XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение кислотного и йодного чисел в составе косметических кремов различных марок

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мужагитдинова А.И. 1

---

1МОУ Кременкульская СОШ

Алексеева Н.Г. 1

---

1МОУ Кременкульская СОШ

Работа в формате PDF

91.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы: Косметические кремы - широко распространённый продукт повседневного ухода. Важнейший компонент их состава - жиры и масла, от качества которых зависит эффективность и безопасность средства. Показатели кислотного и йодного числа позволяют увидеть степень окисления и порчи жиров, содержание ненасыщенных жирных кислот, влияющих на полезные свойства крема. Это все важно, так как показатели нужны для производителей - для обеспечения качества и продления срока годности продукции, а также потребителей - для осознанного выбора безопасных и эффективных средств.

Цель работы:определить кислотное и йодное число в образцах косметических кремов и оценить их качество и стабильность на основе полученных данных.

Задачи исследования:

1. Изучение литературы и интернет источников.

2. Освоить и применить методики определения кислотного и йодного чисел.

3. Провести лабораторные измерения для каждого образца

4. Сравнить полученные результаты между образцами.

5. Сформулировать выводы о качестве и стабильности исследованных

образцов.

Объект исследования: пять образцов крема.

Предмет исследования: кислотное и йодное числа как физико‑химические

показатели качества кремов.

Методы исследования: титриметрический анализ, йодометрическое

титрование, изучение литературы, сравнение.

Гипотеза: существует ли взаимосвязь между пригодностью кремов к употреблению с кислотным и йодным числом.

1.1. Понятие кислотного числа: определение, химическая сущность, связь с процессами окисления и порчи жиров.

Кислотное число - количество миллиграммов гидроксида калия (KOH), необходимое для нейтрализации всех кислых компонентов, содержащихся в 1 г исследуемого вещества. Кислотное число является мерой суммы карбоновых кислот в органическом соединении, таком как жирные кислоты, или в смеси соединений. Обычно известное количество образца, растворённого в органическом растворителе (чаще всего - в смеси полярного и неполярного растворителей) титруют раствором гидроксида калия с известной концентрацией и фенолфталеином в качестве индикатора. Кислотное число липидов в пищевых продуктах является мерой их гидролиза, поскольку количество свободных кислот в природных жирах, как правило, незначительно. Гидролиз, протекающий по мере хранения, при доступе кислорода будет сопровождаться интенсивным окислением, поскольку скорость окисления свободных жирных кислот значительно выше, чем, например, триглицеридов, в состав которых они входят в связанном виде.

Кислотное число (K) можно выразить формулой: K = V ⋅ C ⋅ 56.1/m где:
V - объем раствора щелочи, использованного для титрования (в мл),
C - молярная концентрация щелочи (в моль/л),
m - масса пробы жира или масла (в г),
56.1 - молярная масса NaOH (в г/моль).

Химическая сущность. Кислотное число отражает степень гидролиза липидов - процесса, при котором триглицериды (основные компоненты жиров) расщепляются на глицерин и свободные жирные кислоты под действием воды, ферментов или других факторов. В природных жирах количество свободных кислот обычно незначительно, но при хранении их концентрация возрастает. Свободные жирные кислоты содержат карбоновые кислотные группы (−C(=O)OH), которые и определяют кислотность вещества. Чем выше кислотное число, тем больше свободных жирных кислот содержится в продукте, что часто свидетельствует о его порче. При титровании эти группы реагируют с гидроксидом натрия, что позволяет количественно оценить их содержание.

Связь с процессами окисления. Окисление жиров - это процесс, при котором ненасыщенные жирные кислоты реагируют с кислородом воздуха, что приводит к образованию пероксидов и других продуктов распада. В результате окислительных процессов: увеличивается количество свободных жирных кислот, появляются неприятные запахи и вкусовые изменения, снижается питательная ценность продукта. При высоком кислотном числе жиры могут стать непригодными для употребления, так как они могут вызывать расстройства пищеварения и другие негативные эффекты.

