Определение сахаров в фруктах и овощах ( 10 класс)
Министерство образования Республики Башкортостан
Республиканский экономический лицей- интернат
Работа с одаренными учащимися
Развитие творческого и аналитического мышления
Химический эксперимент
Определение сахаров в овощах и фруктах
Автор- составитель:
учитель химии высшей категории
Сивагина Аниса Гайнетдиновна
Уфа - 2014
Пояснительная записка
Исходя из главной цели образования - воспитание творческой личности учащегося, способности к саморазвитию, самоусовершенствованию, в качестве приоритетного дидактического подхода в обучении и воспитании одаренных детей я выбрала поисковый, исследовательский метод.
Исследовательская деятельность начинается с накопления информации. После этого следует постановка проблемы и выбор темы исследования. Затем определяются цели исследования. Следующая ступень- выдвижение гипотезы - мысленное представление основной идеи, к которой может привести исследование, предположение о результатах исследования. В заключение необходимы оценка, оформление результатов работы и вывод из нее.
Важную роль в развитии познавательных процессов играют экспериментальные исследования, связанные с повседневной жизнью. Например, исследование качества питьевой воды или продуктов питания.
Школьный кабинет химии имеет достаточную оснащенность, чтобы проводить разнообразную работу с учащимися, проявляющими повышенный интерес к химии.
С учащимися мы проводим исследования, по разработанным и адаптированным методикам количественного анализа пищевых продуктов .Объектами исследования являются овощи и фрукты, мед, молоко, хлебобулочные изделия и другие продукты .Результаты анализа позволяют делать выводы об их пищевой ценности контролировать их качество .Эти исследования могут быть включены также в факультативный курс.
Таким образом, учащиеся овладевают методикой научного исследования, усваивают этапы научного познания.
Тема: Определение сахаров в овощах и фруктах
Введение
Питательная ценность овощей и фруктов определяется в первую очередь содержанием легко растворимых углеводов (сахаров): сахарозы, глюкозы и фруктозы. Их содержание зависит не только от вида и сорта растений, но и от условий их выращивания, агротехники, сроков уборки и условий хранения.
Результаты анализа позволяют делать выводы о пищевой ценности овощей и фруктов и контролировать их качество.
Цель работы
Определить содержание углеводов в яблоках, апельсине, моркови и свекле, полученные результаты сравнить с литературными данными
Обучиться приемам исследовательской работы
Ход работы
Содержание моносахаридов определяем методом разработанным Бертраном. Моносахариды при взаимодействии с реактивом Фелинга образуют оксид меди (I). Реактив Фелинга представляет собой щелочной раствор комплексного соединения меди (II) c тартратом калия натрия KNa[CuC4H2O6] (соль винной кислоты или сегнетова соль) который получают так:
СuSO4 + 2NaОН = Сu(ОН)2 + Na2SO4; (1)
Сu(ОН)2 + NаООС-СН - СН - СООК =
| |
OH OH
= NаООС СН-СН- СООК + 2Н2O. (2)
| |
O O
\ /
Cu
Вместо соли винной кислоты можно ис пользовать водный щелочной раствор глицерина [2]. Глюкоза при нагревании восстанавли вает атомы меди в степени окисления +2 до ок сида меди(I) красного цвета:
О
//
СН2ОН- (СНОН)4- С +2КNa[CuС4Н2O6] + 2Н2O =
\
ОН
О
//
= СН2ОН- (СНОН)4- С +2KNaС4Н4O6 + Сu2O (3)
\
ОН
глюконовая кислота
Следует отметить, что в этой реакции обра зуется сложная смесь продуктов окисления, так как взаимодействие глюкозы с реактивом Фелинга протекает не только по указанному урав нению реакции, а сопровождается еще и по бочными реакциями. Фруктоза в отличие от обычных кетонов также окисляется реактивом Фелинга с образованием Сu2O [3]. В этом мож но убедиться, проделав соответствующий опыт с фруктозой (левулозой). Окисление фруктозы сопровождается разрывом углеродной цепи и образованием органических кислот [4].
