МУНИЦИПАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1 ЧУЛЫМСКОГО РАЙОНА

 

Семенчук Елена Эдуардовна

Троянова Валерия Александровна,

9в класс

 

 

руководитель: Черкасова Елена Михайловна,

учитель химии и биологии,

высшей квалификационной категории

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чулым 2018

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1. Введение	3-4
2. Теоретическая часть
2.1. Из-за чего яблоки темнеют на срезе?	4-7
2.2. Обоснования выбора методик качественного определения ионов железа Fe2+ и Fe3+	7-8
3. Практическая часть
3.1. Определение присутствия ионов железа в яблоках	9-10
3.2. Определение присутствия ионов железа в яблочном соке	10-11
3. Выводы и заключение	11-12
4. Библиография	13
5.Приложения	14-21

 

 

 

 

Введение

Железо – это микроэлемент который необходим человеку, так как он принимает участие во многих биохимических процессах нашего организма, в частности - в кровотворении. В норме, некоторое количество эритроцитов вырабатывается постоянно, и особо интенсивно – после существенных кровопотерь. Нехватка железа замедляет процесс выработки эритроцитов, тем самым не давая организму человека вернуться к обычной работе. Вы ощущаете слабость, раздражительность, быстро устаёте и постоянно мёрзнете – всё это происходит из-за недостатка гемоглобина, находящегося в красных кровяных тельцах.

Гемоглобин – белок, который отвечает за транспортировку кислорода в крови человека. Когда его мало из-за недостаточно интенсивного кроветворения, от кислородного голодания страдает мозг, что особенно опасно для детей, так как снижает их умственные способности. Взрослые же ощущают частое головокружение, в душных помещениях или при интенсивных нагрузках теряют сознание.

Также, железо участвует в процессе фагоцитоза, то есть, лишь при достаточном количестве этого микроэлемента в организме может быть крепкий иммунитет. Также он регулирует работу щитовидной железы, контролирует обмен холестерина, оказывает влияние на иммунную систему, предупреждает развитие анемии, оказывает детоксикационное действие, улучшает состояние ногтей, кожи и волос – роль и значение данного микроэлемента в нашем организме нельзя переоценить.

Общее содержание железа в организме человека составляет около 4,25 г. Из этого количества 57% находится в гемоглобине крови, 23% – в тканях и тканевых ферментах, остальные 20% – депонированы в печени, селезенке, костном мозге и представляют собой «физиологический резерв» железа. Лишь около 8% принимаемого вами железа всасывается и попадает в кровоток. Гемоглобин, который содержит основную часть железа, перерабатывается и используется повторно, при замене кровяных клеток каждые 120 дней.

Детям на 1 кг веса требуется 0,6 мг железа, взрослым – 0,2 мг, беременные женщины – 0,3 мг железа в сутки. Обычно, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, и при донорстве крови) есть необходимость применять специальные препараты. В народе считается, что важнейшим источником железа являются яблоки, а в наших условиях это еще и самый доступный фрукт в зимний сезон (рис 1).

Целью данной работы было качественное определения содержания ионов железа в яблоках некоторых сортов, приобретённых на местном сельско-хозяйственном рынке, а также в яблочном соке различных производителей.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Провести опрос с целью выяснения осведомленности населения по теме исследования
2. Просмотреть научно-техническую литературу с целью выбора методики определения ионов железа.
3. Отработать выбранную методику в лабораторных условиях.
4. Определить содержание железа в яблоках различных сортов с помощью качественных реакций на ионы.
5. Провести качественное определение наличия ионов железа в яблочных соках различных производителей методом бумажной хроматографии.
6. Дать практические рекомендации по употреблению яблок распространенных сортов и преодолению потемнения яблок при их использовании

Из-за чего яблоки темнеют на срезе?

