XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Методики определения витамина С в продуктах питания

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бабудоржиева Л.А. 1

---

1МОУ "Челутайская средняя общеобразовательная школа" Агинского муниципального округа

Дармаева Г.Н. 1

---

1МОУ "Челутайская средняя общеобразовательная школа" Агинского муниципального округа

Работа в формате PDF

569.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы исследования обусловлена широкой распространенностью дефицита витаминов среди населения России, в особенности среди детей и подростков. Масштабные исследования свидетельствуют, что полигиповитаминоз (недостаток трех и более витаминов) отмечается почти у каждого второго ребенка и каждого четвертого взрослого в РФ, в то время как полноценно обеспечены всеми витаминами лишь 14% взрослых и 17% детей старше четырех лет [5]. Среди школьников (7-17 лет) наиболее актуальна нехватка витаминов А, Е, С, В1, В2 [7], причем дефицит аскорбиновой кислоты (витамина С) в возрастной группе от 2 до 18 лет, по некоторым данным, может достигать 60% [1]. Учитывая ключевую роль этого витамина в поддержании иммунитета и когнитивных функций, его недостаток напрямую влияет на здоровье и успеваемость учащихся. Таким образом, овладение доступными методами самостоятельного определения содержания витамина С в продуктах является важным шагом для формирования осознанного отношения к питанию и профилактики гиповитаминоза.

Цель исследования: выявление витамина С в продуктах питания с помощью различных методов.

Задачи исследования:

1. провести анализ литературных источников по теме исследования;

2. подобрать и адаптировать методики для проведения опытов по выявлению витамина С;

3. провести эксперименты и выполнить сравнительный анализ полученных результатов.

Объект исследования: витамины.

Предмет исследования: содержание витамина С в разных продуктах питания.

Методы исследования: теоретический анализ литературы, экспериментальный метод (постановка опытов), сравнительный анализ.

Место и сроки проведения: исследование проводилось на базе кабинета химии МОУ «ЧСОШ» в период с сентября по октябрь 2025 года.

Практическая значимость работы заключается в прикладном применении апробированных методик:

1. В образовательном процессе: работа может служить основой для наглядного лабораторного практикума на уроках биологии и химии (темы «Витамины», «Окислительно-восстановительные реакции»), помогая учащимся на практике убедиться в ценности продуктов.

2. Для просвещения: распространение результатов в школе способствует гигиеническому воспитанию, наглядно демонстрируя различия в содержании витамина и мотивируя к осмысленному выбору пищи.

3. В исследовательской деятельности: работа представляет собой пример сравнительного анализа методик, выявляющий их достоверность и ограничения, что полезно для школьников, начинающих проекты в области биохимии.

Краткий литературный обзор: витамин С (аскорбиновая кислота) был открыт в ходе изучения причин цинги. Это водорастворимый витамин, играющий важную роль в организме как антиоксидант и кофактор многих ферментативных реакций [2, 3, 6]. Его дефицит приводит к серьезным нарушениям здоровья. Для определения витамина С в пищевых продуктах используют различные методы, среди которых наиболее доступным для школьных условий является титриметрический метод йодометрии [4].

Обзор литературы

1. Историческая справка

Во второй половине 19 века ученые, изучающие пищевую ценность продуктов, были уверены, что она зависит только от содержания в них жиров, белков, углеводов, воды и минеральных солей. Однако, человечество не раз сталкивалось с ситуациями, когда морские путешественники погибали от цинги даже при достаточном количестве продуктов [2].

Ответить на этот вопрос не могли вплоть до 1880 года, когда русский ученый Николай Лунин, изучавший роль минеральных веществ в питании, заметил, что мыши, которые питались искусственным молоко, из казеина, жира, сахара и соли, все равно погибали, в то время как животные, получавшие натуральное молоко, были здоровы. Ученый сделал вывод, что в молоке есть и другие незаменимые для питания вещества.

Позже была найдена причина болезни «бери-бери», распространенной среди жителей Индонезии и Японии, которые питались в основном очищенным рисом. Удивительную помощь врачу Эйкману, трудившемуся в тюремном госпитале на острове Ява, оказали бродившие по двору курицы. Когда им давали очищенное зерно, птицы страдали заболеванием, похожим на «бери-бери». Как только им начинали давать неочищенный рис, это состояние проходило. Намного позже было выявлено, что болезнь «бери-бери» обусловлена недостатком витамина В1 [2].

Впервые витамин в кристаллическом виде выделил польский ученый Казимир Функ. Это произошло в 1911 году. Через год они придумал ему название, оттолкнувшись от латинского vita – «жизнь» [6].

2. Значение витаминов для организма человека

Витамины – это органические вещества, которые необходимы для нормального функционирования организма [6].

Витамины – жизненно важные вещества, необходимые нашему организму для поддержания многих его функций. Поэтому достаточное и постоянное поступление витаминов в организм с пищей крайне важно. Биологическое действие витаминов в организме человека очень обширно.

Во-первых, заключается в активном участии этих веществ в обменных процессах. В обмене белков, жиров и углеводов витамины принимают участие либо непосредственно, либо входя в состав сложных ферментных систем. Витамины участвуют в окислительных процессах, в результате которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом, как энергетический и пластический материал.

Во-вторых, витамины способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма.

В-третьих, витамины играют важную роль в поддержании иммунных реакций организма, обеспечивающих его устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Это имеет существенное значение в профилактике инфекционных заболеваний.

В-четвертых, витамины смягчают или устраняют неблагоприятное действие на организм человека многих лекарственных препаратов.

В-пятых, недостаток витаминов сказывается на состоянии отдельных органов и тканей, а также на важнейших функциях: рост, продолжение рода, интеллектуальные и физические возможности, защитные функции организма.

В-шестых, витамины необходимы для синтеза гормонов – особых биологически активных веществ, которые регулируют самые разные функции организма [3].

Таким образом, длительный недостаток витаминов ведет сначала к снижению трудоспособности, затем к ухудшению здоровья, а в самых крайних, тяжелых случаях это может закончиться смертью.

3. Классификация витаминов

В современной науке распространена химическая классификация витаминов, которая основывается на способности витаминов растворяться в воде или жирах. Согласно этой классификации, витамины разделяют на две основные группы, представленные на схеме ниже (Рис.1):

Рис. 1. Классификация витаминов [3].

Жирорастворимые витамины – органические соединения, которые усваиваются только вместе с жирами и растворяются в них. Они содержатся во многих продуктах, в организм поступают с пищей, но для быстрого восполнения дефицита продаются в капсулах или растворах – для восполнения возникающего недостатка. У каждого микронутриента своя функция и особенности, которые более подробно отражены в таблице 1 [8].

Таблица 1. Особенности жирорастворимых витаминов [3].

Водорастворимые витамины – органические соединения, которые растворяются в воде или нежирных жидкостях. Они содержатся во многих продуктах, но также продаются в растворах – для восполнения возникающего недостатка. У каждого микронутриента своя функция и особенности (таблица 2).

Таблица 2. Особенности водорастворимых витаминов [3].

4. Методы определения витамина С

Свойства и биологическая роль витамина С подробно описаны в научной и учебной литературе [2, 3]. Для его количественного и качественного определения в продуктах питания разработан ряд методов, различающихся по сложности, точности и доступности.

• Титриметрические методы (например, йодометрия) основаны на окислительно-восстановительной реакции аскорбиновой кислоты и широко применяются благодаря наглядности и относительной простоте [4].

• Хроматографические методы (ВЭЖХ) обладают высокой точностью и селективностью, но требуют сложного оборудования.

• Спектрофотометрические методы также точны, но нуждаются в специфических реактивах.

• Экспресс-методы (качественные пробы) позволяют быстро, но приблизительно оценить наличие витамина.

Для школьного эксперимента наиболее подходящим является титриметрический метод йодометрии, так как он безопасен, нагляден, не требует сложной аппаратуры и позволяет получить сравнительные количественные данные [4]. Именно этот метод был выбран в качестве основного для данной работы.

Методика исследований

1. Общие условия проведения экспериментов

Все опыты проводились в лабораторных условиях при комнатной температуре (+23°C). Для исследований использовалось свежее сырье: апельсин, лимон, репчатый лук, морковь и картофель. Соки извлекались методом прессования (для цитрусовых) или механического измельчения и отжима через марлю (для овощей) непосредственно перед началом каждого эксперимента. Каждый опыт для всех образцов был повторен трижды для обеспечения достоверности результатов и минимизации случайных погрешностей.

2. Методика №1 (Титриметрический метод йодометрии в растворе)

Данная методика основана на окислительно-восстановительной реакции между аскорбиновой кислотой (C6H8O6) и йодом (I2). Йод выступает в роли окислителя, а витамин С – восстановителя. Раствор крахмала служит индикатором, образующим с йодом характерное синее окрашивание, которое проявляется только после полного окисления всей аскорбиновой кислоты в пробе.

• Цель: Сравнительное определение относительного содержания витамина С в образцах продуктов.

• Оборудование и реактивы: химические стаканы (6 шт.), пипетка, 5% спиртовой раствор йода, 1% водный раствор крахмала, дистиллированная вода, свежие образцы продуктов.

