Исследовательская работа по химии на тему Пектин и его содержание в доступных нам продуктах питания

Районный конкурс работ исследовательского характера (конференция) учащихся

по учебному предмету

«Химия»

Пектин и его содержание в доступных нам продуктах питания

                                                                        Автор:

                                                                        Новикова Елизавета

                                                                        ученица 8 класса

                                                   Научный руководитель:

                                                                              Шалыгина Снежана Игоревна

                                                                               учитель химии                                                                               

                  агр. Милославичи, 2018

Оглавление

Введение____________________________________________________3

Глава 1 Теоретическая часть

§1 Немного о пектине и его свойствах____________________________5

§2 Содержание пектина в различных продуктах____________________8

§3 Польза и вред пектина_______________________________________10

Глава 2 Практическая часть

§1 Определение сока на натуральность____________________________12

§2 Определение содержание пектина в различных соках_____________13

§3 Определение содержание пектина в яблоках_____________________14

§4 Определение содержание пектина в апельсинах__________________16

Заключение___________________________________________________17

Список используемых источников________________________________19

Приложение___________________________________________________20

Введение

Пектиновые вещества – это группа высокомолекулярных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок и межклеточных образований  растений  совместно  с целлюлозой,  гемицеллюлозой,  лигнином. Наибольшее количество пектиновых веществ находится в плодах  и корнеплодах. В промышленности пектин получают из яблочных выжимок,  свеклы,  корзинок  подсолнечника.  Различают  нерастворимые пектины (протопектины), которые входят в состав первичной клеточной стенки и межклеточного вещества, и растворимые, содержащиеся в клеточном соке, из которого пектиновые вещества можно получить осаждением спиртом. При созревании и хранении плодов нерастворимые формы пектина переходят в растворимые, с этим связано размягчение  плодов  при  созревании  и  хранении.  Переход  нерастворимых форм в растворимые происходит также при тепловой обработке растительного сырья, осветлении плодово-ягодных соков. 

Пектин  находит  широкое  применение  в  различных  отраслях народного хозяйства: в консервной и кондитерской промышленности для получения желе, мармелада, джема, повидла, конфитюра; при производстве мороженого в качестве эмульгаторов и стабилизаторов пены; в химической и фармацевтической промышленности – при изготовлении клея, моющих средств, ионообменных смол, кинопленок и искусственных  волокон на  основе нитропектина  и  ацетилпектина; в  сельском  хозяйстве  – для  получения  стойких  инсектицидных  эмульсий. На основе пектина готовятся различные медицинские препараты: кровоостанавливающие, для  лечения  заболевания желудочно-кишечного тракта.  Установлено,  что  пектиновые  вещества  тормозят  процессы гниения в  кишечнике больше, чем искусственно введенные дезинфицирующие вещества. Наличие в составе пектиновых веществ  кислот  повышает  сопротивляемость  организма.  Пектин  способствует снижению кровяного давления, выведению из организма холестерина, рекомендуется для диетического питания.

Цель исследований. Получение опытных образцов пектина из  выжимок  яблок и апельсина,  также из фруктовых соков, используемых для детского питания.

Для достижения цели  были поставлены следующие задачи:

1. Познакомиться с  информацией о пектине в научной литературе и других источниках.

2. Изучить качественный и количественный состав пектина. Определить основные его свойства с помощью экспериментальных исследований.

3. Показать вред и пользу пектина для здоровья человека.

Гипотеза: предположим, что в доступных (дешевых) продуктах питания, содержится достаточное количество пектина.

Объектом нашего исследования было содержание пектина в различных фруктах и соках.

Предмет исследования: состав пектина в различных сортах фруктов.

Методы исследования: качественный и количественный анализ, эксперимент, сравнение.

В ходе нашей работы были рассмотрены различные информативные источники, проведены химические опыты. Для достижения поставленной цели использованы методы анализа, сравнения и обобщения.

