Аскорбінова кислота. Антиоксидант у харчовій та косметичній промисловості.

Аскорбінова кислота (у-Лактон-2,3-дегідро-L-гулонової кислоти (R)-5-[(S)-1,2-Дигідроксіетил]-3,4-дигідрокси-5Н-фуран-2-он). Кристалічний порошок білого або майже білого кольору чи безбарвні кристали, що змінюють колір під впливом повітря і вологи. Легкорозчинна у воді, розчинна у 96 %-ному спирті, практично нерозчинна в ефірі. Плавиться при температурі близько 190 °C із розкладанням. За рахунок ендіольного угрупування кислота аскорбінова проявляє відновні й кислотні властивості. Її кислотний характер прийнято пояснювати рухомістю гідрогена гідроксильної групи в положенні 3; при титруванні лугом кислота аскорбінова поводиться як одноосновна кислота.

Аскорбінова кислота, або вітамін С, належить до групи водорозчинних вітамінів. Бере участь в окисно-відновних реакціях, у багатьох процесах обміну, зокрема в регуляції вуглеводного обміну, обміну ароматичних амінокислот, тироксину, у синтезі катехоламінів, стероїдних гормонів, інсуліну. Є необхідною складовою частиною у процесі зсідання крові, синтезу колагену, проколагену, регенерації сполучної та кісткової тканин. Регулює проникність капілярів (пригнічує гіалуронідазу). Бере участь у всмоктуванні заліза та синтезі гемоглобіну.
За участю аскорбінової кислоти відбувається інактивація вільних радикалів, у зв’язку з чим аскорбінова кислота запобігає ушкодженню мембран клітин, зокрема лімфоцитів, внаслідок перекисного окислення. Така дія спричиняє цілий ряд імуномодулюючих ефектів, зокрема посилює хемотаксис, синтез та вивільнення інтерферону, покращує міграцію лімфоцитів.

Підвищує неспецифічну та імунну резистентність організму. В організмі людини не синтезується. Недостатнє надходження з їжею призводить до розвитку гіпо- або авітамінозу. Найбільш важливими її джерелами є такі плодово-ягідні культури: айва (23…99 мг/100 г), аґрус культурний (30…60 мг/100 г), малина (30…46 мг/100 г), порічка червона (80…100 мг/100 г), смородина чорна (400…570 мг/100 г), яблука (40…50%).

Вітамін С підвищує фітоцитарну активність лейкоцитів, тобто активізує захисні механізми організму. З’ясувалось, що засвоєння вітаміну С організмом відбувається лише після того, як він із L-аскорбінової кислоти перетворюється в L-дегідроаскорбінову кислоту, яка після потрапляння в клітини знову відновлюється до аскорбінової. Перетворення L-аскорбінової кислоти в L-дегідроаскорбінову регулюється вітаміном Р. Останній приймає безпосередню участь в депонуванні в клітинах вітаміну С. При Р-вітамінній недостатності в організмі наступає С-вітамінна недостатність, що приводить до важких захворювань.

Аскорбінова кислота є потужним антиоксидантом. Завдяки здатності захищати інші молекули і макромолекули від окислення вона може зберігати або посилювати активність деяких речовин. Відомо, що аскорбінова кислота володіє власною протимікробною активністю по відношенню до деяких умовно-патогенних мікроорганізмів: Staphylococcusaureus, Escherichiacoliта Klebsiellapneumoniae.  Крім того, виявлено ефект потенціювання протимікробної активності безклітинних екстрактів L. reuteri аскорбіновою кислотою та хімічну модифікацію аскорбінової кислоти в процесі культивування L. reuteriу дезінтеграті власних клітин.

Застосування

Харчова промисловість

• для виробництва продуктів функціонального призначення, збагачених вітаміном С
• додавання аскорбінової кислоти до суміші речовин для коптіння знижує вміст нітрозамінів у беконі
• для підвищення харчової цінності продуктів, наприклад кабачкової ікри перед фасуванням додають аскорбінову кислоту в овочеву масу з розрахунку 1 кг на 1000 кг продукту
• у виробництві фруктових та овочевих соків, наприклад, перетерте моркв’яне пюре змішують з 10% цукровим сиропом з додаванням лимонної і аскорбінової кислот у співвідношенні 1:1, гомогенізують при тиску 10-15 МПа, деаерують при залишковому тиску 86,5-93,1 кПа впродовж 8-10 хвилин у вакуамних апаратах чи деаераторах різних типів. Далі підігрівають, фасують та стерилізують.
• при заморожуванні фруктів, особливо абрикосів і персиків їх обробляють антиоксидантами – цілі плоди замочують протягом години в 6-7% розчині аскорбінової кислоти і 0,10-0,15% кухонної солі в ємностях із нержавіючої сталі, а половинки – півгодини у 3,5-4,0% розчині аскорбінової кислоти і 0,10-0,15% кухонної солі.
• аскорбінова кислота є хлібопекарським поліпшувачем окиснювальної дії. Вводять у тісто 10 % розчин з перерахунку 0,01 % до маси борошна.

