Водорастворимые витамины и методы их определения

Витамин С (аскорбиновая кислота) участвует во многих биохимических окислительно-восстановительных процессах в организме, оказывая антиоксидантное действие и способствуя регенерации и заживлению тканей, поддерживает устойчивость организма к различным видам стрессов; способствует образованию костной ткани зубов, усвоению железа; обеспечивает нормальный иммунологический и гематологический статус.

По своей химической природе аскорбиновая кислота (С₆Н₈О₆) близка к углеводам. Важным ее свойством является способность легко отдавать и присоединять водород. Поэтому она принимает активное участие в окислительно-восстановительных реакциях организма и играет очень важную роль в обмене веществ. Отдавая водород, аскорбиновая кислота легко переходит в окислительную форму – дегидроаскорбиновую кислоту, которая тоже обладает витаминной активностью, но легче разрушается.

Суточная потребность в витамине С 50-100 мг. При отсутствии в пище витамина С у человека развивается заболевание цинга. Характерным признаком этого заболевания является кровоточивость десен, расшатывание и выпадение зубов, снижение прочности костной ткани. Это объясняется тем, что при недостатке витамина С нарушается в организме синтез белков соединительной и костной тканей – коллагена и оссеина. Недостаток витамина С вызывает плохое самочувствие, снижение умственной и физической работоспособности, повышает чувствительность к простуде и инфекциям. Табачный дым снижает содержание витамина С в организме.

В настоящее время авитаминоза С не наблюдается ни в одной развитой стране. Гиповитаминоз наблюдается в зимне-весенний период.

Содержание витамина С в некоторых пищевых продуктах приведено в таблице 15.

Витамин С является наименее стойким витамином, он легко окисляется кислородом воздуха. Окислению способствует нагревание до 100° С, а также ионы меди и железа. Кислая среда способствует сохранению витамина С, щелочная – его разрушению. Окуривание плодов и ягод перед сушкой сернистым газом, а также обработка паром способствует сохранению в них витамина С. Хорошо сохраняется витамин С в замороженных плодах и овощах.

Витамин С в пищевых продуктах может присутствовать как в восстановленной (аскорбиновая кислота - АК), так и в окисленной (дегидроаскорбиновая кислота - ДАК) формах. ДАК может образовываться в результате окисления АК при кулинарной обработке пищевых продуктов. Кроме того, в них могут содержаться вещества, способные вступать во взаимодействие с используемыми реагентами и влиять на результаты анализа. Поэтому методы, применяемые для определения витамина С, должны обеспечивать определение АК и ДАК и исключать влияние мешающих анализу соединений.

Таблица 15

Содержание витамина С в пищевых продуктах растительного происхождения

При определении витамина С в пищевых продуктах используют в основном два метода: первый, основанный на способности АК, окисляясь, количественно восстанавливать 2, 6-дихлорфенолиндофенол, и второй, основанный на способности дикетогулоновой кислоты, получаемой в ходе анализа при окислении ДАК, образовывать соединения с 2, 4-динитрофенилгидразином - озазоны, имеющие оранжевую окраску.

Метод титрования АК 2, 6-дихлорфенолиндофенолом более прост по выполнению и в сочетании с определенными приемами обработки может быть использован для анализа всех видов пищевых продуктов и готовых блюд. Наиболее полное восстановление ДАК в АК получено при применении сульфгидрильных соединений: гомоцистеина и цистеина. Для отделения АК от редуцирующих соединений, присутствующих в пищевых продуктах, подвергавшихся тепловой обработке и длительно хранившихся, экстракты обрабатывают формальдегидом. Формальдегид в зависимости от рН среды избирательно взаимодействует с АК и посторонними редуцирующими примесями. При анализе продуктов, не содержащих естественных красителей, количество 2, 6-дихлорфенолиндофенола, вступающего в реакцию, определяют визуально. Если продукты окрашены, количество израсходованного 2, 6-дихлорфенолиндофенола устанавливают методом индофенол-ксилоловой экстракции. Способ основан на количественном обесцвечивании 2, 6-дихлорфенолиндофенола АК. Избыток краски экстрагируется ксилолом и измеряется колориметрически при длине волны 500 нм.

Витамин В₁ (тиамин) принимает участие в превращении пировиноградной кислоты в ацетальдегид, в обмене углеводов, амино- и жирных кислот. Витамин В₁ входит в состав очень важного фермента пируватдекарбоксилазы. Этот фермент участвует в расщеплении пировиноградной кислоты, образующейся в организме в процессе дыхания при окислительном распаде углеводов.

Суточная потребность тиамина у здорового человека 1, 5-2, 5 мг. Потребность в витамине В₁ повышена у лиц с неуравновешенной нервной системой, при беременности и у кормящих матерей, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта и хронических инфекциях, оперативных вмешательствах, ожогах, сахарном диабете, лечении любых заболеваний антибиотиками.

При отсутствии в пище витамина В₁ нарушается синтез пируватдекарбоксилазы и в тканях начинает накапливаться пировиноградная кислота, являющаяся ядом для нервной системы. В результате у человека возникает тяжелое заболевание – полиневрит или бери-бери. Недостаток витамина В₁ приводит к снижению аппетита, выделения желудочного и кишечного соков, массы тела, нарушению сердечной деятельности, понижению умственной и физической работоспособности.

При избытке тиамина в организме человека токсических эффектов не установлено. Почки легко выводят избыток этого витамина.

Содержание тиамина в некоторых пищевых продуктах приведено в таблице 16.

Таблица 16

Содержание витамина В1 в пищевых продуктах растительного происхождения

При потреблении риса, ягод (черники, черной смородины, вишни), шпината, брюссельской капусты, кофе надо знать, что эти продукты содержат антивитамин тиаминазу, которая разрушает в большей степени витамин В₁. Соль также разрушает витамин В₁. Витамин В₁ хорошо сохраняется в кислой среде, но разрушается в щелочной, устойчив к нагреванию, не разрушается при выпечке хлеба, сушке овощей и фруктов.

Для определения тиамина в пищевых продуктах используют, как правило, флюорометрический метод, основанный на окислении тиамина в щелочной среде железосинеродистым калием с образованием сильнофлюоресцирующего в ультрафиолетовом свете соединения – тиохрома (максимум возбуждения при 365 нм и максимум флюоресцении при 436 нм). Интенсивность флюорисценции тиохрома прямо пропорциональна содержанию тиамина.

Поскольку в большинстве продуктов тиамин присутствует в виде дифосфорного эфира, связанного с белком, для его количественного определения необходимо предварительное разрушение этих связей. Освобождение тиамина из связанного состояния достигается с помощью гидролиза при воздействии протелитических и фосфатазных ферментов. Анализ затрудняется также наличием в ряде объектов веществ, обладающих флюоресценцией. Маскируя флюоресценцию тиохрома, эти вещества искажают результаты анализа и делают невозможным проведение определения без специальных обработок проб. Удаляют мешающие соединения, пропуская гидролизат через колонки с ионообменными смолами.

Витамин В₂ (рибофлавин)входит в состав ферментов, регулирующих окислительно-восстановительные реакции в организме. Витамин В₂ был первым витамином, о котором стало известно, что он является составной частью ферментов. Известно не менее 12 ферментов, в которые входит этот витамин. Рибофлавин улучшает состояние кожи, нервной системы, слизистых оболочек, функцию печени и кроветворения.

Витамин В₂ – желтое вещество, относится к группе желтых пигментов-флавинов; содержит в своем составе остаток рибозы, почему и был назван рибофлавином.

Рекомендуемая норма потребления рибофлавина 1, 3-2, 4 мг/сутки. Потребность в витамине В₂ возрастает при гастритах с пониженной секрецией, заболеваниях кишечника, гепатитах, болезнях кожи, глаз, малокровии. При увеличении в пище норм белка и жира повышается потребность организма в витамине В₂.

Недостаток витамина В₂ приводит к вялости, утомляемости, бессоннице, ослаблению зрения, неврастении, нарушению пищеварения, задержке роста, выпадению волос, повреждению кожи и слизистых оболочек полости рта, губ. Крайне необходим в период беременности и лактации.

