Антоцианы - природные индикаторы

МУНИЦИПАЛЬНАЯ УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ

КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ

«ЛОМОНОСОВСКИЕ ЧТЕНИЯ»

НАПРАВЛЕНИЕ: ХИМИЯ

ТЕМА

Антоцианы – природные индикаторы

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

                                                              Выполнена  учащейся 9 «б» класса

МОУ «Средняя общеобразовательная

                                                     школа №76», МО «Котлас»

                                               Колтыриной Виктории

                                               Научный руководитель:

                                                   учитель химии и биологии

МОУ «Средняя общеобразовательная

                                                      школа №76», МО «Котлас»

                                              Архангельской области

                                                     Ковкова Наталья Сергеевна

Содержание

Глава 1  Введение……………..…………………………………………………………………...3

Глава 2. Основная часть …………………………………………………………………………..4

2.1. Природные индикаторы. Характеристика и классификация………………………………4

2.2.  Биохимическая роль природных индикаторов……………………………………….…….6

Глава 3.  Экспериментальная часть………...………………………………….………………….8

3.1. Определение наличия антоцианов в исследуемых объектах

3.2.  Методика изготовления индикаторов из природного сырья…………………………………..8

3.3.  Определение среды растворов моющих средств для посуды с помощью растительных индикаторов

3.3.

Заключение

Литература………………………………………………………………………………………....11

 Приложение ………………………………………………………………………………………12

Глава 1. Введение

      Природа – это уникальное творение Вселенной. Это мир красив, таинственен и сложен. Данная работа посвящена уникальным свойствам растений, которые не перестают удивлять человечество каждый раз.  

 Царство растений, во-первых, удивляет нас своим многообразием цветовых оттенков. Цветовая палитра настолько разнообразна, что невозможно сказать, сколько цветов и их оттенков существует в мире растений. Какова же структура растений? Что они содержат в себе? И каковы их свойства? Цвет растений определяется химическим составом клеточного содержимого каждого растения. А точнее, всему виной являются так называемые биофлавониды. Это химические природные соединения, придающие определенный цветовой оттенок и свойства любому растению. Поэтому биофлавонидов существует множество. К ним относятся антоцианы, ксантофиллы, каротиноиды, катехины, флавонолы, флавононы и другие.

В данной работе будут рассмотрены такие  флавониды, как антоцианы. По литературным данным антоцианы содержатся в таких природных объектах как анютины глазки, малина, клубника, земляника, вишня, слива, краснокочанная капуста, черный виноград, свекла, черника, голубика, клюква и многие другие.

Актуальность темы заключается в том, что  свойства растительных объектов могут быть использованы  для применения в разных областях науки, таких как химия, биология и медицина.

Цель работы – с помощью исследования доказать наличие природных индикаторов – антоцианов в растительных объектах и изучить их свойства.

Задачи исследования:

1) Исследовать природные объекты на наличие индикаторов – антоцианов;

2) Доказать индикаторные свойства растительных пигментов – антоцианов;

3) Выявить значение и биохимическую роль природных объектов, содержащих антоцианы.

Объекты исследования: ягоды черники, клюквы, краснокочанная капуста свекла, морковь, черный чай, черный виноград.

Гипотеза исследования: если растения изменяют цвет в различных средах, то их можно использовать в качестве индикаторов

Методы исследования:

1. Изучение  научной литературы.
           2.Качественный анализ.

3. Наблюдение.

Глава 2. Основная часть

2.1. Природные индикаторы. Характеристика и классификация.

С древности люди уделяли большое внимание наблюдениям за природой. И в наше время учение многих стран все больше и больше стали обращаться к природным индикаторам.

Пигменты многих растений способны изменять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Поэтому растительные пигменты являются индикаторами, которые можно применять для исследования кислотности других растворов. Общее название природных пигментов флавониды. В эту группу входят каротиноиды, ксантофиллы, антоцианы, соответственно определяющие желтую, оранжевую, красную, синюю, фиолетовую окраску растений.

Антоцианы - природный индикатор.

Антоцианы – это природный краситель из группы флавонидов.

Известно большое количество объектов, богатыми антоцианами. Это малина, клубника, земляника, вишня, слива, краснокочанная капуста, черный виноград, свекла, черника, голубика, клюква и многие другие.

Антоцианы придают фиолетовый, синий, коричневый, красный или оранжевый цвета плодам. Такое многообразие объясняется тем, что цвет изменяется в зависимости от баланса кислот и щелочей.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р. Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Разнообразие окраски объясняется не только особенностями их строения, но и образованием комплексов с ионными К (пурпурная соль), Мg и Са (синяя соль), а также адсорбцией на полисахаридах. Образованию антоцианов благоприятствуют низкая температура, интенсивное освещение.

Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зелено-желтый цвет.

Антоцианы очень часто определяют цвет лепестков, плодов и осенних листьев. Они обычно придают фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску. Эта окраска часто зависит от рН клеточного содержимого, и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков в процессах, сопровождающихся закислением клеточного сока.

Растения с повышенной концентрацией антоцианов популярны в ландшафтном дизайне.

Многие считают, что цвет осенних листьев (включая красный цвет) просто результат разрушения хлорофилла, который маскировал уже имевшиеся желтые, оранжевые и красные пигменты (каротиноид, ксантофилл и антоциан, соответственно). И если для каротиноидов и ксантофиллов это действительно так, то антоцианы не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнет снижаться уровень хлорофиллов. Именно тогда растения начинают синтезировать антоцианы.

К сожалению, почти у всех природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют. Другой недостаток – слишком широкий интервал изменения цвета. При этом трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной.

2.2. Биохимическая роль индикаторов.

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких сред, следить за изменением их состава или за протеканием химической реакции.

