Полная версия научной работы 500 КБ

1
Всероссийский конкурс научно-исследовательских и
творческих работ учащихся «Юный ученый»
Научно-исследовательская работа
Сравнительная качественная
оценка российских и импортных
яблок
Выполнил:Дидур Владимир Александрович,
учащийся 9 класса МБОУ «СОШ №7», г.Губкинский
Руководитель: Кутько Людмила Григорьевна,
учитель химии МБОУ СОШ №7,г. Губкинский
Губкинский - 2016
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Введение……………………………………………………………
3
2. Материалы и методы исследования…..…………………………
4
3. Обзор литературы …………………………………………………
4
4. Практическая часть исследования………………………………
5
5. Выводы…………………………………………………………….
11
6. Заключение…………………………………………………………
9
7. Библиографический список….……………………………………
10
8. Приложения…………………………………………………………
11
3
ВВЕДЕНИЕ
Одним из самых вкусных и полезных фруктов является яблоко. Дикая
яблоня была одним из первых деревьев, культивированных человеком. Её
основоположники – жители Малой Азии. Впоследствии её завезли на
территорию Египта и Палестины, а в дальнейшем – в Древнюю Грецию и Рим.
Из истории известно о существовании за 2 века до нашей эры как минимум 25ти сортов яблони[1, 3].
Яблоки являются ценным природным источником витамина С, или подругому аскорбиновой кислоты, а также железа. Аскорбиновая кислота,
содержащаяся
в
уменьшению их
яблоках,
способствует:
проницаемости
для
укреплению
стенок
токсинов, быстрой
сосудов,
реабилитации
организма после болезни. Железо, содержащееся в яблоках помогает при
анемиях у детей и взрослых, в особенности у беременных женщин. Известно,
что аскорбиновая кислота способна увеличивать биодоступность железа для
клеток организма путем перевода трёхвалентного железа в двухвалентное [6].
На сегодняшний день существует огромное количество различных сортов
яблонь: летние, осенние и зимние сорта, с плодами зеленой, бледно-желтой,
золотистой, светло- и темно-красной окраски, различного размера, вкуса и
аромата. В одних сортах содержится больше аскорбиновой кислоты, в других –
больше сахаров, а втретьих – выше содержание железа[7]. Поскольку очень
важным для успешной адаптации к экстремальным условиям Крайнего Севера
является организация правильного питания [2], мы решили выяснить какой
сорт яблок, продающийся в магазинах города Губкинский, полезней. Также, в
сложившейся
ситуации
импортозамещения,
мы
исследовали
яблоки,
выращенные в российских регионах и зарубежных странах (Польша и Сербия).
В связи с этим целью нашей работы стало качественное определение
аскорбиновой кислоты и железа в яблоках различного сорта. Для достижения
поставленной цели нами были сформулированы следующие задачи:
1.
изучить теоретические основы строения, свойств и значения
аскорбиновой кислоты и железа;
4
2.
определить экспериментальным путем качественное содержание
аскорбиновой кислоты и железа в яблоках разного сорта;
3.
оценить микробиологическую устойчивость сока яблок разных
сортов.
Объектом исследования являются яблоки, а предметом – содержание
аскорбиновой кислоты и железа в яблочном соке.
Новизна работы заключается в том, что впервые на территории города
Губкинский были изучены некоторые сорта яблок (привезенные для продажи) с
помощью доступных школьнику химико-биологических методов.
Теоретическая
и
практическая
часть
исследовательской
работы
проводилась с октября 2014 года по февраль 2015 года в рамках кружка по
химии научного общества учащихся «Поиск» МБОУ «СОШ №7» города
Губкинский, Ямало-Ненецкого автономного округа.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В исследовании использовался свежевыжатый сок яблок 5 сортов:
«Семеринка» (Россия), «Голден Делишес» (Россия), «Айдаред» (Польша),
«Глостер» (Польша), «Ред Принц» (Сербия), приобретенных в магазинах города
Губкинский.
В
практической
части
исследования
использовались
стандартные
(общепринятые) методики:
•
определенияpH-среды;
•
определения железа с помощью красной и желтой кровяной соли;
•
определения аскорбиновой кислоты методом йодометрии.
При проведении лабораторных исследований нами использовалось
цифровое оборудованиеLabQuest, химические реактивы, лабораторная посуда,
фотоаппарат, компьютер. Методы работы: лабораторная работа, визуальное
наблюдение,
статистическая
обработка
вербальная и математическая оценка данных.
данных,
графический
анализ,
5
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Аскорбиновая
кислота - органическое
соединение, родственное глюкозе, является одним из
основных веществ в человеческом рационе, которое
необходимо
для
соединительной
биологические
нормального
и
костной
функции
функционирования
ткани.
