Раздел 1. Химические методы анализа. Теоретическое введение.

Лабораторная работа №1. Определение содержания витамина с в различных продуктах.

Цель работы – определение содержания витамина С в пищевых продуктах – яблоке, лимоне, и др.

Теоретическое введение.

Метод относится к окислительно-восстановительному обратному титрованию. Общее название – йодометрия. Суть метода заключается взаимодействии вещества с избытком раствора йода и дальнейшем определении оставшегося количества йода. Схема реакции выглядит следующим образом:

при этом, I₂→2I^-

Приборы и реактивы:

• Фрукты/овощи

• Раствор I₂, 0,1Н

• Раствор Na₂S₂O₃, 0,1Н

• Раствор HCl, 0,1Н

• Раствор крахмала, 0,1%.

• Пробирки.

• Пипетки.

• Ступка.

• Пестик.

Ход работы:

1. Кусочек продукта взвесить, растереть в пюре в ступке при помощи пестика; получившееся пюре перенести в колбу и залить 100 мл дистиллированной воды. Добавить несколько капель 0,1Н НCl, хорошенько взболтать.

2. Отобрать в пробирку 1 мл получившегося раствора. Добавить 5 мл. 0,1Н р-ра I₂. Перемешать, убрать в темное место на 5 мин.

3. Через 5 мин. добавлять в пробирку ПО КАПЛЯМ (!) 0,1Н р-р Na₂S₂O₃ до получения ярко-желтой окраски. Затем добавить каплю раствора крахмала и продолжать прибавление раствора Na₂S₂O₃ по каплям до исчезновения синей окраски. Зафиксировать объем раствора, который был добавлен.

4. Повторить п. 1-3 для всех продуктов.

Результаты:

Результаты следует представить в виде таблицы:

№	Продукт	V 0,1H Na2S2O3, мл.	m продукта, г.	С вит.С, мг/г
1
2
3
4

Расчет концентрации витамина С ведется на 1 г продукта по следующей формуле:

C=[(V₀-V_x)*C_Na2S2O3*V_разв.*М _вит.С*1000]/[V_ал.*f_экв.*m _прод.], где

• V₀ – объем добавленного раствора йода (0,1Н I₂, равен 5 мл. (см. ход работы))

• V_х – объем добавленного раствора тиосульфата натрия (0,1H Na₂S₂O₃, из таблицы)

• C Na₂S₂O₃ – концентрация раствора тиосульфата натрия (0,1 моль-экв./л)

• V_разв. – объем воды, который был добавлен к размятому продукту (100 мл=0,1 л, см. ход работы)

• М – молярная масса витамина С, 176 г/моль.

• 1000 – коэффициент пересчета из г в мг

• Vал. – объем раствора взятый на анализ (1 мл, см. ход работы)

• f_экв. – фактор эквивалентности для Na₂S₂O₃, (равен 1)

• m_прод. – масса продукта, взятая на анализ, г.

Подставляя имеющиеся цифры в формулу получаем:

С=(5-V_x)*1760/m_прод., мг/г.

Лабораторная работа № 2. Определение содержания восстанавливающих сахаров в пищевых продуктах.

Цель работы: определить содержание восстанавливающих углеводов в пищевых продуктах в пересчете на глюкозу.

Теоретическое введение:

УГЛЕВОДЫ (сахара), обширная группа полигидроксикарбо-нильных соед., входящих в состав всех живых организмов; к углеводам относят также мн. производные, получаемые при хим. Mодификации этих соед. путем окисления, восстановления или введения разл. заместителей.

Термин "углеводы" возник потому, что первые известные представители углеводов по составу отвечали ф-ле C_mH_2nO_n (угле-род+вода); впоследствии были обнаружены природные углеводы с др. элементным составом.

Классификация и распространение. Углеводы принято делить на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды обычно представляют собой полигид-роксиальдегиды (альдозы) или полигидроксикетоны (кетозы) с линейной цепью из 3-9 атомов С, каждый из к-рых (кроме карбонильного) связан с группой ОН. Простейший моноса-харид, глицериновый альдегид, содержит один асим. атом С и известен в виде двух оптич. антиподов (D и L). Прочие моносахариды имеют неск. асим. атомов С; их рассматривают как производные D- или L-глицеринового альдегида и относят к D- или L-ряду в соответствии с абс. конфигурацией асим. атома С, наиб. удаленного от карбонильной группы. Различия между изомерными моносахаридами в каждом ряду обусловлены относит, конфигурацией остальных асим. центров.

