Научно — исследовательская работа на тему:»ВИТАМИН С И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВИТАМИНА С (АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА) В НАТУРАЛЬНЫХ И КОНСЕРВИРОВАННЫХ ПРОДУКТАХ.»
Министерство образования и науки
Донецкой Народной Республики
Коммунальное внешкольное учебное заведение
«Донецкая областная м алая академия наук учащейся молодежи»
Отделение: Химии и биологии
ВИТАМИН С И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВИТАМИНА С (АСКОРБИНОВАЯ КИСЛОТА) В НАТУРАЛЬНЫХ И КОНСЕРВИРОВАННЫХ ПРОДУКТАХ
Паршикова Юлия Владимировна,
ученица 11 класса
школы I-III ступеней №2
Дмитриченко Людмила Викторовна,
школы I-III ступеней №2
Витамин С и здоровье человека. Определение содержания витамина С (аскорбиновая кислота) в натуральных и консервированных продуктах
Паршикова Юлия Владимировна, ученица 11 — Б класса
Новоазовская общеобразовательная школа I-III ступеней №2
Научный руководитель: Дмитриченко Людмила Викторовна, учитель химии и биологии Новоазовской общеобразовательной школы I — III ступеней №2
В данной работе был проведён к оли чественный анализ содержания витамина С в фруктах (свежевыжатые соки) и консервированных соках , реализуемых в торговой сети г. Новоазовска.
Данная работа носит как теоретический так и исследовательский характер, так как изучались научные данные о свойствах и физиологическом воздействии витамина С на организм человека.
Представлен материал о витамине С: истории его открытия, строение и биохимических свойствах аскорбиновой кислоты, источниках содержания, физиологическом действие на организм человека и суточной потребности.
Для анализа содержания аскорбиновой кислоты был проведён сравнительный анализ возможных методов количественного определения, таких как: хроматографический и титриметрический.
Была опробована методика определения витамина С методом йодометрии- методика окисления аскорбиновой кислоты йодом в дегидроаскорбиновую кислоту .
Экспериментальным путём, с помощью доступной методики было определено содержание витамина С в отдельных продуктах.
На основе полученных данных были даны рекомендации по рациону питания с целью профилактики простудных заболеваний, а также сохранению витамина С в продуктах питания.
Раздел 1 О бзор литературы
1.2. С троение и биохимические с войства аскорбиновой кислоты ……….…….….9 1.3. Источники содержания витамина С……….……………….………………. 10 1.4. Физиологическое действие витамина С на организм человека……………. 11
1.5. Суточная потребность витамина С………… ………………………………….14
Раздел 2 мЕТОДЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
2.2. Хроматографический метод анализа …………….. …………………………….16
2.4. Титриметрический метод анализа……………………..……………………. ..17
2.5. Методика определения наличия витамина С методом йодометрии………….19
РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1. Определение витамина С в натуральных соках …………………………. …..21
3.2. Определение витамина С в соках промышленного производства ………..….23
Витамины (от латинского слова vita-жизнь) — группа органических
соединений разнообразной химической природы, необходимых для питания
человека, животных и других организмов в ничтожных количествах по сравнению с основными питательными веществами (белками, жирами, углеводами и солями), но имеющих огромное значение для нормального обмена веществ и жизнедеятельности. [13]
Иммунная система защищает нас от воздействия внешних неблагоприятных факторов, это своего рода » линия обороны » против агрессивного действия бактерий, грибков, вирусов и т.д. Без здоровой и эффективно работающей иммунной системы организм ослабевает и чаще страдает от вирусных и бактериальных инфекций.
Дефицит витаминов, обладающих антиоксидантными свойствами, обеспечивающих устойчивость организма человека к инфекционным заболеваниям, способствует снижению иммунитета. Одним из важнейших природных антиоксидантов является витамин С (аскорбиновая кислота), который, кроме того, принимает участие в целом ряде биохимических процессов. [11]
Поэтому одним из наиболее востребованных человеком витаминов является аскорбиновая кислота — витамин С, который большинство биохимиков считают одним из величайших чудес живой природы. В отличие от растений и некоторых видов животных, организм человека не способен сам синтезировать витамин С, из-за отсутствия необходимых для синтеза ферментов, поэтому необходимо систематическое ежедневное поступление этого витамина с пищей. [1, 3]
Недостаточное поступление витаминов в организм человека – проблема мирового масштаба. В развивающихся странах она тесно связана с голоданием или недостаточным питанием значительной части населения. Однако и в развитых странах потребление витаминов большей частью населения не соответствует рекомендуемым нормам. Оно достаточно для предупреждения глубокого дефицита витаминов, но не достаточно для оптимального обеспечения потребности организма.
