Изучение элементов химического состава пищевых продуктов (на примере жирорастворимых витаминов)

Поступая в организм, витамин D всасывается  в проксимальном отделе тонкого  кишечника, причем обязательно в  присутствии желчи. Часть его  абсорбируется в средних отделах  тонкой кишки, незначительная часть - в  подвздошной. После всасывания кальциферол  обнаруживается в составе хиломикронов в свободном виде и лишь частично в форме эфира. Биодоступность составляет 60-90%.

Витамин D стимулирует всасывание из кишечника кальция, фосфатов и магния.

Витамин D является уникальным - это  единственный витамин, действующий  и как витамин, и как гормон. Как витамин он поддерживает уровень  неорганического Р и Са в плазме крови выше порогового значения и  повышает всасывание Са в тонкой кишке.

В качестве гормона действует активный метаболит витамина D, образующийся в почках. Он оказывает влияние  на клетки кишечника, почек и мышц: в кишечнике стимулирует выработку  белка-носителя, необходимого для транспорта кальция.

Витамин D₃ влияет на ядра клеток-мишеней и стимулирует транскрипцию ДНК и РНК, что сопровождается усилением синтеза специфических протеидов. Витамин D₃ участвует в регуляции артериального давления и сердцебиения.

Витамин D препятствует росту раковых клеток, что делает его эффективным в профилактике и лечении рака груди, яичников, предстательной железы, головного мозга, а также лейкемии.

Основным признаком недостаточности  витамина D является рахит и размягчение  костей (остеомаляция).

Более легкие формы дефицита витамина D проявляются такими симптомами как: потеря аппетита, снижение веса, ощущение жжения во рту и в горле, бессонница, ухудшение зрения.

При  избытке витамина D в организме могут быть сердечнососудистые повреждения, ослабления костей или поражения почек.

Витамин Е. Накапливается не только в подкожной клетчатке, но и в печени, сердце, мышцах, матке, крови, надпочечниках, гипофизе.

Наиболее важной функцией витамина Е является защита организма от воздействия любых посторонних веществ, он действует как сильный антиоксидант и укрепляет иммунную систему. Витамин Е также создает большее количество красных кровяных клеток в организме. Это помогает в сокращении случаев свертывания крови. В качестве антиоксиданта витамин Е защищает клетки от повреждения, замедляя окисление липидов (жиров) и формирование свободных радикалов. Он защищает другие растворимые жирами витамины от разрушения кислородом, способствует усвоению витамина А и защищает его от кислорода. Витамин Е замедляет старение, может предотвращать появление старческой пигментации. Витамин Е необходим для поддержания нормальных процессов обмена веществ в скелетных мышцах, мышце сердца, а также в печени и нервной системы.

Токоферол предотвращает  повышенную свертываемость крови, благоприятно влияет на периферическое кровообращение, участвует в биосинтезе гема и белков, развитии плаценты.

Дефицит токоферола в питании  может возникнуть при длительном отсутствии в пищевом рационе  растительных масел. Для Е-гиповитаминоза характерна мышечная слабость, нарушение  половой функции, периферического  кровообращения, разрушение эритроцитов.

Наиболее ранним признаком, проявляющимся довольно быстро при недостаточном поступлении с пищей витамина Е и избыточном поступлении ненасыщенных жирных кислот, является мышечная дистрофия. Дистрофия скелетных мышц считается наиболее универсальным проявлением авитаминоза витамина Е. Наиболее тяжелые поражения отмечаются в диафрагме. Мышечные волокна подвергаются распаду, а в некротизированных волокнах откладываются соли кальция.

В отличие от других жирорастворимых  витаминов витамин Е сохраняется  в организме сравнительно короткое время, подобно водорастворимым  витаминам.

Витамин К. В организм человека витамин К поступает в основном с пищей, частично образуется микроорганизмами кишечника. Всасывание витамина, поступающего с пищей, происходит при участии желчи. В витамине К нуждается каждая клетка организма, поскольку он имеет большое значение для сохранения структурных, функциональных свойств клеточных мембран и органелл.

