Библиографическое описание:

Опарина С. А., Рябова М. С. Растительные пигменты как альтернатива синтетическим красителям и индикаторам // Молодой ученый. — 2015. — №23.2. — С. 129-133.

 

В статье представлены результаты химического эксперимента по выделению пигментов из растений и получению природных красителей и индикаторов. Рассмотрена возможность использования полученных красителей для окрашивания тканей и индикаторов для определения кислотности моющих средств.

Ключевые слова: растительные пигменты, растительные красители и индикаторы, хроматография

 

Окраска растений обусловлена содержанием в них различных пигментов. Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, поглощающие свет определенной длины волны [1]. Одним из направлений применения растений, богатых пигментами, служит получение природных красителей и индикаторов.

Красители – органические соединения, обладающие способностью поглощать и преобразовывать световую энергию в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра [4]. Растительные красители являются распространенным экологически безопасным и доступным сырьем.

Индикаторы – это химические вещества, окраска которых меняется в зависимости от рН среды [3]. Проблема получения индикаторов достаточно актуальна, так как природные индикаторы играют большую роль и широко используются при химических исследованиях. Преимуществом растительных индикаторов является дешевизна, быстрота и наглядность исследования.

Цель работы:изучить свойства растительных пигментов и выявить возможность их применения в качестве красителей и индикаторов.

Методы исследования:теоретические (анализ учебной и научно-популярной литературы), экспериментальные (химический эксперимент).

Организация исследования.На первом этапе был проведен анализ научно-популярной литературы по выбранной теме, который показал, что в растительных клетках обычно встречаются зеленые пигменты – хлорофиллы (рис. 1), желто-оранжевые – каротиноиды и разнообразные флавоноиды.

Рис.1. Структурная формула хлорофилла

Каждая из групп растительных пигментов представлена несколькими отличающимися по химическому строению, окраске и поглощению света пигментами. Например, к группе флавоноидов относят антоцианы, определяющие красную, синюю, фиолетовую окраску цветов; флавоны, флавонолы, ауроны и халконы — жёлтую и оранжевую. Пигмент группы флавоноидов кверцетин содержится в коре дуба (рис. 2), катехин – в листьях чая. Пигмент группы каротиноидов рубиксантин содержится в плодах шиповника (рис. 3.).

Quercetin.svg

Рис. 2. Структурная формула кверцитина

Рис.3. Структурная формула рубиксантина

Второй этап был связан с химическим экспериментом по получению природных индикаторов и красителей.

Технология получения красителей включает два основных процесса: извлечение красящих веществ и приготовление концентрированного красителя, который стабилен при хранении и пригоден для непосредственного использования. После того, как красители перешли в раствор, мы испытывали их способность к окрашиванию хлопчатобумажной ткани.

В результате окрашивания ткани растворами перечисленных растений получили следующие цвета: из шелухи лука – светло-коричневый, из корнеплодов свеклы – светло-бордовый, из ягод калины – светло-розовый, из коры дуба – желто-коричневый. Все полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты окрашивания ткани полученными растительными красителями

Растение

Используемая часть

Цвет красителя на ткани

Лук репчатый

Сухие чешуи

Темно-коричневый

Свекла столовая

Корнеплод

Светло-бордовый

Калина красная

Ягоды

Светло-розовый

Дуб обыкновенный

Кора

Желто-коричневый

Боярышник

Кора

Красно-коричневый

Чистотел

Листья и стебли

Желто-зеленый

Крапива

Листья и стебли

Серо-желтый

Краснокочанная капуста

Листья

Сиреневый

Черника

Ягоды

Фиолетовый

Рябина черноплодная

Ягоды

Серо-синий

Флокс белый

Цветы

Желто-зеленый

 

В результате проведенного опыта убедились в том, что растительные красители способны длительное время удерживаться на ткани и не уступают по своим свойствам синтетическим красителем. Недостатком подобного окрашивания является получение не ярких, а светлых оттенков; получение зеленых красителей из растительного сырья является затруднительным; при стирке ткани в обычной воде она сильно линяет.

Природные индикаторы получали из свеклы, моркови, краснокочанной капусты, будры, тюльпана, чистотела, черного чая, луковой шелухи, боярышника и шиповника. Сначала навеску сырья массой 5-10 г погружали в экстрагент объемом 50 мл. Полученные экстракты фильтровали с помощью фильтровальной бумаги, и полученный фильтрат наливали в заранее подготовленную колбу. Для определения эффективности индикатора был использован универсальный буферный раствор, обладающий большой буферной емкостью (pH от 2 до 12) из H3PO4, CH3COOH, H3BO3, молярность 0,04 моль/л, концентрация кислот 100% [2].

