Количественное определение аскорбиновой кислоты в овощах и фруктах методой йодометрии

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ШКОЛА № 2088

(ГБОУ Школа № 2088)

«Лабораторный химический анализ»

Возрастная категория 14-17 лет

Количественное определение аскорбиновой кислоты в овощах и фруктах методой йодометрии

Выполнили:

Шумаков Антон, 9 класс, возраст (15)

Руководитель команды:

Якуб Виктор Иванович

Учитель химии, телефон 89267107034,

эл. Почта: wiktor_86@mail.ru

Москва 2016

Введение

Из всех факторов, которые оказывают влияние на здоровье человека и от которых зависит его работоспособность, наиболее важным является рациональное питание. Рациональное питание включает оптимальное обеспечение организма энергией, пищевыми веществами для построения и обновления органов и тканей.

Недостаток или избыток питания способствуют нарушению жизнедеятельности организма. Результат несбалансированного питания—плохое самочувствие, быстрая утомляемость, истощение. Длительное нарушение принципов рационального питания сопровождается снижением защитных функций организма, развитием различного рода болезней, что в конечном итоге сказывается на продолжительности жизни. Избыточное питание приводит к нарушению обменных процессов в организме и нередко способствует возникновению заболеваний сердечно-сосудистой системы, органов пищеварения, опорно-двигательного аппарата и других органов.

Состав пищи сложен и разнообразен. В ней имеютсявитамины—низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, необходимые для осуществления важнейших процессов, протекающих в живом организме[1].

Одним из наиболее востребованных человеком витаминов является аскорбиновая кислота (витамин С). Суточная потребность в нёй составляет от 50 до 100 мг [2], а недостаток этого витамина наносит наибольший ущерб здоровью.

Цель работы: освоить методику определения содержания аскорбиновой кислоты в  овощах и фруктахметодом иодометрии.

Основные задачи:

1.Собрать, проанализировать и изучить литературные источники по теме исследования.

2.Провести качественное определения наличия аскорбиновой кислоты в продуктах питания

3.Определить содержание аскорбиновой кислоты в овощах и фруктах методом количественного анализа.

4.Проанализировать полученные результаты, сравнить полученные результаты с литературными данными.

Гипотеза. Действительно ли больше всего аскорбиновой кислоты содержат цитрусовые по сравнению с другими объектами исследования.

Объект исследования: овощи, фрукты; аскорбиновая кислота.

Предмет исследования – уровень содержания аскорбиновой кислоты в овощах, фруктах.

1. Аскорбиновая кислота, ее физиологическое действие, свойства и методы определения

1.1.Физиологическое действие аскорбиновой кислоты на организм

Аскорбиновая кислота была открыта в 1927 году венгерским учёным А.Сент-Дьёрдьи, который выделил её из апельсинового и капустного соков. Он назвал вещество гексуроновой кислотой, а когда в 1932 году были доказаны его противоцинготные свойства—аскорбиновой («против скорбута», от лат.скорбут—цинга).

Строение аскорбиновой кислоты было установлено в 1932-33 гг. Мишелем и Хирстом. Она находится в тесной структурной связи  с моносахаридами и является производным L-гулоновой кислоты (γ-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты):

Рисунок – 1 – Структурная формула аскорбиновой кислоты

Бесцветные кристаллы аскорбиновой кислоты хорошо растворимы в воде, хуже - в спирте, плохо – в глицерине и ацетоне.

Аскорбиновая кислота—сильный восстановитель и легко окисляется даже слабыми окислителями, превращаясь при этом в дегидроаскорбиновую кислоту. При взаимодействии с растворами щелочей она образует еноляты, с хлорангидридами высших жирных кислот – сложные эфиры, с катионами металлов (Ca2+, Mg2+ , Fe3+) – комплексы.

Аскорбиновая кислота участвует в процессах тканевого дыхания, вступая в окислительно-восстановительные реакции, активизирует процессы деления клеток и регенерации тканей, влияет на процессы биосинтеза белка и его состав, повышает иммунитет.

Аскорбиновая кислота не синтезируется в организме человека и должна поступать с пищей в необходимых количествах, хотя у большинства млекопитающих синтез витамина С не утрачен.

Аскорбиновая кислота, поступающая с пищей, практически полностью усваивается в тонком кишечнике. Излишки витамина С выводятся с мочой в течении нескольких часов.

