V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Экологически чистые местные фрукты и овощи или плоды цитрусовых растений - кладезь витамина С ?
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В зимний период многие люди часто болею простудными заболеваниями, и врачи для повышения иммунитета советуют им употреблять в пищу растительные продукты, содержащие витамины, особенно витамин С. Издавна считалось, что, богаты витамином С плоды цитрусовых растений. Однако в условиях назревающего экономического кризиса из-за нехватки средств, покупать их становится все труднее. Да и об экологической безопасности привезенных цитрусовых плодов стоит задуматься.
Зная, что одно из важнейших условий крепкого здоровья и молодости – рациональное и качественное питание, мы выдвинули гипотезу: если в нашей местности есть растительные объекты, богатые по содержанию аскорбиновой кислотой, то они могут составить альтернативу « заморским» цитрусовым. Объектом исследования стал витамин С. Предметом исследования – плоды цитрусовых растений, овощи и фрукты, ягоды растений, произрастающих в нашем регионе.
Определили цель исследовательской работы: выявить, в каких овощах и фруктах, выращиваемых в нашем регионе, содержание витамина С соответствует его количеству в плодах цитрусовых растений.
Для достижения данной цели выдвинули следующие задачи:
1.Изучит научную литературу.
2.Исследовать образцы растительных продуктов на количественное содержание витамина С.
3.Составить памятку «Полезные советы».
Для решения поставленных задач использовали следующие методы:
анализ;
эксперимент;
наблюдение;
сравнение.
Почему мы выбрали данную тему? Да потому, что для определения качества пищи, нам интересно знать, что мы действительно употребляем экологически безопасные продукты и полезные по витаминному содержанию для организма.
В данной работе говорится об истории открытия витамина С, его свойствах, значении для организма человека; рассматривается методика количественного определения витамина С в продуктах питания.
Практическая значимостьработы заключается в том, что результаты исследовательской работы могут быть использованы для проведения занятий внеурочной деятельности, родительских собраний.
Глава 1. Витамин С
1.1. История изучения
Учёные ёще в 17 веке наблюдали, что у «человека при длительном скудном и однообразном питании могут возникать опасные болезни (цинга, рахит, и др.), часто заканчивающиеся смертельным исходом.»[2] Во второй половине 19 века у ученых не было сомнений, что сходные с человеком симптомы болезней наблюдаются у ряда домашних животных. Для выяснения причин возникновения этих опасных болезней был проведен ряд исследований, в основе которых лежало применение различных искусственно составленных пищевых смесей. Одна из первых попыток кормления животных искусственными пищевыми смесями была предпринята российским ученым Н. И. Луниными. «Он в 1881 г. произвёл опыты над двумя группами мышей. Одних он кормил натуральным молоком, а других – искусственной смесью, куда входили белки, жиры, углеводы, соли и вода, в тех же пропорциях, что и в молоке. Животные второй группы вскоре погибли. Он пришел к заключению, что для поддержания нормального физиологического состояния организма необходимы какие-то неизвестные вещества, содержащиеся в молоке.»[10] Однако это заключение получило общее признание много позднее, когда были открыты вещества, на наличие которых указал Н.И. Лунин. «В 1912 польский ученый К. Функ выделил из рисовых отрубей вещество, излечивающее от бери-бери, и назвал его витамином.»[5] Исследования К. Функа послужили началом всестороннего широкого изучения витаминов.