К сожалению, из-за неустойчивости антоцианов их отвары быстро плесневеют и скисают, поэтому готовить такие индикаторы надо непосредственно перед работой с ними. Лучшими оказались индикаторы из краснокочанной капусты, будры и красного тюльпана. В растворе этих индикаторов наблюдался более выраженный переход из нейтральной среды в кислотную и щелочную. Более подробные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты по приготовлению индикаторов

Растительный индикатор

Изменение окраски индикатора в зависимости от среды

Кислая

Нейтральная

Щелочная

Цветы будры плющевидной

Розовый

Светло-розовый

Ярко-зеленый

Цветы красного тюльпана

Теплый розовый

Светло-розовый

Темно-зеленый

Плоды боярышника

Розово-красный

Светло-розовый

Сине-зеленый

Плоды шиповника

Светло-желто-розовый

Светло-желтый

Желтый

Листья краснокочанной капусты

Розово-красный

Бледно-фиолетовый

Зеленый

Листья черного чая

Желто-коричневый

Оранжево-коричневый

Коричневый

Листья чистотела

Светло-желтый

Желтый

Темно-желтый

Корнеплод моркови

Светло-желтый

Светло-желтый

Светло-желтый

Корнеплод свеклы

Малиновый

Красный

Желто-коричневый

Луковая шелуха

Светло-оранжевый

Оранжевый

Коричневый

 

С помощью приготовленных индикаторов из краснокочанной капусты и боярышника определили среду распространенных моющих средств и выяснили, что стиральные порошки «Зифа» и «Лоск» имеют щелочную среду, а моющее средство «Ферри» слабощелочную (табл.3). При использовании средств для мытья посуды, имеющих щелочную среду, нарушается нормальная кислотная среда кожи рук, которая в норме имеет слабокислую среду рН=5,5.

Таблица 3

Изменение окраски индикаторов и красителей

 

Природный индикатор

Изменение окраски индикатора

Стиральный порошок «Зифа»

Стиральный порошок «Лоск»

Средство для мытья посуды «Фэри»

Краснокочанная капуста

зеленый (щелочная среда)

зеленый (щелочная среда)

сине-зеленый (слабощелочная среда)

Боярышник

сине-зеленый (щелочная среда)

сине-зеленый (щелочная среда)

светло-зеленый (слабощелочная среда)

Таким образом, при применении средств для мытья посуды необходимо использовать резиновые перчатки, защищающие кожу от действия на нее щелочной среды, которая разрушает кислотную мантию эпидермиса и вызывает кожные заболевания. Хотя на этикетках этих моющих средств производитель указывает, что они не оказывают вредного воздействия на кожу.

Также в ходе работы было проведено исследование содержания растительных пигментов в крапиве, краснокочанной капусте, свекле и моркови. Разделение растительных пигментов производили методом распределительно-сорбционной бумажной восходящей хроматографии, который основан на различии в коэффициентах распределения индивидуальных веществ между двумя фазами – органической и водной. В результате проведенного поэтапного эксперимента получили распределение отдельных пигментов на хроматографической бумаге (рис.4).

Ближе всех к старту находится желто-зеленое пятно хлорофилла в. Выше располагается пятно хлорофилла а, окрашенное в сине-зеленый цвет. Ещё дальше от старта расположился желто-коричневый след ксантофилла. Ближе всех к фронту растворителя подошел каротин, цвет пятна которого – желтый. Таким образом, каротиноиды, по сравнению с хлорофиллом, адсорбируются на фильтровальной бумаге хуже, поэтому передвигаются по ней дальше хлорофилла.

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Распределение пигментов на хроматографической бумаге

 

В ходе проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

Растительные пигменты - органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Они принадлежат к трем классам: хлорофиллы, каротиноиды и флавоноиды.

Используя растительные пигменты в качестве природных красителей, установили, что они являются пригодными для окраски тканей. При использовании растительных пигментов в качестве индикаторов было установлено, что они проявляют свойства кислотно-основного индикаторов и являются вполне «точными» определителями кислотности жидкостей.

Проведенный анализ растительных пигментов методом распределительной хроматографии показал, что спиртовая вытяжка листьев крапивы, краснокочанной капусты, корнеплодов свеклы и моркови содержит такие пигменты, как хлорофилл, каротин и ксантофилл.

 

Литература:

  1. Грищенко А. Игра цветов, или пигменты в нашей жизни / А. Грищенко, С.В. Кодацкая // Биология – Первое сентября. – 2010. – №6 [Электронный ресурс]. – URL: http://bio.1september.ru/view_article.php?ID=201000604 (дата обращения: 21.02.2015).
  2. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. – М.: Химия, 1989. – 448 с.
  3. Павлова С. Растительные индикаторы в школьной лаборатории / С. Павлова, В. Макарова, А.П. Петрова // «Проба пера». Естественные и математические науки: материалы VII школьной международной заочной научно-исследовательской конференции. – Новосибирск: СибАК, 2013. – С.161-168.
  4. Селиванов Е.В. Красители в биологии и медицине. – Барнаул: Азбука, 2003. – 40 с.
Основные термины: растительных пигментов, Растительные пигменты, краснокочанной капусты, природных красителей, растительные пигменты, Преимуществом растительных индикаторов, свойства растительных пигментов, растительные красители, групп растительных пигментов, получению природных индикаторов, растительных пигментов методом, использовании растительных пигментов, Разделение растительных пигментов, Проблема получения индикаторов, содержания растительных пигментов, свойства кислотно-основного индикаторов, корнеплодов свеклы, получению природных красителей, пятно хлорофилла, качестве индикаторов

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle