Исследование овощей и фруктов, ежедневно потребляемых в школьной столовой, на содержание нитратов и аскорбиновой кислоты

 

Исследование по химии и биологии

 

                                                                                    Ученицы 9АК класса

                                                                                    Король Ярославы,

      Ученика 9АК класса

      Богатенкова Ивана

 

                                                                                    Научные руководители:

                                                                                    Куксова Ирина Васильевна

                                                                                    Кирмасова Галина Дмитриевна

 

 

 

 

 

 

2023-2024 учебный год

 

Оглавление

1. Введение3-4

1.1.  Актуальность3

1.2.  Цель3

1.3.  Задачи3

1.4.  Проблема4

1.5.  Объект исследования4

1.6.  Предмет исследования 4

1.7.  Гипотеза4

2. Теоретическая часть5-9

2.1.  Витамин С 5

2.2.  Нитраты 6

3. Экспериментальная часть9-11

3.1.  Исследование фруктов на содержание аскорбиновой кислоты 9

3.2.  Исследование овощей и фруктов на содержание нитратов 11

4. Заключение и выводы12
5. Используемая литература13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

1.1 Актуальность

В современном мире от учеников требуется очень многое: работоспособность, эффективное усвоение информации, возможность продемонстрировать полученные знания в любое время, постоянная активность на уроке и качественное выполнение домашних заданий. Подобные требования возникают из-за увеличивающегося с каждым годом объема знаний, которые преподаватели обязаны дать, а ученики обязаны принять. Однако у множества людей из-за подобных нагрузок может сбиться режим, распорядок дня и питание. Если в пище недостаточно аскорбиновой кислоты, то ученик будет вялым, у него может начать развиваться депрессия, увеличится утомляемость и слабость. Если же в вашем рационе будет содержаться достаточное количество витамина С, то накапливающаяся усталость и остальные проблемы отойдут на второй план. К тому же витамин С входит в состав многих ферментов и усиливает иммунитет. Витамин С не накапливается в организме, поэтому необходимо ежедневно потреблять достаточное его количество. Единственное, что может усложнить жизнь человеку с верной диетой, включающей в себя норму аскорбиновой кислоты, это нитраты, соли азотной кислоты, которые часто содержатся в тех же продуктах, которые несут в себе витамин С.

1.2 Цель

Определить в условиях школьной лаборатории наличие витамина С и содержание нитратов в овощах и фруктах нашей школьной столовой.

1.3 Задачи

●       Изучить учебную, научную и периодическую литературу с целью ознакомления с биохимическими свойствами витамина С и нитратов, проанализировать их воздействие на организм человека, узнать допустимые и необходимые нормы данных веществ для человеческого организма. 

●        Изучить теоретический материал по данной теме;

●        Изучить методы определения нитратов и витамина С в фруктах и овощах;

●        Провести исследование овощей и фруктов нашей школьной столовой на предмет содержания наибольшего количества положительного для организма витамина С и отрицательного для организма наибольшего количества нитратов

 

1.4 Проблема

Фрукты и овощи в наше время зачастую содержат крупные концентрации вредных веществ (нитратов), и почти всегда их вредоносное воздействие не компенсируется полезными свойствами витаминов. Эти самые вещества могут негативным образом воздействовать на организмы учащихся, которым необходимо постоянно находиться в тонусе для продуктивного восприятия необходимой информации.

1.5 Объект исследования

Фрукты и овощи:

●        Мандарины

●        Киви

●        Груши

●        Яблоки

●        Огурцы

●        Томаты

●        Лук репчатый, лук зеленый

1.6 Предмет исследования

Содержание нитратов и аскорбиновой кислоты во фруктах и овощах школьной столовой.

 1.7 Гипотеза

            В современном производстве овощей и фруктов применяется большое количество минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов, которые негативно влияют на содержание в плодах полезных веществ: витаминов и микроорганизмов. Исходя из этого, мы предполагаем, что в овощах и фруктах нашей школьной столовой, содержание нитратов и аскорбиновой кислоты отклоняется от предельно допустимых значений, что негативно влияет на здоровье школьников, т. е. поставляемые овощи и фрукты не соответствует теоретическим стандартам.