Оксид меди(I) растворяют в сульфате железа (Ш) в присутствии серной кислоты:
Сu2O + Fе2(SO4)3 + Н2SO4 = 2СuSO4 + 2FеSO4 + Н2O. (4)
Раствор сульфата железа (II) титруют рас твором перманганата калия в кислой среде. Ре акция протекает по уравнению:
2КМnO4 + 10FеSО4 + 8Н2SO4 =5Fе2(SO4)3 + 2МnSO4 + 8Н2O + К2SO4. (5)
Реактивы: реактив Фелинга (раствор А 34,6 г СuSO45Н2O на 500 мл раствора; раствор Б 173 г сегнетовой соли и 70 г NаОН на 500 мл раствора; перед употреблением смешивают равные объемы этих растворов); щелочной раствор глицерина (150 г NаОН растворяют в 500 мл воды, добавляют 50 мл чистого глице рина и доводят водой до 1 л); растворы КМnO4 (с = 0,02моль/л), Fе2(SO4)3 (с = 50 г/л) или NH4Fе(SO4)2 12Н2O (100 г/л), Н2S04 (
· = =1,84 г/см3), Na2S04 (
·=7,3%), НСl (
· =20%); РЬ(СН3СОО)2 (
· = 30%); Na2С03 (
· =11%); ВаСl2 (
· =10%).
I. Приготовление водной вытяжки сахаров
Отвешивают 25 г измельченных на терке овощей или фруктов (для апельсинов, лимонов часто ограничиваются отжиманием сока), пе реносят в фарфоровую ступку, растирают до однородной массы и переносят ее через ворон ку в мерную колбу на 250 мл, доливают горячей дистиллированной водой до 150 мл и нагрева ют 30 мин на водяной бане при t = 75-80 °С.
После охлаждения вытяжки добавляют 5-10 мл ацетата свинца для осаждения белко вых и красящих веществ, водой доводят объем жидкости в мерной колбе до метки, закрывают пробкой и перемешивают.
После отстаивания вытяжку фильтруют в су хой стакан, отбирают 50 мл фильтрата в мер ную колбу на 200 мл. В эту же колбу прибавляют 10 мл раствора сульфата натрия для осаждения избытка ионов свинца, водой доводят объем до метки, закрывают пробкой, взбалтывают и дают отстояться. Жидкость фильтруют через двойной бумажный фильтр в стакан. Вытяжка готова.
II. Определение моносахаридов
Две пробы фильтрата по 20 мл переносят пипеткой в конические колбы для титрования. В каждую колбу мерным цилиндром отмеряют 20 мл раствора тартрата калия-натрия. Смесь перемешивают, кипятят в течении 3 мин и от стаивают красный осадок Сu2O 1-2 мин. Затем жидкость сливают и осадок промывают дис тиллированной водой декантацией, проверяя пробу на сульфат-анион хлоридом бария.
Если осадок оксида меди(I) не образуется или его очень мало, то надо приготовить дру гую вытяжку, взяв большую навеску (50 г). При высокой концентрации сахаров в растворе большая часть ионов Сu+2 восстанавливается и синяя окраска раствора исчезает. В этом случае объем пробы уменьшают или ее разбавляют.
К промытому осадку Сu2O добавляют 10-15 мл сульфата железа(III) и титруют перманганатом калия до появления слабо-розовой ок раски, не исчезающей в течение минуты.
III. Определение общего сахара
Отмеряют пипеткой 50 мл вытяжки в мер ную колбу на 100 мл, добавляют с помощью мерного цилиндра 5 мл 5%-ного раствора хло роводородной кислоты, нагревают до 60 °С и ставят на водяную баню на 8 мин при t = 68-70 °С для гидролиза сахарозы.
Затем колбу охлаждают, жидкость нейтрализуют при постепенном добавлении (вспени вание!) раствора карбоната натрия в присутствии метилоранжа до перехода окраски в слабо-желтую, доводят водой до метки и берут две пробы по 20-50 мл. Дальнейшее определение проводят также как и в случае моносахаридов.
IV. Расчеты
Из уравнений (4) и (5) получаем стехиометрическую схему:
Сu20 2FеS04 0,4КМnО4,
по которой рассчитываем массу оксида меди(I), исходя из объема раствора перманганата калия, пошедшего на титрование. Расчет показывает, что 1 мл раствора КМnO4 (с = 0,02 моль/л) соответствует 7,16 мг Сu20 или 6,36 мг меди. По эмпирически составленной Бертраном табл. 1 [2], исходя из массы меди, находим массу моносахаридов и вычисляем массовую долю сахаров в процентах.
Вычисление содержания моносахаридов проводим по формуле:
13 QUOTE 1415, (6)
где а - масса сахаров, найденная по табл. 1, мг;
mH- масса навески сырого материала, 25 г;
V-общий объем вытяжки, 250 мг;
V1 -объем пробы, мл;
0,4- коэффициент, учитывающий разбавление, пересчет на миллиграммы и проценты.
Вычисление содержания общего сахара проводим по формуле:
13 QUOTE 1415, (7)
где 0,8 коэффициент, учитывающий разбавление, пересчет на миллиграммы и прочее.
В нашем случае: масса навески яблока 25 г, на титрование пробы V1= 50 мл израсходовано 12,5 мл раствора перманганата калия (с =0,02 моль/л), что соответствует 79,4 мг меди. По табл. 1 находим соответствующую массу сахара - а = 46,5 мг и вычисляем
·2,
·2 = 6,5%.
При определении сахарозы (
· 3) находим разность между общим содержанием сахара и содержанием моносахаридов и умножаем ее на коэффициент 0,95 [2]:
· 3= (
· 1 -
· 2)0,95.
Таблица 1
Масса, мг
Масса, мг
меди
Моно-
сахарида
меди
Моно-
сахарида
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
9,8
10,8
11,8
12,9
13,9
14,9
15,9
16,9
17,9
18,9
20
21
22
23,1
24,2
25,2
26,3
27,3
28,35
29,4
30,5
31,6
32,7
33,75
34,85
35,95
37
38,1
39,2
40,3
40,4
42,5
43,6
44,8
45,9
47
48,1
49,2
50,45
51,5
100
102
104
106
108
110
112
114
116
118
120
122
124
126
128
130
132
134
136
138
140
142
144
146
148
150
152
154
156
158
160
162
164
166
168
170
172
174
176
178
52,65
53,85
54,95
56,3
57,25
58,4
59,5
60,7
61,9
63,1
64,2
65,4
66,6
67,8
69
70,1
71,4
72,55
73,8
75,05
76,25
77,5
78,7
79,9
81,2
82,45
83,7
85
86,25
87,5
88,75
90
91,25
92,5
93,8
95,05
96,3
97,6
98,9
100,2
Результаты определения массовой доли уг леводов представлены в табл. 2. В ней сравни ваются данные из литературных источников и полученные практически.
Результаты исследований:
Таблица 2
Содержание углеводов в некоторых овощах и фруктах (% на сырое вещество)
Культура
Общий сахар
сахароза
моносахариды
Преоблад.сахар[2]
Практ.
Лит.
Практ.
Лит.
Практ.
Лит.
Яблоко
Апельсин
Морковь
Свекла столовая
6,5
4,3
2,1
7,8
6-14
7-8
6-8
8,12
0,86
3,4
1,2
6,1
2-3
4
2-6
-
5,6
0,9
0,8
1,4
7,5
-
3,5
0,4
Моносахариды
Сахароза
Сахароза
Сахароза
Вывод: Полученные результаты удовлетворительно согласуются с литературными данными. Интересно отметить, что в представленных культурах наибольшее содержание сахаров наблюдается у яблок и столовой свеклы, причем, в яблоках преобладают моносахариды, в свекле - сахароза.
ЛИТЕРАТУРА
Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. М.: Высшая школа, 2005.
Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат. Ленинградское отделение, 2003.
Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органи ческая химия, 2007.
Потапов В.М., Татаринчик СМ. Органическая химия. М.: Химия, 2007.
15