Historia i analiza witaminy C (kwasu askorbinowego)
3 kwi 2023
Artykuł
Udostępnij artykuł
«Pij sok pomarańczowy, dobrze ci zrobi, bo zawiera witaminę C!» Większość ludzi prawdopodobnie słyszała to lub podobne polecenie w dzieciństwie. Witamina C, znana również jako kwas askorbinowy lub kwas L-askorbinowy, jest niezbędnym składnikiem odżywczym, którego człowiek nie jest w stanie wytworzyć samodzielnie. Aby go pozyskać, polegamy na zewnętrznych źródłach, takich jak świeże owoce i warzywa. Ponieważ witamina C ma właściwości przeciwutleniające, jest również często stosowana jako konserwant żywności. Ten artykuł na blogu obejmie historię witaminy C i niektóre z różnych metod analitycznych stosowanych do oznaczania witaminy C w różnych produktach.
Skorzystaj z nawigacji poniżej, aby przejść bezpośrednio do określonej sekcji.
Historia witaminy C jest dobrze powiązana z przerażającą chorobą szkorbutu, która była główną przyczyną śmierci wśród żeglarzy. Vasco da Gama zauważył już lecznicze działanie owoców cytrusowych, a władze zalecały stosowanie soku z cytryny lub innych pokarmów roślinnych w celu zapobiegania szkorbutowi.
Jednak w 1747 roku brytyjski lekarz marynarki James Lind potwierdził w kontrolowanym eksperymencie, że owoce cytrusowe mogą zapobiegać szkorbutowi. W eksperymencie Lind połączył w pary dwunastu marynarzy o podobnym nasileniu szkorbutu i traktował każdą parę inaczej. Przez dwa tygodnie uczestnicy badania otrzymywali albo cydr, eliksir witriolu (mieszanina kwasu siarkowego i alkoholu), ocet, wodę morską, pastę z czosnku, gorczycy i innych przypraw plus napój z wody jęczmiennej, albo dwie pomarańcze i jedna cytryna. Tylko para, która otrzymała pomarańcze i cytryny, została wyleczona [1]. W rezultacie brytyjska marynarka wojenna nakazała wszystkim swoim statkom stały dopływ soku z europejskich cytryn. Lind nie wiedział, że właściwości lecznicze owoców cytrusowych wynikają z wysokiej zawartości witaminy C.
W następnych stuleciach nazwano żywność, o której wiadomo, że zapobiega szkorbutowi przeciwszkorbutowy, pochodzi od średniowiecznego łacińskiego słowa oznaczającego szkorbut: «scorbutus». Oprócz owoców cytrusowych wśród tych pokarmów znalazła się np. kapusta kiszona, której użył James Cook podczas swojej długiej podróży na Hawaje.
W 1912 roku Kazimierz Funk wprowadził pojęcie witamin jako niezbędnych składników diety. Tak zwany czynnik przeciwszkorbutowy został wkrótce uznany za „rozpuszczalny w wodzie”. Witamina C została po raz pierwszy wyizolowana z nadnerczy zwierząt w 1928 roku przez węgierskiego naukowca Alberta Szent-Györgyi. Nazwał tę substancję kwasem heksuronowym i podejrzewał, że jest to czynnik przeciwszkorbutowy, który zapobiega szkorbutowi.
To właśnie w 1932 r Szent-Györgyi i Joseph Svirbely doszli do wniosku, że kwas heksuronowy jest rzeczywiście witaminą C. To samo zostało potwierdzone zaledwie kilka tygodni wcześniej przez Charlesa G. Król w USA. Było to całkiem prawdopodobne, ponieważ Svirbely wysłał list do swojego byłego mentora, Kinga, ogłaszając odkrycie. Gorzki spór o pierwszeństwo nastąpił w następnych latach [2].
Walter N. Haworth zidentyfikował strukturę chemiczną witaminy C w 1933 roku. On i Szent-Györgyi zaproponowali nazwanie kwasu L-heksuronowego a-skorbinowy kwas («A» oznacza nie po łacinie i «scorbutus» nawiązujący do szkorbutu) ze względu na działanie przeciwszkorbutowe. Częściowo za to odkrycie Albert Szent-Györgyi i Walter Norman Haworth otrzymali w 1937 r. Nagrodę Nobla odpowiednio w dziedzinie fizjologii i medycyny oraz chemii.
Współczesne zastosowanie witaminy C
Obecnie nasze niezbędne spożycie witaminy C jest zwykle pokrywane przez świeże owoce i warzywa, które spożywamy. Ponadto witamina C jest dostępna jako suplement diety i jako niedrogi lek dostępny bez recepty (OTC). Jest również stosowany jako środek konserwujący żywność w produktach takich jak chleb, dżemy, wino, a nawet mięso, ponieważ jego właściwości przeciwutleniające zapobiegają psuciu się żywności. Witamina C jest oznaczona numerami E: E300–E305 dla samego kwasu, a także dla różnych soli i estrów askorbinianu.
Sole askorbinianowe są również stosowane w kosmetykach i produktach higieny osobistej, gdzie sole te działają jako przeciwutleniacze i spowalniają degradację produktu. Kwas askorbinowy jest również stosowany w produkcji zdjęć, oczyszczaniu wody, produkcji tworzyw sztucznych i mikroskopii fluorescencyjnej [3].
W celu zapewnienia jakości produktów farmaceutycznych oraz przestrzegania przepisów dotyczących etykietowania żywności konieczne jest oznaczanie zawartości witaminy C w żywności i produktach farmaceutycznych. W następnej części zostaną przedstawione różne sposoby oznaczania witaminy C w różnych matrycach.
Analiza witaminy C metodą miareczkowania
Witamina C jest często analizowana za pomocą miareczkowania, z 2,6-dichlorofenoloindofenolem (DCPIP) lub jodem powszechnie stosowanymi jako titranty. Oba te titranty przechodzą reakcję redoks z kwasem askorbinowym. Kwas askorbinowy (C6H8O6) utlenia się do kwasu dehydroaskorbinowego (C6H6O6), podczas gdy DCPIP lub jod jest redukowany do DCPIPH2 lub odpowiednio jodek. Rysunek 1 przedstawia równanie reakcji miareczkowania kwasu askorbinowego za pomocą DCPIP.
W przypadku soków owocowych bez miąższu oznaczenie można wykonać bezpośrednio, bez przygotowania próbki. W przypadku soków z miąższem, pokarmów stałych i innych produktów na bazie owoców i warzyw kwas askorbinowy należy najpierw wyekstrahować.
Aby zapobiec utlenianiu kwasu askorbinowego przed miareczkowaniem, do próbki często dodaje się kwas metafosforowy. Punkt końcowy miareczkowania można określić fotometrycznie lub biwoltametrycznie.
Miareczkowanie fotometryczne za pomocą DCPIP wykorzystuje fakt, że DCPIP jest łososiowo-różowy, podczas gdy DCPIPH2 jest bezbarwny. Miareczkowanie jodem wykorzystuje skrobię jako wskaźnik, który przy nadmiarze jodu zmienia kolor na niebiesko-czarny. Podczas korzystania z czujnika fotometrycznego, np Oproda, punkt końcowy można wiarygodnie określić dla obu titrantów.
Rysunek 2 przedstawia przykładową krzywą miareczkowania dla miareczkowania kwasu askorbinowego w soku z krwistych pomarańczy za pomocą DCPIP.
W przypadku miareczkowania biwoltametrycznego prąd jest przykładany pomiędzy dwie elektrody polaryzacyjne w naczyniu do miareczkowania i mierzony jest wynikowy potencjał. Kiedy kwas askorbinowy w próbce jest całkowicie utleniony, potencjał gwałtownie spada, wskazując punkt końcowy miareczkowania. Tabela 1 poniżej wymieniono dostępne dokumenty aplikacyjne dla różnych typów próbek.
Tabela 1. Dostępne dokumenty aplikacyjne do analizy kwasu askorbinowego metodą miareczkowania w różnych rodzajach próbek przy użyciu różnych titrantów.
| Próbka | Standard | Titrant | Dokument aplikacyjny |
|---|---|---|---|
| Soki i preparaty witaminowe | AOAC 967.21 | DCPIP | |
| Produkty na bazie owoców i warzyw | ISO 6557-2 | DCPIP | |
| Kapsułki witaminowe i multiwitaminowe, tabletki, roztwory doustne | USP<580> | DCPIP | |
| Soki i preparaty witaminowe | – | jod (I2) | AN-T-162 |
| Mleko w proszku | – | DCPIP | AN-T-171 |
| Wino | – | Jodan potasu (KIO3) | AB-225 |
Oznaczanie witaminy C metodą polarograficzną
Alternatywnie, witaminę C można analizować z dużą czułością za pomocą polarografii. Polarografia to rodzaj woltamperometrii wykorzystujący ciekłą elektrodę roboczą, taką jak kroplowa elektroda rtęciowa (DME). Podczas analizy mierzony jest prąd płynący między dwiema elektrodami w roztworze próbki w miarę stopniowego zwiększania przyłożonego napięcia.