Косметична промисловість

• Входить до складу доглядових косметичних засобів як активний компонент у концентраціях 5-20%, pH має бути 3,5 і нижче для стабільності аскорбінової кислоти.
• Цінність і дієвість цього вітаміну підтверджують численні дослідження. Він є ефективним антиоксидантом і знижує шкідливий уплив ультрафіолету на шкіру та в такий спосіб захищає її від фотостаріння.
• Як потужний антивіковий компонент вітамін С також стимулює синтез колагену й еластину. Завдяки тому, що він м’яко освітлює шкіру, його часто використовують у засобах для боротьби з гіперпігментацією.
• Крім того, вітамін С покращує стан шкіри з акне та допомагає при куперозі внаслідок зміцнення капілярної стінки.

Найкраще застосовувати продукти з вітаміном С під час ранкової рутини, разом із сонцезахисним кремом. Вітамін С не замінює, але підсилює дію санскріну внаслідок своєї антиоксидантної дії. Вітамін С не поєднується з перехідними металами, наприклад, міддю, адже під її впливом він інактивується. З ретинолом поєднувати вітамін С навіть корисно, адже ця комбінація допоможе боротися з виявами передчасного старіння шкіри. Сироватку з вітаміном С можна наносити вранці, а догляд із ретиноїдами – ввечері.

Фармацевтика

У профілактичних і лікувальних цілях при скорбуті (цинзі), кровотечах різної етіології, інфекційних захворюваннях та інтоксикаціях, захворюваннях печінки та нирок.

Органічна хімія

• стабілізатор купруму (І) у реакціях купрум-каталізованого циклоприєднання між азидами та алкінами
• реактив Уденфрінда – суміш кисню, солей Fe (II), аскорбінової кислоти і етилендіамінотетраоцтової кислоти

Аналітична хімія

• відновник у інверсійно-вольтамперометричному методі визначення йоду
• визначення фосфатів – реакція аскорбінової кислоти з молібденовою рідиною
• визначення поліфосфатів фотометричним методом

Супрамолекуляна хімія
Йодометричне визначення аскорбінової кислоти у міцелярному розчині хлориду додецилпіридинію.

Фармакокінетика
Зв’язок з білками плазми крові – 25 %. Концентрація аскорбінової кислоти в плазмі крові в нормі становить приблизно 10–20 мкг/мл, запаси в організмі – близько 1,5 г. Час досягнення максимальної концентрації в плазмі крові при внутрішньом’язовому введенні Tmax – 15–20 хвилин. Легко проникає в лейкоцити, тромбоцити, а потім – у всі тканини; депонується у задній долі гіпофіза, корі надниркових залоз, очному епітелії, проміжних клітинах сім’яних залоз, яєчниках, печінці, селезінці, підшлунковій залозі, легенях, нирках, стінці кишечника, серці, м’язах, щитовидній залозі; проникає крізь плаценту. Концентрація аскорбінової кислоти в лейкоцитах і тромбоцитах вища, ніж в еритроцитах і плазмі крові. При дефіцитних станах концентрація в лейкоцитах знижується пізніше і повільніше та розглядається як кращий критерій оцінки дефіциту, ніж концентрація у плазмі крові. Метаболізується переважно в печінці. Виводиться нирками, кишечником, з потом, проникає у грудне молоко у вигляді незміненого аскорбату та метаболітів. При високих дозах, коли концентрація в плазмі крові досягає понад 1,4 мг/дл, виведення різко підсилюється, до того ж підвищена екскреція зберігається після припинення прийому. Паління та вживання алкоголю прискорюють руйнування аскорбінової кислоти (перетворення в неактивні метаболіти), різко знижуючи її запаси в організмі.

Гіперчутливість до аскорбінової кислоти
Аскорбінова кислота, надаючи стимулювальний вплив на організм загалом, підвищує його адаптаційні можливості, резистентність до вірусних і бактеріальних інфекцій. Є пропозиції використовувати аскорбінову кислоту для профілактики розвитку COVID-19 і лікування відповідних категорій пацієнтів. Слід пам’ятати, що вітамін С також додають до деяких протизапальних і протизастудних готових лікарських форм. Розвиток гіперчутливості (ГЧ) до аскорбінової кислоти описано в поодиноких повідомленнях. При цьому характернішим є розвиток реакцій негайного типу, хоча описано й реакції сповільненого типу при топічному застосуванні аскорбінової кислоти. Основні клінічні прояви МА до аскорбінової кислоти такі: шкірний висип, свербіж, кропив’янка, набряк Квінке, алергічний контактний дерматит, украй рідко – анафілаксія. Для діагностики ГЧ до вітаміну С використовуються дані алергологічного анамнезу, прик-тест і патч-тест з аскорбіновою кислотою. Лабораторні тести для визначення ГЧ до вітаміну С характеризуються неоднозначною діагностичною цінністю. Тактика лікаря при виявленні ГЧ до нього полягає в уникненні застосування препаратів аскорбінової кислоти.