3. Методика №2 (Качественная проба на бумаге)

Данная методика также основана на способности йода окислять аскорбиновую кислоту, но проводится без контроля количества реагентов.

• Цель: Визуальная, ориентировочная оценка наличия витамина С.

• Оборудование: 5% спиртовой раствор йода, бумага, свежие образцы продуктов.

• Ход работы:

4. Обработка результатов

Для каждого образца по методике №1 было проведено три параллельных измерения (титрования). Измеряемой величиной являлось количество капель 5% раствора йода, пошедшее на титрование до появления устойчивого синего окрашивания.

Статистическая обработка включала:

• Расчет среднего арифметического значения количества капель для каждого образца по трём повторениям.

• Визуальную оценку воспроизводимости и погрешности: результаты повторных опытов для одного образца хорошо согласовывались (расхождение не более 1-2 капель), что свидетельствует об удовлетворительной точности методики в условиях школьной лаборатории.

• Полученные средние значения использовались для сравнительного анализа восстановительной способности соков, что косвенно свидетельствует об относительном содержании в них витамина С и других восстановителей.

Результаты исследований и их обсуждение

В соответствии с методикой №1 (титриметрический метод йодометрии в растворе) был проведён сравнительный анализ пяти образцов продуктов и контрольного образца (дистиллированная вода). Усредненные данные представлены в Таблице 3 и на рисунке 2.

Таблица 3. Результаты определения восстановительной способности образцов методом йодометрии

1. Анализ данных методики №1

Результаты наглядно демонстрируют принцип работы йодометрического метода. Йод выступает в роли окислителя, который в первую очередь реагирует с восстановителями в соке, главным из которых является аскорбиновая кислота (витамин С). Синее окрашивание от комплекса йода с крахмалом возникает только после полного окисления всех восстановителей.

• Контрольный опыт (вода) подтвердил корректность методики: отсутствие восстановителей привело к мгновенной реакции йода с крахмалом (всего 1 капля).

• Картофель показал наименьшую восстановительную способность (6 капель). Слабое окрашивание указывает на незначительное количество веществ, реагирующих с йодом, в том числе витамина С.

• Лимон и морковь обладают сопоставимой и высокой восстановительной способностью (по 15 капель). Тот факт, что 15 капель йода не привели к окрашиванию, означает, что весь йод был израсходован на окисление содержащихся в соке веществ. Это в 15 раз больше, чем для воды, и в 2,5 раза больше, чем для картофеля. Равное количество капель для лимона и моркови требует объяснения: оно может быть связано как с похожим содержанием витамина С, так и с влиянием других восстановителей (например, каротиноидов) в составе моркови.

• Лук и апельсин продемонстрировали максимальные значения (по 20 капель). Отсутствие окрашивания после 20 капель – ключевой результат, прямо свидетельствующий об очень высоком содержании восстановителей. Эти образцы прореагировали с в 20 раз большим количеством окислителя, чем вода. Важное уточнение: в случае с луком высокая восстановительная способность может быть обусловлена не только витамином С, но и другими биологически активными веществами (например, флавоноидами), что является темой для дальнейшего исследования. То, что апельсин и лук «поглотили» одинаковое количество йода, не означает равное содержание именно витамина С, но подтверждает их высокую пищевую ценность как источников антиоксидантов.

2. Оценка методики №2

Проведение опытов по методике №2 не дало однозначных и воспроизводимых результатов. На разрезах продуктов не наблюдалось устойчивого осветления йодного фона на бумаге. Основная причина неудачи – неконтролируемость условий: невозможность точно дозировать количество йода и отсутствие стандартного количества крахмала-индикатора. Кроме того, на результат могло повлиять наличие собственного крахмала в некоторых овощах (например, в картофеле) при прямом контакте с бумагой. Это делает данную экспресс-методику неспецифической и непригодной для получения достоверных сравнительных данных в рамках строгого эксперимента.

3. Обсуждение результатов

Таким образом, титриметрический метод (Методика №1) успешно апробирован и позволил получить наглядные сравнительные данные. Результаты подтверждают, что наиболее высокой восстановительной способностью, обусловленной в том числе содержанием витамина С, обладают апельсин, лимон, лук и морковь. Картофель показал наименьший результат среди исследованных образцов. Методика №2 признана недостаточно достоверной для целей данного исследования.Проведенный эксперимент является качественно-сравнительным. Для получения точных количественных данных о содержании витамина С (в мг/100г) необходимо использование калибровочной шкалы, точной бюретки и учет молярных соотношений реагирующих веществ.