Как уже было сказано, общее название всех природных пигментов, природных индикаторов – флавониды.

Флавониды - гетероциклические соединения. В зависимости от структуры и степени окисления делятся на антоцианы, катехины, флавонолы, флавононы, каротиноиды, ксантофиллы и т. д. Находятся в растениях в свободном состоянии и в виде гликозидов (исключение - катехины).

Антоцианы – это биофлавониды, придающие плодам фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску.

Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память.

Антоцианы – мощные антиоксиданты, которые сильнее в 50 раз витамина С. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Наибольшая концентрация антоцианов содержится в чернике. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.

Так как антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами, то их можно применять как индикаторы для идентификации кислотной, щелочной или нейтральной среды, как в химии, так и в быту.

Глава 3.  Экспериментальная часть.

В качестве природных индикаторов были отобраны ягоды черники, клюквы, краснокочанная капуста, свекла, морковь, черный чай, черный виноград.

3.1. Определение наличия антоцианов в исследуемых объектах.

Зная о способности антоцианов изменять свою окраску в различных средах, можно доказать их присутствие  или опровергнуть. Для этого необходимо исследуемый материал порезать или потереть, затем прокипятить, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Растворы наливают в прозрачную посуду и добавляют в одну порцию раствор соды, а в другую наливают уксус.  Если окраска изменится под их воздействием, значит продукты содержат антоцианы и они особенно полезны. Результаты определения занесены в таблицу 1 (приложение 1)

3.1. Методика изготовления индикаторов из природного сырья

Для приготовления растительных индикаторов взяла по 50 г сырья, измельчила, залила 200 мл воды и прокипятила в течение 1-2 минут. Полученные отвары были охлаждены и профильтрованы. С целью предохранения от порчи, в  полученный фильтрат добавила спирт в соотношении 2:1.

Получив таким образом растворы индикаторов, я проверила, какую окраску они имеют в разных средах.

    Брала пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляла их поочередно в кислый или щёлочной растворы.  Результаты всех этих опытов записывала в таблицу 1 (Приложение 2).

3.2. Определение среды растворов моющих средств для посуды с помощью растительных индикаторов

При использовании моющих средств для посуды, имеющих щелочную и нейтральные среды, мы нарушаем нормальную кислотную среду кожи рук.

С помощью приготовленных растворов природных индикаторов можно проверить, какую среду имеют различные моющие средства для посуды.

Результаты определения занесены в таблицу 3.

Таблица 3. Реакция среды растворов моющих средств для посуды.

Обычный чай можно использовать в домашних условиях как индикатор. Вы замечали, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона. В кислой среде он обесцвечивается, а в щелочной становится более темным.

          
чай нейтральная среда                                                                    чай в кислой и щелочной среде

Заключение

Проведя исследовательскую работу, я пришла к следующим выводам:

- многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску в зависимости от среды, в которую они попадают;

- растворы растительных индикаторов можно использовать, например, в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов моющих средств для посуды в домашних условиях;

- моющие средства для посуды «Fairy», «Мила» имеют нейтральную среду; «Капля» - слабощелочную среду и при их применении необходимо использовать резиновые перчатки для защиты кожи рук от негативного воздействия, так как щелочная и нейтральная среды разрушает кислотную мантию эпидермиса;

- самодельные индикаторы из природного сырья можно применять на уроках химии в сельских школах, если существует проблема обеспечения школы химическими индикаторами.

По результатам нашего исследования были доказаны индикаторные свойства  исследуемых объектов . Причем ,здесь наблюдается следующая закономерность – все данные природные объекты в кислотной среде преимущественно окрашиваются в красный цвет, а в щелочной среде – в зелено-желтый. И это доказывает, что  они  действительно содержат антоцианы. Данное исследование нам показало, что в природе существуют такие растительные объекты, которые меняют свою окраску в зависимости от кислотности среды. Поэтому мы можем назвать их природными индикаторами.

Рекомендации

1. Природные индикаторы  можно использовать на уроках химии, элективных курсах.
2. Растительные индикаторы можно использовать в быту. Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты.
3. Для определения состава лекарств, которые употребляют для лечения,  можно использовать природные индикаторы. Многие лекарственные препараты представляют собою кислоты, соли  и основания. Изучив их  свойства, можно обезопасить себя. Например, аспирин (ацетилсалициловая кислота), многие витамины нельзя принимать на голодный желудок, так как кислоты, входящие в их состав, будут повреждать слизистую желудка.
4. Результаты исследовательской работы  можно использовать для определения рН (водородный показатель) различных растворов, например, молочных продуктов, бульонов, лимонада и других, а также для определения кислотности почвы, так как на одной и той же почве в зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными.
5. Работу с природными индикаторами можно продолжить, исследуя индикаторные свойства других растений.

Литература.

1. Ветчинский К.М. Растительный индикатор.М.: Просвещение, 2002. – 256с.

2. Вронский В.А. Растительный индикатор. - СПб.: Паритет, 2002. – 253с.

3. Галин Г.А. Растения помогают геологам. – М.: Наука, 1989. - 99с.

4. Зацер Л.М. К вопросу об использовании растений-индикаторов в химии. – М.: Наука, 2000. – 253с.

5. Леенсон И.А. Занимательная химия: 8-11 классы. - М.: Просвещение, 2001. – 102с.

6. Соколов В.А. Природные красители.М.: Просвещения, 1997.

7. Журнал « Химия в школе» №2, №8 – 2002 год.

8.  http://festival. 1september.ru.

9. alchemic.ru «Добрые советы».

Приложение 1

 Таблица 1. Определение наличия антоцианов в исследуемых объектах.

Приложение 2

Таблица 1. Изменение окраски природных индикаторов в различных средах.