Dołącz do czytelników
Brak wyników

Laboratorium

25 czerwca 2018

NR 27 (Maj 2018)

Witamina C - gdzie więcej?

0 230

Miareczkowanie bez biurety

Organizmem nazywamy układ charakteryzujący się prowadzeniem w swoim obrębie pewnych procesów – np. prze­miany materii – którego elementy tworzą funkcjonalną całość zdolną do samodzielnego życia [1].

Organizmy żywe z punktu widzenia termodynamiki nie są oczywiście układami izolowanymi – potrzebują więc wymiany zarówno materii, jak i energii ze środowiskiem zewnętrznym. Skupiając się tym razem na materii, możemy podzielić substancje wymagane przez daną istotę żywą do prowadzenia charakterystycznych dla niej reakcji biochemicznych na endogenne i egzogenne. ­­Pierwsze z nich mogą być wytwarzane przez sam organizm i nie są wymagane do tego żadne inne środki poza energią i substratami. Substancje egzogenne natomiast są związkami chemicznymi, które nie mogą być syntetyzowane przez dany organizm, a jednocześnie pełnią ważną rolę w procesach biochemicznych. Z tego powodu są one pobierane z zewnątrz np. za pośrednictwem układu pokarmowego.

Substancje egzogenne bywają szkodliwe – przykładem mogą być tutaj tak zwane ksenobiotyki (gr. ksenos – obcy), czyli związki chemiczne występujące z jakichś powodów w organizmie, który ani ich nie produkuje, ani też normalnie nie przyjmuje z pożywieniem [2].

Inne substancje egzogenne są jednak konieczne dla normalnego funkcjonowania organizmu. Należą do nich m.in. witaminy. Odkrycie znaczenia witamin i wydzielenie pierwszej z nich (B1 czyli tiaminy) było jednym z ważniejszych osiągnięć nauki XX wieku, a zawdzięczamy je polskiemu biochemikowi Kazimierzowi Funkowi. To on ukuł też nazwę dla tej grupy związków będącą złożeniem łacińskiego słowa vitae, czyli „życie”, i terminu „amina”, ponieważ tiamina zawiera grupę aminową [3].

Dziś znamy wiele witamin. Można je podzielić np. ze względu na rozpuszczalność. Wyróżniamy więc witaminy rozpuszczalne w tłuszczach (A, D, E i K) i w wodzie (witaminy B i C) [4].

Jeśli chodzi o zapotrzebowanie organizmu na witaminy, to jest ono na ogół niewielkie – wymagane dzienne dawki są liczone w tysięcznych czy nawet milionowych częściach grama. Skutki nieprawidłowej zawartości tych związków w pożywieniu, a także w rozpatrywanym ustroju można podzielić na:

  • awitaminozy – całkowity brak witamin,
  • hipowitaminozy – częściowy niedobór witamin,
  • hiperwitaminozy – przedawkowanie witamin.

Jak widać, nieprawidłowe działanie organizmu może być powodowane przez niedobór witamin, jak i ich nadmiar.

Witaminy mają ogromny wpływ na dużą część procesów zachodzących w organizmie. Przy ich braku lub nieprawidłowej ilości zaburzone mogą być takie procesy jak m.in. regeneracja uszkodzonych tkanek, regulacja metabolizmu, przemiany substancji energetycznych, a także odpowiedzi układu odpornościowego.

Rys. 1. Izomeria kwasu askorbinowego: 
A – kwas L-askorbinowy, 
B – kwas D-askorbinowy, 
C – kwas L-izoaskorbinowy, 
D – kwas D-izoaskorbinowy

Mimo że pozostałe związki z tej grupy są także bardzo ciekawe, dziś skupimy się na witaminie C. Wiemy, że występuje ona w wielu produktach naturalnego pochodzenia. Ale czy w warunkach szkolnych można pokusić się o przeprowadzenie jakiejkolwiek analizy jej występowania choćby w owocach? W dalszej części niniejszego artykułu pokażemy, że nawet przy zastosowaniu bardzo prostych i tanich środków możliwe jest nie tylko wykrycie omawianej witaminy, ale także przynajmniej zgrubne oszacowanie jej zawartości w różnych produktach.

Witamina C

Z chemicznego punktu widzenia witamina C jest kwasem askorbinowym o wzorze sumarycznym C6H8O6. Jest ona organicznym związkiem chemicznym z grupy nienasyconych alkoholi polihydroksylowych, tj. zawierających więcej niż jedną grupę hydroksylową -OH w cząsteczce. Należy zaznaczyć, że pojęcie kwasu askorbinowego jest szersze niż witaminy C. Tłumaczy się to faktem, że kwas ten może istnieć w postaci różnych izomerów (rys. 1). Naturalnie występujący kwas askorbinowy posiada konfigurację L w łańcuchu bocznym i konfigurację D układu furanowego – w tej postaci wykazuje on funkcje biologiczne witaminy C. Natomiast kwas D-askorbinowy nie ma tego rodzaju znaczenia biologicznego – nie można go więc nazwać witaminą [5]. 

Kwas D-izoaskorbinowy bywa też nazywany kwasem erytrobowym [6]. 

Większość zwierząt i roślin wytwarza samodzielnie ten związek. Wyjątkiem są organizmy ssaków naczelnych, świnki morskiej i pewnych gatunków nietoperzy, a także niektórych ryb. 