Аскорбінова кислота окиснюється у дві стадії:
1) оборотний процес окиснення до дегідроаскорбінової кислоти (кетонна форма);
2) необоротний процес окиснення, який врешті-решт призводить до утворення фурфуролу:

Ідентифікація:
1. Фізико-хімічними методами: УФ- та ІЧ-спектроскопія, визначення рН та питомого оптичного обертання.
2. До розчину аскорбінової кислоти додають розведену нітратну кислоту та розчин аргентуму нітрату – випадає сірий осад металічного срібла:

3. Нефармакопейні реакції:
а) при додаванні до розчину аскорбінової кислоти по краплях розчину 2,6-дихлорфеноліндофенолу його синє забарвлення зникає:

б) Аскорбінова кислота з феруму (ІІ) сульфатом у присутності натрію гідрокарбонату утворює аскорбінат феруму, забарвлений у фіолетовий колір:

Кількісне визначення:
1. Йодометрія в присутності розведеної сульфатної кислоти, пряме титрування, індикатор – крохмаль, s = 1:

2. Йодатометрія, пряме титрування в кислому середовищі в присутності калію йодиду, індикатор – крохмаль, s = 3. У точці еквівалентності надлишок розчину калію йодату викликає синє забарвлення розчину:

3. Алкаліметрія, пряме титрування, індикатор – фенолфталеїн, s = 1:

4. Титрування розчином натрію 2,6-дихлорфеноліндофеноляту, s = 1. Метод використовують для визначення вмісту кислоти аскорбінової в рослинній сировині.
5. Інші редокс-методи (йодохлорометрія, цериметрія та ін.).

Для визначення аскорбінової кислоти у виробах, збагачених водоростевими йодовмісними добавками, де окрім йоду присутні метали змінної валентності, щоб уникнути окислення
аскорбінової кислоти як екстрагуючого реагенту, рекомендують використовувати свіжоприготовлену суміш 0,18 % розчину етилендіамінтетраоцтової кислоти та 3 % розчину трихлороцитової кислоти, або 6 % розчину метафосфорної кислоти.
 

Визначення фосфатів – реакція аскорбінової кислоти з молібденовою рідиною
Реакція з молібденовою рідиною і аскорбіновою кислотою (утворення синьої фосфорномолібденової гетерополікислоти). Фосфати взаємодіють з молібденовою рідиною за наявності нітратної кислоти і відновника з утворенням синьої гетерополікислоти (ГПК). Реакція є достатньо чутливою і селективною. Однак можуть заважати сполуки вольфраму, ванадію, арсену, силіцію, які утворюють ГПК в схожих умовах однакового забарвлення. Для усунення заважаючого впливу силікату додають тартратну кислоту та розводять розчин. Оскільки кількості інших заважаючих сполук в реальних зразках зазвичай є набагато меншими, ніж фосфатів, вони не повинні заважати виявленню фосфатів.

Де Asc – аскорбінова кислота, DAsc – дегідроаскорбінова кислота
Виконання реакції. До 1 мл водного розчину фосфату додають 0,5 мл концентрованої нітратної кислоти. Розчин кип’ятять 2 ‒ 3 хв, потім додають трохи сухої тартратної кислоти, 3 мл молібденової рідини, 1 мл 2,5% розчину аскорбінової кислоти, чекають 10 ‒ 5 хв, при цьому забарвлення розчину змінюється на синє.
Взаємодіяти з молібденовою рідиною будуть лише вільні іони фосфату. Фосфат, зв’язаний в складні біохімічні сполуки і нерозчинні фосфати, поліфосфати потрібно перед визначенням перевести в незв’язаний стан.
Приготування розчину молібденової рідини. До 50,0 мл розчину сульфатної кислоти (5:3) додають 20,0 мл 3% розчину молібдату амонію (NH4)2MoO4, 20,0 мл 2,5% розчину аскорбінової кислоти і доводять до 100 мл водою, добре перемішують.