Недостаток витамина К наблюдается  довольно редко, так как эти вещества вырабатываются микрофлорой кишечника.

Витамин К  играет важную роль в формировании и восстановлении костей, обеспечивает синтез остеокальцина - белка костной такни, на котором кристаллизуется кальций. Он способствует предупреждению остеопороза, участвует в регуляции окислительно-восстановительных процессов в организме.

Дефицит витамина К чаще встречается  у новорожденных детей, так как  их кишечник не в состоянии производить  необходимое количество этого витамина. Младенцам вводят витамин К, чтобы  скрыть дефицит. Низкий уровень витамина К может также привести к остеопорозу  у взрослых.

 

 

4. Изменение содержания жирорастворимых витаминов в процессе технологической обработки и при хранении

 

К жирорастворимым относятся витамины A, D, Е, К. Рассмотрим изменение содержания жирорастворимых витаминов в процессе технологической обработки и при хранении.

Ретинол (витамин А) разрушается при освещении ультрафиолетовыми лучами, под влиянием кислорода воздуха, а также при наличии в жирах продуктов окисления жирных кислот. Кальциферол (витамин D) устойчив к воздействию высокой температуры, не разрушается при кулинарной обработке. Токоферол (витамин Е) устойчив к нагреванию, но разрушается под влиянием ультрафиолетовых лучей, а также при прогоркании масел. Витамин К устойчив к нагреванию, разрушается под влиянием света, неустойчив к щелочной среде.

Жирорастворимость витамина А означает, что он не растворяется в воде, хотя некоторая его часть (от 15 до 35 %) теряется при варке, обваривании кипятком и консервировании овощей. Витамин выдерживает тепловую обработку при готовке, но может разрушаться при длительном хранении на воздухе. Поэтому для сохранения витамина А уксус, лимонный сок, сметану добавляют в готовые блюда непосредственно перед употреблением.

Интенсивная жарка в открытой посуде и последующее длительное хранение жареных продуктов приводит к  разрушению каротина. Каротин и витамин  А разрушаются от действия солнечного света, поэтому пищу следует хранить  в закрытой посуде, а свежие продукты в темном прохладном месте. Пассерование моркови не снижает ее витаминной ценности, наоборот, растворенный в жирах каротин легче превращается в витамин А. Такая устойчивость каротина позволяет длительное время хранить пассерованные овощи в жирах.

В настоящее время проводится витаминизация  жиров для устранения А-витаминной недостаточности готовой пищи. При  хранении и в процессе жарки на витаминизированных жирах различных  продуктов витамин А разрушается  не более чем на 15 %.

Витамин D относительно устойчив к кислороду воздуха, а также при нагревании до температуры 100^○ С и несколько выше, но продолжительное действие воздуха или нагревание до температуры 200^○ C разрушает витамин D₂. Препараты витамина D₂, в том числе рыбий жир, хранят в условиях, исключающих действие на них солнечного света и воздуха, в сухом месте, при температуре не выше +10^○ С. Кислород воздуха окисляет витамин D, а свет превращает его в ядовитый токсистерин.

Витамин Е весьма стоек, не разрушается ни действием щелочей и кислот, ни кипячением, ни нагреванием (выдерживает нагревание до 200^○ С). Таким образом, при варке, сушке, консервировании и стерилизации сохраняется. Однако витамин Е разрушается под воздействием  кислорода, железа и  хлора.

 

 

 

 

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1. Характеристика количественных методов определения содержания витаминов

 

Для определения содержания витаминов  в пищевых продуктах используют как качественные, так и количественные методы.

Для количественного определения  содержания витаминов в пищевых  продуктах и биологических объектах используют различные колориметрические, спектрофотометрические и флюорометрические методы, а также методы микробиологического анализа. Все большее распространение получают методы высокоэффективной жидкостной хроматографии, позволяющие получить наиболее полные и точные результаты.

