IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВИТАМИНА С В НЕКОТОРЫХ ЦИТРУСОВЫХ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Каждый человек хочет быть здоровым. Один из важнейших элементов здоровья - это питание. Недаром говориться: "Человек есть то, что он ест".
Иммунная система защищает нас от воздействия внешних неблагоприятных факторов. Без эффективно работающей иммунной системы организм ослабевает и чаще страдает от вирусных и бактериальных инфекций. Давно известно, что для образования клеток, антител и сигнальных веществ, участвующих в иммунном ответе, а также для синтеза гормонов необходимы витамины. Суточная потребность в них может быть небольшой, но именно от обеспеченности витаминами зависит нормальная работа организма, особенно растущего.
Результаты популяционных исследований, проведенных Институтом питания РАМН, свидетельствуют о весьма тревожной ситуации, сложившейся в последние годы в России. Отмечаются недостаточное потребление и все более нарастающий дефицит витаминов, который носит сочетательный характер и обнаруживается не только зимой и весной, но и в летне-осенний период. Общую ситуацию можно рассматривать как массовый круглогодичный гиповитаминоз.
Витамины должны поступать в организм с пищей. Основным источником витаминов, особенно витамина С, считаются фрукты, в частности цитрусовые. Возникает вопрос: а все ли цитрусовые одинаково полезны? В связи с этим изучаемая проблема является актуальной.
Цель работы: определение наличия и количества витамина С в отдельных фруктах.
Объект исследования: некоторые цитрусовые, имеющиеся в продаже.
Предмет исследования: витамин С.
В соответствии с целью были поставленыследующие задачи:
проанализировать информацию по данной проблеме, полученную из различных источников;
ознакомиться с методикой определения содержания витамина С, освоить её на практике;
исследовать и сравнить содержание аскорбиновой кислоты в различных цитрусовых;
исследовать зависимость содержания витамина С от термической обработки (кипячение) и воздействия металла;
провести анкетирование учащихся СОШ №14 с целью выявления их осведомлённости по данному вопросу;
составить таблицы и диаграммы, отражающие результаты исследования.
Были использованы следующие методы: анализ информации, полученной из различных источников, химический эксперимент, наблюдение, сравнительный анализ.
Гипотеза: если владеть методами определения содержания витаминов в продуктах питания, можно получить необходимую информацию и составить наиболее полезный для здоровья рацион.
I.Теоретическая часть
I.1. История открытия витаминовКо второй половине 19 века было выяснено, что пищевая ценность продуктов питания определяется содержанием в них в основном следующих веществ: белков, жиров, углеводов, минеральных солей и воды. Считалось, что если в пищу человека входят в определенных количествах все эти питательные вещества, то она полностью отвечает биологическим потребностям организма. Однако практический опыт врачей и клинические наблюдения издавна указывали на существование ряда специфических заболеваний, непосредственно связанных с дефектом питания, хотя последнее полностью отвечало указанным выше требованиям. Об этом свидетельствовал также многовековой опыт участников длительных путешествий. Настоящим бичом для мореплавателей долгое время была цинга: от неё погибало моряков больше, чем в сражениях или от кораблекрушений. Так, из 160 участников экспедиции Васко да Гама, прокладывавшей морской путь в Индию, 100 человек погибли от цинги.
Таким образом, практический опыт ясно указывал на то, что некоторые болезни связаны с дефектом питания. Даже самая обильная пища сама по себе еще далеко не всегда гарантирует от подобных заболеваний и что для предупреждения и лечения таких заболеваний необходимо вводить в организм какие-то дополнительные вещества, которые содержатся не во всякой пище.
Экспериментальное обоснование и научно-теоретическое обобщение этого многовекового практического опыта впервые стали возможны благодаря исследованиям русского учёного Николая Ивановича Лунина, изучавшего роль минеральных веществ в питании. Он проводил опыты на мышах, содержавшихся на искусственно приготовленной пище, в которую были включены все необходимые составные части молока. Мыши, находившиеся на такой диете, не росли, теряли в весе, переставали поедать предлагаемый им корм и, наконец, погибали. В то же время контрольная партия мышей, получившая натуральное молоко, развивалась совершенно нормально. На основании этих работ Н. И. Лунин в 1880 г. пришел к следующему заключению: "... если, как вышеупомянутые опыты учат, невозможно обеспечить жизнь белками, жирами, сахаром, солями и водой, то из этого следует, что в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся еще другие вещества, незаменимые для питания. Представляет большой интерес исследовать эти вещества и изучить их значение для питания".
Это было важное научное открытие, опровергавшее установившееся положения в науке о питании. Результаты работ Н. И. Лунина стали оспариваться; их пытались объяснить, например, тем, что искусственно приготовленная пища, которой он в своих опытах кормил животных, была якобы невкусной. В 1890 г. К. А. Сосин повторил опыты Н. И. Лунина с иным вариантом искусственной диеты. Он полностью подтвердил выводы Н. И. Лунина, но и после этого выводы не сразу получили всеобщее признание.
Врач Эйкман, работавший в тюремном госпитале на острове Ява, в 1896 г. подметил, что куры, содержавшиеся во дворе госпиталя и питавшиеся обычным полированным рисом, страдали заболеванием, напоминающим бери-бери. После перевода кур на питание неочищенным рисом болезнь проходила. Наблюдения Эйкмана также показали, что среди людей, питавшихся очищенным рисом, бери-бери заболевал в среднем один человек из 40, тогда как в группе людей, питавшихся неочищенным рисом, ею заболевал лишь один человек из 10000.
Таким образом, стало ясно, что в оболочке риса (рисовых отрубях) содержится какое-то неизвестное вещество, предохраняющее от заболевания бери-бери. В 1911 г. польский ученый Казимир Функ выделил это вещество в кристаллическом виде (оказавшееся, как потом выяснилось, смесью витаминов). Оно было довольно устойчивым по отношению к кислотам и выдерживало, например, кипячение с 20%-ным раствором серной кислоты. В щелочных растворах активное начало очень быстро разрушалось. По своим химическим свойствам это вещество принадлежало к органическим соединениям и содержало аминогруппу. Функ пришел к заключению, что бери-бери является только одной из болезней, вызываемых отсутствием каких-то особых веществ в пище.
Несмотря на то, что эти особые вещества присутствуют в пище, как подчеркнул ещё Н. И. Лунин, в малых количествах, они являются жизненно необходимыми. Так как первое вещество этой группы жизненно необходимых соединений содержало аминогруппу и обладало некоторыми свойствами аминов, Функ (1912) предложил назвать весь этот класс веществ витаминами (лат. vita-жизнь, vitamin-амин жизни). Впоследствии оказалось, что многие вещества этого класса не содержат аминогруппы. Тем не менее, термин "витамины" настолько прочно вошел в обиход, что менять его не имело уже смысла.
Большое значение в развитии учения о витаминах имели работы Гопкинса, Степпа, Мак Коллума, Мелэнби и многих других учёных. В настоящее время известно около 20 различных витаминов. Установлена и их химическая структура, что дало возможность организовать промышленное производство витаминов не только путём переработки продуктов, в которых они содержаться в готовом виде, но и путём химического синтеза.
I.2. Значение витаминов в жизни человека
Витамины - это жизненно необходимые соединения, без них невозможна нормальная работа организма. Заменить их ничем нельзя, при отсутствии витаминов или их недостатке в рационе обязательно развивается часто повторяющееся заболевание или нарушается здоровье в целом. В те времена, когда люди не знали о существовании витаминов, возникновение многих заболеваний было просто необъяснимо. Особенно большое удивление вызывало то, что при достаточном, но однообразном питании у сытых людей развивались тяжёлые болезни.
Витамины - это органические соединения. т.е. состоят из углерода, водорода, кислорода, иногда - азота, серы, фосфора и изредка других химических элементов. Органические вещества образуются в живой природе и синтезируются главным образом растениями и часто микроорганизмами. Молекулы витаминов не столь велики по размерам, как молекулы белков или полисахаридов (сложных углеводов), поэтому витамины относятся к низкомолекулярным соединениям.
Витамины не входят в состав клеток и тканей, образующих кожу, кости, мышцы, внутренние органы, т.е., они не выполняют пластическую функцию. Также витамины не являются ни источниками энергии, ни заменителями пищи вообще, ни вызывающими бодрость таблетками, не могут заменить собой белки и любые другие питательные вещества, не являются структурными компонентами нашего организма. Но поддержание жизни невозможно без всех необходимых витаминов. Витамины являются биокатализаторами, т.е. они регулируют обменные процессы через систему ферментов и гормонов.
Некоторые витамины (С) вообще не образуется в организме, другие (Bl, В2, РР) образуются в недостаточном количестве. Это значит, что человек должен обязательно получать витамины с пищей. Витамины не действуют поодиночке, они работают в "команде". Однако в каждой команде они должны содержаться в строго определённом количестве, иначе они могут навредить здоровью человека.