Исследования института питания РАМН в различных регионах России за последние годы выявили существенное отклонение рациона жителей от формулы сбалансированного питания, в первую очередь по уровню употребления микронутриентов. К которым относятся: витамины, макро- и микроэлементы, т.е. незаменимые компоненты питания человека. Особенно катастрофическое положение складывается с обеспечением витамином С, дефицит которого по обобщенным данным выявляется у 80-90% обследуемых, а глубина дефицита достигает 50-80%. [16]
Тепловая обработка, хранение и биохимическая переработка приводят к разрушению большей части витамина С, который мы в ином случае могли бы получать из пищи. Ещё больше его сгорает в организме под влиянием стресса, курения и других источников повреждения клеток, наподобие дыма и смога. Повсеместно используемые медикаменты, такие как аспирин и другие, в огромной степени лишают наш организм тех количеств витамина, которые нам всё-таки удалось получить.
Данная тема исследования актуальна, так как аскорбиновая кислота играет в организме человека фундаментальную биохимическую и физиологическую роль.
Актуальность темы исследования, теоретическая и практическая значимость проблемы предопределили тему научной работы, её цель и задачи.
Цель работы : экспериментально определить содержание витамина С в отдельных продуктах питания в условиях школьной лаборатории и наиболее богатые рекомендовать для регулярного употребления.
Объектом исследования является аскорбиновая кислота (витамин С).
Предмет исследования – продукты (фрукты, соки), уровень содержания аскорбиновой кислоты в них.
Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
— проанализировать и изучить научную, популярную, учебную литературу по данному вопросу;
— изучить строение и физико-химические свойства аскорбиновой кислоты;
— проанализировать влияние витамина С на организм человека, его биологическую роль;
— изучить методы количественного определения витамина С ;
— ознакомиться с методикой проведения эксперимента — йодометрии и экспериментально определить содержание аскорбиновой кислоты;
— проанализировать полученные результаты и выяснить в каких фруктах и соках содержится наибольшее количество витамина С и, сравнив полученные результаты с литературными данными, разработать рекомендации для их употребления;
— выяснить причины недостаточного поступления витамина С в организм человека и попытаться найти возможные пути её решения.
Выполняя данную работу, были использованы следующие методы исследования:
теоретические методы: сбор и анализ информации по данной теме с использованием различных литературных источников;
эмпирические методы: наблюдение, сравнение, эксперимент;
метод химического анализа — титриметрический анализ (метод йодометрии);
методы измерения: отмерять определённый объём жидкости, проводить взвешивание;
приготовление растворов определённой концентрации, растворение;
1.1 . История открытия витамина С
Учение о витаминах начало развиваться сравнительно недавно и относится к концу XIX века и началу XX столетия. Однако п ервые сведения о цинге (авитаминоз С) относят к XIII столетию. Когда римские легионы вторглись во владения своих северных соседей и надолго задержались за Рейном, им пришлось познакомиться с заболеванием, поразившим многих воинов и, судя по описанию древнеримского историка Плиния, весьма похожим на цингу. Интересно, что врачи, не имея истинного представления о природе бедствия, постигшего подопечное им воинство, быстро нашли спасительное средство. Им оказалось какое-то растение, названное римлянами «британская трава». К сожалению, более определенных сведений об этом целебном растении история не сохранила, и мы не можем сейчас точно указать, какой именно представитель европейской флоры оказал столь ценную услугу древнему Риму. Так римляне, возможно впервые, познакомились с авитаминозом. Жак Картье в 1953 году описал эту болезнь, поразившую его спутников во время путешествия по реке Св. Лаврентия: «Они лишились всех своих сил и не могли стоять на ногах. Да к тому же появились на коже багровые пятна крови, которые покрывали голени, колени, бёдра, ягодицы, плечи, руки, изо рта стал идти зловонный запах, дёсны так загнили, что было видно всё мясо до корней зубов, а сами зубы почти все выпали» [22].
В дальнейшем цинга, или скорбут, стала довольно частым гостем в странах Европы. Так, например, по подсчётам некоторых историков, с 1556 по 1856 г. в Европе имело место 114 эпидемий, унесших в могилу многие тысячи человеческих жизней. В России было зарегистрировано 101 тыс. случаев цинги. Большой вред цинга наносила экипажам флотов европейских стран, особенно в период открытия морских путей в Индию и Америку. В 1848 году Васко да Гама, прокладывая путь в страну душистого перца и корицы (Индию), потерял от цинги 100 из 160 членов своей команды.
В 1747 году шотландский врач Джеймс Линд , пребывая в длительном плавании, провёл своего рода эксперимент на больных матросах. Вводя в их рацион различные кислые продукты, он открыл свойство цитрусовых предотвращать цингу . В 1753 году Линд опубликовал «Трактат о цинге», где предложил использовать лимоны и лаймы для профилактики цинги. Однако эти взгляды получили признание не сразу.
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.
О причинах цинги высказывались самые различные предположения. Ясность в этот вопрос внесли работы норвежских учёных Хольста и Фрелиха [2].
Учёные пришли к выводу, что цинга у морских свинок вызывается особым фактором, который почти отсутствует в зёрнах злаков, солонине, но в большом количестве содержится в свежих овощах, фруктах и лимонном соке. Работы Хольста и Фрелиха были опубликованы в 1912 году, они оказали большое влияние на формирование теории Казимира Функа о витаминах и позволили ему причислить цингу к авитаминозным заболеваниям.
Позже накопилось много данных о связи некоторых болезней с недостатком в пище каких-то специфических веществ. В 1912 году польский учёный К. Функ назвал существующие в продуктах питания жизненно важные вещества витаминами (от лат. vita – «жизнь»).
Русский ученый Н.И. Лунин в 1880 году опубликовал данные опытов на мышах. Если белых мышей вскармливать цельным молоком, то они развиваются и растут нормально. Но если мышей кормить пищей, состоящей из основных частей молока: казеина, молочного жира, сахарозы и дистиллированной воды, то они быстро гибнут. Из этого Лунин сделал вывод, что в молоке , помимо казеина, жира, молочного сахара и солей, содержатся ещё и другие вещества, незаменимые для питания.
Начались поиски способов выделения противоцинготного витамина, которые с переменным успехом продолжались до 1932 года. В 1932 г. американский биохимик Чарльз Глен Кинг выделил витамин, предотвращающий цингу из лимонного сока. В 1927 г. венгерский биохимик Альберт Сент-Дьёрди выделил вещество, которое назвал гексуроновой кислотой. В опытах на морских свинках Дьёрди показал, что гексуроновая кислота предохраняет животных от цинги. Но глубокое изучение химической природы гексуроновой кислоты показало, что она всё-таки не является изомером глюкуроновой кислоты, а представляет собой вполне самостоятельное соединение, в связи, с чем учёный в 1933 г. дал ему название — аскорбиновая кислота («против скорбута», от лат. скорбут—цинга).
Строение аскорбиновой кислоты было установлено в 1932-33 гг. двумя английскими учёными Хирстом и Эйлером независимо друг от друга была установлена структурная формула аскорбиновой кислоты [8,13,20].
1.2. С троение и биохимические с войства аскорбиновой кислоты
Аскорбиновая кислота (витамин С), С 6 Н 8 О 6 , водорастворимый витамин.
Синтезируется растениями (из галактозы), животными (из глюкозы), за исключением человека и приматов и некоторых других животных, которые получают аскорбиновую кислоту с пищей.
Аскорбиновая кислота находится в тесной структурной связи с моносахаридами и является производным L -гулоновой кислоты ( γ -лактон 2,3-дегидро- L -гулоновая кислота).
