Název: Výzkum vlastností ovocného džusu: Určení koncentrace vitamínu C v ovocném džusu

Litevský tým

Plán

Název: Výzkum vlastností ovocného džusu: Určení koncentrace vitamínu C v ovocném džusu Téma: Výzkum vlastností ovocného džusu: Určení

Čas: 90 minut (2

Věk: 1. ročník

koncentrace vitamínu C v ovocném džusu

vyučovací hodiny)

15 – 16 let

Diferenciace:

Instrukce, podpora ICT atd.:







S nadanými žáky můžete prodiskutovat otázku: Jaké množství jednoho či druhého džusu je potřeba pro pokrytí denní dávky vitamínu C? Studenti, kteří dokončí svou práci dříve, vypracují úkoly pro prohloubení učiva.





Studenti se seznámí s průběhem jednotlivých aktivit. Je jim poskytnut seznam pomůcek potřebných pro tuto aktivitu. S ohledem na fakt, že studenti neznají výsledky dopředu, může ve skupinách vyvstat diskuze. Analýza výsledků a diskuze jsou přínosné v případě, že studenti pracují ve skupinách po 23. V případě, že se ve třídě nenachází potřebné vybavení a činidla, demonstruje titraci džusu učitel sám.

Pomůcky:

Výstupy:

      

Všichni  Porozumí významu vitamínu v každodenní výživě.  Budou schopni uspořádat dle instrukcí nástroje pro práci.  Budou schopni provést jodometrickou titraci.

váhy; byreta s držákem; 250 ml banka; konické banky pro titraci; chemické ochranné brýle; pipety; nádoba na mytí s destilovanou vodou;  učebnice;  pracovní listy. Činidla:  0,01 M I3− roztok (0,63 g I2 a 1,00 g KJ je rozpuštěn v přibližně 200 ml destilované vody, nalijeme do 250 ml banky a rozředíme po rysku.)  1 % roztoku škrobu.  ovocný džus, ručně vymačkaný nebo koupený.

Většina  Bude schopna vypočítat molární koncentraci roztoku.  Bude schopna vypočítat koncentraci vitaminu C v džusu. Někteří  Budou schopni vypočítat střední kvadratickou odchylku měření (rozptyl měření).  Budou schopni vypočítat titrační chybu.  Budou schopni zhodnotit přesnost výsledků.

Požadované znalosti:  

pojmy: vitamín, molární koncentrace; zlomky, poměry, výpočet zlomků

Bezpečnost: Bezpečná manipulace s pokusným vybavením a činidly.

1

Litevský tým

Plán

Popis hodiny Úvodní aktivita Studenti si společně zopakují následující matematické pojmy: zlomky (poměry), výpočet procent, výpočet chyby. Prodiskutují význam vitamínů a minerálů v každodenní výživě, zdroje vitamínu C, které znají. Hlavní aktivita Studenti vypracují pracovní list Určení koncentraci vitamínu C v ovocném džusu. Studenti pracují ve skupinách po 2-3 a titrují džus. V případě, že ve třídě není dostupné potřebné vybavení či činidla, titraci demonstruje vyučující:          

Byretu dvakrát vymyjeme roztokem jodu a naplníme ji 25 ml roztoku; 20 ml připraveného džusu nalijeme do konické baňky; 20 ml destilované vody pipetujeme; 5 kapek 3 M HCl; 10 kapek roztoku škrobu; Roztok jodu překapeme z byrety, až se objeví modrá barva a nezmizí alespoň po dobu 20 sekund; Během titrace roztok mícháme magnetickým míchadlem nebo ručně; Změříme objem titrovaného roztoku jódu; Titraci třikrát zopakujeme; Všechny vzorky džusu titrujeme stejným způsobem.

Prohloubení Schopnější studenti mohou v této fázi zhodnotit případné problémy experimentu a navrhnout potřebná zlepšení.

Pracovní list Úkoly v pracovním listě studenti zpracovávají individuálně, zaznamenají výsledky, doplní tabulky, vypočítají koncentraci vitamínu C, porovnají koncentraci vitamínu C v různých džusech. Schopnější studenti mohou vypočítat střední kvadratickou chybu, titrační chybu, zapsat výsledky a vysvětlit je.

Prohloubení Studenti, kteří svou práci dokončí s předstihem, pokračují s další prací (Určení koncentrace vitamínu C v ovocných džusech). Závěrečná aktivita

2

Litevský tým

Plán

Studenti vysvětlí postup, který využili při pokusu; mají vysvětlit příčiny jakýchkoliv neobvyklých výsledků. Studenti mají shrnout dosavadní zjištění o koncentraci vitamínu C v různých druzích ovocných džusů. Mají porovnat koncentraci vitamínu C v čerstvě vymačkaném džusu a v koupeném džusu. Nadaní studenti mohou prodiskutovat otázku, jaké množství džusu pokryje denní dávku vitamínu C.