I.3. Общая характеристика витамина С
Другие названия: аскорбиновая кислота, антицинготный витамин, антискорбутный витамин. Цинга (скорбут) - заболевание, возникающее при недостаточном содержании в рационе свежих овощей и фруктов. Страдания мореплавателей и путешественников, гибель полярных экспедиций были результатом дефицита аскорбиновой кислоты. Только к концу ХIХ в. стали считать, что цинга - это болезнь, возникающая не из-за токсического действия продуктов питания, а из-за недостатка в рационе определённых веществ, которые содержатся в свежих овощах, зелени, фруктах. К тому времени уже было установлено, что организм человека не способен синтезировать эти вещества, но лишь в 30-х гг. XX в. удалось выяснить, каково строение антицинготного фактора, который получил название "витамин С".
Это, пожалуй, самый известный из витаминов. Он стимулирует рост, участвует в процессах тканевого дыхания, обмене аминокислот (структурных блоков белка), способствует усвоению углеводов. Аскорбиновая кислота повышает сопротивляемость организма к инфекциям, интоксикациям химическими веществами, перегреванию, охлаждению, кислородному голоданию. Одна из важнейших функций витамина С - синтез и сохранение коллагена - белка, который "цементирует" клетки и тем самым служит основой образования соединительных тканей. Коллаген скрепляет сосуды, костную ткань, кожу, сухожилия, зубы. Витамин С нормализует уровень холестерина в крови, способствует усвоению железа из пищи, требуется для нормального кроветворения. Важнейшая функция витамина С - антиоксидантная. Он противодействует токсическому действию свободных радикалов - агрессивных элементов, образующихся в организме при многих отрицательных воздействиях и заболеваниях. Аскорбиновая кислота участвует в выработке адреналина - гормона "боеготовности", который увеличивает частоту пульса, кровяное давление, приток крови к мускулам.
Этот важнейший водорастворимый витамин в природных условиях встречается в трёх формах: в виде аскорбиновой кислоты, дегидроаскорбиновой кислоты и аскорбигена.
Поступающий с пищей витамин С начинает всасываться уже в полости рта и желудке, но основное его количество усваивается в тонкой кишке. В теле здорового взрослого человека содержится от 4 до 6 г аскорбиновой кислоты. Суточная потребность в витамине С - 70-100 мг.
Потребность в аскорбиновой кислоте повышается в условиях неблагоприятного климата. Так, в Антарктиде человеку нужно ежедневно принимать 250 мг витамина С. При большой мышечной нагрузке, стрессовых ситуациях, большинстве заболеваний нужно увеличить его потребление. Также количество витамина С снижается при попадании болезнетворных бактерий в организм. Где-то 25 мг аскорбиновой кислоты теряется при выкуривании одной сигареты.
I.4. Влияние витамина С на организм человека
Витамин С предохраняет организм от многих вирусных и бактериальных инфекций.
Повышает эластичность и прочность кровеносных сосудов.
Помогает очищать организм от ядов, начиная от сигаретного дыма и кончая ядом змей.
Активизирует работу эндокринных желез, особенно надпочечников.
Улучшает состояние печени.
Ослабляет воздействие различных аллергенов.
Способствует снижению холестерина в крови.
Защищает от окисления необходимые организму жиры и жирорастворимые витамины особенно А и Е).
Ускоряет заживление ран, ожогов, кровоточащих десен.
Повышает сопротивляемость организма к любым неблагоприятным воздействиям.
Эффективен витамин С при лечении большинства заболеваний.
При этом следует помнить, что большие дозы витамина С, как показала практика, оказывают на организм неблагоприятное воздействие. Уже доза 1-1,5 г в сутки может вызвать бессонницу, беспокойство, чувство жара, головную боль, повышение артериального давления, повышается вероятность образования камней в почках, нарушения выработки гормонов надпочечниками. Может и угнетаться выработка инсулина, усиливаются тканевое дыхание и интенсивность азотистого обмена. Кроме того, отмечено, что при приёме больших доз аскорбиновой кислоты усвоение её практически не увеличивается - весь избыток вещества выводится с мочой. Следует учитывать, что обезвреживание избытка витамина и его выведение из организма требуют дополнительного расхода энергии.
I.5. «Враги» витамина С
Аскорбиновой кислоте «противопоказаны": вода, обработка пищевых продуктов, тепло, свет, кислород, курение. Основной враг витамина С - кислород, так как он необратимо окисляет аскорбиновую кислоту до неактивных веществ. Поэтому при любой кулинарной обработке продуктов необходимо снижать доступ кислорода до возможного минимума. Рекомендуется использовать герметичные крышки, сохранять поверхностный слой, а также сокращать сроки готовки. Особенно усиливается окисление при повреждении структуры растений (при резке, и т. п.), повышении температуры, в щелочной и нейтральной среде. В кислой среде, напротив, аскорбиновая кислота устойчива и выдерживает нагревание до 100о С, поэтому она хорошо сохраняется в кислой капусте, яблоках и т. д.