Теоретически возможно наличие 16 изомерных форм витамина А. Наиболее важным из них является витамин А₁ (ретинол), существующий в природе в эфирной форме. Провитамин А (каротиноиды) превращается в витамин А в организме человека. Витамин А и каротиноиды содержатся в больших количествах в молоке, яйцах, мясе, рыбе, овощах и фруктах. Гидролиз щелочью разрушает эфирные связи, после чего производят экстракцию диэтиловым эфиром, очистку по методу гельпроникающей хроматографии. После выпаривания досуха, образец растворяют в изопропаноле. Идентификация и количественная оценка производятся с помощью спектрофотометрического детектора или детектора с диодной матрицей. Используется также метод высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Количественное определение  витамина А. В растительных пищевых продуктах ретинол как таковой не встречается. Многие растения содержат каротин, являющийся провитамином ретинола. В организме из каротина образуется ретинол. Поэтому определение содержания витамина А в растительных пищевых продуктах сводится к определению его провитамина (каротина). Метод основан на экстракции каротина органическими растворителями (ацетон, бензин). Очистки от сопутствующих веществ методом хроматографической адсорбции. Количество каротина определяют по интенсивности желтой окраски раствора.

Количественное определение  витамина А в нерастительных пищевых  продуктах проводится иначе. Метод  основан на реакции витамина "А" с треххлористой сурьмой в  присутствии уксусного ангидрида, в результате реакции развивается  синяя окраска. Интенсивность окраски, пропорциональную количеству витамина "А" в пробе, определяют с помощью  фотоэлектрокалориметра.

 

Высокоэффективная жидкостная хроматография

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

1. разделение пробы на составляющие компоненты;
2. 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.

Методом высокоэффективной  жидкостной хроматографией можно определить количественное содержание витаминов  А, Е и D₃ в пищевых продуктах (в том числе, и в детском питании). Существует специальная методика.

Для получения результата измерений проводят анализ двух параллельных проб, для каждой из которых выполняют  по два измерения (получают по две  хроматограммы). Массовая концентрация анализируемой i-го компонента (витамина А (ретинола), витамина Е (α-токоферола) и витамина D₃ (холекальциферола)) в параллельных пробах, введенных в хроматограф, автоматически рассчитывается системой сбора и обработки хроматографической информации.

Если массовая концентрация пробы, введенной в хроматограф, оказывается больше верхней границы  диапазона градуировки, пробу перед  вводом в хроматограф разбавляют спиртом изопропиловым. Рассчитывают среднее арифметическое значение массовой концентрации i-го компонента  в пробах, введенных в хроматограф, по результатам двух измерений для каждой из параллельных проб по специальной формуле.

 

Колориметрический метод

Колориметрическим (от английского colour – цвет) называется метод анализа, основанный на сравнении качественного и количественного изменения потоков видимого света при их прохождении через исследуемый раствор и раствор сравнения. Определяемый компонент при помощи химико-аналитической реакции переводится в окрашенное соединение, после чего измеряется интенсивность окраски полученного раствора. При измерении интенсивности окраски проб с помощью прибора фотоколориметра метод называется фотоколориметрическим.  После обработки и добавления реагентов пробы приобретают окраску. Интенсивность окраски является мерой концентрации анализируемого вещества.

 

Титриметрический  метод

Титриметрический метод анализа основан на количественном определении объема раствора одного или двух веществ, вступающих между собой в реакцию, причем концентрация одного из них должна быть точно известна. Раствор, концентрация вещества в котором точно известна, называется титрантом, или титрованным раствором. При анализе чаще всего стандартный раствор помещают в измерительный сосуд и осторожно, малыми порциями, дозируют его, приливая к исследуемому раствору до тех пор, пока не будет установлено окончание реакции. Эта операция называется титрованием. В момент окончания реакции происходит стехиометрическое взаимодействие титранта с анализируемым веществом и достигается точка эквивалентности. В точке эквивалентности затраченное на титрование количество (моль) титранта точно равно и химически эквивалентно количеству (моль) определяемого компонента. Точку эквивалентности обычно определяют, вводя в раствор подходящий индикатор и наблюдая за изменением окраски.