«Витамины – это биологически активные органические соединения, относящиеся к группе жизненно-важных незаменимых пищевых факторов, требующихся организму в очень небольших количествах.»[12]
Так как первоначально химическая природа витаминов была неизвестна, и их различали только по характеру физиологического действия, «было предложено обозначать витамины буквами латинского алфавита А, В, С, Д, Е, К, Р, РР.»[9] Этот ряд букв часто называют «чудесной азбукой здоровья.»[10]
Среди всех витаминов одним из уникальных является витамин С.Открытие витамина С связано с лечением цинги. «Цинга или скорбут («язва во рту») известна с давних времён. Отважные путешественники и мореплаватели прошлых столетий, которым приходилось подолгу обходиться без свежих продуктов, овощей, часто страдали мучительной болезнью. Разбухали или кровоточили дёсны, отекало лицо, чувствовалась общая слабость, ощущались невыносимые боли в мышцах, суставах, под кожей лопались сосуды, тело покрывалось кровоподтёками.»[6] Известно, «что в команде Васко Да Гама, открывшего в XV в. морской путь из Европы в Индию вокруг Африки, от цинги погибло более 100 моряков из 160. «Цинга на суше была «в значительной степени сезонной болезнью, появляющейся зимой и исчезающей с приходом весны, так как овощей и фруктов всегда бывает в недостатке в зимние месяцы.» [9]
После того, как было сформулировано представление о витаминах, у учёных возникла предположение, что цинга есть следствие отсутствия витамина, находящегося в овощах и фруктах. «Любопытной особенностью цинги является то, что человек может хорошо питаться с точки зрения количества потребляемой пищи и даже иметь избыточный вес и все-таки быть безнадежно больным. Медик, британской флотилии Гилберт Блейн, писал :…цингу, одну из основных болезней, которыми страдают моряки, можно надежно предотвращать и излечивать овощами и фруктами, в частности, лимонами и апельсинами.»[7]
Впервые «витамин С был выделен в 1923 г. С. Зильва из лимонного сока.»[4]
До сегодняшнего дня является спорным вопрос о том, кому принадлежат лавры первооткрывателя.
1.2.Характеристика витамина С
Витамин С является простейшим среди витаминов. Он легко растворим в воде. «По выполняемой функции аскорбиновая кислота является наиболее важным для организма витамином.»[7]
«Основными и надёжными поставщиками витамина С являются продукты растительного происхождения: апельсины, лимоны, мандарины, капуста, красный перец, картофель, печенный «в мундире», ягоды шиповника и чёрной смородины.»[11] Все перечисленные – это в основном растения, имеющие кислый вкус. Витамин С из естественных источников действует намного эффективней, чем синтезируемый.
Витамин С очень нестойкий. Он разлагается при высокой температуре (свыше 60 градусов), при соприкосновении с металлами, при долгом вымачивании овощей переходит в воду, быстро окисляется. Следует помнить, «что при готовке первых, вторых блюд, соков, компотов и варенья аскорбиновая кислота значительно разрушается. Разрушается она при мелкой резке овощей, при повторном разогреве блюд, особенно в медной посуде. При хранении овощей, фруктов и ягод содержание витамина С быстро уменьшается. Через 2-3 месяца хранения в большинстве растительных продуктов витамин С наполовину разрушается. В свежей и квашенной капусте в зимний период сохраняется больше витамина С, чем в других овощах и фруктах.»[5]
Следует отметить, «что овощи, приготовленные в микроволновой печи, сохраняют гораздо больше витамина С, чем приготовленные обычным способом. Это может объяснить сокращение времени кулинарной обработки продукта.»[2]
Отдельные растения, плоды и даже отдельные семена могут значительно различаться между собой по содержанию витаминов. Так, «например, аскорбиновая кислота сконцентрирована в листьях и плодах, подземные части растений содержат ее мало. Концентрация аскорбиновой кислоты больше в листьях верхних ярусов, чем в нижних. Наружные слои плодов, кочанов или корнеплодов содержат ее больше, чем внутренние. Мелкие плоды и кочаны обычно содержат аскорбиновой кислоты больше, чем крупные, что вероятно, определяется степенью их зрелости, некоторое значение приписывают и относительной величине поверхности плодов, освещаемой солнцем, которая больше у мелких плодов.»[6]
1.3.Значение для организма человека