Во всех растительных продуктах аскорбиновой кислоте сопутствует антивитамин - фермент аскорбиназа. Этот фермент необратимо разрушает витамины до биологически неактивных соединений, постепенно выделяясь при хранении. При разрушении тканей растения фермент выделяется интенсивнее. Меньше всего аскорбиназы в чёрной смородине и цитрусовых, поэтому в них дольше сохраняется витамин С.
I.6. Признаки недостаточного содержания витамина С в организме
Недостаточность витамина С развивается, как правило, на фоне его малого поступления с пищей, однако дефицит витамина может возникнуть и при нарушениях процесса всасывания, обусловленных заболеванием желудка, кишечника, печени и поджелудочной железы. Также дефицит в пище белков, витамина А и витаминов группы В ускоряет развитие С-гиповитаминоза. Важен и сезонный фактор: в зимне-весенний период меньше овощей и фруктов, к тому же содержание в них витамина С снижено.
Правильная кулинарная обработка фруктов и особенно овощей (длительная термическая обработка, чрезмерно долгая варка, варка в открытой посуде или в присутствии солей железа и меди, которые могут выделяться из посуды, долгое хранение в воде) ускоряет окисление аскорбиновой кислоты.
Для С-витаминной недостаточности характерны следующие признаки: снижение физической и умственной работоспособности, сопротивляемости инфекциям, вялость.
I.7. Краткая характеристика объектов исследования
Ци́трус (лат. Citrus) — род вечнозелёных деревьев и кустарников семейства Рутовые (Rutaceae). Входит в подтрибу Цитрусовые (Citrinae) трибы Цитрусовые (Citreae) подсемейства Померанцевые (Aurantioideae). Научное название рода взято из латинского языка, в котором слово citrus имело значение «лимонное дерево».
Вечнозелёные деревья или кустарники, большей частью с колючками на стеблях. Листья плотные, кожистые с просвечивающими желёзками, содержащими эфирное масло, однолисточковые, с крылатыми черешками. Цветки белые или окрашенные снаружи антоцианом. Род Citrus имеет своеобразный ягодообразный плод — гесперидий, сферической сплюснуто-сферической или заострённо-удлинённой формы, покрытый кожурой варьирующей толщины, заполненный мешочками с сочной мякотью, разделённой на сегменты. Семена варьируют в количестве, овальной или удлинённой формы, с одним или несколькими зародышами.
- Апельси́н (лат. Cītrus sinēnsis) — плодовое дерево; вид рода Цитрус семейства Рутовые; а также плод этого дерева. Самая распространённая цитрусовая культура во всех тропических и субтропических областях мира.Гибрид, возможно, мандарина (Citrus reticulata) и помело (Citrus maxima). Растение культивировалось в Китае ещё за 2,5 тысячи лет до н. э. В Европу было привезено португальскими мореплавателями. После этого быстро распространилась мода на выращивание апельсиновых деревьев; для этого стали строить специальные стеклянные сооружения, названные оранжереями (от фр. orange апельсин).
Благодаря наличию в апельсинах комплекса витаминов и других биологически активных веществ, эти цитрусовые рекомендуют для профилактики и лечения гиповитаминозов, заболеваний печени, сердца и сосудов, обмена веществ. Пектины, которые содержатся в апельсинах, способствуют процессу пищеварения, усиливают моторную функцию толстого кишечника и уменьшают в нём гнилостные процессы. Сок апельсина — противоцинготное средство. Из кожуры апельсинов получают цедру, используют для приготовления настоев и варенья. В Болонье и Флоренции кожура апельсинов используется для приготовления разного рода ликёров. Из апельсиновой цедры получают апельсиновое масло.
Выращивание апельсинов является важной частью экономики США (штаты Флорида и Калифорния), большинства средиземноморских стран, Бразилии, Мексики, Пакистана, Китая, Индии, Ирана, Египта, Турции. Несколько меньшее значение имеет для Испании, Южной Африки и Греции. По сравнению с 1974 годом в 2004 году производство апельсинов удвоилось, увеличившись на 99,8 %.