Как правило, на этот вопрос отвечают так: из-за того, что кислород воздуха окисляет железо, содержащееся в яблоках, 30% опрошенных нами учеников и учителей школы ответили именно так.(рис.2) А на вопрос: «Чем полезны яблоки?» около 22% опрошенных ответило: «Содержанием железа». Это дает нам право считать, что примерно треть людей из опрошенных уверены, что в яблоках железо есть. (рис 3) Так же в ходе опроса мы выяснили, что большая часть опрошенных достаточно часто употребляют яблоки, при этом 56% не знают сортов яблок (рис. 4), выбирая в большинстве своём по цвету, блеску, запаху или самостоятельно не выбирют их, а едят те которые им предлагаются. (рис 5)

Мы услышали и такое высказывание, что, если яблоко после разрезания не темнеет или "ржавчины" на срезе мало, значит, в нем содержится мало железа. И что если полить срез яблока соком лимона, то яблоко долго не будет темнеть, так как лимонная кислота свяжет ионы железа. Звучит вразумительно и правдиво. Железо в яблоках, по литературным данным [1] действительно есть, но не более 0,2 мг на 100 г, а в белых грибах, к примеру, 5 мг на 100 г, но грибы ведь не темнеют. Знакомясь с другими статьями мы узнали, что, например, в ходе исследования состава золы яблок сорта Анис-Мальта оксидов железа нет вовсе... [2]

Возникает предположение, что на самом деле механизм потемнения яблок совсем другой или в них, вообще не содержится ионов железа?

В плодах яблок много веществ группы полифенолов.(приложение 1) Кроме того, в яблоках содержатся ферменты полифенолоксидазы, задача которых окислять полифенолы. Под действием полифенолоксидазы (она же тирозиназа), которая окисляет фенолы (как моно-, так и поли-) до токсичных для патогенных микроорганизмов хинонов, срезы темнеют. Потемнение происходит за счет того, что окисляющиеся фенолы и хиноны участвуют в синтезе меланинов, которые обуславливают темный цвет.[3]. Этот процесс хорошо известен химикам: так, щелочной раствор гидрохинона или пирогаллола легко поглощает кислород и темнеет. [4] Гидрохинон-сильный восстановитель, под действием окислителей превращается сначала в хингидрон, затем в n-бензохинон. (Рис. 1) Почему же мякоть целого яблока не "ржавеет"? Ответ в том, что для взаимодействия полифенолоксидазы с полифенолами требуется кислород. При повреждении целостности яблока кислород получает доступ к месту действия и запускает эти процессы. [5] Яблоко таким образом защищается от вредителей. Процессы окисления полифенолов, как вы обратили внимание, запускаются только при повреждении яблока. В природе такое происходит, например, при проедании яблока гусиницей.

1.Первые в списке "защитников" яблока - сами хиноны, которые являются сильными окислителями и токсичны для микроорганизмов и грибков. Коричневая "пленка", образующаяся на поврежденной поверхности яблока, заживляет повреждение и защищает его мякоть от проникновения повреждения вглубь.

2. При значениях рН, близких к нейтральным, усиливается активность окислительных ферментов, в частности полифенолоксидазы, что приводит к необратимому окислению фенольных веществ, присутствующих в тканях. [6] Сок лимона содержит лимонную кислоту - один из сильнейших антиоксидантов. Лимонная кислота инактивирует тирозиназу или снижает ее активность, и она не может катализировать реакцию полифенолов при повышении кислотности, а, следовательно, потемнения яблок не происходит. Еще больший антиокислительный эффект оказывает аскорбиновая кислота. Кстати, темнеют не только яблоки, но и персики, бананы и др. фрукты.

3. Меланины (от греч. melas, род. падеж melanos - черный)- это черные или темно-коричневые пигменты животных, растений и микроорганизмов. Многие их свойства и биологические функции определяются способностью функционировать в организме в виде системы: фенол- семихинон- хинон. Механизм образования меланинов окончательно не выяснили. Предполагают, что первые стадии биосинтеза меланинов являются ферментативными и катализируются о-дифенол: кислород оксидоредуктазами (напр., тирозиназой, полифенолоксидазой и др.), последние стадии протекают стихийно с участием свободных радикалов. Предполагаемый механизм синтеза эумеланинов в организме под влиянием тирозиназы состоит в окислении тирозина (ф-ла I) до 3,4-дигидроксифенилаланина (ДОФА; ф-ла II) и ДОФА-хи-нона (III) с послед. циклизацией, декарбоксилированием, окислением и полимеризацией по схеме (Рис3) Некоторые физические факторы (солнечные, УФ и рентгеновские лучи) стимулируют образование меланинов в организме. [6]Следовательно, если снизить интенсивность этих факторов процесс потемнения среза замедлится.

В повествовании решения имеется некоторая путаница между процессами восстановления хинонов и инактивации фермента. Фермент инактивируется из-за неподходящего значения кислотности среды.