Выводы

На основании проведенного теоретического анализа и экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы, соответствующие поставленным задачам:

1. Теоретическая задача выполнена: в результате анализа литературных источников установлено, что витамин С (аскорбиновая кислота) является незаменимым водорастворимым витамином, играющим ключевую роль в поддержании иммунитета и когнитивных функций, а его дефицит широко распространен среди школьников. Для его определения в продуктах питания существует ряд химических методов, из которых для школьного эксперимента наиболее пригоден титриметрический метод йодометрии.

2. Методическая задача решена: для экспериментальной части были подобраны и адаптированы две методики: точный титриметрический метод йодометрии в растворе (Методика №1) и ориентировочная качественная проба на бумаге (Методика №2). Были определены и стандартизированы условия проведения опытов (комнатная температура, свежее сырье, трехкратная повторность), а также разработан простой метод обработки результатов (расчет среднего арифметического).

3. Практическая задача выполнена, результаты проанализированы: в ходе экспериментов было установлено, что Методика №1 является эффективной, наглядной и позволяет получить сравнимые данные. Результаты подтвердили высокую восстановительную способность соков апельсина (20 капель), лимона (15 капель), лука (20 капель) и моркови (15 капель), что свидетельствует о значительном содержании в них витамина С и других антиоксидантов. Картофель (6 капель) показал наименьший результат. Методика №2 не дала воспроизводимых результатов из-за неконтролируемых условий и была признана недостоверной для целей данного исследования.

Заключение

В ходе исследовательской работы достигнута поставленная цель – проведено выявление витамина С в различных продуктах питания с помощью сравнительного анализа двух методик.

Перспективы дальнейших исследований могут включать:

• Изучение влияния различных условий (термическая обработка, длительное хранение, заморозка) на содержание витамина С в продуктах.

• Проведение полноценного количественного анализа с использованием калибровочной шкалы, бюретки и расчетом конкретного содержания витамина С в образцах (в мг/100г).

• Расширение списка исследуемых продуктов (ягоды: шиповник, смородина; зелень: петрушка, укроп; соки промышленного производства).

• Исследование вклада других восстановителей (не витамина С) в общую антиоксидантную активность овощей, таких как лук

Практические рекомендации, вытекающие из работы:

Для поддержания необходимого уровня витамина С в рационе школьников рекомендуется:

1. Регулярное употребление свежих овощей и фруктов, в особенности цитрусовых.

2. Минимизация длительной термической обработки овощей, способствующей разрушению аскорбиновой кислоты.

3. Использование простой и наглядной йодометрической пробы в рамках школьных уроков для формирования наглядного представления о ценности разных продуктов.

Список использованной литературы

1. Звягинцева М. Проблема здорового детского питания в России: что делать с огромным дефицитом витаминов? // 78.ru: электронное издание. – 2023. – 22 июня. – URL: https://78.ru/articles/2023-06-22/problema-zdorovogo-detskogo-pitaniya-v-rossii-chto-delat-s-ogromnim-deficitom-vitaminov (дата обращения: 10.10.2025).

2. История открытия витаминов [Электронный ресурс] // Официальный сайт компании «Компливит». – URL: https://komplivit.ru/articles/vse-o-vitaminakh/istoriya-otkrytiya-vitaminov/ (дата обращения 10.10.2025).

3. Классификация и номенклатура витаминов [Электронный ресурс] // Studbooks. – URL: https://studbooks.net/1861902/meditsina/klassifikatsiya_nomenklatura_vitaminov_spetsificheskie_funktsii_organizme (дата обращения: 10.10.2025).

4. Кравцова, Е.П. Методика определения содержания витамина С в овощах и фруктах [Электронный ресурс] // Инфоурок. – URL: https://infourok.ru/metodika-opredeleniya-soderzhaniya-vitamina-s-v-ovoshah-i-fruktah-5788278.html (дата обращения: 10.10.2025).

5. Роспотребнадзор. Каких витаминов не хватает детям и взрослым в России: пресс-релиз. – 2025. – 13 апр. – URL: https://77.rospotrebnadzor.ru/index.php/press-centr/press-relizy/14167-kakikh-vitaminov-ne-khvataet-detyam-i-vzroslym-v-rossii-13-04-2025 (дата обращения: 10.10.2025).

6. Сонин, Н.И. Биология. Человек. 8 класс: учебник / Н.И. Сонин, М.Р. Сапин. – 6-е изд., стереотип. – Москва: Дрофа, 2013. – 287 с.

7. Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор). Питание школьника: рекомендации. – URL: https://cgon.rospotrebnadzor.ru/naseleniyu/zdorovoe-pitanie/ratsiony-pitaniya/pitanie-shkol-nika/ (дата обращения: 10.10.2025)

8. Что такое витамины и их классификация [Электронный ресурс] // Ashaindia. – URL: https://ashaindia.ru/chto-takoe-vitaminy/ (дата обращения: 10.10.2025).