Теория и практика науки и образования №4 (4) июнь 2026 г.

Бананы относятся к числу наиболее популярных тропических фруктов в мире. Их мякоть богата углеводами, витаминами, минеральными веществами и биологически активными соединениями. В процессе созревания и хранения в банане протекают сложные биохимические реакции, среди которых особое место занимает анаэробное брожение [1, с. 45]. При созревании плода происходит превращение крахмала в простые сахара — глюкозу и фруктозу. В условиях ограниченного доступа кислорода внутри плода эти сахара могут подвергаться спиртовому брожению под действием природных дрожжей и ферментов [2, с. 78]. Продуктом этого процесса является этиловый спирт, который накапливается в мякоти в небольших количествах. Содержание этанола в свежих фруктах обычно невелико - от 0,1 до 0,5% в зависимости от вида плода и степени его зрелости. Однако при перезревании или нарушении условий хранения концентрация спирта может возрастать в несколько раз [3, с. 112]. Это влияет на органолептические свойства продукта и может служить индикатором качества. Определение содержания этилового спирта в растительных объектах представляет интерес не только с точки зрения пищевой химии, но и для понимания метаболических процессов в живых тканях. Классические методы аналитической химии, в частности перманганатометрия, позволяют количественно оценить концентрацию этанола в сложных биологических матрицах [4, с. 156]. Метод основан на окислении этилового спирта перманганатом калия в кислой среде.  Перманганат-ион в кислой среде является сильным окислителем и количественно превращает этанол в уксусную кислоту, восстанавливаясь при этом до иона марганца(II) [5, с. 203]. Точка эквивалентности фиксируется по появлению устойчивой розовой окраски избытка перманганата.

Цель исследования: определить содержание этилового спирта в мякоти банана методом перманганатометрического титрования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. получить дистиллят из свежей мякоти банана;
2. провести количественное определение этанола методом титрования раствором перманганата калия;
3. выполнить холостой опыт для учёта примесей реактивов;
4. рассчитать массовую долю этилового спирта в исследуемом образце;
5. проанализировать полученные результаты и сравнить их с литературными данными.

Гипотеза: в свежей мякоти банана присутствует этиловый спирт в концентрации от 0,1 до 0,5%, образовавшийся в результате естественного брожения сахаров при созревании плода.

Материалы и методы исследования

Для проведения анализа использовались свежие бананы, приобретённые в розничной торговой сети. Выбирались плоды средней степени зрелости — жёлтые, без тёмных пятен на кожуре. Перед анализом бананы хранились при комнатной температуре в течение двух суток для завершения процесса созревания. Определение этанола проводилось в два этапа: сначала получение дистиллята, затем его титриметрический анализ [6, с. 89].

Получение дистиллята

Банан очищали от кожуры, мякоть тщательно измельчали ножом до получения однородной массы. Навеску банана массой 50,0 г (точная масса определялась на аналитических весах) помещали в фарфоровую ступку и растирали с 30 мл дистиллированной воды до получения гомогенной суспензии [7, с. 134]. Полученную массу количественно переносили в круглодонную колбу объёмом 250 мл, ополаскивая ступку дистиллированной водой. Общий объём жидкости в колбе доводили до 100 мл. Колбу соединяли с прямым холодильником Либиха, приёмную колбу помещали в ледяную баню для конденсации паров. Нагрев вели на электрической плитке с регулятором мощности, поддерживая умеренное кипение. Отгоняли первые 25-30 мл дистиллята, в этой фракции концентрируется весь присутствующий в пробе этиловый спирт [8, с. 201]. Дальнейшая перегонка нецелесообразна, так как спирт полностью переходит в дистиллят в начале процесса. Полученный дистиллят представлял собой прозрачную бесцветную жидкость со слабым фруктовым запахом.

Титриметрическое определение этанола

В коническую колбу для титрования отмеривали пипеткой Мора точный объём дистиллята - 25,0 мл. Добавляли 10 мл разбавленной серной кислоты (1:4) для создания кислой среды, необходимой для протекания окислительно-восстановительной реакции [9, с. 167].

Бюретку вместимостью 25 мл заполняли стандартным раствором перманганата калия точной концентрации 0,02 моль/л. Концентрация раствора предварительно устанавливалась по щавелевой кислоте согласно методике, описанной в руководстве [10, с. 245]. Титрование проводили при постоянном перемешивании содержимого колбы круговыми движениями. Перманганат добавляли по каплям из бюретки. Первые порции окислителя обесцвечивались практически мгновенно - фиолетовая окраска исчезала сразу при попадании капли в раствор. Это связано с восстановлением перманганата этиловым спиртом [11, с. 112]. По мере расходования спирта скорость обесцвечивания замедлялась. Вблизи точки эквивалентности розовая окраска сохранялась уже несколько секунд. Титрование продолжали до появления устойчивой бледно-розовой окраски, не исчезающей в течение 30 секунд при интенсивном перемешивании [12, с. 89]. Это и есть конец титрования. Объём израсходованного раствора перманганата калия фиксировали с точностью до 0,05 мл по шкале бюретки. Опыт повторяли трижды, полученные значения усредняли. Параллельно проводили холостой опыт, титруя 25,0 мл дистиллированной воды с добавлением 10 мл серной кислоты тем же раствором перманганата. Это позволяет учесть расход окислителя на примеси в реактивах и возможные побочные процессы [6, с. 92].