Связь с процессами порчи жиров. Порча жиров обычно связана с несколькими факторами: окисление как уже упоминалось, окисление приводит к образованию свободных жирных кислот. Гидролиз вода может способствовать гидролизу триглицеридов, что также увеличивает содержание свободных жирных кислот. Также бактерии и грибы могут разлагать жиры, что также приводит к образованию свободных жирных кислот. Таким образом, кислотное число является важным показателем для оценки качества жиров и масел и может использоваться для контроля их свежести и безопасности при хранении и использовании. Высокое кислотное число указывает на необходимость проверки состояния продукта и его возможного отбраковки.

1.2. Понятие йодного числа: определение, значение для оценки содержания ненасыщенных жирных кислот.

Йодное число, которое характеризует содержание двойных связей в ненасыщенном соединении, определяют при исследовании жиров, а также при анализе жирных кислот и установлении содержания реагирующих с йодом примесей в ароматических углеводородах. Йодное число определяет общую ненасыщенность жиров. Чем выше йодное число, то есть тем больше йода вещество может присоединить, тем больше ненасыщенных кислот содержится в жире.

Йодное число (I) можно выразить формулой: I = V ⋅ C ⋅ 126.9 / m
где: V - объем раствора йода, использованного для титрования (в мл),
C - молярная концентрация раствора йода (в моль/л), m — масса пробы жира или масла (в г), 126.9 - молярная масса йода (в г/моль).
Химическая сущность. Ненасыщенные жирные кислоты содержат одну или несколько двойных связей в своих углеродных цепях. Эти двойные связи могут реагировать с йодом, что и делает возможным измерение их содержания. Чем больше ненасыщенных жирных кислот в составе жира или масла, тем выше его йодное число.
Значение для оценки содержания ненасыщенных жирных кислот. Высокое йодное число указывает на высокое содержание ненасыщенных жирных кислот, что обычно ассоциируется с более высоким качеством масла или крема. Ненасыщенные жирные кислоты считаются более полезными для здоровья по сравнению с насыщенными.
Питательная ценность: Ненасыщенные жирные кислоты, такие как омега-3 и омега-6, играют важную роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой системы и общего состояния организма. Оценка йодного числа помогает определить, насколько продукт может быть полезным с точки зрения питания. Жиры с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот более подвержены окислению и порче, чем насыщенные жиры. Поэтому знание йодного числа помогает производителям и потребителям оценить срок хранения и стабильность жиров и масел. В пищевой промышленности йодное число используется для контроля качества растительных масел и жиров, а также для определения их подделок или смешивания с менее качественными продуктами.
Йодное число является важным показателем для оценки содержания ненасыщенных жирных кислот в жирах и маслах. Оно помогает определить качество, питательную ценность, устойчивость к окислению и контролировать качество продуктов. Высокое йодное число обычно свидетельствует о большем содержании полезных ненасыщенных жирных кислот, что делает этот показатель ценным инструментом в пищевой промышленности.

Контроль качества – ключевая сфера применения йодного числа. В косметической промышленности йодное число помогает: подбирать масла с нужной степенью стабильности для разных типов кремов, прогнозировать срок годности эмульсий, создавать сбалансированные эмульсий.

1.3. Влияние кислотного и йодного чисел на качество и стабильность косметических кремов.