Токсических эффектов при избытке витамина не установлено, так как пищеварительный тракт человека не способен всасывать опасное количество рибофлавина.

Содержание рибофлавина в некоторых пищевых продуктах приведено в таблице 17.

Витамин В₂ неустойчив в щелочной среде, разрушается при высокой температуре и действии ультрафиолетовых лучей.

В пищевых продуктах рибофлавин может находиться в свободном состоянии и в форме фосфорных эфиров: флавинмононуклеотида (ФМН) и
флавинадениндинуклеотида (ФАД). Оба соединения связаны с белками и не могут быть определены без предварительного ферментативного расщепления. При определении общего содержания рибофлавина в пищевых продуктах прибегают к таким способам обработки, которые разрушают флавиннуклеотидный комплекс, в результате чего образуется свободный рибофлавин. Для этих целей используют гидролиз с соляной кислотой, обработку ферментными препаратами пепсином, амилоризином П10Х или пектаваморином П10Х.

Таблица 17

Содержание витамина В2 в пищевых продуктах расттельного происхождения

Свободный рабофлафин и продукт его фотолиза – люмифлавин ‑ обладают характерной желто-зеленой флюоресценцией при облучении их растворов светом с длиной волны 440-500 нм. На этом свойстве основан наиболее широко используемый флюориметрический метод определения рибофлавина. Метод разработан и применяется в двух вариантах. Один из них – вариант прямой флюорометрии ‑ основан на определении интенсивности флюоресценции до и после восстановления рибофлавина гидросульфитом натрия. Второй вариант – люмифлавиновый ‑ основан на использовании свойства рибофлавина при облучении в щелочной среде переходить в люмифлавин, интенсивность флюоресценции которого измеряют после извлечения его хлороформом.

Метод прямой флюорометрии не применим при анализе объектов с очень низким содержанием рибофлавина (некоторые овощи, плоды, ягоды), готовых блюд и кулинарных изделий, а также при исследовании зерновых продуктов (круп, муки, зерна, хлеба и т.п.). В этих случаях предпочтительным является люмифлавиновый метод.

Образование люмифлавина из рибофлавина идет количественно при облучении в щелочных растворах и концентрациях рибофлавина не более 2, 4 мкг/мл. Предварительная (до фотолиза) обработка испытуемого раствора хлороформом позволяет удалить из него посторонние флюоресцирующие вещества, растворимые в хлороформе, и тем самым повысить специфичность метода.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота) участвует в синтезе жирных кислот, осуществляя перенос ацильных групп, в углеводном обмене, активизирует многие биохимические реакции, обмен гормонов, гемоглобина. Действие пантотеновой кислоты зависит от обеспеченности организма другими витаминами, именно фолиевой кислотой и биотином.

Пантотеновая кислота представляет собой пептид, образованный β -аланином и пантоевой кислотой.

Потребность в пантотеновой кислоте 5-10 мг/сут.

Гиповитаминоз пантотеновой кислоты встречается крайне редко – она обнаружена во всех растительных и животных продуктах.

Недостаток этого витамина может возникнуть при длительном употреблении антибиотиков и сульфаминов, которые угнетают кишечные бактерии, способные производить пантотеновую кислоту. При уменьшении содержания витамина В₃ в организме нарушаются процессы обмена веществ, деятельность желудочно-кишечного тракта, надпочечников, почек, сердечно-сосудистой, нервной и эндокринной систем, понижается сопротивляемость организма к инфекциям.

Содержание витамина В₃ в некоторых пищевых продуктах приведено в таблице 18.

Пантотеновая кислота сравнительно устойчива, она не изменяется под действием воздуха и освещения, но разлагается при нагревании, действии кислот и щелочей.

Таблица 18

Содержание витамина В3 в пищевых продуктах растительного происхождения

Витамин В₆ (адермин) участвует в синтезе и превращениях амино- и жирных кислот, регуляции обмена холестерина, образовании гемоглобина, обеспечивает нормальное функционирование нервной системы. Существует в трех различных химических формах: пиридоксин, пиридоксаль, пиридоксамин.

Коферментные формы пиридоксина участвуют в более чем 50 ферментативных реакциях, включая процессы метаболизма аминокислот. Витамин В₆ входит в состав кофермента ряда переносчиков аминогрупп-ферментов, называемых трансаминазами, а также в состав декарбоксилаз и других ферментов.

Суточная потребность в витамине В₆ 1, 8-2, 0 мг. Потребность увеличивается при атеросклерозе, заболеваниях печени, беременности, интоксикациях, приеме антибиотиков и сульфаниламидных препаратов. Чем в больших количествах человек потребляет белковую пищу, тем больше необходим ему витамин В₆.

Гиповитаминоз В₆ сопровождается выраженными нарушениями со стороны центральной нервной системы (раздражительность, сонливость, полиневриты), повреждением кожных покровов и слизистых оболочек.

В больших дозах этот витамин токсичен. Длительный прием повышенных доз может вызвать нервные расстройства.

Содержание витамина В₆ в некоторых пищевых продуктах приведено в таблице 19.

Таблица 19

Содержание витамина В6 в основных пищевых продуктах растительного происхождения

Витамин В₉ (В_с, фолиевая кислота, фолацин, фолат)участвует в процессах свертывания крови и кроветворения. Витамин В₉ вместе с витамином В₁₂ применяется для лечения злокачественной анемии, неврастении, лучевой болезни, энтеритов и других заболеваний. Крайне необходим для беременных женщин. Рекомендуется для профилактики атеросклероза. Биохимические функции фолиевой кислоты весьма разнообразны и связаны с участием в процессах биосинтеза нуклеиновых кислот, реакциях метилирования и метаболизма аминокислот. Вырабатывается микрофлорой кишечника. Алкоголь и антибиотики снижают синтез фолиевой кислоты.

Потребность взрослого человека в витамине В₉ 0, 2 мг/сут.

Недостаточность фолиевой кислоты сопровождается развитием заболеваний крови и желудочно-кишечного тракта. В период беременности ее недостаток может оказать тератогенное действие – появление уродств, а также вести к нарушению психического развития новорожденных.

Избыток фолиевой кислоты вызывает токсические эффекты при некоторых заболеваниях. Например, у эпилептиков высокие дозы ее могут вызвать конвульсии. Кроме того, фолиевая кислота откладывается в печени, и поэтому ее не рекомендуется принимать большими дозами в течение длительного времени.

Содержание фолиевой кислоты в некоторых пищевых продуктах приведено в таблице 20.

Фолиевая кислота разрушается и в кислых, и в щелочных растворах, устойчива она лишь в интервале значений рН от 5, 0 до 10, 0. Фолиевая кислота легко разлагается при кулинарной обработке с нагреванием и при консервировании.

Таблица 20

Содержание витамина В9 в основных пищевых продуктах растительного происхождения

Витамин РР (ниацин, никотиновая кислота) участвует в процессах клеточного дыхания, окисления углеводов, регуляции деятельности нервной системы, обмена белков и холестерина. Основное физиологическое значение ниацина определяется его участием в образовании ряда окислительно-восстановительных ферментов (дегидрогеназ) в качестве переносчика электронов.

Суточная потребность в ниацине 15-20 мг. Потребность увеличивается у людей с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, особенно кишечника, почек.

При недостаточности ниацина развивается пеллагра, характеризующаяся поражением желудочно-кишечного тракта, кожи и центральной нервной системы. Название «пеллагра» происходит от итальянского слова, означающего грубую шершавую кожу, что является одним из признаков данной болезни. Витамин РР частично синтезируется в организме из триптофана, относящегося к числу незаменимых аминокислот. Поэтому заболевания, связанные с недостатком витамина РР, чаще возникают у людей, в пище которых преобладают неполноценные белки, бедные триптофаном.

При избытке витамина РР некоторые его формы вызывают расширение сосудов, в том числе и прилив крови к лицу. Кроме того, высокие дозы витамина опасны для печени.

Содержание витамина РР в продуктах растительного происхождения (мг/100г): хлебопекарные дрожжи – 11, 4, овощи и плоды – 0, 2-2.

Витамин РР довольно стойкий витамин. На него почти не действуют кислоты и щелочи, он устойчив к повышенным температурам, поэтому хорошо сохраняется при тепловой обработке и консервировании.

В пищевых продуктах ниацин (никотиновая кислота и ее амид) находится как в свободной, так и в связанной форме, входя в состав важнейших ферментов окислительного превращения. Существующие методы количественного определения ниацина в пищевых продуктах предполагают наиболее полное выделение и превращение его связанных форм, входящих в состав сложного органического вещества клеток, в свободную никотиновую кислоту. Освобождение связанных форм никотиновой кислоты и превращение ее амида в никотиновую кислоту осуществляют воздействием растворов кислот или гидроксида кальция при нагревании.

Для количественного определения ниацина широко используют микробиологический метод с тест-организмом Lactobacillus arabinosus (plantarum) AТСС 8014 и химический колориметрический метод.

Микробиологический метод прост в исполнении, специфичен и позволяет определять ниацин в продуктах, в которых химическим путем это сделать невозможно (объекты с низким содержанием ниацина и богатые сахарами). Вместе с тем микробиологический метод более длительный в сравнении с химическим и требует соблюдение условий, необходимых для выполнения микробиологических исследований, и специальной подготовки исполнителя.

В основе химического метода определения ниацина лежит реакция, протекающая в две стадии. Первая стадия - реакция взаимодействия пиридинового кольца никотиновой кислоты с бромистым роданом (цианом) и вторая- образование окрашенного производного глутаконового альдегида в результате взаимодействия с ароматическими аминами. Интенсивность окраски образующегося соединения, прямо пропорциональная количеству ниацина, измеряется колориметрически при длине волны 400-425 нм.

Витамин Р (рутин) снижает проницаемость кровеносных сосудов, укрепляет их стенки, способствует усвоению аскорбиновой кислоты. Между витаминами С и Р существует взаимосвязь. Витамин Р не оказывает благоприятного действия, если он поступает в организм без аскорбиновой кислоты, и в то же время потребность организма в аскорбиновой кислоте снижается в присутствии витамина Р.

Суточная потребность в витамине Р взрослого человека составляет 25 мг.

При недостатке этого витамина (что, впрочем, практически бывает редко) наблюдаются утомляемость, ломкость капилляров, точечные кровоизлияния, боли в суставах. В пищу целесообразно вводить смесь витамина С с рутином («аскорутин»), т.к. оба эти витамина действуют совместно.

Основными источниками рутина являются (мг/100г): черноплодная рябина – 4000, черная смородина – 1500, шиповник – 680, лимоны и апельсины – 500, петрушка – 157, салат – 139 и другие овощи.

Витамин Н (биотин, витамин В₇) участвует в обмене жирных кислот и аминокислот, перенося карбоксильную группу.

Существует два изомерных биотина: α -биотин из желтков и β -биотин – витамин Н, выделенный из молока и печени. По биологической активности они одинаковы. Молекула биотина содержат серу и два атома азота, являющихся активными центрами молекулы. Биотин играет роль кофермента в нескольких типах биохимических реакций: основная функция биотина заключается в том, что он активирует оксид углерода (IV), превращает его в карбоксильную группу.

В природе кофермент биотин связан с соответствующим белком довольно прочно, причем связь осуществляется через карбоксильную группу биотина, вступающую в соединение с аминогруппой остатка лизина белковой молекулы.

Суточная потребность в биотине составляет 0, 15-0, 3 мг.

При недостатке биотина наблюдается заболевания кожи (экзема, себорея), выпадение волос, ломкость ногтей, анемия, мышечные боли. Недостаток биотина развивается при употреблении большого количества сырых яичных белков, в которых содержится белок авидин, связывающий этот витамин, препятствуя всасыванию биотина в кишечнике.

Содержание биотина в некоторых пищевых продуктах приведено в таблице 21.

Таблица 21

Содержание биотина в пищевых продуктах