Расчёт содержания этанола

Массу этилового спирта в дистилляте рассчитывали по формуле:

m(C₂H₅OH) = (V₁ – V₀) × C × M(C₂H₅OH) × 5/4 где:

1. V₁ - объём раствора KMnO4, израсходованный на титрование дистиллята, мл;
2. V₀ - объём раствора KMnO₄, израсходованный на холостой опыт, мл;
3. C - точная концентрация раствора KMnO₄, моль/л;
4. M(C₂H₅OH) -  молярная масса этанола, 46 г/моль;
5. 5/4 - стехиометрический коэффициент из уравнения реакции.

Массовую долю этанола в исходном образце банана (в процентах) находили по формуле: ω(C₂H₅OH) = [m(C₂H₅OH) × V(дистиллят общий) / V(дистиллят для титрования)] / m(банан) × 100% Все измерения проводились в трёхкратной повторности. Относительная погрешность метода не превышала 8%, что приемлемо для анализа биологических объектов [13, с. 156]. Экспериментальная часть работы выполнялась в химической лаборатории ИнгГУ в марте 2026 года. Для анализа использовались три банана одной партии, приобретённые одновременно и хранившиеся в идентичных условиях. Результаты титрования представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты титрования дистиллята раствором перманганата калия

Как видно из таблицы, расход перманганата в холостом опыте составил всего 0,15 мл, что свидетельствует о чистоте используемых реактивов. Воспроизводимость результатов хорошая - максимальное отклонение от среднего значения не превышает 0,05 мл.

Расчёт массы этанола в дистилляте:

m(C₂H₅OH) = (8,65 - 0,15) × 0,02 × 46 × 5/4 = 0,0979 г

Общий объём полученного дистиллята составил 28 мл. Для титрования брали 25,0 мл. Пересчёт на весь дистиллят:

m(C₂H₅OH)общая = 0,0979 × 28/25 = 0,1096 г

Масса навески банана составляла 50,0 г. Массовая доля этанола:

ω(C₂H₅OH) = 0,1096/50,0 × 100% = 0,22%

Полученное значение находится в пределах типичных концентраций этилового спирта в свежих фруктах [14, с. 234]. Литературные данные указывают на содержание этанола в бананах от 0,1 до 0,5% в зависимости от сорта и степени зрелости [15, с. 67].

Анализ факторов, влияющих на результат

Содержание этилового спирта в банане определяется несколькими факторами. Главный из них - степень зрелости плода. В недозрелых бананах с зелёной кожурой крахмал ещё не полностью превратился в сахара, и спиртовое брожение практически не идёт [16, с. 145]. По мере созревания концентрация сахаров растёт, создаются благоприятные условия для ферментативной активности. Максимальное содержание спирта достигается в полностью созревших плодах с жёлтой кожурой и мягкой мякотью. При перезревании, когда на кожуре появляются тёмные пятна, концентрация этанола может возрастать до 0,8-1,0% [2, с. 81]. Условия хранения также играют роль. При комнатной температуре процессы брожения идут активнее, чем в холодильнике. Повреждение целостности кожуры ускоряет ферментацию, так как облегчается доступ кислорода к мякоти, а затем, при его истощении, усиливаются анаэробные процессы [3, с. 118].

Точность метода

Перманганатометрия - классический метод окислительно-восстановительного титрования, обладающий хорошей точностью для определения легко окисляющихся органических веществ [17, с. 201]. Преимущество метода - отсутствие необходимости в специальном индикаторе, так как перманганат сам окрашен и заметен даже в малых концентрациях.

Главные источники погрешности в данной работе:

1. потери спирта при перегонке из-за неполной конденсации паров - минимизировались охлаждением приёмной колбы льдом;
2. окисление перманганатом не только этанола, но и других органических примесей дистиллята - учитывалось холостым опытом;
3. неточность отмеривания объёмов - снижалась использованием калиброванной посуды класса А.

Общая относительная погрешность определения составила около 7-8%, что приемлемо для анализа сложных биологических объектов [6, с. 95].

Сравнение с другими методами

Существуют и альтернативные методы определения этанола - газовая хроматография, фотометрия, ферментативный анализ [18, с. 178]. Они обладают большей чувствительностью и специфичностью, но требуют дорогостоящего оборудования и реактивов. Перманганатометрия доступна любой учебной или производственной лаборатории, использует простые и недорогие реактивы, не требует длительной пробоподготовки. Для контроля качества пищевых продуктов и учебных целей этот метод вполне подходит [4, с. 162].