 

 

 

 

 

 

2. Теоретическая часть

2.1 Витамин С

Витамин С (аскорбиновая кислота) – это органическое соединение с формулой С₆Н₈О₆, которая является элементом человеческого рациона, необходимым для нормального образования коллагена, серотонина, катехоламинов^[1], синтеза кортикостероидов. Аскорбиновая кислота улучшает всасывание железа из пищи путём преобразования иона Fe³⁺ в Fe²⁺. Витамин С стимулирует синтез интерферона^[2], следовательно, участвует в иммуномодулировании^[3]. Витамин C полезен для эндокринной системы. Для сердца он важен способностью разжижать кровь, что препятствует образованию тромбов. Также его прием помогает поддерживать гидробаланс, что особенно сказывается на состоянии кожи. Для организма необходимо получение достаточного количества витамина С в день, так как данное вещество не накапливается в организме и не является стойким соединением, то есть легко распадается. Его нехватка серьезно скажется не только на работоспособности, но и на состоянии нервной системы, иммунной системы и всех соединительных тканей.

Опасности авитаминоза/гипервитаминоза. Несмотря на всю пользу употребления витамина С необходимо держать сбалансированную диету, так как нехватка аскорбиновой кислоты может привести к развитию цинги, а переизбыток – к нарушению всасывания витамина В12 и образованию оксалатных^[4] камней в почках. Авитаминоз получить гораздо проще, чем гипервитаминоз, и последствия для организма от нехватки витамина С крайне серьезны. Если долго не предпринимать ответных действий, то цинга, начавшаяся с кровоточивости дёсен, бледности и сухости кожи, замедленного восстановления тканей после физических повреждений, потускнения и выпадения волос, ломкости ногтей, быстрой утомляемости и вялости, приведет к ослаблению иммунной системы, ослаблению мышечного тонуса, расшатыванию и выпадению зубов, хрупкости кровеносных сосудов.

Причины уменьшения содержания витамина С в овощах и фруктах.

Витамин С от природы является крайне нестойким к любым изменениям окружающей среды. Практически любое воздействие легко разрушает его до неактивных веществ. Главным «врагом» аскорбиновой кислоты является кислород, который в кратчайшие сроки окисляет ее, особенно если была нарушена структура растения. Также серьезное влияние на витамин С оказывает повышение температуры в щелочной и нейтральной среде. Также витамин С распадается со временем – спустя 2 месяца его содержание уменьшится в разы.

Необходимое количество витамина С для ежедневного приема в пищу:

✔                  Для курящих людей и тех, кто страдает от пассивного курения, необходимо увеличить суточную норму потребления витамина C на 35 мг в сутки;

✔                  Верхний допустимый уровень потребления – 2000 мг в сутки.

Содержание витамина С в фруктах и овощах (Приложение 1, Приложение 2)

Способы определения витамина С в продуктах питания:

Йодометрия – метод окислительно-восстановительного титрования, основанный на реакциях, связанных с окислением восстановителей свободным йодом I₂. У аскорбиновой кислоты есть особое свойство – быстрая реакция с йодом. Один моль аскорбиновой кислоты (176 г) реагирует с одним молем йода (254г).

Взаимодействие аскорбиновой кислоты с йодом происходит по уравнению:

C₆H₈O₆ + I₂ = C₆H₆O₆ + 2HI

В качестве индикатора реакции используем раствор крахмала. Как только вся аскорбиновая кислота прореагирует с йодом, следующая его капля окрасит раствор в синий цвет. Титрование ведем до появления устойчивого синего окрашивания.

Метод визуального окислительно-восстановительного титрования раствором 2,6%-дихлорфенолиндофенолята натрия (C₁₂H₆Cl₂NNaO₂ x H₂O). Наиболее простым и благодаря этому часто используемым методом определения витамина С в сельскохозяйственной продукции, экстракты которой не обладают окраской или слабо окрашены, по-прежнему остается этот чувствительный и специфичный метод, предложенный Тильмансом еще в начале XX в.

Метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (хроматография — метод разделения и анализа смесей веществ, а также изучения физико-химических свойств веществ, основанный на распределении веществ между двумя фазами: подвижной и неподвижной) СНОСКА (ВЭЖХ) – один из эффективных методов разделения сложных смесей веществ, широко применяемый как в аналитической химии, так и в химической технологии. Его также применяют и для определения содержания аскорбиновой кислоты, но используется для этих целей реже остальных, так как сложен в своём исполнении. Именно по этой причине мы не смогли воспользоваться им в условиях школьной лаборатории.

2.2. Нитраты

Нитраты – это соли азотной кислоты (HNO₃). Они являются основными источниками азота, необходимого для синтеза белковых молекул растительных организмов, то есть для их роста и созревания. Безусловно, человек, будучи всеядным млекопитающим, постоянно потребляет продукты данного происхождения и, соответственно, ранее указанные вещества. Сами по себе эти соли для человека безвредны, но, попадая в организм, они преобразуются в токсичные соединения – нитриты (соли азотистой кислоты – HNO₂). Если дозировка токсинов не превышает определённой нормы, здоровье человека остаётся в безопасности, но если в организме случается передозировка, то вредоносного влияния не избежать.

Риски потребления нитратов. После попадания нитратов в ротовую полость, около 20% этих солей сразу преобразуются в нитриты – токсичные соединения, затем всасывающиеся прямо через стенки желудка. Последствиями такого проникновения может стать целый ряд заболеваний и нарушений в функционировании организма.

1. Отравление нитратами. Период интоксикации, вызванной чрезмерным потреблением вредоносных солей, может начаться лишь через 1-6 часов после потребления продукта. Ранними проявлениями неблагополучия служат расстройства ЖКТ: боли в эпигастрии^[5], рвота, диарея. Однако в отличие от обычного пищевого отравления, при интоксикации нитратами увеличивается печень, возникает болезненность в подреберье. Нитраты способствуют развитию патогенной кишечной микрофлоры, которая выделяет в организм человека токсины, в результате чего происходит отравление. Дополнительными симптомами могут стать учащённое сердцебиение, одышка и боль в затылке.
2. Нитраты под воздействием фермента нитратредуктазы^[6] восстанавливаются до нитритов, которые взаимодействуют с гемоглобином крови и окисляют в нем II-валентное железо в III-валентное. В результате образуется вещество метгемоглобин, который уже не способен переносить кислород. Поэтому нарушается нормальное дыхание клеток и тканей организма (тканевая гипоксия), в результате чего накапливается молочная кислота, холестерин, и резко падает количество белка.
3. Нитраты снижают содержание витаминов в пище, которые входят в состав многих ферментов, а через них влияют на все виды обмена веществ.
4. При длительном поступлении нитратов в организм человека уменьшается количество йода, что приводит к увеличению щитовидной железы. В таком случае при повышенной выработке гормонов происходят ускоренный процесс обмена веществ, нервное истощение, хроническая утомляемость и раздражительность человека, что напрямую влияет на его работоспособность.

Где встречаются нитраты. Соли азотной кислоты чаще встречаются в зелёных плодах, нежели в спелых. Если говорить конкретно, то из сельскохозяйственных культур больше всего нитратов содержится в салате, редьке, петрушке, редисе, столовой свёкле, капусте, моркови и укропе. В корнеплодах вроде свёклы и моркови, рассматриваемые соединения содержатся в основном в верхней части (в моркови ещё и в сердцевине); в капусте – в кочерыжке, в толстых черешках листьев и в верхних листьях. Также выяснено, что у всех овощей и фруктов нитраты сконцентрированы в кожице плодов. Чаще всего такого рода проблемы со съедобными плодами происходят при несоблюдении правил и регламента использования различных азотных и органических удобрений (как в промышленных масштабах, так и в частных организациях).