Физиологическая роль и основные функции витамина С в организме человека:

• Принимает участие в синтезе коллагена, который является основным структурным белком соединительной ткани. Коллаген выполняет в соединительной ткани роли каркаса, словно металлическая основа в железобетоне.  При недостатке коллагена или нарушении его структуры прочность соединительной ткани уменьшается, а, значит, пострадает весь организм, поскольку соединительная ткань содержится во всех органах и системах.
• Участвует в синтезе норадреналина и серотонина, выполняющих важную роль в передаче нервных импульсов. В случае недостатка аскорбиновой кислоты может нарушиться образование и этих трансмиттеров, что негативно скажется на функционировании нервной системы. Например, пониженный уровень серотонина и норадреналина способен привести к развитию депрессивных состояний, беспокойству, снижению жизненного тонуса, мигреням, нарушениям сна, к навязчивым состояниям и маниакальным психозам, чувству раздражения и тревоги, снижению памяти и концентрации внимания, к агрессивному поведению, к замедлению движений и речи, к снижению либидо.
• Аскорбиновая кислота участвует в синтезе карнитина. В организме человека карнитин оказывает анаболическое, антигипоксическое действие, активирует жировой обмен и способствует снижению массы тела, улучшает регенерацию поврежденных тканей, улучшает аппетит, участвует в детоксикацииксенобиотиков и органических кислот, выполняет нейрозащитное действие и обладает защитным эффектом при апоптозе. При недостатки витамина С синтез карнитина уменьшается и все описанные положительные эффекты от его присутствия в организме начинают уменьшаться.
• Витамин С принимает участие в образовании желчных кислот из холестерина, что способствует выведению его излишков из организма, а, значит, приводит к снижению уровня холестерина в крови. Таким образом, можно сказать, что регулярное употребление достаточного количества аскорбиновой кислоты будет способствовать снижению риска развития атеросклероза.
• Аскорбиновая кислота обеспечивает гидроксилирование кортикостероидных гормонов. Кортикостероидные гормоны выполняют множество важных функций в организме, например, регулируют механизмы адаптации во время стресса, повышают иммунитет,  управляют обменом веществ и т.д. При недостатке витамина С синтез кортикостероидов может быть нарушен, что выразится в снижении иммунитета, повышению заболеваемости ОРВИ, нарушению реакций адаптации и другим негативным последствиям.
• Аскорбиновая кислота  — мощный антиоксидант, который напрямую защищает белки, липиды, ДНК и РНК от повреждения их свободными радикалами и перекисями. Витамин С поддерживает в клетках восстановлены глутатион на оптимальном уровне (по соотношению восстановленного и окисленного глутатиона можно судить об  оксидативном стрессе), обеспечивает защиту SH-групп ферментов от окисления, восстанавливает антиоксидантную активность токоферола. Выполняя функцию антиоксиданта, аскорбиновая кислота повышает устойчивость организма к воздействию негативных внешних факторов (токсины, радиация),  предупреждает развитие онкологических заболеваний и замедляет процессы старения в организме (свободнорадикальная теория старения).
• Аскорбиновая кислота оказывает влияние на обмен в организме некоторых микронутриентов, например, участвует в восстановлении трехвалентного железа в более усвояемое двухвалентное. Благодаря витамину С повышается биодоступность  железа, поступающего с растительной пищей.
• Показана связь между витамином С и обменом других витаминов, в частности, тиамина, ниацина, рибофлавина, фолиевой кислоты, пантотеновой кислоты, биофлавоноидов.
• В настоящее время имеются многочисленные научные подтверждения того, что аскорбиновая кислота принимает участие в поддержании нормальной иммунной реакции организма  на уровне клеток и гуморальном уровне[3].

Трагическое последствие отсутствия витамина С, именуемое цингой, человечество испытало гораздо раньше, чем узнало об этом витамине. Известно, что римские легионеры во время длительных походов болели цингой из-за недостатка в пище витамина С. Цинга была бичом для мореплавателей и путешественников.

Но люди не были совсем беззащитны перед авитаминозом. Эмпирически, путём накопления многовекового опыта создавались методы борьбы с цингой. О противоцинготных  свойствах  фруктов и овощей хорошо был осведомлён знаменитый английский мореплаватель Джеймс Кук. В одном из длительных плаваний ни один член экипажа не заболел цингой, потому что все участники экспедиции пили морковный и лимонный сок и ели квашеную капусту [4-6].

Таблица 1 – Содержание витамина С в различных продуктах

2. Химические свойства аскорбиновой кислоты

Кислота аскорбиновая ведет себя, как одноосновная кислота. •Кислотный характер ее обусловлен водородом гидроксила, за счет которого она образует соли.

Характерной частью молекулы кислоты аскорбиновой, обуславливающей ее химические свойства и физиологическую активность, является ендиольная группировка.

Благодаря подвижности водородных атомов енольных гидр-«оксилов кислота аскорбиновая легко окисляется, причем окисление может идти в две стадии.

1-я стадия. Характеризует обратимый процесс окисления, при котором кислота аскорбиновая окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты (кетонная форма), способной снова восстанавливаться до кислоты аскорбиновой.

2-я стадия. В водной среде процесс окисления может идти дальше - до разложения дегидроаскорбиновой кислоты. В этом случае продукты разложения не могут снова превратиться вкислоту аскорбиновую, что характеризует необратимый процесс-окисления с потерей физиологической активности.

Важным свойством для проявления физиологического действия кислоты аскорбиновой является обратимый процесс ее окисления до дегидроаскорбиновой кислоты, т. е. окислительно-восстановительная способность кислоты аскорбиновой. В этом случае она может быть донором, т. е. отдавать два атома водорода, окисляясь при этом в дегидроформу, и может быть акцептором водорода, т. е. принимать его, превращаясь в еноль-ную форму. Вследствие обратимости этих процессов кислота' аскорбиновая может служить переносчиком водорода в ферментативных системах и, следовательно, участвовать в окислительно-восстановительных процессах организма. Учитывая эту важную физиологическую роль кислоты аскорбиновой в 1-й стадии окисления, чтобы задержать дальнейший процесс его, при изготовлении растворов аскорбиновой кислоты для инъекций к ним добавляют различные стабилизаторы, например, гидросульфит натрия и другие, при этом обеспечивают необходимые условия хранения этих растворов (отсутствие света, соприкосновения с металлами, особенно солями железа).

Для определения подлинности кислоты аскорбиновой используется ее способность к окислительно-восстановительным' реакциям:

а) при действии на кислоту аскорбиновую раствором нитрата серебра происходит восстановление серебра (темный осадок); сама же кислота аскорбиновая окисляется и превращается в кетоформу;

б) при действии на кислоту аскорбиновую раствором 2,6-ди-хлорфенолиндофенола (окрашенного в синий цвет) последний» восстанавливается, превращаясь в бесцветное лейкооснование.

Кроме этих двух реакций, можно привести еще целый ряд реакций, основанных на восстановительных свойствах кислоты аскорбиновой:

- с реактивом Фелинга окисная медь восстанавливается до закиси меди красного цвета;

- с раствором перманганата калия, происходит обесцвечивание раствора вследствие восстановления иона Мn+7 до иона Мn2+:

- с феррицианидом калия в присутствии разведенной хлороводородной кислоты, с последующим добавлением раствора хлорида железа (III), образуется берлинская лазурь, окрашивающая раствор в синий цвет;

- кислота аскорбиновая с солью двухвалентного железа образует аскорбинат железа, окрашенный в фиолетовый цвет[].

2. Методы качественного и количественного анализа аскорбиновой кислоты (Витамина С)

2.1. Качественное определение аскорбиновой кислоты.

Реакция с иодом. Обесцвечивание раствора иода при рекции с аскорбиновой кислотой.

C6H8O6 + I2 = C6H6O6 + 2HI

Реакция с метиленовой синью. Аскорбиновая кислота на свету восстанавливает метиленовую синь в бесцветное соединение, окисляясь в дегидроаскорбиновую кислоту. (из синего цвета в прозрачный)

C6H8O6 + C16H18ClN3S = C6H6O6 + HCl + C16H19N3S

2,6-дихлорфено-линдофенолом. Аскорбиновая кислота окисляется 2,6-дихлорфено-линдофенолом в дегидроаскорбиновую кислоту, а сам реактив восстанавливается при этом в бесцветное соединение (из синего цвета в прозрачный)

Реакция с железосинеродистым http://alnam.ru/book_e_chem.php?id=88 калием. Аскорбиновая кислота, окисляясь, восстанавливает железосинеродистый http://alnam.ru/book_e_chem.php?id=88 калий до железистосинеродистого  который с ионом трехвалентного железа образует в кислой среде берлинскую лазурь.(Выпадает синий или зеленовато-синий осадок)

Реакция с нитратом серебра.(образование черного осадка)

2AgNO3+C6H8O6=2Ag+C6H6O6+2HNO3

2.2. Количественное определение аскорбиновой кислоты.

Методы количественного определения кислоты аскорбиновой также базируются на ее химических свойствах.

Рекомендуютйодатометрический метод. В этом случае титрантом служит раствор йодата калия. Титрование ведут в присутствии йодида калия и хлороводородной кислоты (индикатор- крахмал) до стойкого синего окрашивания.

Количественное определение содержания кислоты аскорбиновой в растворах проводят также йодометрически, но здесь надо учитывать то обстоятельство, что в растворах кислоты аскорбиновой присутствует стабилизатор - гидросульфит натрия NaHS03- который как восстановитель может реагировать с йодом. Поэтому предварительно к раствору кислоты аскорбиновой добавляют раствор формальдегида (формалин). Последний связывает гидросульфит натрия и, таким образом, йод затрачивается только на окисление кислоты аскорбиновой.