- Грейпфру́т (лат. Cītrus paradīsi) — субтропическое вечнозелёное дерево; вид рода Цитрус семейства Рутовые (Rutaceae). Первым поведал миру о грейпфруте валлийский ботаник-священник Гриффитс Хьюджес в 1750 г. Он назвал фрукт «запретным плодом». Позднее грейпфрут стали называть «маленьким шеддоком» из-за его сходства с помело, которое тогда называли шеддоком (по фамилии английского капитана Шеддока, завёзшего его в XVII веке на остров Барбадос), а в 1814 г. на Ямайке торговцы переименовали плод в грейпфрут. Является случайным гибридом помело и апельсина. После 1880 г. начался быстрый рост промышленного производства этой культуры в США, затем в странах Карибского бассейна, Бразилии, Израиле и ЮАР. В XX веке грейпфрут занял ведущее место на мировом фруктовом рынке.
Внешне плоды грейпфрута схожи с плодами апельсина, но их мякоть кислее и с привкусом горечи. Несмотря на это, в энциклопедиях их относят к диетическим плодам. Впоследствии на основе грейпфрута селекционерами были созданы танжело (гибрид Citrus paradisi x Citrus reticulata, 1905) и минеола (разновидность танжело, производное мандарина сорта Dancy и грейпфрута сорта Duncan, 1931).
Название образовано от англ. grape (виноград) и fruit (фрукт), так как плоды грейпфрута часто собираются в грозди, напоминая тем самым грозди винограда. Растение принимали за помело до 1830-х, когда ему было присвоено латинское название Citrus paradisi.
Существует около 20 сортов грейпфрута, которые можно разделить на две основные группы: белые (или жёлтые) грейпфруты, с мякотью желтоватого оттенка, и красные. Причём, чем больше красного оттенка содержит мякоть грейпфрута, тем она слаще.
- Красный апельсин, также Кровавый апельсин (лат. Citrus sinensis) — разновидность апельсина кроваво-красного цвета. Такой цвет ему придаёт наличие антоцианов, пигментов, довольно часто встречающихся в цветах и фруктах, но несвойственных цитрусовым. Степень окрашивания также зависит от температуры, освещения и сорта. Плод, как правило, меньше апельсина, имеет ребристую поверхность и почти не содержит косточек. Является естественной мутацией обычного апельсина, который в свою очередь является гибридом помело и мандарина.
Первые посадки кровавых апельсинов появились на Сицилии, а со временем большую популярность они получили в США. У данного сорта есть три разновидности: Тарокко (родом из Италии), Сангуинелло (родом из Испании) и Моро, являющийся самым новым из трёх. Как и все цитрусовые, кровавый апельсин богат витамином C. Содержащиеся в них антоцианы являются антиоксидантами, снижающими риск многих возрастных заболеваний, в том числе заболеваний сердечно-сосудистой системы. Они также уменьшают риск появления катаракты и выводят холестерин из организма. Помимо этого кровавые апельсины являются хорошим источником железа, кальция и витамина A. В кулинарии кровавые апельсины используют для приготовления салата и коктейлей и производства мармелада и шербета.
- Мандари́н (лат. Cītrus reticulāta) — вечнозелёное растение, вид рода Цитрус (Citrus) семейства Рутовые (Rutaceae); это же слово обозначает плод этого растения. Слово «мандарин» заимствовано из испанского языка. Испанское название mandarino образовано от se mondar («легко очищаться») и содержит указание на свойство кожуры плода легко отделяться от мякоти.
Родом из южного Китая и Кохинхины; в дикорастущем состоянии неизвестен. В Европу завезён только в начале XIX века. В Индии, странах Индокитая, Китае, Южной Корее и Японии — самая распространённая культура цитрусовых. Широко культивируется также по всему Средиземноморью — в Испании, южной Франции, Марокко, Алжире, Египте, Турции; выращивается в Абхазии, Азербайджане и Грузии, а также в США (Флорида), Бразилии и Аргентине. На территории бывшего СССР мандарины выращивают в Закавказье, в основном на черноморском побережье, в Абхазии и в районе Сочи, которые считаются самыми северными в мире районами их культивирования. В небольших количествах мандарины возделываются в Ленкоранском районе Азербайджана.
Мякоть плодов содержит сахара, органические кислоты (лимонную и другие — до 0,6—1,1 %), витамины (тиамин, рибофлавин, аскорбиновая кислота, рутин) и фитонциды. В кожуре обнаружено до 1—2 % эфирного (мандариновое) масла, оранжевые и жёлтые пигменты, среди них каротин. В состав эфирного масла входят α-лимонен, цитраль, каприловый и другие альдегиды, спирты, метиловый эфир антраниловой кислоты, который придаёт мандариновому маслу, плодам, листьям и молодым побегам своеобразный вкус и запах.
Мандарины являются ценным диетическим продуктом, повышающим аппетит, улучшающим обменные процессы и насыщающим организм витаминами в зимнее время. Мандарины и мандариновый сок оказывают на организм общеукрепляющее действие, способствуют пищеварению, а благодаря фитонцидным свойствам оказывают антимикробное действие. Фитонцидная активность сока проявляется в его действии на патогенные грибы, вызывающие некоторые кожные заболевания.
- Поме́ло ( Помпе́льмус или Шеддок) (лат. Cītrus māxima) — вид растений из рода Цитрус; так же называют и плоды этого растения. Вечнозелёное дерево высотой до 15 м с шаровидной кроной. Листья крупные, цветки белые, диаметром от 3 до 7 см, одиночные или от двух до десяти в соцветии. Плод покрыт толстой кожурой, разделён на крупные дольки, уплотнённой жестковатой перегородкой, внутри каждой дольки могут быть семена. Цвет зрелых плодов — от бледно-зелёного до жёлтого, по размеру они крупнее грейпфрута, отличаются от него также более крупными, упругими волокнами. Плод помело — самый крупный среди цитрусовых. Масса плода может достигать 10 кг, диаметр — 30 см. Вкус кисловато-сладкий с привкусом горечи. Мякоть помело более сухая, чем у других цитрусовых.
Помело первоначально появился в юго-восточной Азии, Малайзии, произрастал на островах Тонга и Фиджи. В Китае был известен ещё в 100 году до н. э. Завезли этот фрукт в Европу в XIV веке мореплаватели. Помело иногда называют шеддоком в честь английского капитана Шеддока, который привёз семена помело в Вест-Индию с Малайского архипелага в XVII веке. В настоящее время выращивается в южном Китае, Таиланде, на Тайване и юге Японии, во Вьетнаме, Индии, Индонезии, на острове Таити и в Израиле. В небольших количествах произрастает в очень многих странах, например, в США (в Калифорнии).
II. Практическая частьII.1. Титрование как метод количественного анализа
Для анализа содержания витамина С нами был выбран метод титрования.
Титрование – определение концентрации раствора добавлением к нему другого раствора известной концентрации. Титрующий раствор (титрант) приливают в исследуемый раствор до тех пор, пока не завершится химическая реакция между растворами. С помощью пипеток отмеривают и переносят определённые объёмы растворов из одного сосуда в другой. Пипетка имеет вид стеклянной трубки с цилиндрическим расширением посередине. Применяют также измерительные градуированные пипетки.
Пипетку моют водопроводной водой, промывают дистиллированной водой и обязательно ополаскивают раствором, который будут отмеривать. Наполняют пипетку, засасывая в неё раствор и устанавливая нижний мениск на метке. Затем наполненную пипетку переносят в колбу для титрования и, держа почти вертикально, сливают необходимый раствор в колбу.
Как правило, содержание кислот определяется методом кислотно-основного титрования в присутствии индикатора. Конечная точка титрования – признак завершения титрования обнаруживается по изменению окраски индикатора. С помощью щелочи определить аскорбиновую кислоту невозможно, т.к. в разных плодовых соках кроме витамина С есть ещё множество других кислот – лимонная, яблочная, винная и другие. Однако у аскорбиновой кислоты есть свойство, которого нет у остальных кислот - быстрая реакция с йодом: C6H8O6 + I2 → C6H6O6 + 2HI
В основе йодометрического титрования лежат свойства йода и йодид-иона. Свободный йод ведет себя как окислитель: I2 + 2e → 2I–, айодид-ионы (I–) отдают свои электроны окислителям и играют роль восстановителей:
2I– + 2e → I20.
Если какой-нибудь восстановитель (в нашем случае аскорбиновую кислоту) титровать йодом в присутствии крахмала, то после окончания титрования избыточная капля йода вызовет неисчезающую синюю окраску.
II.2. Приготовление растворовДля определения витамина С в яблоках и цитрусовых необходимы следующие реактивы:
- 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. Однако, аскорбиновой кислоты в некоторых соках может быть настолько мало, что на титрование определенного объёма сока (например, 20 мл) уходит всего 1-2 капли йодной настойка. При этом ошибка анализа оказывается очень большой, поэтому нужно брать много сока либо разбавить йодную настойку. В обоих случаях число капель йода, израсходованных на титрование, увеличивается, и анализ будет точнее.
Для анализа фруктовых соков удобно к 1 мл йодной настойки добавить прокипячённой воды до общего объёма 40 мл, то есть разбавить настойку в 40 раз. Концентрация такого раствора будет около 0,005 моль/л; 1 мл его соответствует 0,875 мг аскорбиновой кислоты.
- Индикатор йодометрического титрования – коллоидный раствор крахмала. Для приготовления индикатора 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.