В общем, потребляемые человеком плоды (фрукты и овощи) делят на три группы по количеству (концентрации) в них солей азотной кислоты:

1. С высоким содержанием (до 5000мг/кг): салат, шпинат, свёкла, укроп, листовая капуста, редис, зелёный лук, дыни, арбузы;
2. Со средним содержанием (300-600 мг/кг): цветная капуста, кабачки, тыква, репа, редька, белокочанная капуста, хрен, морковь, огурцы;
3. С низким содержанием (10-80 мг/кг): брюссельская капуста, горох, щавель, фасоль, картофель, томаты, репчатый и зеленый лук, фрукты, ягоды.

 Нормы нитратов. По данным ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения), суточная норма потребления нитратов для взрослого человека – 5 мг на килограмм веса. То есть, человек весом 70 кг может без риска для здоровья употреблять не более 350 мг нитратов в день (Как рекомендация). С предельно допустимыми концентрациями нитратов в овощах и фруктах можно ознакомиться в таблице (Приложение 4).

Способы определения нитратов в пищевых продуктах.

1. Определение по внешнему виду. Например, чем темнее окраска листьев, тем больше нитратов в них содержится. Много нитратов под коркой и в незрелых плодах.
2. Определение нитратов с помощью качественных реакций. 

✔      Взаимодействие с дифениламином: визуальная оценка окрашенных (синих) соединений. Нижний предел обнаружения 100 мг/кг.

✔      Взаимодействие с цинковой пылью и щелочью. Нитраты восстанавливаются до аммиака, который обнаруживается по покраснению смоченной фенолфталеиновой бумаги и внесенной в пары исследуемого раствора.

3. Спектрофотометрические методы основаны на нитровании ароматических органических соединений, окислении органических соединений, восстановлении нитрат-ионов до нитрит-ионов, поглощении нитратов в УФ-области спектра. Интенсивность светопоглощения пропорциональна содержанию нитратов в анализируемой пробе.
4. Метод газожидкостной хроматографии заключается в нитровании органических соединений ряда бензола в присутствии серной кислоты, разделении их, испарении и количественном определении нитропроизводных пламенно-ионизационным детектором. Обладает высокой чувствительностью и достаточной точностью.
5. Ионометрический метод состоит в извлечении нитратов из анализируемого материала раствором алюмокалиевых квасцов и последующем измерении концентрации нитратов в полученной вытяжке с помощью ионоселективного электрода.
6. Определение концентрации нитрат-ионов с помощью специальных тестов.

 

3. Экспериментальная часть

3.1. Исследование фруктов на содержание аскорбиновой кислоты.

                Цель: исследовать содержание аскорбиновой кислоты в яблоках, киви, мандаринах, грушах.

Метод исследования: титриметрический количественный анализ (йодометрия), расчёт по формулам.

Мы решили проверить содержание аскорбиновой кислоты во фруктах, которые потребляются школьниками в нашей столовой. Для проведения эксперимента мы использовали методику окисления аскорбиновой кислоты йодом (йодомерию).

Оборудование: пипетка, цилиндр (100 мл и 10 мл), колбы, весы.

Реактивы: спиртовой раствор йода (5%), раствор крахмала, тестируемый продукт.

Выполнение:

1.      Приготовление раствора крахмала. 1 г развели в небольшом количестве воды и добавили 200 мл кипятка. Прокипятили. Данный раствор хранили в течение недели в холодильнике.

2.      Приготовление раствора йода. Взяли 2,5 мл 5-процентного раствора йода, налили в мерную колбу, довели объём раствора дистиллированной водой до 100 мл. При этом получили 0,125% раствор.

3.      Сущность этого метода заключается в окислении аскорбиновой кислоты раствором йода, и протекает следующая химическая реакция:

I₂ + C₆H₈O₆ = C₆H₆O₆ + 2HI - в результате данной реакции образуются дегидроаскорбиновая кислота.

4.      Расчёт количества аскорбиновой кислоты. Количество аскорбиновой кислоты рассчитали по количеству затраченного на титрование раствора йода. В качестве пробы выжали сок из яблок (примерно 1 мл) и разбавили водой до 10 мл.