Глава 1 Теоретическая часть

§1 Немного о пектине и его свойствах

В 1790 году французский химик Луи Никола Воклен, проводивший исследования веществ растительного и животного происхождения, выделил из сока клубней топинамбура вещество, которое хорошо растворялось в воде и обладало способностью превращать водные растворы в желе. Само открытие пектина произошло около 200 лет назад. Автором открытия стал французский химик Анри Браконно, выделивший пектин из сливочного сока.
Однако совсем недавно, при изучении древнеегипетских манускриптов, специалисты нашли в них упоминание о неком «прозрачном фруктовом льде, не тающем даже под жарким солнцем Мемфиса». Ученые пришли к выводу, что это было первое упоминание о желе, изготовленном с применением пектинов. [2. стр.72]

В течение длительного времени не существовало четко сформулированной номенклатуры пектиновых веществ. В литературе применялось около 50 различных терминов. В настоящее время утвердилась следующая номенклатура пектиновых веществ, разработанная Комитетом Американского  химического  общества и  официально  принятая в 1944 г.:

  Пектин (pectin) – водорастворимое вещество, свободное от целлюлозы и состоящее из частично или полностью метоксилированных остатков  полигалактуроновой кислоты. В зависимости от количества метоксильных групп и степени полимеризации существуют различные пектины.

Н-пектин  (H-pectin)  –  высокоэтерифицированный  пектин. Имеет степень этерификации, т. е. отношение числа этерифицированных карбоксильных групп на каждые 100 карбоксильных групп пектиновой кислоты, более 50 %;

 L-пектин (L-pectin) – низкоэтерифицированный пектин. Имеет степень этерификации менее 50 %;

 Пектиновые  вещества  (pectic  substances)  – физические  смеси пектинов  с  сопутствующими  веществами  (например,  пентозанами  и гексозанами);

 Пектиновые кислоты (pectin  acid) – высокомолекулярные поли-галактуроновые кислоты, небольшая часть карбоксильных групп которых этерифицирована  метиловым  спиртом. Соли  пектиновых кислот называются нормальными или кислыми пектинатами (pectinates);

 Протопектин  (protopectin) –  нерастворимый  в воде  природный пектин  растений, состоящий в  основном  из  сети  пектиновых  цепей, образованных в результате соединения многовалентных ионов металла с неэтерифицированными группами COOH (образование  ионных мостиковых  связей). [ 1. стр.7]

Пектин – полисахарид с длинной спиралевидно–скрученной  цепью повторяющихся единиц и высоким молекулярным весом – обладает свойствами лиофильного коллоида. В отличие от других природных коллоидов (желатин), золи пектина переходят в гель только в присутствии сахара и кислоты или поливалентных металлов. Пектин, выделенный из растений, в высушенном виде представляет собой порошок от белого до серо-коричневого цвета в зависимости от источника получения и степени очистки. Он не обладает запахом, слизистый при пробе на язык. Пектин растворяется в воде, особенно при нагревании, осаждается  спиртом и другими  органическими растворителями. При повышении температуры выше 100°С пектин разлагается. Быстрое разложение наступает в присутствии ионов хлора.[ 4. стр.36]

Характерными  показателями  пектина  являются:  молекулярный вес, метоксильное число, ацетильное число, растворимость в воде, вязкость золя, желеобразующая способность.

Наилучшим  растворителем  пектиновых  веществ  является  вода. Растворяются они также в 84% –ной фосфорной кислоте и жидком аммиаке; в глицерине  набухают. В остальных органических и неорганических растворителях они практически нерастворимы. Растворимость пектина в воде возрастает с увеличением степени этерификации и с уменьшением степени полимеризации. Из двух пектинов с одинаковой длиной цепи легче растворим тот, у которого выше метоксильное число; из двух пектинов одинаковой степени этерификации легче растворим обладающий меньшим молекулярным весом.[1.cтр.9]

Характерным и важным свойством пектина является его способность давать студни в присутствии сахара и кислот, отсюда и их название (от греческого слова «пектос» – соединяющий). Желирующая способность пектина растительного, широко используется в  пищевой промышленностью, у разных растений далеко не одинакова   и зависит от относительной молекулярной массы пектина, от степени метоксилирования остатков галактуроновой кислоты и количества сопутствующих балластных веществ, концентрации сахара в растворе, температуры и рН среды.

Также необходимо знать о наличии пектиновых веществ в тех случаях,  когда  пектиновые  вещества  накапливаются в  лекарственно-сырьевых объектах в значительных количествах (ягоды клюквы, алтейский корень, солодковый корень и др.) и участвуют в суммарном лечебном эффекте, проявляемом основными действующими веществами.

В водных растворах молекула пектина имеет форму спирали, карбоксильные группы которой расположены друг под другом. [3]           

§ 2  Содержание пектина в различных продуктах

   Пектин содержится в некоторых видах водорослей и почти во всех овощах и фруктах, но больше всего в яблоках, цедре цитрусовых, свекле, моркови и подсолнечнике. В природе пектин содержится в растительном сырье, плодах, овощах, корнеплодах. Вещества, содержащие пектин можно разделить на три основные группы. К первой группе относятся овощи: клубнеплоды (картофель), корнеплоды (свекла, морковь), листовые (капуста, лук), стеблевые ( сельдерей), плодовые (баклажаны, томаты), тыквенные (арбузы, дыни, тыква), бобовые (горох, фасоль). Вторая группа пектин содержащего сырья включает плоды и деревья из подгрупп: семечковые (яблоко, айва), косточковые (вишня, черешня), ягоды настоящие (виноград, смородина), ягоды ложные (земляника, клубника, малина), плоды субтропические и тропические (апельсины, мандарины, инжир, гранаты, грейпфруты, лимоны, гуава). В третью группу включены другие виды промышленного сырья с высоким содержанием пектина: листья чая и табака, стебли и корзинки подсолнечника, кора хвойных пород деревьев (сосна, ель, лиственница, красный кедр). Содержание пектиновых веществ неодинаково у разных видов растений, различных их частей и зависят то метеорологических условий произрастания, географической зоны, сортовой принадлежности, периода развития и возраста растения. [2.cтр.72]

         Содержание пектина в овощах

В овощах, как и во фруктах и ягодах есть свои лидеры и победители. Ниже мы приводим таблицу усредненных показателей содержания этого полезного вещества в процентах на 100 грамм. Рекордсменом по содержанию низкомолекулярного пектина является свекловичная клетчатка — на 100 грамм около 20%

Приложение 1

         Содержание пектина в фруктах

На долю пектиновых веществ фруктов приходится 0,5 — 12,4%. По содержанию пектина первое место занимают яблоки, бананы, персики, вишня, апельсины. Слива, алыча – щедрый источник желирующих веществ. При употреблении овощей и фруктов, содержащих пектины, происходит адсорбция гнилостных, болезнетворных микробов и продуктов жизнедеятельности. В ЖКТ развивается полезная микрофлора, прекращающая бродильные процессы. Этим объясняется помощь при лечении колитов и интоксикаций.[5, cтр.3]

Приложение 2

Перечень полезных качеств яблок нескончаем. Главный показатель – содержание пектина, незаменимого для здоровья вещества. Процент содержания пектина особенно велик у зимних сортов яблок – 6,0%, а у свекловичной клетчатки может достигать 20% — это рекордный показатель. Высокое содержание пектинов в апельсине, лимоне, яблоке, абрикосе, капусте, дыне, вишне, картофеле, огурце, моркови, персике, мандарине, груше. А также  в ряде ягод, таких как клюква, крыжовник и смородина.

§ 3. Польза и вред пектина

Как и любой продукт - пектин, может привести как пользу, так и вред. С медицинской точки зрения, можно отметить следующие плюсы применения этого вещества:

ü улучшение скорости обмена веществ в организме;

ü понижение уровня холестерина в крови;

ü улучшение в работе кровеносной системы;

ü нормализация в работе желудочно-кишечного тракта (противовоспалительный и обезболивающий эффект);

ü выведение из организма тяжёлых металлов, токсинов и других вредных веществ;

ü снижение риска возникновения болезней сердца и онкологических заболеваний;

ü нормализация работы микрофлоры кишечника;

ü участвует в процессе ускорения расщепления жиров, что ведет к потере в весе.[2,cтр.72]

Вредное воздействие на организм этот полисахарид может оказывать, если человек злоупотребил дозой вещества. При этом заметно снижается усвоение таких важных микроэлементов, как магний, железо, цинк, кальций. У человека может наблюдаться аллергия на пектин, но вызвать ее не способны продукты, содержащие натуральное вещество, ведь во фруктах, ягодах и овощах его совсем мало. Опасными являются лишь те изделия, где есть добавка, полученная искусственным путем. Если наступает передозировка пектином – вред от нее может существенно ударить по всему организму:

ü  вызвать сильный метеоризм;

ü  спровоцировать брожение в толстой кишке и непроходимость кишечника;

ü  снизить усвояемость белков и жиров.

Суточная норма употребления пектина зависит от преследуемой цели. Например, для снижения холестерина крови, достаточно употреблять около 15 граммов пектина в день. Если же вы намерены заняться сбросом веса, тогда количество употребляемого пектина следует повысить до 25 грамм.
При этом следует отметить, что в 500 граммах фруктов присутствует всего 5 грамм пектина. Поэтому вам придется ежедневно съедать от 1,5 до 2,5 кг фруктов, или же употреблять пектин, выпускаемый нашей пищевой промышленностью.

Пектин - самая распространённая форма растворимой клетчатки, содержащейся в продуктах. Фактически 5 порций фруктов и овощей восполнят вашу потребность в 15 граммах пектина. Вот как можно получить эти граммы: съешьте на завтрак половину грейпфрута, на ланч- зеленый салат с сухой клюквой и отварную картофелину. Хотя мармелады и джемы делают с добавлением пектина, их нельзя рассматривать как серьезные источники клетчатки. Чтобы получить хотя бы 1 грамм клетчатки, вам придется съесть 7 упаковок мармелада и 17 упаковок клетчатки, чтобы получить столько же пектина, сколько его содержится в среднем  яблоке.[5]

Глава 2 Практическая часть

§ 1 Определение сока на натуральность

Для определения сока на натуральность была использована сода. Мы размешали в стакане сока чайную ложку пищевой соды, затем смешали полученный раствор с другим стаканом того же сока. Наблюдали за изменением цвета у напитка. Изменение цвета свидетельствует о натуральности продукта. Если цвет не изменился, то в нем содержатся красители. Мы использовали мультифруктовые соки марки Беллакт, Добрый, Садочок, Маленькое Счастье.

При добавлении соды, все соки поменяли цвет, только Садочок не поменял.

Значит, он содержит красители.

Приложение 3

Все соки до добавления соды:                      После добавления соды:

                       

            § 2 Определение содержания пектина в различных соках

Для определения содержание пектина в различных соках мы использовали ацетон. К раствору сока мы добавляли 2 мл ацетона. Наблюдалось образование желевидной массы в течение нескольких минут.

 Приложение 4   

По результатам данного исследования можно сделать вывод, что наибольшее содержание пектина в соке марки Добрый и Садочок, так как при добавлении ацетона они образовали очень плотную желевидную массу. Соки других торговых марок также содержат пектин, но в значительно меньшем количестве.