Wymagana zawartość witaminy C w pożywieniu dorosłego człowieka wynosi 45–90 mg na dobę [7]. 

Witamina C zawarta w pożywieniu jest bardzo wrażliwa na działanie  czynników fizycznych i chemicznych. Jej nietrwałość powoduje, że ulega zniszczeniu w kontakcie z wysoką temperaturą, ze światłem i powietrzem (zachodzi utlenianie). Z racji jej charakterystycznych właściwości chemicznych możemy się postarać wykryć ją w wielu produktach spożywczych, np. w świeżych owocach lub warzywach.

Analiza

Witamina C jest uważana za dosyć silny przeciwutleniacz, tzn. powstrzymuje lub opóźnia procesy utleniania innych substancji [8]. Nie dziwi więc fakt, że z chemicznego punktu widzenia jest ona stosunkowo energicznym reduktorem – właśnie tę właściwość wykorzystamy w celu wykrycia witaminy C i zmierzenia jej ilości.

Drugą potrzebną substancją jest preparat zawierający jod I. Można w tym celu zastosować apteczną jodynę używaną w celach dezynfekcyjnych. Jest to ciemnobrunatna, prawie czarna ciecz łatwo brudząca skórę (fot. 1).

W zależności od sposobu sporządzenia jodyna może być alkoholowym roztworem pierwiastkowego jodu lub wodnym roztworem jodu w jodku potasu KI pełniącym rolę solubilizatora. 

Pierwiastkowy jod w jodynie występuje w formie jonów wielojodkowych, głównie trójjodkowych I3-. Wykazują one właściwości utleniające.

Dla uwidocznienia obecności pierwiastkowego jodu lub jonów I3- – wygodnie jest zastosować skrobię (mąkę) ziemniaczaną (fot. 2).

Jeśli przygotujemy zawiesinę skrobi ziemniaczanej w wodzie (fot. 3A) i dodamy do niej nieco jodyny, to natychmiast wystąpi ciemnogranatowe zabarwienie powstałego w ten sposób kompleksu (fot. 3B). Reakcja ta jest bardzo czuła i zachodzi praktycznie natychmiast, jeśli w układzie reakcyjnym znajdą się jony wielojodkowe i skrobia.

Chcąc badać zawartość witaminy C w produktach, wykorzystamy fakt, że gdy reaguje ona z jodem, ten drugi zostaje zredukowany do jonów jodkowych I- w myśl równania reakcji:
C6H8O6 + I3- → C6H6O6 + 2H+ + 3I-

W tym momencie ważne jest, że o ile jony trójjodkowe I3- dają w reakcji ze skrobią granatowy kompleks, to już będące produktem jony jodkowe I- nie reagują w ten sposób – nie powstaje więc żadne zabarwienie.

Wyobraźmy sobie sytuację, w której badany roztwór zawiera określoną ilość witaminy C, a także zawiesinę skrobi. Jeśli będziemy dodawać do niego powoli jodynę, to początkowo nie zaobserwujemy powstania zabarwienia, ponieważ jod będzie na bieżąco redukowany do jodków. Dopiero po wyczerpaniu się całej ilości witaminy kolejna porcja jodyny wywoła nagłe powstanie zabarwienia. Tak więc na podstawie zużytej ilości jodyny możemy wnioskować o początkowej zawartości witaminy C w badanym roztworze. Z tego powodu można zastosować tutaj miareczkowanie, czyli chemiczną metodę analizy ilościowej polegającą na dodawaniu ściśle kontrolowanej objętości roztworu o znanym stężeniu (titranta) do roztworu badanego zawierającego analit (czyli substancję, której koncentrację określamy). Obserwacja zmian zachodzących podczas procesu – np. zmian barwy – pozwala określić stężenie danej substancji w roztworze. Dokładne miareczkowanie wymaga wykorzystania tzw. biuret, czyli specjalizowanych pipet wyposażonych w precyzyjne krany i pozwalające na dokładne mierzenie objętości wykorzystanego titranta. Niestety biurety są delikatnymi przyrządami i bywają stosunkowo drogie – nie zawsze są dostępne w szkolnych pracowniach chemicznych, nie mówiąc już o biologicznych. Można sobie jednak poradzić w inny sposób.

Zamiast odczytywać objętość dodawanego titranta w wartościach bezwzględnych (cm3 lub innych), wyznaczymy ją w dosyć naturalnych jednostkach, jakimi są krople. Aby pomiary były jak najdokładniejsze, musimy zadbać, by krople za każdym razem miały te same rozmiary. Najprostszą metodą jest tutaj zastosowanie igły do zastrzyków o niewielkiej średnicy, np. 0,4 mm (fot. 4A) – formowanie jednakowych kropli ułatwia stępienie igły np. za pomocą drobnoziarnistego papieru ściernego (fot. 4B).

Zauważmy, że przy wykorzystaniu opisywanej metody dosyć duże znaczenie dla precyzji pomiaru ma już sama wielkość kropli. Na szczęście w przypadku jodyny będącej roztworem alkoholowym relatywnie niska wartość napięcia powierzchniowego powoduje, że maksymalne wymiary kropli są dużo mniejsze (fot. 5A) niż w przypadku wody i roztworów wodnych (fot. 5B).

Na początek spróbujemy określić zawartość witaminy C w owocach cytrusowych, np. w owocu cytryny właściwej (Citrus limon) i limy (Citru...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy