Изучение элементов химического состава пищевых продуктов (на примере витаминов группы В)

2.1Характеристика количественных методов определения содержания водорастворимых  витаминов

Водорастворимые и жирорастворимые витамины – незаменимые органические вещества, биологические катализаторы химических реакций, протекающих в организме человека; они активно участвуют в обмене веществ и поступают в организм человека практически полностью из внешней среды. Для поддержания баланса витаминов в организме широкое применение нашли  витаминизированные продукты и биологически активные добавки к пище (БАД).

Разработка и совершенствование методов определения витаминов является актуальной задачей, от решения которой зависит качество и безопасность продукции.

Витамины группы В относятся к водорастворимым витаминам и поэтому будут рассмотрены количественные методы определения водорастворимых витаминов.

Современные методы определения витаминов в биологических объектах делят на физико-химические и биологические (микробиологические).

Физико-химические:

При взаимодействии витаминов с рядом химических соединений наблюдаются характерные цветные реакции, интенсивность окраски которых пропорциональна концентрации витаминов в исследуемом растворе.

Поэтому витамины можно определить фотоколориметрически, например витамин В1 – при помощи диазореактива и т.д. Эти методы позволяют судить как о наличии витаминов, так и о количественном содержании их в исследуемом пищевом продукте или органах и тканях животных и человека.

Для выяснения обеспеченности организма человека каким-либо витамином часто определяют соответствующий витамин или продукт его обмена в сыворотке крови, моче или биопсийном материале. Однако эти методы могут быть применены не во всех случаях. Встречаются трудности при подборе специфического реактива для взаимодействия с определенным витамином.

Некоторые витамины обладают способностью поглощать оптическое излучение только определенной части спектра. Измеряя коэффициент поглощения спектро-фотометрически, можно достаточно точно определить количественное содержание витаминов в исследуемом объекте.

Для определения витаминов В1, В2 и других водорастворимых витаминов применяют флюорометрические методы.

Используют и титриметрические методы: например, при определении витамина С применяют титрование раствором 2,6-дихлорфенолиндофенола.

Одним из методов определения содержания водорастворимых витаминов является метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ, англ. HPLC, High performance liquid chromatography) — один из эффективных методов разделения сложных смесей веществ, широко применяемый как в аналитической химии, так и в химической технологии. Принцип жидкостной хроматографии состоит в разделении компонентов смеси, основанном на различии в равновесном распределении их между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая подвижна. В роли подвижной фазы может выступать  жидкость или газ, а в качестве подвижной - твердые тела или жидкость.

              Отличительной особенностью ВЭЖХ является использование высокого давления (до 400 бар) и мелкозернистых сорбентов (обычно 3—5 мкм, сейчас до 1,8 мкм). Это позволяет разделять сложные смеси веществ быстро и полно (среднее время анализа от 3 до 30 мин).

Высокоэффективная жидкостная хроматография – наиболее эффективный метод анализа органических проб сложного состава. Процесс анализа пробы делится на 2 этапа:

      разделение пробы на составляющие компоненты;

      детектирование и измерение содержания каждого компонента.

Задача разделения решается при помощи хроматографической колонки, которая представляет собой трубку, заполненную сорбентом. При проведении анализа через хроматографическую колонку подают жидкость (элюент) определенного состава с постоянной скоростью. В этот поток вводят точно отмеренную дозу пробы.

Компоненты пробы, введенной в хроматографическую колонку, из-за их разного сродства к сорбенту колонки двигаются по ней с различными скоростями и достигают детектора последовательно в разные моменты времени.

Таким образом, хроматографическая колонка отвечает за селективность и эффективность разделения компонентов. Подбирая различные типы колонок можно управлять степенью разделения анализируемых веществ. Идентификация соединений осуществляется по их времени удерживания. Количественное определение каждого из компонентов рассчитывают, исходя из величины аналитического сигнала, измеренного с помощью детектора, подключенного к выходу хроматографической колонки.

Применение флуориметрического детектора позволяет не только снизить пределы обнаружения, но и селективно выделить анализируемые вещества на фоне матричных и сопутствующих компонентов пробы.

Рисунок 9- Хроматографический комплекс ФЛЮОРАТ-02-ВЭЖХ-4

Хроматографическая система ФЛЮОРАТ-02-ВЭЖХ-4, состоит из двух или трех шприцевых насосов высокого давления, работающих согласованно по заданной программе, смесителя потоков, петлевого кран-дозатора, термостата колонок, детектора (спектральная селекция осуществляется фильтрами) или  (спектральная селекция осуществляется монохроматорами) и соединительных элементов.

Предназначение хроматографической системы ВЭЖХ-4 - сложные анализы многокомпонентных смесей. При помощи крана-дозатора проба вводится в хроматографическую колонку, через которую от насосов по заданной градиентной программе подается элюент. Разделенные компоненты детектируются флюориметрическим детектором. Градиентная система элюирования обеспечивает изменение состава подвижной фазы в ходе анализа. Управление и насосом и детектором осуществляется с помощью сенсорной клавиатуры, защищенной от воздействия элюента. Прием данных, обработка, хранение полученного результата и выдача отчета осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения МУЛЬТИХРОМ. Данные на детекторе передаются на компьютер и анализируются.

Этот метод отличается высокой чувствительностью, что определяет область его использования. Метод ВЭЖХ применяется в санитарно- гигиенических исследованиях, экологии, медицине, фармацевтике, криминалистике, для контроля качества и сертификации продукции.

Биологические методы основаны на определении того минимального количества витамина, которое при добавлении к искусственной диете, лишенной только данного изучаемого витамина, предохраняет животное от развития авитаминоза или излечивает его от уже развившейся болезни. Это количество витамина условно принимают за единицу (в литературе известны «голубиные», «крысиные» единицы).

Большое значение в количественном определении ряда витаминов: фолиевой, парааминобензойной кислот и др.- в биологических жидкостях, в частности в крови, занимают микробиологические методы, основанные на измерении скорости роста бактерий; последняя пропорциональна концентрации витамина в исследуемом объекте.

Для определения водорастворимых витаминов (например, тиамин) в пищевых продуктах, обогащенных и не обогащенных этим витамином, используют флюорометрический метод. Он прошел широкую апробацию в различных лабораториях научных и практических учреждений, принимавших участие в подготовке справочных «Таблиц химического состава продуктов».

Тиамин в щелочной среде под действием железосинеродистого калия количественно окисляется в тиохром, который в ультрафиолетовом свете обладает сине-голубой флюоресценцией (максимум возбуждения при 365 нм и максимум флюоресценции при 436 нм). Интенсивность флюоресценции тиохрома прямо пропорциональна содержанию тиамина. Освобождение связанных форм тиамина достигают с помощью кислотного гидролиза и при воздействии протеолитических и фосфатазных ферментов. Мешающие флюорометрическому определению соединения удаляют обработкой изобутиловым спиртом или на колонках с ионообменными смолами.

2.2 Анализ содержания  витаминов группы В в образцах

пищевых продуктов

В отличие от всех других жизненно важных пищевых веществ (незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот и т.д.), витамины не обладают пластическими свойствами и не используются организмом в качестве источника энергии. Участвуя в разнообразных химических превращениях, они оказывают регулирующее влияние на обмен веществ и тем самым обеспечивают нормальное течение практически всех биохимических и физиологических процессов в организме.

Витамины поступают с пищей. Они содержаться во всех продуктах растительного и животного происхождения, но нет ни одного продукта, который содержал бы набор всех витаминов. Роль отдельных продуктов в обеспечении организма витаминами различна.

Вредные привычки увеличивают нашу потребность в витаминах группы В (особенно B1, В6, B12), бета-каротине (провитамине А), фолиевой кислоте. Витамина С "курилкам" требуется на 25 мг в день больше, чем их некурящим товарищам. Граждане и гражданки, часто употребляющие алкогольные напитки, должны помнить, что витамин B6 в их организме практически отсутствует, а восполнить потери этого витамина им помогут... бананы.

Долговременный прием некоторых медикаментозных средств может негативно отразиться на процессе усвоения или вывода из организма витаминов. Например, антибиотики могут "потеснить" витамины С и В2, транквилизаторы и снотворные лекарства - витамины группы В, обезболивающие препараты - витамин С и фолиевую кислоту. Из-за всех этих факторов поступление витаминов в организм должно быть постоянным  и не дефицитным.

В «Приложении В» приведено содержание витаминов В в продуктах, потребление которых вносит ощутимый вклад в обеспечение организма микронутриентами. Микронутриентами – пищевыми веществами, потребность человека в которых определяется микро- или миллиграммами.

Анализ содержания  витаминов группы В  в пищевых продуктах

Для анализа, возьмем 5 продуктов, содержащих различное количество витаминов группы В,  этими продуктами будут: горошек зеленый, печень свиная, молоко коровье, крупа овсяная, картофель. Все данные о содержание витаминов  в этих продуктах усреднены и измеряются в  мг/100 г продукта.

Таблица 1- Содержания отдельных витаминов в анализируемых продуктах.

По полученным данным видно, что содержание витаминов группы В совершенно различно в одних и тех же продуктах. В каких-то они есть, в каких-то нет. Цианокобаламин присутствует только в продуктах животного происхождения, ни в одном продукте растительного происхождения его нельзя обнаружить; более всего из анализируемых продуктов тиамином богата овсяная крупа, менее всего коровье молоко; рибофлавин в большем количестве присутствует в свиной печени, меньше всего его содержится  в картофеле, ниацин в большем количестве содержится в зеленом горошке, меньшее количество в коровьем молоке…

Ни один из показателей на 100 гр. продукта не удовлетворит ни в какой мере суточную потребность организма этими витаминами. Чтобы удовлетворить суточную потребность в витаминах потребуется очень большое количество этих продуктов. Поэтому очень часто специалисты советуют периодически употреблять различные витаминные комплексы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема полноценной и здоровой пищи всегда была одной из самых важных, стоящих перед человеческим обществом. В развивающихся странах она тесно связана с голоданием или недостаточным питанием, значительной части населения. Однако и в развитых странах потребление витаминов большей частью населения не соответствует рекомендуемым нормам. Оно достаточно для предупреждения глубокого дефицита витаминов, но не достаточно для оптимального обеспечения потребности организма.

Здоровье может быть достигнуто и сохранено только при условии полного удовлетворения физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах. Любое отклонение от формулы сбалансированного питания приводит к определенному нарушению функций организма, особенно если эти отклонения достаточно выражены и продолжительны во времени.