§ 3 Определение содержания пектина в яблоках

Для анализа берем навеску массой 20 г. от исследуемого продукта. Определенное количество исследуемого продукта экстрагируем 200 мл раствора уксусной кислоты. Экстрагирование ведем в течение 24 часов, при температуре 85°. Колбу помещаем на кипящую водяную баню, с таким расчетом, чтобы уровень жидкости в колбе был на 3-5 см выше кипящей поверхности в бане. Из полученной жидкости отбираем 100 мл, выпариваем до 25 мл и после охлаждения добавляем подкисленной соленой кислоты (3-5 капель) и раствор 70%-ного этилового спирта. После отстаивания в течение нескольких часов осадок отфильтровываем через складчатый бумажный фильтр, промываем подкисленным спиртом до тех пор, пока не исчезнет уксусная кислота.

                  

Фильтр с осадком кипятим в 50 мл воды, добавляем небольшое количество аммиака. В дальнейшем фильтр с осадком измельчаем и кипятим в разбавленном растворе аммиака, а смесь вновь фильтруем. Все полученные фильтраты собираем и к ним добавляем 100 мл 0,4%-ного раствора едкого натра. Жидкость отстаиваем 12 часов, затем осаждаем, добавляя 50 мл  уксусной кислоты и 50 мл раствора хлористого кальция. Жидкость после осаждения кипятим 5 мин. В результате реакции получаем нерастворимый осадок пектата кальция. После фильтрования осадок промывают и высушивают до постоянного веса при температуре 100°.

                    

В результате данного исследования можно сделать вывод, что в химической лаборатории можно получить пектин. Нами был получен сухой пектин массой  1,6 г. Следовательно, исследуемый нами сорт яблок содержит  малое количество пектина.

§4 Определение содержания пектина в апельсинах

Для определения содержания пектина в апельсинах  мы использовали следующую методику: измельченный апельсин массой 100 г обработали спиртом при 70⁰С для экстракции эфирных масел и пигментов. Затем твердый жом кипятили в разбавленной соляной кислоте, в которой пектин растворился. Отделенный жидкий фильтрат подкислили и упарили до сиропообразной массы. Из этой массы спиртом высаживаем сырой пектин.

        

В результате данного исследования можно сделать вывод, что в химической лаборатории можно получить пектин. Нами был получен  сухой пектин массой 1 г. Следовательно, исследуемый нами сорт апельсина содержит малое количество пектина.

Мы решили сравнить содержание пектина в яблоках и в апельсинах. Выяснили, что содержание пектина в исследуемом образце яблок составляет 7,5%, что превышает среднее значение на 0,5%. Содержание пектина в апельсинах оказалось равно 1%, что соответствует среднему значению. Таким образом, можно сделать вывод, что содержание пектина в яблоках больше.

Заключение

В питании каждого человека должны быть фрукты, овощи и натуральные соки, так как кроме витаминов, они содержат особое вещество – пектин. Пектины обладают уникальной способностью – при взаимодействии с водой они набухают, образуют что-то вроде гелей и, проходя по желудочно-кишечному тракту, захватывают различные токсичные вещества, образующиеся как в процессе пищеварения, так и поступившие извне. Исследование показало, что одними из основных источников пектина являются яблоки, свекла, капуста, кабачки. Это одни из самых доступных продуктов и что немаловажно, доступных круглый год. Заморские деликатесы, овощи и фрукты всегда кажутся какими-то необыкновенно полезными и вкусными, а то, что растет у нас в саду и огороде,  не вызывает особых эмоций.  Мы всем рекомендуем не забывать про самые обычные яблоки и ежедневно включать их в свой рацион в подходящем для вас виде, а также помнить об известной  английской поговорке: «An appIe a day keeps the doctor away », что означает «Съедайте по яблоку в день, и вы забудете, то такое доктор». Пейте также натуральные фруктовые соки (особенно с мякотью), так как они содержат много пектина.

По мнению ученых  и по результатам  опытов,   пектин может быть весьма полезен для здоровья, так как:

Ø улучшение скорости обмена веществ в организме;

Ø понижение уровня холестерина в крови;

Ø улучшение в работе кровеносной системы;

Ø нормализация в работе желудочно-кишечного тракта (противовоспалительный и обезболивающий эффект);

Ø выведение из организма тяжёлых металлов, токсинов и других вредных веществ;

Ø снижение риска возникновения болезней сердца и онкологических заболеваний;

Ø нормализация работы микрофлоры кишечника;

Ø участвует в процессе ускорения расщепления жиров, что ведет к потере в весе.

В результате данного исследования можно сделать вывод, что в химической лаборатории можно получить пектин.

Мы  сравнили содержание пектина в яблоках и в апельсинах. Выяснили, что содержание пектина в исследуемом образце яблок составляет 7,5%, что превышает среднее значение на 0,5%. Содержание пектина в апельсинах оказалось равно 1%, что соответствует среднему значению. Таким образом, можно сделать вывод, что полезно употреблять продукты, содержащие пектин.

Также мы определили содержание пектина в различных соках. По результатам данного исследования можно сделать вывод, что наибольшее содержание пектина в соке марки Добрый и Садочок.

Таким образом, гипотеза исследования подтвердилась,  что в доступных  продуктах питания, содержится достаточное количество пектина.

                             Список  использованных источников

1.Е.В. Аверьянова, М.Н. Школьникова;  Пектин: методы выделения  и свойства:  методические рекомендации для студентов. Бийск: Изд-во Алт. гос. тех. ун-та, 2015. – 42 с.

2. Келлер Е. А., Луганская  А. Ю. Санитар организма человека- пектин // Юный ученый.- 2016.-№ 5.- с. 71-76.

3.Касабиева А.А., Кисиева М.Т. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПЕКТИНОВ РАЗЛИЧНОГО ВИДА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ // Материалы VI Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум».

4. М.Н. Школьникова,  Е.В.  Аверьянова // Вестник  ЮУрГУ.  Серия «Пищевые  и  биотехнологии». – 2017. – Т. 5,  № 1. – С. 35–44.

5. Мачнева И.В., Бондаренко А.И. ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ УРОВНЯ ПЕКТИНА В НЕКОТОРЫХ ОВОЩАХ И ФРУКТАХ C. 1-6

5. http://fb.ru/article/164796/pektin-vred-i-polza-primenenie-i-svoystva-pektina.

6. http://www.neboleem.net/pektin.php.  

                                                                                             Приложение 1

Содержание пектина в овощах

Овощ:	Содержание в 100 граммах, %:
Редис	10,3 — 11,8
Перец	6,0 — 8,7
Морковь	6,0 — 8,0
Огурцы	5,9 — 9,4
Тыква	2,6 — 9,8
Зеленый горошек	2,5 — 5
Помидоры	2,0 — 4,1
Свекла	0,7 — 2,0
Капуста белокочанная	0,6 — 0,9
Репчатый лук	0,4 — 0,7

                                                                                                       Приложение 2

Содержание пектина в фруктах

Фрукт:	Содержание в 100 граммах, %:
Айва	5,3 — 9,6
Персик	5,0 — 8,9
Яблоко	4,4 — 7,5
Абрикос	3,9 — 8,6
Слива	3,6 — 5,3
Груша	3,5 — 4,2
Лимон	0,7 — 1,1
Апельсин	0,6 — 1
Мандарин	0,3 — 1,1

                                                                                                Приложение 3

Определение сока на натуральность

Название сока	Страна производителя	Изменение цвета
Беллакт	Беларусь	да
Добрый	Россия	да
Маленькое счастье	Россия	да
Садочок	Украина	нет

                                                                                           Приложение 4

Определение содержания пектина в различных соках

Название сока	Наличие желевидной массы	Уровень желевидной массы
Беллакт	есть	1,2 мм
Добрый	есть	3,0 мм
Маленькое Счастье	есть	1,00 мм
Садочок	есть	3,8 мм