.5 Эксперимент №3. Метод определения количественного содержания аскорбиновой кислоты из аптечной сети

Цель: определить количественное содержание аскорбиновой кислоты в аптечных товарах.

Реактивы: йод, крахмальный клейстер, вода.

Объект исследования: порошок аскорбиновой кислоты.

Метод исследования: ЙОДОМЕТРИЯ.

Я определяла количественное содержание аскорбиновой кислоты методом йодометрии. Для этого:

Растворим порошок в 500 мл воды, тщательно перемешаем раствор и отберём из него с помощью мензурки 25 мл. В этом количестве раствора аскорбиновой кислоты будет в 20 раз меньше, чем в таблетке.

Добавим к нему 2-3 мл раствора крахмала необходимо взять 2 г крахмала, растереть с водой и полученную кашицу влить в 0,5 л кипящей дистиллированной воды. Кипятить 2-3 минуты. Дать остыть (жидкость должна быть прозрачной, без комочков). Правильно приготовленный индикатор дает с каплей 0,1 н. раствора йода чистую синюю окраску.

В моем случае на титрование ушло 10 капель раствора йода.

Следовательно, аскорбиновой кислоты в растворе было 35мг∙10 =350 мг, а в исходной таблетке – в 20 раз больше, то есть 700 мг. Полученные мной расчеты, соответствуют заявленной дозе на препарате. Точную погрешность мы определить не можем, так как очень большой диапазон в образце.

Сравнительная характеристика синтетических витаминов С

В исследуемых образцах не указана изомерная модификация витамина, кроме шипучей таблетки из аптеки «ВИТА Эксперсс».

Во все образцы добавлены подсластители, глюкоза или сахар, значит, диабетикам такие формы не подходят и здоровым людям нежелательны, так как мы из продуктов питания получаем избыток этих веществ, и мы платим за побочные составляющие этих образцов.

Самая оптимальная по содержанию и по цене является биологически активная добавка к пище «Фиточай. Шиповника плоды».

Учитывая все вышесказанное, натуральное добавки к пище полезнее и безопаснее для покупателя. Восстановить в организме дефицит аскорбиновой кислоты можно, не прибегая к покупкам аптечных форм, а прогуляться в лесопарковую зону и собрать небольшое количество сосновых иголок.

Расчеты необходимого количества хвои на ученика в учебном году:

Для одной бутылки(500мл) необходимо 25 г хвои (так как по рецепту №2 на один стакан(200мл) необходимо 10 г)

Одна бутылка напитка употребляется в течение 5 дней(по полстакана в день-100мл), 500:100=5 дней

Учебный год= 9 месяцам=275 дней

275:5=55-бутылок напитка

55*25=1375г. хвои

Вывод по экспериментам

В ходе исследования я практически подтвердила первоначальную гипотезу и убедилась в изменении содержания аскорбиновой кислоты в хвое сосны в осенне-зимний период.

Согласно моим подсчетам и статистическим данным, в осенне-зимней период, когда в овощах и фруктах самое малое содержание аскорбиновой кислоты, а аптечные сети предлагают, в основном, синтетику, хвоя сосны обыкновенной может служить альтернативой для пополнения дефицитов аскорбиновой кислоты в организме человека.

Для этого понадобится 50-100 г хвои. Мной было рассчитано, что на одного ученика в течение учебного года понадобиться 1кг 375 г. хвои сосны, чтобы приготовить витаминизированный напиток и получать суточную норму витамина С.

Таким образом, хвойные растения содержат много витамина С и могут служить альтернативным источником природного витамина С, особенно в зимний период, когда наблюдается рост инфекционных заболеваний.

Выяснив в ходе исследования, что переход аскорбиновой кислоты в раствор осуществляется только в кислой среде при кипяченой воде, я рекомендую рецепты витаминизированного напитка из хвои сосны обыкновенной.

Заключение

В результате изучения свойств аскорбиновой кислоты и проведенных экспериментов я убедилась, что:

основные свойства аскорбиновой кислоты связаны с ее участием в окислительно-восстановительных процессах, которое осуществляется вследствие окисления кислоты аскорбиновой в дегидроаскорбиновую.

для подростков здоровье является основополагающей и движущей силой, поэтому пища должна содержать важные органические вещества – витамины, а особенно витамин С. Он единственный связан напрямую с белковым обменом, способствует увеличению сопротивляемости организма к простудным заболеваниям, к различным видам стрессов.

витамин С содержится в свежих овощах и фруктах, но не каждый человек может позволить себе фрукты в зимнее время в связи с их дороговизной. Листья хвойных деревьев являются богатым источником витамина С – аскорбиновой кислоты

Практическая значимость

Для меня эта работа представляет интерес и ценность как для будущего врача. Зимой для профилактики гиповитаминоза и вирусных заболеваний можно предлагать витаминный напиток из хвои (Приложение 1). Данные рецепты я предложила своим друзьям и одноклассникам. Провела встречи с учащимися 5-6 классов в рамках классных часов. Я рассказала, как готовить и принимать витаминизированный напиток. Ребята попробовали приготовленные мной напитки, большая часть ребят выбрали напиток без добавления сахара. ( Приложение 4) Я верю, что знания, полученные в результате исследовательской работы, смогу использовать в будущей профессии. В своей семье обязательно буду прививать культуру системного употребления аскорбиновой кислоты полученной из растительного сырья, как часть здорового образа жизни.

Список использованной литературы

Артеменко А.И. Органическая химия: Учебник для студентов средних специальных учебных заведений. – М.: Высшая школа, 1998.

Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии: Учебное пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1999.

Вайс Р.Ф., Финтельман Ф. Фитотерапия. Руководство. Перевод с немецкого. – М.: Медицина, 2004.

Девятнин В.А. Способы изготовления С-витаминных препаратов из растительного сырья. - М.: Медгиз, 1943.

[5]- Л.А. Николаева. Биологическая роль витаминов в организме. Методы оценки витаминной обеспеченности организма человека. Методы определения витамина: учебно-методическое пособие / Л.А. Николаева, Е.В. Ненахова. – Иркутск: ИГМУ, 2014. – Режим доступа: Сhttps://mir.ismu.baikal.ru/src/downloads/b37b9468_vitaminy_metod._s.pdf

(дата обращения: 05.02.2022).

Спиричев В.Б. Витамины, витаминоподобные минеральные вещества: Справочник. – М.: МЦФЭР, 2004.

7. Витамин С. – Режим доступа: http://12.rospotrebnadzor.ru/rss_all/-/asset_publisher/Kq6J/content/id/732150 (дата обращения: 01.02.2022).

8. Витамины: искусственные vs натуральные. Что выбрать? - Режим доступа: http://cgon.rospotrebnadzor.ru/content/62/3064/(дата обращения: 01.02.2022).

9. Дефицит витаминов и микроэлементов. – Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/defitsit-vitaminov-i-mikroelementov-mnenie-praktikuyuschego-pediatra/viewer (дата обращения: 01.02.2022).

10.Стоит ли принимать искусственные витамины. – Режим доступа: https://roscontrol.com/journal/articles/stoit-li-prinimat-iskusstvennie-vitamini/ (дата обращения: 01.02.2022).

Приложение 1

Витаминизированные напитки

Приложение 2

Содержание витамина С в растительных продуктах

Приложение 3

Классный час в 5-классах

Классный час в 6-х классах