Представляет собой белый кристаллический порошок с температурой плавления 192 0 по Цельсию. Хорошо растворим в воде (1:3,5) с образованием кислых растворов, хуже — в спирте, плохо — в глицерине и ацетоне. Кислота является неустойчивым соединением. Наиболее быстро витамин С разрушается в присутствии окислителей в нейтральной или щелочной среде при нагревании. Витамин С разрушается не только при нагревании, но и при длительном хранении, при соприкосновении с железом; он очень чувствителен к свету. [7]
Аскорбиновая кислота—сильный восстановитель и легко окисляется даже слабыми окислителями, превращаясь при этом в дегидроаскорбиновую кислоту:
Это химическое свойство аскорбиновой кислоты имеет большое биологическое значение, в частности она участвует в окислительно-восстановительных процессах.
1.3. Источники содержания витамина С
Аскорбиновая кислота является одним из наиболее широко распространенных в природе витаминов.
Основным источником аскорбиновой кислоты является растительная пища, в значительных количествах она содержится в овощах, фруктах, плодах, ягодах, хвое, шиповнике, в листьях чёрной смородины. Семена и зёрна высших растений лишены витамина С. Однако с первых дней прорастания в них появляется аскорбиновая кислота. Богаты витамином С листья, плоды, несколько беднее корнеплоды. Синтез и накапливание аскорбиновой кислоты в одном и том же виде растений варьируют в зависимости от многих условий: почвы, агротехники, удобрений, освещённости, водного режима, температуры. Так концентрация аскорбиновой кислоты в разных сортах чёрной смородины колеблется от 69 до 250 мг, а в яблоках – от 1 до 30 мг. [21]
Основные источники витамина С и его содержание в мг на 100 г продукта: шиповник (470 мг), облепиха (200 мг), чёрная смородина (250 мг), болгарский перец (125 мг), хрен (110 – 200 мг). Немного меньше содержит витамина: клубника (60 мг), апельсин и лимон (50 мг), мандарин (30 мг), яблоки (от 5 – 30 мг), капуста белокочанная (свежая 40 мг и квашеная 69 мг), шпинат (30 мг), салат (15 мг), листья лука (27 мг), картофель свежесобранный (25 мг) и др.
Травы, богатые витамином С: люцерна, коровяк, корень лопуха, песчанка, очанка, семя фенхеля, пажитник сенной, хмель, хвощ, ламинария, мята перечная, крапива, овёс, красный перец, петрушка (зелень — 150 мг), сосновые иглы, тысячелистник, подорожник, лист малины, красный клевер, листья фиалки, щавель. [12]
В продуктах животного происхождения — витамин С представлен незначительно (печень, надпочечники, почки, икра трески).
1.4. Физиологическое действие витамина С на организм человека
Витамины, содействующие защите иммунной системы, относятся к группе сильных антиоксидантов и способствуют в первую очередь борьбе организма со свободными радикалами — молекулами, образующимися вследствие воздействия на организм сильнодействующего излучения (в том числе — ультрафиолетового), вредных химических веществ и газов, а также из-за микромутаций в клетках, которые происходят в нашем теле каждый день. Не будь у нас этой защиты, и все эти мутации быстро превращались бы в раковые клетки. Витамин С, или аскорбиновая кислота, считающийся антиоксидантом наиболее широкого спектра действия. Помимо борьбы со свободными радикалами поддерживает интенсивное производство антител и усиливает активность фагоцитов – клеток крови, в буквальном смысле пожирающих вирусы и бактерии прямо в кровяном русле. Кроме того, аскорбиновая кислота повышает сопротивляемость организма различным инфекциям, благодаря устойчивости самих клеток к проникновению болезнетворных агентов.
Физиологическое значение витамина С теснейшим образом связано с его окислительно-восстановительными свойствами.
Биологическая роль аскорбиновой кислоты связана с участием в окислительно-восстановительных процессах в организме и входит в состав ряда сложных ферментов, обусловливающих процессы клеточного дыхания. [10]
Самостоятельно участвует в организме во многих ферментативных реакциях. Он активирует пищеварительные ферменты, необходим для синтеза белка соединительной ткани животных – коллагена, входящего в состав тканей суставов, стенок кровеносных сосудов.
Витамин С участвует в процессах углеводного и белкового обмена, в обмене фолиевой кислоты, в нормальном функционировании желудка, кишечника и поджелудочной железы.