(1)   Чтобы из 2,5 мл 5-процентного раствора йода сделать 0,125-процентный, необходимо:

V(I₂) _{(чистое в-во)} = 0,125%*100 мл = 0,125 мл

V(I₂) _{(5%-го р-ра)} = 0,125 мл/5% = 2,5 мл

На титрование пробы сока затрачено 2,5 мл йода.

(2)   Для возникновения устойчивого синего цвета в растворе яблочного сока (10-процентный) с раствором крахмала (0,5-процентный) при взаимодействии с раствором йода:

- ≈ 1 мл раствора йода

- ≈ 0,3 мл раствора крахмала

- ≈10 мл сока яблок

1.      V(I₂) _{(чистое в-во)} =  = 0,00125 мл

2.   n(I₂) = ≈ 0,000056 ммоль

3.      n(I₂) = n(C6H8O6) ≈ 0,000056 ммоль = 0,000000056 моль

4.      m(C₆H₈O₆) = n * M = 0,000000056 моль * 176 г/моль = 0,000009856 г =

= 0,009856 мг (1/6 яблока) => в 1 целом яблоке ≈ 0,009856 мг*6 =

=0,059136 мг

5.      1 яблоко весит 114 грамма, следовательно, в 100 граммах этого яблока находится ≈0,53 мг витамина С.

 

(3)   Для возникновения устойчивого синего цвета в растворе грушевого сока (20-процентного) с раствором крахмала (0,5-процентный) при взаимодействии с раствором йода:

- ≈ 2 мл раствора йода

- ≈ 0,3 мл раствора крахмала

- ≈ 2 мл сока груши

1.      V(I₂) _{(чистое в-во)} =  = 0,0025 мл

2.      n(I₂) =  ≈ 0,0001 ммоль

3.      n(I₂) = v(C6H8O6) ≈ 0,0001 ммоль = 0,0000001 моль

4.      m(C₆H₈O₆) = n * M = 0,0000001 моль * 176 г/моль = 0,0000176 г = 0,0176 мг (1/6 груши) => в 1 целой груше ≈ 0,0176 мг*6 = 0,1056 мг

5.      1 груша весит 132г, следовательно, в 100 г данной груши содержится ≈0,08 мг витамина С.

(4)   Для возникновения устойчивого синего цвета в растворе мандаринового сока (99-процентного) с раствором крахмала (0,5-процентный) при взаимодействии с раствором йода.

1.      V(I2) (чистое в-во) = (4 мл*0,125%)/(100%) = 0,005 мл

2.      n(I2) = V/Vm=(0,005 мл)/(22400 мл/ммоль) = (0,000005 л)/(22,4 л/моль)≈ 0,00000022 моль

3.       n(I2) = v(C6H8O6) ≈ 0,00000022 моль = 0,00000022 моль

4.      m(C6H8O6) = n * M = 0,00000022 моль * 176 г/моль = 0,00003872 г = 0,03872 мг (1/4 мандарина) => в 1 целом мандарине ≈ 0,03872мг*4 = 0,15488 мг

5.      1 мандарин весит 48г, следовательно, в 100г данного мандарина содержится ≈0,33 мг витамина С

Вывод: Мы исследовали содержание аскорбиновой кислоты во фруктах и пришли к заключению, что в исследованных продуктах содержание витамина С очень маленькое, сильно отличается от средних показателей. Мы предполагаем, что такое сильное отклонение связано с тем, что опыты были проведены осенью и зимой, когда содержание витамина С в овощах и фруктах снижено. Второй причиной является то, что яблоки были разрезаны и некоторое время лежали в таком виде в столовой, прошло необратимое окисление витамина С кислородом до неактивных веществ. Возможна и третья причина: при хранении плодов более чем 2 месяца количество витамина С резко снижается по сравнению с первоначальным.

Фотографии результатов можно увидеть в приложениях 10, 11, 12.

3.2.  Исследование овощей и фруктов на содержание нитратов.

Цель: определить содержание нитратов в томатах, огурцах, мандаринах, киви, грушах посредством визуально-колориметрической цветовой шкалы.