Среди высших организмов лишь очень немногие не способны к биосинтезу витамина С: рыбы, насекомые, некоторые виды птиц, приматы. К ним относится и человек «начиная с рождения (человеческое молоко содержит до 5 мг аскорбиновой кислоты в зависимости от питания матери) и до самой смерти, мы зависим от поступления витамина С в основном с овощами и фруктами.»[9]
Витамин С (аскорбиновая кислота) повышает защитные силы организма, ограничивает возможность заболеваний дыхательных путей, улучшает эластичность сосудов (нормализует проницаемость капилляров). Витамин С оказывает благоприятное действие на функции центральной нервной системы, стимулирует деятельность эндокринных желез, способствует лучшему усвоению железа и нормальному кроветворению, препятствует образованию канцерогенов. «Большие дозы полезны для больных сахарным диабетом, заядлых курильщиков, для пожилых людей с пониженной способностью пищеварительного тракта всасывать витамины. Витамин С способствует росту и здоровому развитию клеток и улучшает усвоение кальция.»[6] Большие количества витамина С расходуются организмом в процессе борьбы с болезнью или инфекцией, при заживлении раны или восстановлении после операции. Аскорбиновую кислоту назначают при инфекционных заболеваниях, лихорадочных состояниях. Витамин С повышает сопротивляемость организма инфекционным заболеваниям. Убеждают в этом следующие опыты. «Разным группам морских свинок в течение месяца давали разные дозы витамина С. Через месяц их заразили дифтерией. Оказалось, что быстрее заболевали и слабее боролись с инфекцией те свинки, которые получили мало витамина С. Свинки, получившие большие дозы витамина, быстро справлялись с болезнью. При повторном заражении через пол года они не заболели – у них выработался иммунитет.»[10] «Также витамин С участвует в восстановлении и сохранения здоровья хрящей, костей, зубов и десен, он помогает предотвратить образование тромбов и гематом.»[5] Кроме того, витамин С необходим для синтеза коллагена, межклеточного «цемента», который склеивает ткани, он участвует в образовании кожи, рубцовой ткани, сухожилий, связок и кровеносных сосудов. Более того, витамин С предотвращает авитаминоз, укрепляет иммунитет к инфекции и помогает избежать простудных заболеваний. По мнению доктора Linus Pauling, главного специалиста по витамину С, «он также на 75% уменьшает риск заболевания некоторыми типами рака.»[6]
При дефиците витамина С у человека развивается цинга, основными признаками которой являются: «поражения кровеносной системы, воспаление ротовой полости, кровотечение дёсен, кариес, расшатывание и выпадение зубов, депрессия, не заживающие раны, не срастающиеся переломы, раздражительность, боли в суставах, общее недомогание и утомляемость, гиперкератоз волосяных фолликул, сопровождающийся закручиванием волос и образованием на коже, вокруг них, розовых ободков.»[3]
«Суточная потребность в витамине С составляет для взрослого 80-108 мг., для детей до 10 лет- вдвое меньше, беременным и кормящим женщинам 70-80мг., детей первого года жизни 30-40мг.»[6]
Поклонники витаминов в таблетках могут столкнуться с повреждениями пищевода.
Глава II. Экспериментальные исследования
2.1. Количественное определение витамина С
Для количественного определения содержания витамина С воспользуемся характерной особенностью аскорбиновой кислоты – «лёгкостью её окисления.»[1]
Для анализа используем ещё более сильный окислитель – йод. «Анализ выполняют методом титрования. Для этого к раствору витамина С добавляем раствор йода известной концентрации, до тех пор, пока определяемое вещество не прореагирует полностью. В этот момент происходит изменение цвета раствора. Зная количество йода можно рассчитать количество витамина С. Для титрования используем аптечный спиртовой раствор йода 5%-ной концентрации.»[8] Йодный метод (йодиметрия) даёт достаточно полное представление о содержании витамина С в продуктах.
Анализ основывается на взаимодействии витамина С с йодом. «Раствор йода способен окислять аскорбиновую кислоту.»[8]
Для определения конечной точки титрования в йодиметрии применяют различные способы фиксации. Мы воспользуемся индикаторным способом. В качестве индикатора применяют свежеприготовленный (обычно1 % - ный) раствор крахмала, который окрашивается в синий цвет в присутствии даже следовых количеств йода. Титрование ведут до появления неисчезающей синей окраски раствора в течение 15 секунд. На практике для приготовления раствора крахмала:
1)Взвешиваем на весах 1г крахмала.
2)Смешиваем крахмал с 5мл дистиллированной воды.