Кислотное и йодное числа являются важными параметрами, которые влияют на качество и стабильность косметических кремов. Эти показатели помогают производителям оценить состав жиров и масел, используемых в кремах, а также их взаимодействие с другими компонентами формулы.
Кислотное число влияние на качество и стабильность:
Высокое кислотное число может указывать на наличие свободных жирных кислот, что часто свидетельствует о плохом качестве исходного сырья или о процессе окисления. Это может привести к ухудшению запаха, вкуса и текстуры крема. Стабильность формулы: Свободные жирные кислоты могут негативно влиять на стабильность эмульсий в кремах, вызывая их расслоение и ухудшая текстуру. Они также могут взаимодействовать с другими компонентами, такими как активные ингредиенты и консерванты, снижая их эффективность. Высокое кислотное число может привести к раздражению кожи, особенно у чувствительных типов. Это важно учитывать при разработке формул для определённых категорий потребителей.
Йодное число. Влияние на качество и стабильность. Высокое йодное число указывает на высокое содержание ненасыщенных жирных кислот, которые могут быть полезны для кожи благодаря своей способности увлажнять и питать. Однако они также более подвержены окислению. Ненасыщенные жирные кислоты могут приводить к ухудшению стабильности косметических продуктов из-за их склонности к окислению. Это может вызвать прогорклый запах и изменение цвета крема, а также потерю эффективности активных ингредиентов. Выбор антиоксидантов, при использовании масел с высоким йодным числом производители должны учитывать необходимость добавления антиоксидантов в формулу для увеличения срока хранения продукта и предотвращения окислительных процессов.

Баланс между кислотным и йодным числами. При разработке косметических кремов важно найти баланс между кислотным и йодным числами. Необходимо использовать масла с подходящими значениями этих показателей для достижения желаемых свойств продукта. Например, масла с низким кислотным числом и умеренным йодным числом могут обеспечить хорошую стабильность и эффективность. Тестирование и контроль качества производители должны регулярно проводить тесты на кислотное и йодное числа для контроля качества сырья и готовой продукции. Это поможет предотвратить проблемы со стабильностью и безопасностью продукта.

Причины повышения кислотного числа: использование некачественного сырья, нарушение условий хранения (высокая температура, влажность), недостаточная стабилизация формулы, отсутствие антиоксидантов. Йодное число в косметических кремах повышается из‑за использования масел с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот, замены насыщенных жиров на ненасыщенные, также окислительных процессов под воздействием света, тепла, кислорода или влажности.

1.4. Методика определения кислотного и йодного чисел.

Методика определения кислотного числа
1. Подготовка образца: Взвесьте около 1-2 г крема и поместите его в колбу.
2. Растворение: Добавьте 20-50 мл дистиллированной воды (или смеси этанола и эфирного растворителя) в колбу для растворения крема.
3. Титрование:
– Добавьте несколько капель фенолфталеина (индикатор).
– Титруйте полученный раствор раствором KOH до появления постоянного розового цвета.
4. Расчёт кислотного числа: Кислотное число = V × C × 56,1 / m
Методика определения йодного числа
1. Подготовка образца: Взвесьте около 1 г крема и поместите его в колбу.
2. Добавление реактива: Добавьте 25-50 мл раствора йода.

3. Инкубация: Дайте смеси настояться в темном месте при комнатной температуре в течение 30 минут. Это необходимо для того, чтобы йод присоединился к ненасыщенным связям.
4. Титрование:
– После инкубации добавьте несколько капель раствора крахмала в качестве индикатора.
– Титруйте оставшийся свободный йод раствором натрия тиосульфата (например, 0,1 Н) до обесцвечивания.

I = V ⋅ C ⋅ 126.9 / m

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Определение кислотного числа в косметических кремах.

Оборудование: мензурка, штатив с бюреткой для титрования, магнитная мешалка, аналитические весы, стеклянные палочкии крема.

Реактивы: гидроксид натрия (NaOH), дистиллированная вода.

Индикатор: фенолфталеин.

Опыт 1. Мы определяли КЧ в 5 исследуемых кремах. (см. таблица 1)

Таблица 1. Образцы кремов.

В ходе предварительной подготовки образцов было установлено, что кремы № 2 и № 3 не растворяются в дистиллированной воде, образуя устойчивую эмульсию. Поскольку полное растворение образца является необходимым условием для поведения титриметрического анализа, указанные кремы были исключены из дальнейшего исследования.