восстановителя
и кофермента некоторых метаболических
является антиоксидантом[4].
Выполняет
процессов,
Биологически
активен
Рис.1.
Пространственная
структура молекулы
L-аскорбиновой
кислоты
только один из изомеров - L-аскорбиновая кислота,
который называют витамином C (рис.1). В природе
аскорбиновая кислота содержится во многих фруктах,
например яблоках.
Наиболее богаты аскорбиновой кислотой плоды свежего шиповника (650
мг/100 г), болгарского красного перца (250 мг/100 г), чёрной смородины (200
мг/100 г). Среднее содержание аскорбиновой кислоты в яблоках - 4,6 мг/100 г
[1].
Железо
является
в
важным
катализирующим
кислородом
живых
организмах
микроэлементом,
процессы
(дыхания).
обмена
Основным
внутриклеточным депо железа является
глобулярный
белковый
комплекс -
ферритин (рис.2). Недостаток железа
проявляется
как
болезнь
организма: хлороз у растений и анемия у
Рис.2.Структура глобулярного
белкового комплекса - ферритина
животных.Обычно
железо
входит
ферменты
виде
комплекса,
в
в
называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине -
6
важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем
органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный
красный цвет.
К продуктам питания с высоким содержанием железа относятся варенные
бобовые, такие как горох (6,8 мг/100 г), зеленая фасоль (5,9мг/100 г), соевые
бобы (5,1мг/100 г). Темно-зеленые листовые овощи являются еще одним
хорошим источником железа. К ним относятся шпинат (3,6 мг/100 г), мангольд
(3,1мг/100 г), цветная (1,4мг/100 г) и брюссельская капуста (1,3мг/100 г). В
яблоках среднее содержание железа равно 2,21мг/100 г.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
В начале нашего исследования мы взяли5 яблок разных сортов (см.
Материалы и методы), натерли их на мелкой терке, отмерили по 100 грамм
мякоти каждого сорта и при помощи марли отжали натуральный яблочный сок.
Каждую пробирку с соком яблок разного сорта пронумеровали: пробирка №1 –
сорт «Семеринка», пробирка №2 – «Голден Делишес», пробирка №3 –
«Айдаред», пробирка №4 – «Глостер», пробирка №5 – «Ред Принц». На
протяжении всего исследования данная нумерация сохранялась.
Больше всего сока (60 мл) дал сорт яблок «Айдаред», а меньше всего (48
мл) – сорт «Ред Принц» (рис.3).
Рис.3. Объем яблочного
сока исследуемых сортов
яблок
7
Далее мы с помощью pH-метра LabQuеst определили среду во всех 5
исследуемых натуральных яблочных соках в нормальном и разбавленном
состоянии. Наиболее кислая среда(3,6) оказалась в неразбавленном соке яблок
сорта «Семеринка» и «Глостер», а наименее кислая – в неразбавленном соке
яблок сорта «Ред Принц» (рис.4).
Рис.4.Реакция рН-среды
яблочного
исследуемых
сока
сортов
яблок (неразбавленный)
В разбавленном соке яблок наиболее кислая среда (3,6) оказалась у сорта
«Семеринка», а наименее кислая (4,7) – у сорта «Глостер» (рис.5).
Рис.5.Реакция рН-среды
яблочного
исследуемых
сока
сортов
яблок (разбавленный)
8
Содержание железа в натуральном яблочном соке мы определили с
помощью красной кровяной соли, т.к. взаимодействие солей железа с красной
кровяной солью K3[Fe(CN6)] является качественной реакцией на ионы Fe2+
[5]..В результате этой реакции мы наблюдали (рис. 6) выпадение в виде осадка
малорастворимого
соединения
с
интенсивной
синей
окраской-
гексацианоферрат(III) железа(II)калия, или турнбулевой сини:
•
3FeCI2+K3[Fe(CN6)]=KFе [Fе (CN)6]+2KCI
турнбулева синь
•
Fe2+K+[Fе(CN)6]=KFe[Fe(CN)6]
1-ый день опыта
7-ой день опыта
Рис.6. Качественная реакция взаимодействия солей железа с красной
кровяной солью
В результате качественной реакции все исследуемые образцы стали
болотно-зеленого цвета. Ярко выраженный зеленый цвет был в пробирках№4 и
№5, наименее насыщенный цвет - в пробирке №2, что указывает на наименьшее
содержание ионов железа по сравнению с другими исследуемыми образцами.
Другой качественной реакцией на содержание железа является его
взаимодействие с желтой кровяной сольюK4[Fe(CN6)]. При ее добавлении к
ионам Fe3+ мы наблюдали(рис.7) выпадение в виде осадка ярко-синего
9
малорастворимого гексацианоферрат(II) железа (III)калия, или берлинской
лазури:
•
FeCl3+K4[Fe(CN6)]=KFe[Fe(CN6)]+3KCl
берлинская лазурь
•
Fe3+K+[Fe(CN6)]4=KFe[Fe(CN6)]
1-ый день опыта
7-ой день опыта
Рис.7. Качественная реакция взаимодействия солей железа с желтой
кровяной солью
В результате качественной реакции все исследуемые образцы стали
болотно-зеленого цвета. Ярко выраженный зеленый цвет был в пробирках№4 и
№5, наименее насыщенный цвет - в пробирке №1, что указывает на наименьшее
содержание ионов железа по сравнению с другими исследуемыми образцами.
Содержание аскорбиновой кислоты в натуральном яблочном соке мы
определяли с помощью метода йодометрии. Для этого в пробирки с
предварительно разбавленным яблочным соком (20 мл сока на 80 мл воды)
добавили по 1 мл крахмального клейстера и далее по каплям вводили раствор
5% йода до приобретения раствором устойчивого синего цвета, сохраняющего
цвет на протяжении 30 секунд (рис.8, В).
10
Узнав затраченный объем 5% йода для обнаружения качественной
реакции, мы смогли рассчитать количество аскорбиновой кислоты в каждом
исследуемом соке яблок.
В результате, наибольшее количество аскорбиновой кислоты (26,25 мг)
содержалось в сорте «Семеринка», а наименьшее (12,25 мг) - в сорте «Глостер»
(рис.8, А).
А
В
Рис. 8. Содержание аскорбиновой кислоты в натуральном яблочном соке
Проведя серию опытов, мы объединили все количественные данные
(табл. 1) исследуемых сортов яблок. В таком виде легко увидеть имеющиеся
различия и сходства исследуемых образцов яблок.
Табл.1.Количественные результаты всех опытов
Опыт
Пробирка
Сочность (объем сока
из 100 грамм мякоти)
рH
сока
концентрированного
№2
№1
«Голден
«Семеринка»
»
№5
№3
№4
«Ред
«Айдаре «Глостер
Принц
»
д»
»
52 мл
55 мл
60 мл
52 мл
48 мл
3,6
4,1
3,7
3,6
4,3
11
рH
сока
разбавленного
Качественная реакция
на
аскорбиновую
кислоту
методом
титрования
(5%
раствор йода)
Объем
йода,
израсходованного на
титрование
Определение
количества
аскорбиновой
кислоты
3,6
4,0
3,7
3,7
4,7
15 капель
12
капель
10
капель
6 капель
8
капель
0,75 мл
0,6 мл
0,5 мл
0,35 мл
0,45 мл
26,25 мг
21 мг
17,5 мг
12,25 мг
15,75
мг
Далее мы, предприняли попытку оценить визуально микробиологическую
устойчивость натуральных яблочных соков. Для этого образцы соков оставили
на 14 дней (с 1 по 14 марта 2015 г.) в светлом, теплом, проветриваемом
помещении в закрытых (пищевой пленкой) и открытых пробирках.
В результате, через неделю (06.03.2015)в закрытых пробирках на
поверхности соков всех сортов образовалась плесень различной интенсивности
и цвета (рис.9). В пробирках №1, 2плесени практически не было, в пробирках
№3, 4 было много плесени зеленого цвета, в пробирке №5 образовалась плесень
коричневого цвета. Еще через неделю (14.03.2015) в этих же пробирках
произошли изменения в интенсивности и распределении плесени (рис.10).
Возможно,
это
обусловлено
активной
деятельностью
различных
микроорганизмов, обитающих в соке и в воздушном пространстве пробирок.
Рис.9. Натуральный яблочный сок в ЗАКРЫТЫХ пробирках
(06.03.2015)
12
Рис.10. Натуральный яблочный сок в ЗАКРЫТЫХ пробирках
(14.03.2015)
В
опыте
с
открытыми
пробирками
через
неделю
(06.03.2015)эксперимента поверхность соков всех сортов не имела признаков
плесени. Однако, спустя еще неделю (14.03.2015) плесень все же появилась во
всех образцах, но с разной интенсивностью, цветом и распределением (рис.11).
Рис.11. Натуральный яблочный сок в ОТКРЫТЫХ пробирках
(14.03.2015)
ВЫВОДЫ:
1.
Аскорбиновая кислота способна увеличивать биодоступность
железа для клеток организма. Среднее содержание аскорбиновой кислоты
в яблоках - 4,6 мг/100 г, а железа - 2,21мг/100 г.
2.
Максимальной сочностью выявлена у сорта яблок «Айдаред», а
минимальная (48 мл) – у сорта
«Ред Принц». Наиболее кислая среда(3,6)
оказалась как в неразбавленном, так и разбавленном соке яблок сорта
«Семеринка» и «Глостер», а наименее кислая (4,7) – в разбавленном соке яблок
сорта «Ред Принц».
3. Качественные реакции с желтой и красной кровяной солью на
содержание железа в соках выявили различную степень интенсивности
окраски, что указывало на неравномерное содержание железа в исследуемых
образцах яблок.
13
4. Соки являются питательной средой для развития микроорганизмов и
грибков, соки разных яблок имеют разную сахаристость и микрофлору, так как
развивается разная плесень.
5. В результате проведенных экспериментов на основании сочности,
кислотности, наличии ионов железа, качестве питательной среды можно
сделать выводы о том, что самыми лучшими были яблоки сорта «Семеринка»,
выращенные в Краснодарском крае (Россия).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе своей работы я понял, что без теоретической химии ничего не
получится добиться в прикладной химии. Все то, что я изучил на уроках химии,
пригодилось мне в ходе работе. Эта работа была очень интересная, было
интересно наблюдать за посинением яблочных соков, за тем как они
покрываются плесенью. Актуальность моего исследования заключается, вопервых, личной значимости для меня, мне хотелось «подтянуть» свои навыки в
прикладной и теоретической химии, так как это понадобиться в будущем, а
также хоть немного почувствовать себя ученым-исследователем. Во-вторых,
исследование важно для организации правильного питания, так как все мы
живем в экстремальных условиях Крайнего Севера. И, в третьих, в нынешней
экономической
ситуации
импортозамещения
нам
нужна
достоверная
информация о качестве российских продуктов. Сравнение яблок разных стран
было не главной задачей, а попутной. И то, что лучшие показатели у
российского сорта это может и косвенно, но указывает на то, что мы и сами
можем обеспечивать себя яблоками, о чем свидетельствует фрагмент статьи
одного фермера: «В России природно-климатические условия позволяют
выращивать плоды и яблоки с минимальным применением пестицидов, что
делает
их
основой
органического
продукта
с
высоким
содержанием
биологически активных веществ. Наши плодородные почвы и умеренный
климат позволяют полностью обеспечить нашу страну плодами и ягодами. По
мнению авторитетных ученых, наша страна имеет возможность производить 5-
14
7 млн. т. Яблок в год». В своей работе я исследовал только малую часть от того,
что мог бы исследовать, а это значит, что моя работа имеет продолжение.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Книга для чтения по ботанике: Для учащихся 5-6 кл. Сост. Д. И.
Трайтак. – 2-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 1985. - 223 с., ил.
2. Мезун
Ю.
Адаптация
и
здоровье
на Крайнем
Севере -
http://www.arctic.org.ru/1998/1_10_98.htm [дата обращения: 25.11.2014 г. ]
3. Пономаренко В. В. Происхождение и распространение культуры
яблони - Malus domestica Borkh // Бюлл. ВНИИ растениеводства. - 1982. - С. 712.
4. Химия. 10 класс: учеб. для общеобразоват. Учреждений / О.С.
Габриелян, Ф.Н. Маскаев, С.Ю. Пономарев, В.И. Теренин – 4-е изд., стереотип.М. Дрофа, 2003.
5.
Химия. 9 класс: учеб. для общеобразоват. Учреждений / О.С.
Габриелян. - 13-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2008.
6. http://beregite-zdorovje.ru/page/sovmestimost-vitaminov-i-mineralov [дата
обращения: 25.11.2014 г.]
7. www.wikipedia.org/wiki/яблоко [дата обращения: 25.11.2014 г.]
15
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Табл.1. Количественные и качественные показатели исследуемых сортов яблок
Сочность
Кислотность Fe2+ Fe3+
Микрофлора место
Семеренка
52
3,6
Первый
Проявилась не с
1
первого опыта
Айдаред
60
3,7
второй
Зеленая плесень
2
Глостер
52
3,6
первый
Зеленая плесень
3
Ред Принц
48
4,3
третий
Коричневая
4
плесень
Голден
55
4,1
четвертый Проявилась не с
5
первого опыта
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Рис.1. Натуральный яблочный сок в закрытых пробирках
6 марта-плесень образовалась
в пробирках №3,4 в пробирке №5
образовалась коричневая плесень
14 марта - в пробирках №3,4, 5
образовалась плесень, на образце №5
образовалась коричневатая плесень
16
6 марта - в пробирках
№3,4,
5
образовалась
плесень, на образце №5
образовалась коричневатая
плесень (вид сверху)
14 марта- в пробирках
№3,4, 5 образовалась плесень,
на образце №5 образовалась
коричневатая плесень
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Рис.2. Натуральный яблочный сок в открытых пробирках
6 марта в открытых
пробирках
сок
остался
исходного цвета
17
14 марта
(открытые пробирки)
на всех образцах
образовалась плесень