3)Полученную кашицу прибавляем к 100мл. кипящей воды при постоянном перемешивании, кипятим 2 мин.
4) Полученный раствор крахмала охлаждаем до комнатной температуры.
Раствор можно использовать для опытов в течение 3 дней.»[8] Для проведения титрования необходимо соблюдать ряд условий, важнейшими из которых являются следующие: «титрование раствором йода следует проводить на холоде во избежание улетучивания йода, так как обычно применяемый в качестве индикатора крахмал становится менее чувствительным при повышении температуры.»[8]
Прежде чем приступить к анализу витамина С в фруктах, овощах, ягодах и продуктах «проведём количественное определение чистой аптечной аскорбиновой кислоты в растворе.»[1]
Ход работы:
Растворим 0,5 г аптечной аскорбиновой кислоты в 500 мл воды.
Отберём 25 мл раствора в колбу.
Добавим в раствор100 мл воды
Добавим в колбу с раствором 2 мл крахмала
Проведём титрование аптечным спиртовым раствором йода 5%-ной концентрацией. Осторожно по каплям прибавляем из аптечной пипетки раствор йода в колбу. Постоянно взбалтываем содержимое в колбе. Внимательно считаем капли и следим за цветом раствора.
Как только йод окислит всю аскорбиновую кислоту, следующая его капля, прореагировав с крахмалом, окрасит раствор в синий цвет. Это означает, что наша операция – титрование – закончена.
На титровании аптечной аскорбиновой кислоты ушла 41 капля аптечного раствора йода. В 1 мл. раствора йода содержится 37 капель йода из аптечной пипетки. Определим количество аскорбиновой кислоты, если известно, что «1мл 5%-ного раствора идёт на титрование 35грамм аскорбиновой кислоты.»[8] Один мл. раствора йода соответствует 37 капелям йода из аптечной пипетки. Объём 41 капли раствора йода равен 1,1 мл. Количество аскорбиновой кислоты в растворе – 38,5 мг.
2.2. Количественное определение витамина С в продуктах питания
Опыт№1. Определение количества витамина С в плодах цитрусовых растений
Ход исследовательской работы: (приложение 1)
«Отмерим 10 мл только что выжатого сока апельсина
Разбавим сок водой до объёма 50 мл.
Поместим сок в колбу для титрования.
Добавим в колбу 3 капли раствора крахмала.
Выполним титрование пробы, добавляя в колбу с пробой, осторожно по каплям из аптечной пипетки, раствор йода (5%) до появления устойчивого синего окрашивания, не исчезающего в течение 15 секунд (приложение1)
«Титрование проводим 3 раза и находим средний объём раствора йода, пошедший на титрование.»[8]
Проводим расчёты.
Результаты работы по определению содержания витамина С в плодах цитрусовых растений приведены в таблице№ 1(приложение 2).
Анализ, результатов показал, что плоды цитрусовых растений, действительно богаты витамином С, особенно лимоны.
Опыт№2.Определение витамина С в домашних овощах, фруктах, ягодах, продуктах
Работу проводят с соком, полученным из домашних растительных образцов овощей, фруктов, ягод (приложение3). Для этого исследуемые образцы пропускаем через мясорубку. Полученную массу отжимаем через полотно. Исследуем полученный сок.
Ход исследовательской работы:
Отмеряем 10 мл сока, исследуемого образца.
Разбавляем сок водой до 50 мл.
Помещаем сок в колбу для титрования.
Добавляем в раствор пробы 3 капли раствора крахмала.
Добавляем в раствор пробы по каплям раствор 5%-ного йода до появления тёмно-синей окраски.
Титрование проводим три раза и находим средний объём раствора йода, пошедший на титрование.
Проводим расчёты.
Результаты работы по определению количества витамина С в домашних овощах, фруктах, ягодах приведены в таблице №2 (приложение 4).
Анализ результатов показал, что объектами со значительным содержанием витамина С являются продукты, полученные из растений: чёрная смородина, терн, свежая и квашенная капуста, картофель, клубника, вишня.