В каждую мензурку добавляем 1 г крема, приливаем дистиллированную воду. Ставим на магнитную мешалку и ждем 5 минут до полного растворения крема. После получения однородной консистенции (эмульсии), добавляем 2-3 капли фенолфталеина. Проводим титрование NaOH до появления бледно розового окрашивания. В ходе титрования трех образцов NaOH были получены следующие объемы реагента: для образца № 1 – 0,2 мл, для образца № 4 – 0,2 мл, для образца № 5 – 0,3 мл. Далее проводим расчеты и находим кислотное число.

Крем для лица:

n1(NaOH) = CM (NaOH)*V(NaOH) = 0,1077 ммоль/л * 0,20 мл = 0, 02154 ммоль-экв

КЧ1 = С1(NaOH)/m1 = 0,02154 ммоль-экв/1,0026г =0,02148 ммоль/г= 0,021 ммоль-экв/г.

Крем для лица и рук:

n4(NaOH) = CM (NaOH)*V(NaOH) = 0,1077 ммоль/л * 0,20 мл = 0, 02154 ммоль-экв

КЧ4 = 0,02154 ммоль-экв/0,9897г =0,022 ммоль-экв/г.

Крем для рук:

n5(NaOH) = CM (NaOH)*V(NaOH) = 0,1077 ммоль/л * 0,30 мл = 0, 03231 ммоль-экв

КЧ5 = 0,03231 ммоль-экв/1,0276г = 0,031 ммоль-экв/г.

Опыт 2.

Оборудование: мензурка, штатив с бюреткой для титрования, магнитная мешалка, аналитические весы, стеклянные палочкии крема.

Реактивы: I2, дистиллированная вода.

Индикатор: крахмал.

В каждую мензурку добавляем 1 г крема, приливаем дистиллированную воду. Ставим на магнитную мешалку и ждем 5 минут до полного растворения крема. После получения однородной консистенции (эмульсии), выдержали смесь в тёмном месте при комнатной температуре в течение 30 минут для присоединения йода к ненасыщенным связям, а затем добавили несколько капель раствора крахмала в качестве индикатора и титровали оставшийся свободный йод раствором натрия тиосульфата до обесцвечивания. В ходе титрования трех образцов I2 были получены следующие объемы реагента: для образца № 1 – 0,8 мл, для образца № 4 – 3,3 мл, для образца № 5 – 0,3 мл. Далее проводим расчеты и находим йодное число.

Крем для лица:

n1(I2) = CM (I2)*V(I2) = 0,005 ммоль/л * 0,8 мл = 0, 004 ммоль-экв

ЙЧ1= n1(I2) / m1= 0,004 ммоль-экв / 1,0156г= 0,004 ммоль-экв/г

Крем для лица и рук:

n4(I2) = CM (I2)*V(I2) = 0,005 ммоль/л * 3,3 мл = 0, 0165 ммоль-экв

ЙЧ4= n1(I2) / m1= 0,0165 ммоль-экв / 1,0163г= 0,016 ммоль-экв/г

Крем для рук:

n5(I2) = CM (I2)*V(I2) = 0,005 ммоль/л * 0,3 мл = 0, 0015 ммоль-экв

ЙЧ5= n1(I2) / m1= 0,0015 ммоль-экв / 1,1684г= 0,001 ммоль-экв/г.

Выводы:

1. Установлено, что кислотное и йодное числа – ключевые показатели качества жировой основы косметических средств. Подтверждено: кислотное число отражает содержания свободных жирных кислот и позволяет оценить степень гидролиза жиров. Йодное число характеризует общую ненасыщенность жиров и указывает на количество ненасыщенных жирных кислот.