Йодометричне визначення аскорбінової кислоти у міцелярному розчині хлориду додецилпіридинію
Аскорбінова кислота часто входить до складу гідрофобних лікарських форм (мазі, супозиторії тощо) і може бути визначена із застосуванням міцелярних розчинів. Йодометричне визначення гідрофобних сполук можна проводити у міцелярних розчинах катіонних та аніонних ПАР, оскільки потенціал систем I₂/I^- і IO₃^-/I₂ у розчинах КПАР хлориду додецилпіридинію становить 0,97±0,01 В та 0,53±0,04 В, відповідно, а у присутності АПАР додецилсульфату натрію 1,15±0,04 В та 0,57±0,06 В, відповідно. Слід зауважити, що при йодометричному титруванні у міцелярних розчинах ПАР використовувати крохмаль як індикатор не доцільно. Йодометричне визначення гідрофобних сполук у розчинах неіонних ПАР проводити не можна, оскільки останні утворюють з йодом сполуки типу адуктів.
Необхідні реагенти, посуд, прилади

• Розчин хлориду додецилпіридинію, 0,1 моль/л
• Аскорбінова кислота
• Розчин тіосульфату натрію, 0,05 моль/л
• Йодити та йодат калію
• Стандартний розчин йоду, 0,1 н
• Склянки ємністю 50 мл
• Мірні піпетки ємністю 20, 25 мл
• Бюретка для титрування

Методика роботи
Точну наважку аскорбінової кислоти (0,1-0,4 г) розчиняють у 25 мл 0,1 моль/л розчину ДДПХ. До отриманого розчину додають суміш 0,5 г KI та 0,1 г KIO₃ та 20 мл 0,05 моль/л розчину тіосульфату натрію. Надлишок тіосульфату відтитровують 0,1 н розчином йоду до появи слабко-жовтого забарвлення. Паралельно проводять контрольний дослід.
Кількість аскорбінової кислоти (В) розраховують за формулою:
B = (N_TH^.V_TH-N_I2^.V_I2)^.E_ACK/1000,
де N_TH – нормальність розчину тіосульфату натрію;
V_TH – об’єм розчину тіосульфату натрію, мл;
N_I2 – нормальність розчину йоду;
V_I2 – об’єм розчину йоду, витраченого на титрування, мл;
E_ACK – грам-еквівалент аскорбінової кислоти.
Проводять статистичну обробку результатів аналізу: обчислюють стандартне відхилення результатів визначення та довірчий інтервал.

Окиснення ароматичних сполук
Ароматичні сполуки достатньо стійкі до дії окисників, але в певних умовах можна здійснити пряме окиснення ароматичного ядра до фенолів. Гідроксилювання ароматичних сполук відбувається за вільнорадикальним механізмом із використанням, наприклад, суміші пероксиду і солей Fe (II) (реактив Фентона), або суміші кисню, солей солей Fe (II), аскорбінової кислоти і етилендіамінотетраоцтової кислоти (реактив Уденфрінда).

Окиснювальна деструкція ароматичних кілець широко застосовується у промисловості, оскільки дає можливість отримати дві важливі органічні сполуки – малеїновий і фталевий ангідриди.

Визначення йоду
Інверсійно-вольтамперометричний метод визначення йоду ґрунтується на здатності йодид-іонів накопичуватися на поверхні електрода у вигляді малорозчинної сполуки із ртуттю
при певному потенціалі з подальшим відновленням осаду при зміні потенціалу. Аналітичним сигналом є величина катодного піку при потенціалі 250 мВ, який є пропорційним концентрації йодиду в пробі. Кількість йодиду оцінюється методом стандартної добавки. Оскільки визначення проводиться за йодид-іонами, для переведення всіх інших сполук йоду в аналітичну форму в розчин додається як відновник аскорбінова кислота. За цих умов відбувається визначення сумарного вмісту йоду в зразку. Пробу готували за стандартним методом сухого озолення в муфельній печі за температури 480–500 °С з тією відмінністю, що озолення проводили в лужному середовищі, завчасно додаючи до зразка гідроксид калію. Для прискорення повного озолення золу періодично змочували розчином нітрату калію. Застосування в цьому випадку автоклавної мінералізації не є доцільним, оскільки гідроліз в кислому середовищі призводить до відновлення йоду до атомарного стану та, відповідно, до його втрат.

Встановлення концентрації поліфосфатів
Визначення фосфатів проводили фотометричним методом, що засновано на їх взаємодії з молібдатом амонію в кислому середовищі з утворенням молібдофосфорної гетерополікислоти Н7[Р(Мо2O7)6]·nH2О, яка потім відновлювалась аскорбіновою кислотою до інтенсивно забарвленої молібденової сині. Фотометрування проводилось при довжині хвилі 882 нм. Для визначення вмісту поліфосфатів їх попередньо переводили в ортофосфати кип'ятінням з сульфатною кислотою.