Прежде чем приступить к анализу сока, следует потренироваться на растворе, в котором содержание витамина С уже известно. Лучше всего подходит аскорбиновая кислота в таблетках – её продают в аптеках. Одна таблетка содержит 0,1 или 0,5 г чистого витамина. Растворим её 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 и осторожно, по каплям, добавляем из пипетки разбавленный раствор йода, постоянно взбалтывая содержимое. Внимательно считаем капли и следим за цветом раствора. Как только вся аскорбиновая кислота прореагирует с йодом, следующая его капля окрасит раствор в синий цвет.
Титрование надо вести до появления устойчивого синего окрашивания. Определив число капель и, следовательно, объём израсходованного раствора йода, можно легко рассчитать, сколько аскорбиновой кислоты было с самого начала. В нашем случае на титрование ушло 6 мл раствора йода. Следовательно, аскорбиновой кислоты в растворе было 0,88∙6 = 5,28 мг, а в исходной таблетке – в 20 раз больше, то есть 105,6 мг. Если таблетка содержала 0,1 г (100 мг) аскорбиновой кислоты, то это означает, что погрешность анализа составляет около 5 %.
II. 3.Методика расчётов.
1. Расчёт количества капель раствора йода в 1 мл. В 1 мл раствора йода
содержится 75 капель. Расчёт объёма одной капли раствора йода:
1 мл • 1 капля
КР = -------------------- = 0,013 мл
капель
2. Расчёт объёма раствора йода, необходимого для окисления
аскорбиновой кислоты, содержащейся в соке, полученном из пробы:
У = 0,013 (мл) • N (число капель)
3. Расчёт объёма раствора йода, необходимого для титрования целого
очищенного плода:
М • У
Х1 = -----------
m , где М – масса целого очищенного плода;
У – объём раствора йода, затраченного на титрование
сока, полученного из пробы;
m – масса пробы.
4. Расчёт массы аскорбиновой кислоты, содержащейся в целом плоде:
Х2 = Х1 • 0, 875 мг , где Х1 – объём раствора йода, необходимого для
титрования целого очищенного плода;
0, 875 – количество аскорбиновой кислоты,
соответствующий затрате 1 мл раствора йода.
5. Расчёт массы аскорбиновой кислоты, содержащейся в 100 г
мякоти изучаемого фрукта:
Х2 • 100
Х3 = -------------
М , где Х2 -масса аскорбиновой кислоты, содержащейся
в целом очищенном плоде;
М - масса целого очищенного плода.
II. 4. Определение содержания витамина С в цитрусовых
Исследования проводились в период с января по март 2016 г. Для изучения были взяты фрукты, продававшиеся в различных торговых точках в районе места жительства. Мандарины из одной и той же страны приобретались в разных точках, затем были взяты средние значения массы плодов и проб (для получения более точного результата, поскольку именно мандарины были названы учащимися в качестве любимых фруктов чаще всего).
Последовательность работы:
Взвесить взятый для исследований фрукт.
Очистить от кожуры, удалить семена и взвесить ещё раз.
Отделить несколько долек, ножом из нержавеющей стали очистить от плёнок, взвесить пробу. Результаты взвешивания занести в таблицу (Приложение 4).
С помощью пестика и ступки выдавить сок.
Отмерить 20 мл сока и разбавить его водой до объёма 100 мл.
Добавить 3 мл раствора крахмала.
Титровать смесь раствором йода до появления устойчивого синего окрашивания, не исчезающего в течение 10–15 с.
II. 5.Результаты исследования
А) Результаты титрования
Рисунок 1. Содержание витамина С в 100 г мякоти плода исследованных
цитрусовых (в мг)
Для сравнения: согласно литературным данным, содержание витамина С составляет: в мандаринах 25 – 40 мг на 100 г, в апельсинах 53 – 60, в лимонах около 50, в грейпфрутах 30 – 45, в помело 30 – 55 мг на 100 г. Полученные нами данные отличаются от имеющихся в литературе в меньшую сторону. Это можно объяснить погрешностью при проведении эксперимента, а также различием условий произрастания фруктов, условий и длительности их хранения.
Тем не менее, сравнительный анализ полученных данных (Приложение 4) показывает, что содержание витамина С наиболее велико в соке красного апельсина, лимона и марокканских мандаринов. Следует отметить, что результаты исследования красного апельсина вызывают сомнение, так как насыщенная окраска сока упомянутого фрукта создаёт трудности при определении изменения цвета раствора-индикатора.