Метод исследования: с помощью капельного теста для определения содержания нитратов.

Оборудование и реактивы: тест-набор на определение концентрации нитратов (VladOx), пробирки, воронки, фильтровальная бумага, пинцет, мерный стакан, столовый нож, шприц, цветовая шкала.

Выполнение:

1. Подготовка реактива.

Разрезали рассматриваемый продукт (фрукт или овощ) и выжали из него сок, добавили дистиллированную воду. Данный раствор профильтровали, налили в стеклянный химический стакан.

2. Проведение эксперимента.

Отмерили 5 мл данного раствора. Добавили необходимые реактивы в указанном в инструкции порядке, оставили на 7 минут.

Сравнили цвет тестируемой жидкости с визуально-колометрической цветовой шкалой (Приложение 13, Приложения 5, 6, 7, 8, 9), по которой определили концентрацию нитратов.

 

Вывод:

Мы провели эксперимент на содержание нитрат-ионов в овощах и фруктах и получили следующие результаты:

✔      Киви – 0 мг (нитр.)

✔      Груши – 7 мг (нитр.)

✔      Томаты – 3 мг (нитр.)

✔      Огурцы – 1 мг (нитр.)

✔      Лук репчатый – 8 мг(нитр.)

Эти полученные данные свидетельствуют о том, что в исследуемых овощах и фруктах содержание нитратов не выходит за рамки допустимых значений.

 

 

 

 

4. Заключение и выводы

В начале работы мы выдвинули гипотезу, что в овощах и фруктах нашей школьной столовой содержание нитратов и аскорбиновой кислоты отклоняется от предельно допустимых значений, что негативно влияет на здоровье школьников. Такое предположение мы выдвинули, т.к. в наше время многие компании используют удобрения, которые впоследствии сильно влияют на содержание в продуктах солей азотной кислоты.

Изучив теоретический материал и проведя экспериментальные исследования, мы сделали выводы:

1. Фрукты из нашей школьной столовой содержат недостаточное количество аскорбиновой кислоты для восполнения ежедневной нормы в рационе школьного питания. В качестве рекомендации мы хотим посоветовать не разрезать фрукты перед подачей на стол, чтобы не терять быстро окисляющийся витамин С. 

2. Содержание нитратов в овощах и фруктах из нашей школьной столовой не превышает допустимый верхний порог содержания (Приложение 3). Больше всего нитратов содержится в грушах.

3. Наша гипотеза частично не подтвердилась, так как суммарное содержание нитратов в исследованных продуктах не превышает допустимой нормы, но содержание витамина С во фруктах крайне мало, а аскорбиновая кислота играет важную роль в работе иммунной системы, принимая участие в миграции лимфоцитов, синтезе и освобождении интерферона.

 

Список используемой литературы

 

1. https://77.rospotrebnadzor.ru/index.php/doc/infdoc/9006-vitamin-s-svojstva-i-polza-askorbinovoj-kisloty#:~:text=%D0%92%20%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%20%D1%87%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BA%D0%B0%20%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BD%20%D0%A1,%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%BD%D1%8B%D0%BC%20%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%83%D0%B4%D0%B0%D0%BC%2C%20%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8F%D0%BC%2C%20%D1%81%D1%83%D1%85%D0%BE%D0%B6%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%8F%D0%BC
2. https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=30575
3. https://moluch.ru/young/archive/66/3478/
4. https://yandex.ru/video/preview/2828675939463907385
5. https://kopilkaurokov.ru/himiya/prochee/nauchnoissledovatielskaiarabotanatiemuvitaminsizdoroviechieloviekaopriedielieniiesodirzhaniiavitaminasvnaturalnykhikonsiervirovannykhproduktakh?ysclid=lmqaioigp0277909658
6. https://04.rospotrebnadzor.ru/index.php/san-nadzor/43-san-ottel/4739-22052015.html
7. https://www.cge48.ru/gigienicheskoe-vospitanie-i-obuchenie/informaciya-dlya-naseleniya/1330.htm

 

Скачано с www.znanio.ru

---