Kokeellisuutta kemian tunneilta - maitohapon osuuden määrittäminen piimästä

Urheillessa lihaksiin voi kertyä maitohappoa, jota on myös hapatetuissa maitovalmisteissa kuten piimässä. Voimmeko siis päätellä, että lihaksissa on piimää? Vaikka johtopäätös saattaa kuulostaa mukavalta, lihaksissa ja maitotuotteissa oleva maitohappo ei kuitenkaan ole samanlaista. Ne ovat toistensa optiset isomeerit eli ne ovat toistensa peilikuvat ja niiden syntytapa on erilainen. Tässä työssä määritimme maitohapon osuuden piimässä.

Kuvassa maitohapon optiset isomeerit.

Miten maitohappo syntyy?

 

Hapanmaitotuotteiden, kuten piimän ja jogurtin maitohappo muodostuu maitohappokäymisessä, jossa maitohappobakteerit muuttavat hiilihydraatteja, esimerkiksi laktoosia, maitohapoksi. Hapanmaitotuotteiden maitohappo on siis enantiomeeri lihaksissa esiintyvälle maitohapolle. Sen molekyylikaava on C₃ H₆ O₃, joka on sama kuin lihaksissa esiintyvän maitohapon molekyylikaava. Maitohapossa on asymmetrinen hiili, mikä tarkoittaa, että hiileen on kiinnittynyt neljä erilaista atomia tai atomiryhmää eli substituenttia. Maitohapon hapanmaitotuotteiden isomeerissa [CH]₃ -ryhmä on tason alapuolella.

Kaikkihan tietävät, miltä tuntuu, kun lihakset menevät maitohapoille kovassa rasituksessa. Mutta miten se kemiallisessa mielessä tapahtuu, sitä ei välttämättä kovin moni tiedä. Maitohappo lihaksissa syntyy soluhengityksen keskeytyessä. Soluhengityksessä lihakset saavat energiaa, jotta ne jaksavat tehdä mitä täytyy. Lihassolut käyttävät energian lähteinä ATP-molekyylejä, jotka ladataan, ikään kuin akkuina, soluhengityksessä. Lyhykäisyydessään soluhengitys on reaktio, johon tarvitaan kasveista alun perin peräisin olevaa energiaa, glukoosia, ja happea, jotka muuttuvat monimutkaisten reaktioiden kautta kemialliseksi energiaksi. Tämä energia sitoutuu ATP-akkuihin. Normaalissa soluhengityksessä latautuu noin 38 ATP-akkua.

Jos rasituksen aikana verenkierto ei ehdi toimittaa soluun riittävästi happea, soluhengitys keskeytyy glykolyysiin (=solulimassa tapahtuva glukoosin hajoaminen pyruvaattimolekyyleiksi). Tällöin puuttuvan happimolekyylin korvaa vety, jonka kanssa pyruvaatit muodostavat lihasten maitohappoa. Tällöin lihas väsyy meille kaikille tutulla tavalla.

 

Kuinka maitohapon määrä selvitettiin piimästä?

Maitohappo eli 2-hydroksipropaanihappo on heikko happo, jota siis nimensä mukaan voidaan eristää happamasta maidosta. Maitohapon osuuden hapanmaitotuotteesta voidaan määrittää neutraloimalla maitohappo emäksellä, tässä työssä natriumhydroksidilla. Liuoksen neutraloituminen osoitetaan indikaattorilla, jonka värinvaihdos kertoo liuoksen muuttumisesta happamasta emäksiseksi. Piimän väri ei muutu indikaattoria lisättäessä, koska piimä on hapanta. Se kuinka suuri ainemäärä natriumhydroksidia kuluu neutralointiin kertoo maitohapon määrän piimässä. 

Käytännössä määritimme maitohapon osuuden piimästä viisivaiheisella kokeella.

1.      Aluksi täytimme 10 ml mittapipetin natriumhydroksidiliuoksella, jonka konsentraatio oli c=0,12  mol⁄l. 2.

2.      Punnitsimme 100 ml keitinlasin ja taarasimme vaa’an. Sitten kaadoimme piimää lasiin tarkasti noin 8 grammaa.

3.      Sen jälkeen lisäsimme keitinlasiin 10 ml ionivaihdettua vettä.  Kaadoimme veden samaan keitinlasiin piimän kanssa. Sitten pudotimme liuokseen 3 pisaraa fenoliftaleiiniä.

4.      Laitoimme keitinlasiin pilleriltä näyttävän magneetttikapselin ja laitoimme keitinlasin magneettisekoittajan päälle. 

5.    Sitten käynnistimme sekoittajan ja pudotimme byretistä tippa kerrallaan natriumhydroksidia niin, että liuos muuttui vaaleanpunaiseksi.

Kokeessa piimä neutraloituu ja muuttuu vaaleanpunaiseksi.

Kuinka tulosten laskettiin

Kun kokeessa on saatu selville kuluneen NaOH:n määrä, voidaan laskea sen ainemäärä:

 

Tämän pohjalta voidaan päätellä maitohapon ainemäärä kyseisessä piimämäärässä. Ainemäärä on sama kuin NaOH:n, koska neutraloitumisreaktion ainemääräsuhde on 1:1.

Kun lasketaan maitohapon massa,

 

voidaan seuraavaksi laskea, kuinka monta massaprosenttia maitohappoa kyseinen piimämäärä sisälsi:

Kokeista saatiin tarkkoja tuloksia

 

Ryhmä	A	B	C	D	E
	0,933	0,986	0,999	0,951	0,955

Kuten tuloksista voidaan nähdä, on maitohappopitoisuus piimässä noin yksi prosenttia. Eri ryhmät ovat saaneet suurin piirtein samat tulokset, eikä suurempia variaatioita ole. 

Lumaryhmä 14D Kemian 2 kurssi