Podczas pomiaru polarograficznego kwas askorbinowy utlenia się do kwasu dehydroaskorbinowego. Soki warzywne i owocowe można analizować bezpośrednio, natomiast tabletki i preparaty witaminowe należy rozcieńczać, aby uzyskać podwielokrotność próbki nadającą się do pomiaru polarograficznego. Żywność i inne próbki stałe wymagają ekstrakcji kwasu askorbinowego przed analizą.
Zawartość kwasu askorbinowego określa się przez dodanie wzorca, w którym oryginalna próbka jest wzbogacona mianowanym roztworem kwasu askorbinowego. Rysunek 3 przedstawia polarogram i krzywą kalibracyjną do oznaczania kwasu askorbinowego w soku pomarańczowym. Tabela 2 poniżej wymieniono dostępne dokumenty aplikacyjne dla różnych typów próbek.
Tabela 2. Dostępne dokumenty aplikacyjne do analizy kwasu askorbinowego metodą polarografii.
| Próbka | Dokument aplikacyjny |
|---|---|
| Soki owocowe i warzywne | |
| Kapsułki witaminowe, tabletki, roztwory doustne | |
| Żywność, środki pobudzające i pasze dla zwierząt |
Oznaczanie witaminy C metodą chromatografii jonowej
Chromatografia jonowa (IC) to kolejna ważna metoda analityczna służąca do pomiaru kwasu askorbinowego w próbkach, zwłaszcza gdy konieczne jest również przeanalizowanie innych kwasów organicznych (np. kwasu jabłkowego, octowego lub cytrynowego). Witamina C w próbce jest oznaczana jako anion askorbinianowy przy użyciu IC. Chromatografia wykluczania jonów (IEC) służy do oddzielania askorbinianu od innych anionów słabych kwasów, takich jak cytrynian lub octan.
Tabletki, suplementy witaminowe i dodatki do żywności można analizować bezpośrednio metodą IC po rozcieńczeniu. W przypadku soków zawierających miąższ, dializa inline należy użyć do usunięcia wszelkich cząstek z próbki. Ta technika przygotowania próbki na linii jest stosowana w celu ochrony kolumny separacyjnej i układu IC.
Rysunek 4 przedstawia chromatogram do analizy askorbinianu i jabłczanu w soku owocowym przy użyciu a Metrosep Organic Acids – kolumna 250/7,8, wykrywanie przewodności z odwrotną supresją (LiCl) i Metrohm Inline Dialysis do przygotowania próbki. Tabela 3 poniżej wymieniono dostępne dokumenty aplikacyjne dla różnych typów próbek.
Tabela 3. Dostępne dokumenty aplikacyjne do analizy kwasu askorbinowego metodą chromatografii jonowej.
| Próbka | Dokument aplikacyjny |
|---|---|
| Soki owocowe i warzywne | AN-O-032 |
| Tabletki witaminowe | AN-O-007 |
| Dodatki do żywności | AN-O-024 |
Streszczenie
Historia witaminy C jest związana z epoką żeglarstwa i odkryć, a także z przerażającą chorobą szkorbutu. Odkrycie przez Linda korzyści płynących z owoców cytrusowych stworzyło realne leczenie. Prace Szent-Györgyi w latach 20. i 30. XX wieku doprowadziły do zidentyfikowania kwasu askorbinowego jako witaminy C. Dziś szkorbut jest uważana głównie za chorobę z odległej przeszłości, ponieważ witamina C stała się wszechobecna i łatwo dostępna ze świeżych owoców i warzyw. Jest również stosowany jako składnik odżywczy wspierający nasze zdrowie oraz jako środek konserwujący żywność ze względu na swoje właściwości przeciwutleniające.
Miareczkowanie, woltamperometria i chromatografia jonowa to trzy skuteczne metody analizy zawartości witaminy C w różnych produktach spożywczych i farmaceutycznych. Istnieje znacznie więcej analitów w sokach, żywności lub próbkach farmaceutycznych, które można analizować za pomocą tych technik. Sprawdź nasze Wyszukiwarka aplikacji aby znaleźć odpowiednią analizę dla potrzeb Twojego laboratorium.
Bibliografia
[1] Hughes, R. MI. James Lind i lekarstwo na szkorbut: podejście eksperymentalne. Med Hist 1975, 19 (4), 342–351.
[2] Albert Szent-Gyorgyi. Profile w nauce. https://profiles.nlm.nih.gov/spotlight/wg (dostęp 2023-02-09).
[3] Kwas askorbinowy. Fakty dotyczące bezpieczeństwa chemicznego. https://www.chemicalsafetyfacts.org/chemicals/ascorbic-acid/ (dostęp 2023-03-01).