Характерное св-во моносахаридов в р-рах - мутаротация, т. е. установление таугомерного равновесия между ациклич. альдегидо- или кетоформой, двумя пятичленными (фураноз-ными) и двумя шестичленными (пиранозными) полуацеталь-ными формами. Две пиранозы (как и две фуранозы) отличаются друг от друга конфигурацией (a или b) нового асим. (аномерного) центра, возникающего из карбонильного атома С при циклизации.

Полуацетальный (гликозидный) гидроксил циклич. форм моносахаридов резко отличается от прочих групп ОН моно-сахарида значительно большей склонностью к р-циям нукле-оф. замещения. Такие р-ции приводят к образованию глико-зидов (остаток нуклеофила в гликозиде - напр. спирта. меркаптана - носит назв. агликон). В тех случаях, когда агликоном служит др. молекула моносахарида, образуются олиго- и полисахариды. При этом каждый остаток моносахарида может в принципе иметь пиранозную или фуранозную форму, a- или b-конфигурацию гликозидного центра и быть связанным с любой из гидроксильных групп соседнего моносахарида. Поэтому число разл. по строению полимерных молекул, к-рые теоретически можно построить даже из остатков только одного моносахарида, представляет собой аст-рономич. величину.

К наиб, обычным и распространенным в природе моноса-харидам относят D-глюкозу, D-галактозу, D-маннозу, D-фрук-тозу, D-ксилозу, L-арабинозу и D-рибозу. Из представителей др. классов моносахаридов часто встречаются: 1) дезоксиса-хара, в молекулах к-рых одна или неск. групп ОН заменены атомами H (напр., L-рамноза, L-фукоза, 2-дезокси-D-рибоза); 2) аминосахара, где одна или неск. групп ОН заменены на аминогруппы (напр., 2-амино-2-дезокси-D-глюкоза, или D-глюкозамин); 3) многоатомные спирты (полиолы, альди-ты), образующиеся при восстановлении карбонильной группы моносахаридов (D-сорбит из D-глюкозы, D-маннит из D-маннозы, и др.); 4) уроно-вые кислоты - альдозы, у к-рых группа CH₂OH окислена в карбоксильную (напр., D-глюкуроновая к-та); 5) разветвленные сахара, содержащие нелинейную цепь углеродных атомов (напр., апиоза, или 3-С- гидроксиметил-D-глицеро-тетроза; ф-ла I); 6) высшие сахара с длиной цепи более шести атомов С (напр., D-седогеп-тулоза и сиаловые к-ты; ф-лы см. соотв. в статьях Пентозо-фосфатный цикл иМоносахариды}.

За исключением D-глюкозы и D-фруктозы своб. моносахариды встречаются в природе редко. Обычно они входят в состав разнообразныхгликозидов, олиго- и полисахаридов и м. б. получены из них после кислотного гидролиза. Разработаны многочисл. методы хим. синтеза редких моносахаридов исходя из более доступных.

Олигосахариды содержат в своем составе от 2 до 10-20 моносахаридных остатков, связанных гликозидными связями. Наиб, распространены дисахариды, выполняющие ф-цию запасных B-B: сахароза в растениях, трегалоза в насекомых и грибах, лактоза вмолоке млекопитающих.

Известны многочисл. гликозиды олигосахаридов, к к-рым относят разл. физиологически активные в-ва, напр,гликозиды сердечные, нек-рые сапонины (в растениях), мн. антибиотики (в грибах и бактериях), гликолипиды.

Полисахариды- высокомол. соед., линейные или разветвленные молекулы к-рых построены из остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями. В состав полисахаридов могут входить также заместители неуглеводной природы (остатки алифатич. к-т,фосфат, сульфат). В свою очередь цепи высших олигосахаридов и полисахаридов могут присоединяться к полипептидным цепям с образованием гликопротеинов.

Особую группу составляют биополимеры, в молекулах к-рых остатки полиолов, гликозилполиолов, нуклеозидов или моно- иолигосахаридов соединены не гликозидными, а фос-фодиэфирными связями. К этой группе относят тейхоевые кислоты бактерий, компоненты клеточных стенок нек-рых дрожжей, а также нуклеиновые кислоты, в основе к-рых лежит поли-D-рибозофосфатная (РНК) или поли-2-дезок-си-D-рибозофосфатная (ДНК) цепь.

Физико-химические свойства. Обилие полярных функц. групп в молекулах моносахаридов приводит к тому, что эти в-ва легко раств. вводе и не раств. в малополярных орг. р-рителях. Способность к таутомерным превращениям обычно затрудняет кристаллизацию моно- и олигосахаридов, однако если такие превращения невозможны (напр., как в гликозидах и невосстанавливающих олигосахаридах типасахарозы), то в-ва кристаллизуются легко. Mн. гликозиды с малополярными агликонами (напр., сапонины) проявляют св-ва ПАВ.

Полисахариды - гидрофильные полимеры, мн. из них образуют высоковязкие водные р-ры (растит, слизи, гиалуроно-вая к-та; ф-лу последней см. в ст. Мукополисахариды), а в ряде случаев (в результате своеобразной межмол. ассоциации) - прочные гели (агар, алъгиновые кислоты, каррагинаны, пектины). Нек-рые полисахариды образуют высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, препятствующие гидратации отдельных молекул; такие полисахариды (напр., хитин, целлюлоза)не раств. в воде.

Биологическая роль. Ф-ции углеводов в живых организмах чрезвычайно многообразны. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и служат исходными соед. для биосинтеза гликозидов и полисахаридов, а также др. классов B-B (аминокислот, жирных K-T, фенолов и др.). Эти превращения осуществляются ферментами, субстратами для к-рых служат, как правило, богатые энергией фос-форилир. производные Сахаров, гл. обр. нуклеозиддифосфат-сахара.

Углеводы запасаются в растениях (в виде крахмала), животных, бактериях и грибах (в виде гликогена), где служат энергетич. резервом. Источником энергии являются р-ции расщепления глюкозы, образующейся из этих полисахаридов, по гликоли-тич. или окислит. пути (см. Гликолиз). В виде гликозидов в растениях и животных осуществляется транспорт разл. метаболитов. Полисахариды и более сложные углеводсодержащие полимеры выполняют в живых организмах опорные ф-ции. Жесткая клеточная стенка у высших растений представляет собой сложный комплекс из целлюлозы, гемицеллюлоз и пектинов. Армирующим полимером в клеточной стенке бактерий служат пептидогликаны (муреины), а в клеточной стенке грибов и наружных покровах членистоногих - хитин. В организме животных опорные ф-ции выполняют протео-гликаны соединит, ткани, углеводная часть молекул к-рых представлена сульфатир.мукополисахаридами. Эти в-ва участвуют в обеспечении специфич. физ.-хим. CB-B таких тканей, как кости, хрящи, сухожилия, кожа. Будучи гидрофильными полианионами, эти полисахариды способствуют также поддержанию водного баланса и избират. ионной проницаемости клеток. Аналогичные ф-ции в морских многоклеточных водорослях выполняют сульфатир. галактаны (красные водоросли) или более сложные сульфатир. гетерополисахари-ды (бурые и зеленые водоросли); в растущих и сочных тканях высших растений эту ф-цию выполняют пектины.

Особенно ответственна роль сложных углеводов в образовании клеточных пов-стей и мембран и придании им специфич. св-в. Так, гликолипиды - важнейшие компоненты мембран нервных клеток и оболочек эритроцитов, а липополисахариды -наружной оболочки грамотрицат. бактерий. Углеводы клеточной пов-сти часто определяют специфичность иммунологич. р-ций (групповые в-ва крови, бактериальные антигены) и взаимод. клеток с вирусами. Углеводные структуры принимают участие и в др. высокоспецифич. явлениях клеточного взаимод., таких, как оплодотворение, узнавание клеток при тканевой дифференциации, отторжение чужеродных тканей и т. д.

Практическое использование. Углеводы составляют главную часть пищ. рациона человека, в связи с чем широко используются в пищ. и кондитерской пром-сти (крахмал, сахароза и др.). Кроме того, в пищ. технологии применяют структурир. в-ва полисахаридной природы, не имеющие сами по себе пищ. ценности,- гелеобразователи, загустители, стабилизаторы суспензий и эмульсий (альгинаты,агар, пектины, растит. галактоманнаны и др.).