Практическое значение результатов

Полученные данные подтверждают, что в обычных бананах из магазина присутствует небольшое количество этилового спирта. Для здорового взрослого человека такая концентрация абсолютно безопасна и не оказывает никакого физиологического эффекта [1, с. 52]. Однако при употреблении очень больших количеств перезревших фруктов (несколько килограммов) теоретически возможно поступление в организм заметных доз этанола. Это может учитываться в диетологии, при планировании питания определённых групп населения [19, с. 89]. С точки зрения пищевой химии содержание спирта служит индикатором свежести и правильности хранения продукта. Резкое повышение концентрации этанола сигнализирует о порче товара [20, с. 134].

Проведённое исследование позволило количественно определить содержание этилового спирта в мякоти банана и отработать методику перманганатометрического анализа растительных объектов. Экспериментально установлено, что массовая доля этанола в свежем банане средней степени зрелости составляет 0,22%. Это значение согласуется с литературными данными о естественном содержании спирта в тропических фруктах. Методика перегонки с водяным паром позволяет эффективно извлечь летучий этанол из растительной матрицы. Перманганатометрическое титрование обеспечивает достаточную точность количественного определения при относительной простоте выполнения.

Холостой опыт показал высокую чистоту используемых реактивов - расход перманганата составил всего 0,15 мл на 25 мл дистиллированной воды. Это подтверждает корректность методики. Воспроизводимость результатов хорошая - три параллельных определения дали значения, различающиеся не более чем на 0,1 мл, что соответствует относительной погрешности около 1,2%.

Полученные данные имеют практическое значение для оценки качества пищевых продуктов и понимания биохимических процессов, протекающих в растительных тканях при хранении.

***

1. Нечаев А. П., Траубенберг С. Е., Кочеткова А. А. Пищевая химия / А. П. Нечаев, С. Е. Траубенберг, А. А. Кочеткова. — СПб. : ГИОРД, 2007. — 640 с.
   
   
2. Скурихин И. М., Волгарев М. Н. Химический состав пищевых продуктов / И. М. Скурихин, М. Н. Волгарев. — М. : Агропромиздат, 1987. — 224 с.
   
   
3. Рогов И. А., Забашта А. Г., Казюлин Г. П. Биохимия мяса и мясопродуктов / И. А. Рогов, А. Г. Забашта, Г. П. Казюлин. — М. : Колос, 2009. — 565 с.
   
   
4. Васильев В. П. Аналитическая химия. Книга 1. Титриметрические и гравиметрические методы анализа / В. П. Васильев. — М. : Дрофа, 2005. — 368 с.
   
   
5. Алексеев В. Н. Количественный анализ / В. Н. Алексеев. — М. : Химия, 1972. — 504 с.
   
   
6. Крешков А. П. Основы аналитической химии. Книга 2 / А. П. Крешков. — М. : Химия, 1976. — 480 с.
   
   
7. Посыпайко В. И., Васина Н. А. Аналитическая химия и технический анализ / В. И. Посыпайко, Н. А. Васина. — М. : Высшая школа, 1979. — 240 с.
   
   
8. Руководство по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов / под ред. И. М. Скурихина, В. А. Тутельяна. — М. : Брандес-Медицина, 1998. — 341 с.
   
   
9. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии / Ю. Ю. Лурье. — М. : Химия, 1989. — 448 с.
   
   
10. Пилипенко А. Т., Пятницкий И. В. Аналитическая химия / А. Т. Пилипенко, И. В. Пятницкий. — М. : Химия, 1990. — 480 с.
    
    
11. Золотов Ю. А., Дорохова Е. Н., Фадеева В. И. Основы аналитической химии. Книга 2. Методы химического анализа / Ю. А. Золотов, Е. Н. Дорохова, В. И. Фадеева. — М. : Высшая школа, 2004. — 503 с.
    
    
12. ГОСТ 26183-84. Фрукты и овощи. Метод определения этилового спирта. — М. : Издательство стандартов, 1984. — 8 с.
    
    
13. Дёрффель К. Статистика в аналитической химии / К. Дёрффель. — М. : Мир, 1994. — 268 с.
    
    
14. Химический состав российских продуктов питания : справочник / под ред. И. М. Скурихина, В. А. Тутельяна. — М. : ДеЛи принт, 2002. — 236 с.
    
    
15. Morton J. F. Fruits of warm climates // J. F. Morton. — Miami : Florida Flair Books, 1987. — P. 29–46.
    
    
16. Kader A. A. Postharvest Technology of Horticultural Crops / A. A. Kader. — Oakland : University of California Agriculture and Natural Resources, 2002. — 535 p.
    
    
17. Ewing G. W. Instrumental Methods of Chemical Analysis / G. W. Ewing. — New York : McGraw-Hill, 1985. — 590 p.
    
    
18. Moll M., Flayeux H. Beer and wine production: Analysis, characterization and technological advances / M. Moll, H. Flayeux. — New York : Ellis Horwood, 1994. — 412 p.
    
    
19. Аношина Н. М. Пищевая безопасность / Н. М. Аношина. — М. : КолосС, 2008. — 184 с.
    
    
20. Позняковский В. М. Экспертиза свежих плодов и овощей. Качество и безопасность / В. М. Позняковский. — Новосибирск : Сибирское университетское издательство, 2005. — 302 с.