3

Litevský tým

Pracovní list

VÝZKUM VLASTNOSTÍ OVOCNÉHO DŽUSU Určení koncentrace vitamínu C Ovocné a zeleninové džusy jsou vyráběny lisováním zralého ovoce, bobulí a zeleniny. Nejhodnotnější částí džusu je dužina, protože obsahuje všechnu vlákninu, např. rajčata, mrkev, rakytník, meruňky, švestky. Džus se pije čerstvý, nemusí se vařit, konzervovat, pasterizovat, jinak by došlo k zničení všech kvasinek a části vitamínů. Džus s přidaným cukrem je méně hodnotný. V mnoha džusech nalezneme vitamín C, draslík, vápník a ve velmi malém množství také železo, med, hořčík, kobalt, zinek, nikl, které jsou potřebné pro tělo. Ovocné nápoje obsahují až 30 % ovocného džusu; např. v hroznových nápojích je 6 %, v citronovém nápoji asi 10 % džusu. Tyto nápoje jsou velmi oblíbené, protože jsou levné. Vláknina, která je hlavním stavebním komponentem ovoce i zeleniny, reguluje trávení tuků, snižuje hladinu cholesterolu v krvi, pomáhá tělu odstranit potenciálně nebezpečné látky. Draslík – reguluje přenos nervových impulsů, svalovou aktivitu, rovnováhu vody v buňkách. Denní doporučená dávka je 2000 mg. Draslík je hlavní složkou kostí a zubní hmoty. Tělo uchovává cca 98% draslíku v buňkách, např. citrát draselný posiluje kosti. Draslík, který není obsažen v kostní tkáni, hraje důležitou roli v přenosu nervových impulsů žebrům a svalovým vláknům srdce. Draslík je důležitý pro koagulační systémy, regulaci fermentace. Vitamín C, kyselina askorbová (C6H8O6), je jeden z nejméně stabilních ve vodě rozpustných vitamínů. Rychle oxiduje, je citlivá na teplotu, z tohoto důvodu dochází k rozkladu džusu při tepelné úpravě. Buňky téměř všech savců jsou schopny syntetizovat vitamín C, bohužel však lidské buňky tuto schopnost postrádají. Z tohoto důvodu uspokojujeme potřebu vitamínu C stravou rostlinného původu. Vitamín C se nachází ve všech tělních tekutinách a buňkách, nicméně není v těle uchováván a přebytek je vylučován močí. Vitamín C je také důležitým fermentačním činidlem a antioxidantem, podílí se na syntéze kolagenu, kůře nadledvinek, steroidního hormonu a syntéze dalšího hormonu. Nedostatek vitamínu C může mít za následek kurděje, narůstající křehkost krevních cév, změny v kostní tkáni, vypadávání zubů; selhání srdce, anémie. Denní doporučená dávka vitamínu C je 75100 mg. Koncentraci vitamínu C lze určit jodometrickou titrací, tzn. jeho oxidací s roztokem jódu. Molekuly jódu se jen velmi málo rozpouští ve vodě (pouze 1,3 ×10−3 M při teplotě 20oC.0,05 M I3− roztok je obvykle připraven rozpuštěním 0,12 mol KI a 0,05 mol I2 v jednom litru vody. Pro jodometrickou titraci využíváme škrob jako indikátor. Pokud bychom nepoužili žádny indikátor, dojde při dosažení bodu ekvivalence k zabarvení roztoku a odchylkou přesnosti alespoň ~ 5 μM. Z tohoto důvodu využíváme škrob, abychom mohli přesně určit, kdy bylo dosaženo bodu ekvivalence. Při titraci s I3− se škrob přidává na začátku titrace. Dosáhneme-li bodu ekvivalence první nadbytečná kapka I3− zbarví roztok do tmavě modra. Zpětná reakce jodu a škrobu je závislá na teplotě. Zvýšíme-li teplotu z 25oC na 50oC, intenzita barvy klesne desetkrát. Abychom dosáhli nejvyšší citlivosti, je vhodné schladit titrovaný roztok v ledové vodě. Titrační standard I3− vzniká rozpouštěním I2 v silně koncentrovaném roztoku KI (za nadbytku − I ). Pro vznik titračního standardu je vhodná sublimace I2. Protože se při vážení trocha jodu odpaří, musí být standardizován pomocí Na2S2O3. Roztok se skládá z rozpouštědla a rozpuštěné látky. Jedním z hlavních znaků roztoku je jeho koncentrace. Koncentrace roztoku ukazuje množství rozpuštěné látky v určitém objemu rozpouštědla. Molární koncentrace udává, kolik molů rozpouštěné látky je rozpuštěno v jednom litru daného roztoku: CM =

n , mol/ℓ; V

Kde n je počet molů rozpouštěné látky; V – objem v litrech

4

Litevský tým

Pracovní list

nebo

CM 

m1 , mol/ℓ; M V

Kde m1 hmotnost rozpouštěné látky; M je molární hmotnost látky; V je objem roztoku. Často uvádíme místo měrné jednotky mol/ℓ pouze M. Roztoky, v jejichž 1l se nachází 0,1; 0,01 molů látky se nazývají „deci molové“ nebo „centi molové“. K popisu koncentrace roztoku se využívají jednotky ppm (jednotky na milion). 1 ppm = 1 mg/ℓ. Často musíme koncentrované roztoky ředit. V takovém případě je velmi pohodlné využít směšovací rovnici:

C1  V1  C2  V2 , Kde C1 a V1 – molární koncentrace a objem koncentrovaného roztoku; C2 and V2 – molární koncentrace a objem zředěného roztoku. Jestliže jsou koncentrace vyjádřeny v ppm, můžeme pro výpočet použít následující vzorec:

C1  V1  1  C2  V2   2 ,

Kde C1, V1, 1 – koncentrace, objem a hustota koncentrovaného roztoku; C2, V2, 2 – koncentrace, objem a hustota rozředěného roztoku. Odpovědi

Otázky 1. Které důležité živiny obsahují ovocné džusy? 2. Proč je draslík nezbytný pro lidské tělo? 3. Proč je vápník nezbytný pro lidské tělo?

.

4. Proč je vitamín C nezbytný pro lidské tělo?

5. 0.45 mol karbamátu (27 g) je rozpuštěno v 1 litru destilované vody. Jaká je molární koncentrace daného roztoku?

5

Litevský tým

Odpovědní arch

VÝZKUM VLASTNOSTÍ OVOCNÉHO DŽUSU Určení koncentrace vitamínu C Odpovědní arch 

Vyplňte data získaná titrací ovocného džusu do tabulky 1.

Tabulka 1 Značka džusu



Objem roztoku titrovaného jódu Titrace I, Titrace II, Titrace III, VIII, mℓ VI, mℓ VII, mℓ

Průměrná hodnota, 𝑉̅, mℓ

Vypočtěte koncentraci vitamínu C v džusu.

Koncentraci vitamínu C v džusu vypočteme na základě zákonu ekvivalence v mol/ℓ. V1 × C1 = V2 × C2; Kde: V1 – objem roztoku titrovaného jódu, V2 – objem džusu určeného pro titraci, C1 – molární koncentrace roztoku jódu, C2 – molární koncentrace vitamínu C v džusu.

V1  C1 . V2 Koncentrace vitamínu C, vypočítaná dle zákonu ekvivalence, vyjádřena v mol/ℓ. V potravinářském průmyslu se běžně používají - mg/100 mℓ. C2 



Přepočtěte koncentraci vitamínu C v jednotkách běžně používaných v potravinářském průmyslu mg/100 mℓ.



Výsledky svých výpočtů zapište do tabulky 2.

Tabulka 2 Koncentrace vitamínu C v ovocných džusech Značka džusu Koncentrace vitamínu C, Koncentrace vitamínu C, mol/ℓ mg/100 mℓ

6

Litevský tým

Odpovědní arch

Závěry  Porovnejte koncentraci vitamínu C v různých druzích ovocného džusu. .........................................................................................................................................  Porovnejte koncentraci vitamínu C v čerstvě vymačkaném džusu a džusech koupených v obchodech.

.............................................................................................................................................  Urči, kolik každého džusu musí jednotlivec vypít, aby pokryl svou denní potřebu vitamínu C. .............................................................................................................................................



Jak výsledky pokusu korelují s výsledky prezentovanými v literatuře (na etiketách)?

.............................................................................................................................................

7

Litevský tým

Prohloubení

VÝZKUM VLASTNOSTÍ OVOCNÉHO DŽUSU V hodinách chemie studenti zkoumají koncentraci vápníku v různých druzích ovocného džusu. Koncentrace iontů vápníku byla počítána v ppm (z anglického: parts per million = miliontina). Výsledky pokusu naleznete v Tabulce 1. Koncentraci živin obvykle vyjádříme v mg/100mℓ. Doplňte tabulku, vypočtěte koncentraci Ca2+ v mg/100 mℓ džusu. Je známo, že 1 ppm = 1 mg/ℓ.

Tabulka 1 Název ovoce

Koncentrace Ca2+ v džusu, ppm

Čerstvě vymačkaný pomerančový džus

44

Pomerančový džus zn. CIDO

34,8

Čerstvě vymačkaný jablečný džus

23,6

Jablečný džus zn. ELMENHORSTER

25,6

Koncentrace Ca2+ v džusu, mg/100 mℓ



Porovnejte koncentraci kalciových iontů v čerstvě vymačkaném džusu a džusu zakoupeném v obchodě.



Odhadněte, kolik kterého džusu musí člověk vypít, aby pokryl denní potřebu vápníku.

8