Влияет на различные функции организма: совместно с витамином Р нормализует эластичность и проницаемость стенок кровеносных капилляров, регулирует свёртываемость крови, необходим для кроветворения. [19]
Аскорбиновая кислота применяется при лечении цинги, инфекционных заболеваний, ревматизма, туберкулеза, язвенной болезни, при гепатитах, шоковом состоянии и др.
Оказывает влияние на рост и развитие костной ткани, повышает иммунобиологическую сопротивляемость к неблагоприятным воздействиям, стимулирует продукцию гормонов надпочечников, способствует регенерации. [9,14,]
Витамин С улучшает способность организма усваивать кальций и железо, выводить токсичные медь, свинец и ртуть. [19]
Витамин C обеспечивает устойчивость к стрессу. Во время стресса в организме идёт интенсивная выработка гормонов – например, кортизола и адреналина. Он принимает участие в биосинтезе и превращениях этих гормонов.
Витамин C — это здоровые десны и крепкие зубы. Повышенные дозы витамина C устраняют кровоточивость дёсен, так как он способен буквально за полчаса укрепить бесчисленные мелкие сосуды в тканях десен.
Витамин C убивает бактерии, вызывающие кариес зубов. Современные биохимики в качестве доказательства ссылаются на найденные при археологических раскопках челюсти людей, живших 5 или даже 10 тысяч лет назад, у которых все зубы были здоровыми, хотя тогда не было ни зубной пасты, ни дантистов.
Витамин C стабилизирует вес тела, т.к. он принимает участие в синтезе карнитина из аминокислоты лизина. Карнитин «подхватывает» из крови молекулы жира и доставляет их внутрь клеток для окисления и получения энергии.
Отсутствие или недостаток витаминов в организме приводит к нарушению обмена веществ и в конечном итоге вызывает гиповитаминоз, а в тяжёлых случаях — авитаминоз (цинга, скорбут — язва во рту ).
Особенно часто С-гиповитаминозные состояния возникают в период повышенной потребности организма в витамине С при беременности, кормлении, усиленной физической и умственной работе, при инфекционных заболеваниях. Чаще гиповитаминоз можно наблюдать в весенние месяцы, когда, с одной стороны, уменьшается употребление овощей, а с другой – содержание в них витаминов вследствие длительного хранения.
При скрытой недостаточности наблюдается: уменьшение аскорбиновой кислоты в плазме крови и лейкоцитах, повышенная ломкость кровеносных капилляров. У детей — задержка роста, неустойчивость к инфекциям.
При выраженной недостаточности наблюдается цинга: утомляемость, сухость кожи, болезненность и отёчность дёсен, кровоточивость, гингивит, расшатываются и выпадают зубы, наблюдаются боли в конечностях, снижается сопротивляемость к инфекциям. В конечном итоге, цинга приводит к летальному исходу. Болеют цингой только человек, приматы и морские свинки. Главные проявления авитаминоза обусловлены в основном нарушением образования коллагена в соединительной ткани. Анемия при цинге может быть связана с нарушением способности использовать запасы железа, а также нарушением метаболизма фолиевой кислоты.
1.5. Суточная потребность витамина С
Витамины (лат. vita жизнь + амины) — низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, абсолютно необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов.
Являются незаменимыми пищевыми веществами, т.к. они не синтезируются организмом человека и поступают главным образом в составе продуктов питания. Витамин С – водорастворимый витамин, поэтому запас его в организме должен постоянно пополняться.
Суточная потребность человека в витамине С составляет от 50 до 100 мг (в среднем 70 мг) .
В то же время, в некоторых случаях (тяжёлые физические нагрузки, простудные заболевания) показаны увеличенные (ударные) дозы аскорбиновой кислоты (до 0,5-1,0 г и более на приём).
Суточная потребность человека в витамине С зависит от ряда причин:
возраста, пола, выполняемой работы, состояния беременности или кормления грудью, климатических условий, вредных привычек.
Болезни, стрессы, лихорадка и подверженность токсическим воздействиям (таким, как сигаретный дым) увеличивают потребность в витамине С.
В условиях жаркого климата и на Крайнем Севере потребность в витамине С повышается на 30-50 процентов.
Молодой организм лучше усваивает витамин С, чем пожилой, поэтому у лиц пожилого возраста потребность в витамине С несколько повышается. [4]
Рекомендуемая суточная потребность в витамине С
Источник