Опыт №3.Определение количества витамина С в плодах чёрной смородины и вишни, хранившихся в различных условиях
Для исследовательской работы мы использовали плоды чёрной смородины и вишни, хранившиеся в морозильной камере и плоды чёрной смородины и вишни, засыпанные сахаром в стеклянной таре.
Данные исследовательской работы представлены в таблице №3 (приложение 5). Анализ результатов исследований показал, что в ягодах, подвергавшихся заморозке, сохранность витамина С лучше. Объяснить данный факт можно тем, что понижение температуры замедляет процессы окисления аскорбиновой кислоты в продуктах. Делаем вывод: на содержание витамина С в пищевых продуктах значительное влияние оказывают способы их хранения.
Опыт№ 4. Определение количества витамина С в сыром картофеле и в картофеле, подвергшемся термической обработке
Исследования проводили с образцами сырого, вареного и печеного картофеля.
Ход исследовательской работы:
1. «Для работы брали навеску картофеля массой 10г.
2.Картофель растирали пестиком в ступке,
3.Помещали в колбу, разбавляя водой до 50 мл
4.Добавляли 5 капель раствора крахмала в колбу с пробой
5.Проводили титрование 5%-ным раствором йода.»[3]
Результаты исследований приведены в таблице№4(приложение 6). Анализ результатов исследований показал: при варке очищенного картофеля теряется значительная часть витамина С, вследствие того, что витамин С легко переходит в воду, так как хорошо в ней растворяется;
погружение картофеля при варке в горячую воду способствует сохранению витамина С;
в печённом в газовой духовке картофеле витамина С сохраняется больше, так как не используется вода;
в картофеле, приготовленном в микроволновой печи витамина С сохраняется значительно больше, так как сокращается время термической обработки.
Делаем вывод: термическая обработка продуктов приводит к снижению в них содержания аскорбиновой кислоты. Варка картофеля в кожуре сохраняет потери витамина С почти в два раза.
Заключение
Сравнительный анализ содержания витамина С в растительных объектах показал, что плоды цитрусовых растений действительно богаты витамином С, особенно лимоны.
Исследование содержания витамина С в более доступных домашних, экологически безопасных продуктах питания, показало, что альтернативу дорогим „заморским” фруктам у нас в средней полосе России вполне могут составить продукты питания, полученные из растений, выращенных на своем приусадебном участке: чёрная смородина, клубника, вишня, картофель, капуста, на которые мало кто обращает внимания.
Витамин С - очень нестойкий витамин, который легко разрушается при высокой температуре, и длительном хранении, поэтому в процессе термической обработкии заготовки продукта, следует соблюдать осторожность, чтобы свести к минимуму его потери.
По итогам рабаты была составлена памятка «Полезные советы» (приложение 7).
Данные нашей работы были доведены до сведения учащихся нашей школы на занятиях внеурочной деятельности «Разговор о здоровье и правильном питании» с целью укрепления их здоровья.
Список литературы
Аликберова Л.Ю. Полезная химия. - М.: Дрофа, 2006, с 101
Анастасава Л.П. Формирование здорового образа жизни подростков на уроках биологии. - М.: Вентана – Граф, 2007, с 67
Березов Т.Т. Биологическая химия. - М.: Медицина, 2004, с 420
Веселовский К.Б. Витамины: справочное руководство. - М.: АИРО-XXI, 2014, с 574
Горбачев В.В. Витамины. Макро и микроэлементы: справочник. –М.: Медицинская книга, 2011, с 428
Зверев И. Д. Книга для чтения по анатомии, физиологии и гигиене человека. – М.: Просвещение, 1989, с 138
Коденцова В.М. Витамины. - М.: Медицинское информационное агенство, 2015, с 400
Куприянова Н.С. Лабораторно – химические работы по химии.- М.: Гуманитар, 2007, с 219
Михеенко А.И. Рациональное и здоровое питание. - Ростов- на Дону: Феникс, 2015, с 191