Превращения моносахаридов при спиртовом брожении лежат в основе процессов получения этанола, пивоварения, хлебопечения; др. виды брожения позволяют получать из Сахаров биотехнол. методами глицерин, молочную, лимонную, глюконовую к-ты и мн. др. в-ва.

Глюкозу, аскорбиновую к-ту, углеводсодержащие антибиотики, гепарин широко применяют в медицине. Целлюлоза служит основой для получения вискозного волокна, бумаги, нек-рых пластмасс, BB и др. Сахарозу и растит, полисахари-ды рассматривают как перспективное возобновляемое сырье, способное в будущем заменить нефть в пром. орг. синтезе. Моносахариды используют в качестве доступных хиральных исходных соед. для синтеза сложных прир. B-B неуглеводной природы.

Как было указано выше, углеводы можно разделить на альдозы (содержащие в своем составе альдегидную группу, напр. глюкоза) и кетозы (содержат кетонную группу, напр. фруктоза). Важное отличие в химических свойтвах этих двух классов сахаров заключается в том, что альдозы способны восстанавливать серебро или медь до металла из их солей, а кетозы – нет. Поэтому альдозы называют также восстанавливающими сахарами, а кетозы – невосстанавливающими.

Метод представляет собой реверсионное титрование: к известному количеству раствора с известной концентрацией прибавляется раствор с неизвестной концентрацией. В ходе определения происходят следующая реакция:

CH₂OH–(CHOH)₄–CH=O + 2Cu(OH)₂ →

→ CH₂OH–(CHOH)₄–COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O,

Оксид меди (I) представляет собой ярко-красный кристаллический осадок, выпадение которого сильно мешает определению. Поэтому в раствор добавляется желтая кровяная соль (К₄[Fe(CN)₆]*4H₂0), которая связывает образующуюся медь в растворимый комплекс, который имеет желтую окраску.

Приборы и реактивы:

• Фрукты/овощи

• Раствор Фелинга 1: CuSO₄*5H₂O – 4,32г/л

• Раствор Фелинга 2: сегнетовая соль – 12,5 г/л; К₄[Fe(CN)₆]*4H₂0 – 2,5 г/л; NaOH –18,75 г/л.

• Плитка

• Колбы термостойкие

• Пипетки

• Пробирки

Ход работы:

1. Кусочек продукта взвесить, растереть в пюре в ступке при помощи пестика; получившееся пюре перенести в колбу и залить 100 мл дистиллированной воды. Добавить несколько капель 0,1Н НCl, хорошенько взболтать.

2. Отобрать в колбу 5 мл р-ра Фелинга 1 и 5 мл р-ра Фелинга 2. Взболтать до получения равномерно окрашенного раствора. Поставить колбу на плитку, нагреть до кипения.

3. В кипящий раствор добавлять ПО КАПЛЯМ (!) раствор, полученный в п.1, до тех пор, пока раствор не сменит окраску на зеленовато-желтую. Зафиксировать объем добавленного раствора.

4. Повторить п. 1-3 для всех продуктов.

Результаты:

Результаты следует представить в виде таблицы:

№	Продукт	Vр-ра продукта, мл.	m продукта, г.	С РВ в пересчете на глюкозу, мг/г
1
2
3
4

Концентрация раствора Фелинга (по глюкозе)=… г/л

Расчет концентрации глюкозы ведется на 1 г продукта по следующей формуле:

C=[V_фел.*C_фел.*V_разв.*1000]/[V_х*m _прод.], где

• V_фел. – суммарный объер рствора Фелинга (5+5=10 мл (см. ход работы))

• V_х – объем добавленного раствора продукта (из таблицы)

• C_фел.– концентрация раствора Фелинга (определяется преподавателем по глюкозе;)

• V_разв. – объем воды, который был добавлен к размятому продукту (100 мл=0,1 л, см. ход работы)

• 1000 – коэффициент пересчета из г в мг

• m_прод. – масса продукта, взятая на анализ, г.

Подставляя имеющиеся цифры в формулу, получаем:

C=[C_фел..*1000]/[V_х*m _прод.], мг/г.