2. Методики определения кислотного и йодного чисел успешно освоены и адаптированы для анализа косметических кремов. Отработаны следующие этапы: подготовка проб с использованием подходящих растворителей, титрование с индикатором (фенолфталеин для кислотного числа, крахмал для йодного числа, расчёт показателей по формулам.

3. Для каждого образца получены количественные значения кислотного и йодного чисел. (см. Таблица 2)

4. Мы определили кислотное и йодное число в образцах косметических кремов. Из данных в таблице следует, что в креме для рук (образец №5)содержится больше водорастворимых кислот. Крем для рук и лица (образец №4) имеет промежуточное содержание водорастворимых кислот, по сравнению с кремом для лица (образец №1). При рассмотрении результатов определения йодного числа было выявлено, что в креме для рук (образец №5) очень низкое йодное число - в составе преобладают насыщенные жирные кислоты (стеариновая кислота) и минеральные компоненты (изопарафины, минеральное масло), срок годности неизвестны. В креме для защиты рук и лица (образец №4) самое высокое йодное число среди образцов, много ненасыщенных кислот, столько высокое значение связано с тем, что в составе данного образца содержится натуральное касторовое масло, которое содержит ненасыщенные кислоты. По нашему мнению, также оказать влияние мог истекший срок годности в 2020 году. Крем для лица (образец №1) имеет низкое йодное число и указывает на преобладание насыщенных жирных кислот (пальмитиновая, стеариновая), срок годности до 2028 года подтверждает стабильность формулы.

5. Наиболее стабильным и качественным признан крем для лица (образец № 1). Крем «Элен» (№ 4) потенциально полезен для питания кожи, но утратил качество из-за истечения срока годности. Крем для рук (образец № 5) стабилен, но обладает ограниченной питательной ценностью из-за состава.

Таблица 2. Результаты анализа косметических кремов.

Заключение

Таким образом, кислотное и йодное числа - важные показатели качества косметических кремов, позволяющие оценить состояние содержащихся в них жиров и масел. Кислотное число отражает степень гидролиза жиров: рост этого показателя говорит о накоплении свободных жирных кислот и может свидетельствовать о порче продукта или нарушений условий хранения. Йодное число, в свою очередь, показывает степень ненасыщенности жирных кислот – чем оно выше, тем больше в составе ненасыщенных соединений. Такие компоненты полезны для кожи, но одновременно делают крем менее стабильным и более склонным к окислению. Для производителей эти данные критически важны: они помогают контролировать качество сырья, подбирать оптимальные комбинации масел, прогнозировать срок годности продукта. Для потребителей осознанно выбирать кремы - отдавать предпочтение стабильным составам или средствам.Мы посчитали данные, определили их кислотное и йодное число. Выявили, что в креме для защиты рук и лица (образец №4) самое высокое йодное число среди образцов. По величине кислотного числа кремы выстраиваются в следующем порядке (от большего к меньшему): крем для рук (образец № 5), крем для рук и лица (образец № 4), крем для лица (образец № 1).

Список литературы

1. Основы аналитической химии. В 2 т. / Т. А. Большова, Г. Д. Брыкина, А. В. Гармаш, С. Г. Дмитриенко, И. Ф. Долманова, Е. Н. Дорохова, Ю. А. Золотов, В. М. Иванов, В. И. Фадеева, Е. Н. Шаповалова, Т. Н. Шеховцова, О. А. Шпигун; под ред. Ю. А. Золотова. — 5-е изд., стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2012. - Т. 1. - 384 с. - ISBN 978-5-7695-9124-2.

2.Зиновьев, А. А. Химия жиров / А. А. Зиновьев. — Москва : Пищепромиздат, 1952. — 551 с.

3. Аналитическая химия: учебник / Л. В. Ненашева, Т. Г. Юдина. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2022. - 300 с. - (Среднее медицинское образование). - ISBN 978-5-222-27008-0.

Интернет источники

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Acid_value

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/Иодное_число

3. https://studfile.net/preview/579139/page:10/