Спиречев В.А. Что могут витамины. -М.: АСТ-Пресс Книга, 2013. с 288
Тырсин Ю.А. Секреты правильного питания. Минералы и витамины, вода. -М.: Дели плюс, 2014, С 270
Штремплер Г.И. Школьный словарь химических понятий и терминов.- М.: Дрофа, 2007, с 176
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Опыт №1. Определение витамина С в плодах цитрусовых растений.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Таблица №1.Содержание витамина С в плодах цитрусовых растений
|
Наименование продукта |
Количество капель раствора йода |
Объём раствора йода в мл. (средний) |
Содержание витаминаС (мл./10 г.) |
|
Апельсины |
7 |
0,19 |
67 |
|
Лимоны |
8 |
0,22 |
77 |
|
Мандарины с косточками |
5 |
0,14 |
49 |
|
Мандарины без косточек |
6 |
0,16 |
56 |
|
Грейпфрут |
5 |
0,14 |
49 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Опыт №2. Определение количества витамина С в домашних овощах, фруктах, ягодах, продуктах.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Таблица №2. Содержание витамина С в местных овощах, фруктах, ягодах, продуктах
|
Наименование продукта |
Количество капель спиртового 5% раствора йода |
Объём раствора йода в мл (средний) |
Содержание витамина С (мл./10 г.) |
|
Капуста белок. свежая |
6 |
0,16 |
56 |
|
Капуста квашеная |
4 |
0,11 |
39 |
|
Морковь |
2 |
0,05 |
18 |
|
Свекла |
2,5 |
0,07 |
7,25 |
|
Терн |
6 |
0,16 |
56 |
|
Чёрная смородина (засып. сахаром) |
15 |
0,41 |
144 |
|
Вишня (засып. сахаром) |
3 |
0,08 |
28 |
|
Клубника (заморож) |
5 |
0,14 |
49 |
|
Яблоки зелёные |
3 |
0,08 |
28 |
|
Картофель свежий |
4,5 |
0,12 |
42 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Таблица№4. Содержание витамина С в домашних продуктах, замороженных и засыпанных сахаром
|
Наименование продукта |
Количество капель спиртового 5% раствора йода |
Объём раствора йода в мл (средний) |
Содержание витамина С (мл./10 г.) |
|
Смородина чёрная (заморож.) |
20 |
0,54 |
189 |
|
Смородина чёрная (засып. сахаром) |
16 |
0,43 |
151 |
|
Вишня (заморож.) |
5 |
0,14 |
49 |
|
Вишня (засып. сахаром) |
3 |
0,08 |
28 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Таблица №4. Содержание витамина С в картофеле
|
Продукты |
Исходная концентрация витамина С в сыром картофеле |
Количество капель 5% раствора йода |
Объем раствора йода (средний в мл) |
Содержание витамина С (мл/100г) |
|
Картофель, сваренный без кожуры (погруженный в холодную воду) |
42 |
1,5 |
0,04 |
14 |
|
Картофель, сваренный без кожуры (погруженный в горячую воду) |
42 |
2,5 |
0,07 |
25 |
|
Картофель, сваренный в кожуре |
42 |
3 |
0,08 |
28 |
|
Картофель испеченный в газ. духовке |
42 |
3,5 |
0,09 |
31 |
|
Картофель, приготовленный в микроволновой печи |
42 |
3,5 |
0,09 |
31 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Значительное количество витамина С содержится в лимонах (56 мл/ 100г ), поэтому в осенне-зимний период старайтесь употреблять напитки , добавляя дольку лимона.
Вы не можете употреблять в пищу по каким-либо причинам плоды цитрусовых. Знайте, что альтернативу им могут составить черная смородина, капуста, картофель.
Хорошо сохраняется витамин С в замороженных ягодах, квашеной капусте, моченых яблоках , поэтому в период авитаминоза старайтесь почаще употреблять в пищу не дорогостоящие витамины фрукты , которые могут быть сомнительного качества , а выращенные на вашем участке ягоды , квашеную капусту, моченые яблоки.
Когда вы решите приготовить картофель, советуем не задумываясь выбирайте запеченный в духовом шкафу ,потому что в нем сохраняется витамина С.
При варке овощей советуем вам опускать их в горячую воду, потому что витамин С сохраняется в них на 70%.
Рациональное питание и качественное питание- важнейшее условие сохранения крепкого здоровья.