Organické kyseliny a hliník v ovoci a ovocných šťávách

Bc. Denisa Radová

Master's thesis

Organic acids and aluminium in fruit and fruit juice

Abstract:

Vzhledem k téměř každodenní konzumaci různých druhů ovoce a z nich připravovaných ovocných šťáv, bylo by dobré vědět, jaké látky se nám z těchto zdrojů dostanou do těla. Příkladem je hliník, který se může ukládat především do plic a kostí a při nesprávném fungování lidského organismu může přispívat mnohým zdravotním problémům jako je osteomalacie či poškození nervového systému. Cílem této práce je určit, zda a v jakém množství se nachází hliník v ovoci a ovocných šťávách, neboť to jsou nezbytné složky potravy každého z nás. Dalším úkolem je stanovit nízkomolekulární organické kyseliny, které se v ovoci a ovocných šťávách vyskytují a v jakém množství se jednotlivé kyseliny objevují. Pro stanovení obsahů hliníku byla použita metoda ICP-OES (optická emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem), která je pro prvkové analýzy hojně využívána. K měření organických kyselin se využila metoda iontové chromatografie. Zároveň jsme se pokusili ověřit chování vybraných organických kyseliny v komplexu s hliníkem v prostředí žaludku, tedy při hodnotě pH rovné 1,5 oproti prostředí s hodnotou pH 3,38 (průměrná hodnota v ovocných šťávách). Z výsledků vyplynulo, že za nižších hodnot pH je hliník ve formě Al3+ z komplexu spíše vytěsněn a nachází se volně pohyblivý v roztoku. V podmínkách pH 3,38 se vázal více na ligand a byly zjištěny rozdíly v obsahu detekovatelného Al3+ mezi 50 a 70 % u kyseliny vinné a PO43. Zato kyselina šťavelová při pH žaludku vázala okolo 77 % Al3+ a při pH 3,38 jen necelých 10 %. Kyselina jablečná a citronová by měly být schopné dobře vázat Al3+ nicméně se to prokázalo jen při kyselině jablečné. Hodnoty byly porovnávány s vypočtenými teoretickými hodnotami z Visual MINTEQ 3.1, kde byly simulovány podobné podmínky. Kromě komplexů s kyselinou jablečnou a citronovou se predikce o výskytu Al3+ téměř nelišily. Množství hliníku vázaném v komplexu na ligand by mělo odviset od jeho druhu, množství a počtu reaktivních funkčních skupin včetně hodnoty disociační konstanty kyseliny. Větší potenciál vázat hliník by měl být v případě ligandů s nižší hodnotou pKa. Byla zjištěna přítomnost osmi druhů organických kyselin v ovocných šťávách a šesti druhů v ovoci. Jednalo se o kyseliny chinovou, jablečnou, citronovou, fumarovou a šťavelovou. V ovoci byla navíc kyselina α-ketoglutarátová a ve šťávách kyselina vinná, pyrohroznová a mléčná. Kyselina mléčná byla zjištěna jen ve vzorku kokosové vody. Největší naměřená množství byla u kyselin jablečné a citronové, a to ve šťávách i v ovoci. Nejnižší obsahy byly zaznamenány v případě kyseliny šťavelové. Obsah hliníku ve šťávách se pohyboval od 1,93 µg/100 ml do 219 µg/100 ml a pH všech vzorků bylo kyselé.

Abstract:

Considering the almost daily consumption of different types of fruit and fruit juices prepared from them, it would be good to know what substances get into our body from these sources. An example is aluminium, which can be deposited mainly in the lungs and bones and, when the human body does not function properly, can contribute to many health problems such as osteomalacia or damage to the nervous system. The aim of this research was to determine whether and in what quantity aluminium is found in fruit and fruit juices, as these are necessary components of the food of each of us. Another task was to determine the low-molecular organic substances that occur in fruit and fruit juices and in what quantity the individual acids appear. The ICP-OES method (inductively coupled plasma optical emission spectrometry), which is widely used for elemental analyses, was used to determine the aluminium content. The ion chromatography method was used to measure organic acids. Also, we tried to verify the behaviour of selected organic acids in a complex with aluminium in the stomach environment, i.e., at a pH value equal to 1,5 compared to an environment with a pH value of 3.38. The results showed that at lower pH values aluminium is rather isolated from the complex and is found freely in the solution. Under conditions of pH 3.38, it bound more to the ligand and differences in detectable Al3+ content, were found between 50 and 70% for tartaric acid and PO43-. On the other hand, oxalic acid bound around 77% of Al3+ at pH of the stomach and only less than 10 % at pH 3.38. Malic and citric acid should be able to bind Al3+ well, however, this was only proven with malic acid. The values were compared with the calculated theoretical values from Visual MINTEQ 3.1, where similar conditions were simulated. Except for the complexes with malic and citric acids, the predictions about occurrence of Al3+ hardly differed. The amount of aluminium bound in the complex to the ligand should depend on its type, amount and number of reactive functional groups, including the value of the dissociation constant of the acid. A greater potential to bind aluminium should be in the case of ligands with a lower pKa value. The presence of eight types of organic acids in fruit juices and six types in fruit was detected. These were quinic, malic, citric, fumaric and oxalic acids. In addition, there was α-ketoglutarate acid in the fruit, and tartaric, pyruvic and lactic acids in the juices. Lactic acid was detected only in the coconut water sample. The largest measured amounts were for malic and citric acids, both in juices and in fruit. The lowest contents were recorded in the case of oxalic acid. The aluminium content of the juices ranged from 1.93 µg/100 ml to 219 µg/100 ml, and the pH of all samples was acidic.

Keywords

hliník, organické kyseliny, ovoce, šťávy, komplex

Keywords

aluminum, organic acids, fruits, juices, complex

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 17. 5. 2023
• Supervisor: Mgr. Filip Polák, Ph.D.
• Reader: Martin Urík, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Conservation and Use of Natural Resources