Существует мнение, что железным ножом нельзя резать фрукты или протирать их с помощью железных тёрок – от этого витамин С разрушается. Мы решили проверить так ли это, подержав пробу 2 часа в металлической посуде. Оттитрованная после этого проба содержала 13,6 мг витамина С – (на 13,4% меньше по сравнению с 15,7 мг исходного материала). Кроме того, известно, что витамин С разрушается при нагревании в открытом сосуде. Прокипятив пробу и оттитровав её, мы получили доказательства этому: в ней содержалось всего 12,3 мг витамина С (78% от исходного количества).
Б) Результаты анкетирования
Всего было опрошено 72 человека – учащиеся 6,8 и 10 классов БОУ г. Омска «СОШ №14 с УИОП» (вопросы анкеты приведены в Приложении 1).
Было выявлено следующее:
- на вопрос «Употребляете ли вы в пищу цитрусовые?» 96% опрошенных
ответили положительно;
- «Как часто вы употребляете в пищу цитрусовые?»
Происходит это с различной степенью регулярности: ежедневно - 21%, еженедельно – 18%, нерегулярно - 32%, часто – 23%, редко - 6%.
- учащиеся отдают предпочтение разным видам цитрусовых: выбирают мандарины - 56%, апельсины - 31%, грейпфруты - 7%, помело - 3%, лимон – 3%.
- При ответе на вопрос о пользе цитрусовых мнения разделились. Чаще всего упоминалось высокое содержание витаминов, особенно витамина С, питательность, позитивный цвет и аромат.
- В качестве источника информации о пользе фруктов чаще всего называли родителей, семью (52%), телевидение (13%), уроки в школе (23%), Интернет (9%) и книги (3%).
- Около 88% опрошенных хотели бы повысить уровень своих знаний о фруктах и продуктах питания вообще.
Выводы и рекомендации
На основании результатов проведённых исследований были сделаны следующие выводы:
1. Освоенный метод даёт возможность узнать содержание витамина в различных сортах фруктов. Конечно, полученные результаты достаточно приблизительны, поскольку содержание витамина зависит от сорта растения, условий его роста и т.д. Однако, зная содержание интересующего вещества в различных продуктах, можно ориентировочно определить, сколько аскорбиновой кислоты организм получает в сутки и скорректировать рацион.
2. Наиболее значимым источником витамина С из цитрусовых могут служить красные апельсины, лимоны и марокканские мандарины.
3. Витамин С неустойчив и легко разрушается в присутствии соединений железа и при тепловой обработке.
Рекомендации:
- Чаще использовать в пищу цитрусовые, поскольку они действительно являются источником витамина С.
- Ознакомить учащихся с результатами данных исследований.
- Проводить разнообразную просветительскую работу по данному вопросу среди учащихся, особенно среди школьников младшего и среднего звена с целью повышения уровня их осведомлённости в вопросах правильного питания и здорового образа жизни.
Библиографический список
Леенсон И.А., Занимательная химия – М.: «Росмэн», 2003.
Ольгин О.А. Опыты без взрывов. – М.: «Химия», 2001.
Романовский В.Е, Синькова Е.А. Витамины и витаминотерапия // Медицина для вас. Ростов н/Д.: «Феникс», 2000.
Скурихин И.М., Нечаев А.П. - Все о пище с точки зрения химика. – М.: «Высшая школа», 2002.
Цитович И.К. Аналитическая химия. – М.: «Колос», 1999.
http://www.chem.msu.su/rus/journals/chemlife/2001/vitc.html
http://www.sunduk.ru/Encycl/ChemFood/C012.htm
http://www.sunhome.ru/journal/1725
http://www.leovit.ru/vitaminc.html
http://www.alphavit.ru/regulations/normy/index.shtml#adalts
https://ru.wikipedia.org/
Приложение 1.
Анкета
1. Вы употребляете в пищу цитрусовые? (да – нет)
2. Как часто вы употребляете в пищу цитрусовые?
(каждый день, раз в неделю, когда как и т.д.)
3. Какие виды цитрусовых любите больше всего?
4. Чем, по-вашему, полезны цитрусовые?
5. Откуда вы получили информацию о пользе этих фруктов?
(книги, интернет, узнал от родителей, учителя и т. д.)
6. Хотели бы вы узнать о значении названных фруктов больше?
Приложение 2.
Этапы проведения исследований
Рис. 1. Объекты исследования.
Приложение 2 (продолжение).
Этапы проведения исследований
Рис. 2. Выполнение работы.
Приложение 3. Результаты исследований
Рис. 3. Результат титрования сока апельсина и грейпфрута.
Рис. 4. Результат титрования сока лимона и помело.
Приложение 3 (продолжение). Результаты исследований
Рис. 5. Результат титрования сока мандаринов (Пакистан).
Рис. 6. Результат титрования сока мандаринов (КНР).
Рис. 7. Результат титрования сока мандаринов (Марокко).