Кислота аскорбиновая может определяться количественно и методом нейтрализации, как одноосновная кислота.

Для количественного анализа мы отобрали соки лимона, апельсина, яблок, настои капусты. Количественное определение аскорбиновой кислоты основано на её восстановительных свойствах. При взаимодействии с йодом она окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты:

С6H8O6 + I2→ C6H6O6 + 2HI

Оборудование: градуированные бюретки, штатив лабораторный, раствор йода, колбы, раствор крахмала.

Проведение анализа. 25 мл 5%-ной йодной настойки растворяют в колбе на 1 л. 1 мл полученного 0,125%-го раствора окисляет 0,88 мг аскорбиновой кислоты.  Исследуемые соки объёмом 10 мл наливаем в колбы, добавляем раствор крахмала и начинаем титрование раствором йода. Как только йод окислит кислоту, исследуемая проба окрашивается в синий цвет.

Масса аскорбиновой кислоты в пробе = 0,875 х V(I2)

Апельсиновый, лимонный сок. Отмеряем 10 мл сока, разбавляем до 100 мл водой. Добавляем 5-6 капель крахмала. Проводим титрование до появления устойчивого синего окрашивания, не исчезающего в течение 10—15 с.

Анализ различных сортов яблок. Здесь, как правило, встречается небольшое затруднение: в яблоках содержится фермент аскорбиноксидаза, в присутствии которого аскорбиновая кислота быстро окисляется на воздухе. Чтобы этого не произошло, анализ надо проводить в кислой среде. Тонким ножом из нержавеющей стали от предварительно взвешенного яблока берут пробу в виде ломтика, от кожуры до сердцевины с семечками. Витамин С распределен в толще яблока неравномерно, поэтому берется срез поперечный. Переносим ломтик в фарфоровую ступку с разбавленной соляной кислотой и тщательно разотрем пестиком. Добавляем раствор крахмала и титруем смесь разбавленным раствором иода. Массу пробы определим по разности масс до анализа и после.

Определение витамина С в капусте.

Анализ проводим в отваре 25 г продукта на 0,5 л воды.

Таблица 2 - Изменение содержания витамина С в овощах и фруктах

Из приведенных измерений следует сделать вывод, что содержание аскорбиновой кислоты очень близко к данным литературных источников.

Содержание витамина С зависит от:

• степень зрелости овощей и фруктов;
• физиология растения (так например, в крыжовнике содержится большое количество пектиновых веществ, поэтому витамин С не разрушается);
• сорт овоща или фрукта (например, разные сорта яблок содержат разное количество витамина С);
• способы и длительность хранения, температурный режим обработки фруктов и овощей.

Таблица 3 – Погрешность изменение содержания витамина С в овощах и фруктах

Исследуемые соки фруктов и овощей содержат аскорбиновую кислоту. Большое количество аскорбиновой кислоты в соках апельсина.  Содержание витамина С в свежей капусте так же не особо уступает содержанию витамина С а лимоне. Полученные данные согласуются с литературными данными.

Заключение.

В результате проделанной работы мы пришли к следующим выводам:  

1. Изучили большое количество литературных данных по вопросу содержания и определения витамина С в продуктах питания.
2. В ходе выполнения работы доказали наличие витамина С (аскорбиновой кислоты)в выбранных нами продуктах.
3. Методом иодометрического титрования определили количественное содержание Аскорбиновой кислоты в выбранных продуктах питания.

Список литературы:

1. Асташкин А. Определение содержания аскорбиновой кислоты в овощах и фруктах, Пенза 2012
2. Малая медицинская энциклопедия под редакцией Покровского В.И., т.1.—М. «Советская энциклопедия» 1991.
3. https://zazdorovye.ru/askorbinovaya-kislota-vitamin-s-fiziologicheskaya-rol-vitamina-s/
4. Малая медицинская энциклопедия под редакцией Покровского В.И., т.1.—М. «Советская энциклопедия» 1991.
5. Романовский В.Е.,  Синькова  Е.А. Витамины  и  витаминотерапия. Серия  «Медицина  для  вас». – Ростов – на – Дону:  «Феникс»,  2000. – 320 с.
6. Справочник по диететике под редакцией Тура А.—Ленинград: «Медицина» 2007.
7. Гауптман З., Грефе Ю. Органическая химия.—М.: «Химия» 1979.
8. http://pharmspravka.ru/biologicheski-aktivnyie-prirodnyie-soedineniya/glitsidyi/kislota-askorbinovaya-vitam.html