Не рассмотрен способ, использующий хелатирование меди из активного центра фермента.

Не рассмотрен основной класс растительных меланинов – алломеланины.

У этих веществ есть способность ингибировать прорастание спор и рост грибов. При недостатке меди активность фермента согласовывается с аккумуляцией в растениях фенолов и меланиновых веществ. К примеру: при нормальном снабжении медью споры Aspergillus niger черного цвета, при незначительном дефиците — светло-коричневого, а при полном дефиците — белого. Снижение полифенолоксидазной активности, которое обусловлено недостатком меди, отмечается как одна из причин нарушений в цветении растений.

Процесс потемнения или побурения можно предотвратить или уменьшить, добавляя такие вещества, как мета- и тетрабораты, которые образующие комплексы с хинонами. Аскорбиновая кислота предотвращает реакцию побурения, вызывая восстановление о-хинонов и тем самым предотвращая их полимеризацию. Как правило, при переработке растительного сырья для предотвращения потемнения используют двуокись серы (SO₂) или бисульфит натрия (NaHSO₃).

Наиболее предпочтительный метод ингибирования фермента в производстве фруктовых соков- тепловая обработка (бланшировка). Необходимое время и температура зависят от рН: при понижении рН происходит уменьшение ферментативной активности, полифенолоксидаза необратимо инактивируется при рН ниже 3.

Обоснования выбора методик качественного определения ионов железа Fe²⁺ и Fe³⁺

Изучая на уроках химии качественные реакции на ионы железа и проводя опыты по распознаванию неорганических веществ, мы подумали, а почему бы не проверить с помощью изученных реактивов присутствие ионов железа в натуральных объектах? [7] Решили приготовить натуральный яблочный сок и проверить наличие ионов двух- и трехвалентного железа в нем. Предполагаем, если таковые будут присутствовать, то гидроксид натрия даст нерастворимые осадки зеленого или бурого цвета гидроксида железа (II) или (III) соответственно.

Fe²⁺ +2 OH^- = Fe(OH)₂

Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃

Кроме того, при взаимодействии ионов Fe³⁺ и К₄ [Fe(CN)₆] (желтой кровяной соли) мы можем увидеть выпадение ярко-синего осадка гексацианоферрата (II) калия-железа (III) (берлинская лазурь), а реактивом на ионы Fe²⁺ в растворе может служить гексацианоферрат(III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe²⁺ и [Fe(CN)₆]³⁻ можно наблюдать выпадение осадока гексацианоферрата (III) калия-железа (II) (турнбулева синь).

Fe²⁺ + K₃[Fe(CN)₆] = KFe[Fe(CN)₆] + 2K⁺

Fe³⁺ + K₄[Fe(CN)₆] = KFe[Fe(CN)₆] + 3K⁺

А роданид калия КSCN в случае присутствия ионов железа Fe³⁺ должен дать красный цвет Fe³⁺ +3SCN^- ↔ Fe(SCN)₃

Достоверного метода количественного определения ионов железа, к сожалению, нам не удалось найти, в условиях школьной лаборатории решили остановить свой выбор на бумажной хроматографии, как доступном способе разделения и обнаружения веществ в минимальных количествах.

Бумажная хроматография как метод анализа был открыт в 1944 году Констоном, Гордоном, Мартином и Сенджем, использовавших его для анализа смесей аминокислот. Мартин и Сендж впоследствии были удостоены Нобелевской премии за открытие распределительной хроматографии.

В бумажной хроматографии вещества различаются по их относительному положению на бумаге после того, как растворитель пройдёт определённое расстояние. Небольшое количество раствора смеси (10-20мкл), нуждающуюся в разделении, наносят в отмеченную на бумаге точку и высушивают. Данное пятно называется стартовым. После бумага помещается в герметичную камеру, и один её конец погружают в растворитель, являющийся подвижной фазой. Под действием капиллярных сил растворитель движется по бумаге, растворяя и увлекая за собой компоненты образца. Перед началом движения образец должен быть полностью растворён, поэтому скорость растворения компонентов в подвижной фазе является одним из факторов, которые определяют эффективность разделения. После прохождения растворителем определённого расстояния, лист вынимают и просушивают. Затем образовавшиеся пятна, видимые или невидимые, обнаруживают и отмечают.