XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Введение: Освежающий напиток «Байкал» был впервые приготовлен в СССР в начале 1970- х годов как аналог американской газировки Сoca-Сola. В состав «Байкала» в основном входят экстракты растений, произрастающих на берегах одноименного озера. Для баланса вкуса производитель также добавляет регулятор кислотности – лимонную кислоту, которая в больших количествах может оказывать неблаготворное влияние на зубную эмаль.

Проблема: Сейчас газированные напитки находятся на пике популярности, но не каждый человек смотрит на состав, в котором содержатся кислоты и другие вещества, несущие вред здоровью человека, а точнее, подвергают зубную эмаль к разрушению.

Цель: Необходимо выявить содержание лимонной кислоты в напитке «Байкал», с помощью количественных методов анализа, и сделать вывод о полученном результате.

Задачи:

Ø Изучить состав напитка «Байкал»

Ø Определить причину добавления в газированные напитки лимонной кислоты

Ø Выяснить воздействие лимонной кислоты на эмаль

Ø Провести количественные методы анализа

Ø Изучить строение зубной эмали и её химический состав

Ø Выявить пользу или же вред напитка

Ø Сделать вывод о проделанной работе

Состав напитка «Байкал»

Напиток «Байкал» имеет тонизирующее действие. Он был выпущен заводом безалкогольных напитков в Москве в 1973 году. Его основой служат натуральные травы, например, зверобой, элеутерококк, солодка.

Основной состав «Байкала», который использовали в 1970-х годах:

· Обработанная питьевая вода

· Белый кристаллический сахар

· Сахарный колер (придаёт напитку темный цвет и лучшую поглощаемость эфирных масел, а также густоту концентрата)

· Лимонная кислота (регулятор кислотности)

· Бензоат натрия

· Ароматические натуральные компоненты (экстракт элеутерококка, черного чая)

· Травяные ароматизаторы

В пищевой промышленности «лимонная кислота» относится к группе добавок, защищающих продукты питания от окисления и изменения цвета.

Также, лимонная кислота используется в качестве подкислителя безалкогольных и слабоалкогольных напитков. Она обеспечивает острый или кислый вкус, в нашем случае, это замена ортофосфорной кислоты.

Воздействие лимонной кислоты на эмаль:

Натуральные фруктовые кислоты, (в нашем случае лимонная кислота), вступая в контакт с эмалью, начинают её разрушать, это воздействие проходит быстрее при нагревании. В самой эмали происходит воздействие лимонной кислоты на фосфат кальция, который составляет большую часть зуба, тем самым разрушая эмаль и размягчая её.

(реакция лимонной кислоты и фосфата кальция)

Механизм разрушения эмали и образования зубного налета:

Зубной налет – клейкие наслоения на поверхности зубной эмали, основу которых составляют скопления микроорганизмов и продуктов их обмена. Зубной налет образуется на коронке зуба (особенно, на контактных поверхностях, в фиссурах, углублениях, ямках, пришеечной области, межзубных промежутках), а также вдоль и ниже десневого края. Его поверхность покрыта слизистой мукоидной пленкой, поэтому зубной налет не смывается слюной и водой, но может частично удаляться во время приема пищи. Через несколько часов после полного удаления зубной налет появляется вновь. За счет огромной концентрации бактерий, выделяющих агрессивные ферменты, вещества, растворяющие кальций, и эндотоксины, он приобретает патогенный потенциал.

Механизм образования зубного налета:

Зрелый зубной налет (зубная бляшка) на 50-70% объема состоит из плотного слоя бактерий. Микробный состав зубного налета быстро меняется, изначально

доминируют аэробные формы, затем начинают преобладать анаэробы. В процессе анаэробного гликолиза из поступающих с пищей углеводов кариесогенными микроорганизмами продуцируется большое количество органических кислот (молочной, пировиноградной, муравьиной), которые, близко и длительно контактируя с эмалью зуба, деминерализуют твердые ткани. Из-за ограничения процесса диффузии в зрелом зубном налете нейтрализации этих кислот не происходит. Сами микроорганизмы устойчивы к образованной кислоте. Из-за этого, действие лимонной кислоты (как и других кислот, присутствующих в составе зубного налета) пагубно влияет на зубную эмаль, изменяя рН ротовой полости с щелочной на кислотную.

(Показатели кислотности рН)

Титриметрический анализ

3NaOH + C₆H₈O₇, Na3C₆H₅O₇ + 3H₂O

Методика проведения опыта:

Мы проводили титриметрический анализ двумя способами, а – определение кислотности напитка с помощью ф-фа; б – определение кислотности напитка с помощью датчика рН.

Опыт №1

Титрант - NaOH

Определяемое вещество – «Байкал»

+ датчик рН

Титрование напитка «Байкал» титрантом - NaOH происходит с помощью метода нейтрализации.

Таблица 1; титрование с использованием датчика рН

№ опыта	V(Байкала),см3	NaOH 0,1Н см3	Изменение pH	Содержание лимонной кислоты(C6H8O7),
1	25	6,7	7,14	1,072
2	25	6,9	7,04	1,104
3	25	6,9	7,04	1,104

(Средний вывод содержания лимонной кислоты – 1.09)

расчеты концентрации:

V1∗C∗M

Х =V0

где, М – NaOH V1 – р-ра NaOH

C – концентрация NaOH

V0 – проба образца см3

Х – содержание кислоты

Титрование с датчиком рН

Изменение кислотности напитка «Байкал» с помощью метода титрования.

На графике представлен первичный pH напитка «Байкал».

Значение - 4,8

(Рис. 1)

Нейтрализация лимонной кислоты щелочью (NaOH) pН – 7,5

(Рис. 3)

(Рис.2)

Переход из нейтральной среды в щелочную

рН – 8.2

Расчет формулы концентрации в-ва:

Рефлексия первого титриметрического опыта:

Основная погрешность данного опыта происходит во время перехода

«Байкала» из кислой среды в нейтральную. Возможная погрешность нашего опыта:

1. Неправильная техника титрования (слишком быстрое добавление титранта)

2. Неточное считывание объема титранта, израсходованного для титрования.

3. Методической погрешностью титриметрического анализа может являться индикаторная ошибка. Она возникает при фиксировании конечной точки титрования.

Опыт №2

Титрант - NaOH

Определяемое вещество – «Байкал»

+ ф-ф

Таблица 2; титрование с использованием ф-на

№ опыта	V(Байкала),см3   + ф-ф	NaOH 0,1Н см3	Содержание лимонной кислоты(C6H8O7),
1	10	3,1	1,24
2	5	1,56	1, 26
3	2	0,65	1, 25

Cредний вывод содержания лимонной кислоты – 1.25

Расчеты концентрации:

V1∗C∗M

Х =V0

где, М – NaOH V1 – р-ра NaOH

C – концентрация NaOH V0 – проба образца см3 Х – содержание кислоты

Расчет формулы концентрации в-ва:

Рефлексия второго опыта:

Для видимого эффекта изменения окраски индикатора, мы сделали слабоокрашенный раствор напитка (10 мл «Байкала» / 100 мл воды).

Результаты опыта №1 и №2 отличаются на 0,001 ед., что соответствует фактору точности титриметрического анализа.

1. Неправильная техника титрования (слишком быстрое добавление титранта)

2. Неточное считывание объема титранта, израсходованного для титрования.

3. Методической погрешностью титриметрического анализа может являться индикаторная ошибка. Она возникает при фиксировании конечной точки титрования.

Химический состав зуба:

Эмаль зубов состоит из апатитов многих типов, однако основным является гидроксиапатит — Са10(РО4)6(ОН)2

Неорганическое вещество в эмали представлено:

Ø гидроксиапатитом Са10(РО4)6(ОН)2 — 75,04%;

Ø карбонатапатитом Са10(РО4) CO3 — 12,06;

Ø хлорапатитом Са10(РО4)6(Cl)2 — 4,39;

Ø фторапатитом Са10(РО4)6(F)2 —0,63;

Ø карбонатом кальция CaCO3 — 1,33;

Ø карбонатом магния MgCO3 — 1,62.

В составе химических неорганических соединений кальций (Ca) составляет 37 %, а фосфор (P) — 17 %.

(Строение зуба)

Лимонная кислота разрушает кальций, содержащийся в зубах, тем самым убирая их желтый оттенок. Все процедуры содержащие в себе высокий процент лимонной кислоты являются опасными, так как увеличивают чувствительность зубов, разрушают эмаль, а также раздражают слизистую.

Лимонная кислота в несколько раз хуже сахара только из-за того, что сахар вызывает появление отдельных пятен, тогда как лимонная кислота воздействует на все поверхности зубов одновременно. Поскольку лимонная кислота размягчает зубную эмаль, она поддерживает кариес с помощью сахара и бактерий, в дальнейшем неся за этим неблагоприятные последствия

Заключение:

В ротовой полости человека преобладает щелочная среда, при употреблении напитков с повышенной кислотной средой, рН изменяется, провоцируя образование налета. Поскольку лимонная кислота размягчает зубную эмаль, она поддерживает кариес с помощью сахара и бактерий, тем самым пагубно влияя на организм человека.

Употребление напитка «Байкал» смещает рН ротовой полости с щелочной, на кислотную, образуя определенные заболевания.

Мы не рекомендуем Байкал для частого использования.

Список литературы:

1. Н. С. Ахметов «Общая и неорганическая химия», 2001

2. Н. Л. Глинка «Общая химия», 2003

3. А. Э. Зиёдуллаев; С.О. Алимкулов; А.Ш. Рустамов; Ф,Б. Маматмуродова

«Способы выделения лимонной кислоты и очистки ее растворов», 2016

4. Ю.А. Золотов «Основы аналитической химии». В 2-х томах; Москва, 2012

5. Доцент Козлова-Козыревская А.Л., БГПУ «Химический состав зуба», 2015

6. Микаелян Н.П., Комаров О.С; «Биохимия твердых тканей полости рта в норме и патологии». Москва, 2019

7. Березов Т.Т.,Коровкин Б.Ф. Биологическая химия1.М. Медицина 2007

8. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия.– М., 1998

9. Марри Р. и др. Биохимия человека. В 2-х тт.– М., 1993

10. Е.В. Лидер «Неорганическая и аналитическая химия», НГУ, 2020

11. В. А. Смирнов «Пищевые кислоты. Легкая и пищевая промышленность», 1983