Использование растительных пигментов и пищевых

ААААААААААААААААААААА
ЭКОЛОГИЯ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ
ПИГМЕНТОВ И ПИЩЕВЫХ
КРАСИТЕЛЕЙ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
Л. Г. Колосова, учитель биологии и химии МБОУ СОШ № 13, г. Йошкар-Ола
Одним из направлений деятельности кружка
«Юный эколог» и экологического клуба «Венерин
башмачок» являются исследовательские работы
и экологические проекты.
На занятиях учащиеся сначала получают теоретические знания по программе «Проектная деятельность учащихся».
I этап — знакомство с основными направлениями исследований по экологии в тесной связи с химией, биологией, биохимией.
II этап — выполнение учащимися минипроектов с отработкой таких разделов: цель, задачи,
актуальность и практическая значимость, новизна работы, гипотеза, обзор литературы; методика
и методы исследования; результаты работы и их
обсуждение; выводы; заключение; приложение.
III этап — составление проекта на основе конкретного проведенного исследования, включая обзор литературы.
Интеграция экологии с химией хорошо прослеживается в работе Ольги Белоножкиной о растительных пигментах.
Цель: показать области применения пигментов
человеком.
Задачи:
1. Экспериментально доказать чем обусловлен белый цвет лепестков цветков.
2. Получить краситель из луковой шелухи с последующим окрашиванием пряжи.
3. Изготовить самодельную индикаторную бумагу из
вытяжки листьев краснокочанной капусты.
4. Показать использование пищевых красителей в жевательных резинках и их воздействие на организм
человека.
Практическая значимость:
1. Возможность получения натуральных красителей
из растительного материалов.
2. Возможность определения pH растворов различных
бытовых веществ и кислотности почвы самодельной
индикаторной бумагой из вытяжки растений.
1. Изучение растительных пигментов.
2. Растительные пигменты — это органические
вещества.
3. Классификация растительных пигментов.
1. Бетулин — белый красящий пигмент.
2. Антоцианы — розовые, сиреневые, синие,
фиолетовые пигменты.
3. Флавоны и флавонолы — жёлтые пигменты.
4. Каротиноиды — желтые, оранжевые, краснокоричневые цвета.
5. Меланины — черно-коричневые пигменты.
6. Хлорофилл — самый главный пигмент растений.
4. Функции пигментов в жизни растений.
5. Использование красителей в составе пищевых
добавок.
Отличительные свойства некоторых природных
и синтетических красителей указаны в таблице 1.
Таблица 1
Название красителя
Отличительное свойство
1. Рибофлавин (Е101)
Водорастворимый витамин желтого цвета. Содержится в молочных и мясных продуктах,
овощах, курином желтке, пивных дрожжах. Синтезируется микроорганизмами
и растениями. Животные и человек должны получать рибофлавин с пищей. Недостаток
рибофлавина приводит к поражениям кожи, нарушению зрения, хроническим гастритам
и коликам
2. Кармин (Е120)
Красный краситель, добываемый из тел бескрылых тел самок насекомых — кошенили.
Используется для окраски гистологических препаратов, как пищевой (ликероводочные,
кондитерские, молочные продукты) и парфюмерный краситель
3. В-каротин (Е160а)
Природный пигмент желтого или оранжевого цвета. Синтезируется некоторыми организмами и всеми растениями, в клетках которых участвует в фотосинтезе и процессах,
связанных с поглощением света. Обусловливает окраску плодов, осенней листвы, колоний ряда микробов. В организме животных и человека из каротинов, поступающих
с пищей, образуется витамин А
ХИМИЯ. ВСЁ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ!
23
№ 3 (39) март 2014 г.
АААААААААААААААА
ЭКОЛОГИЯ
Название красителя
Отличительное свойство
4. Антоцианы (Е163)
Красящие вещества (пигменты) растений красного, синего и фиолетового цвета,
растворенные в клеточном соке. Наряду с другими пигментами определяют окраску плодов, цветков, листьев
5. Индигокармин
(Е132)
Синие кристаллы, плохо растворимы в воде. Получают нагреванием индиго с концентрированной серной кислотой. Используют в кондитерских изделиях, кремах для тортов,
напитках
6. Хлорофилл (Е140)
Зеленый пигмент растений, содержащий в хлоропластах. По химическому строению —
сложное циклическое соединение порфирин, в состав молекулы которого входит атом Mg.
В процессе фотосинтеза поглощает световую энергию и превращает ее в энергию химических связей органических соединений. Применяют для окраски масел, жиров, йогуртов,
мороженого
7. Диоксид титана
(Е171)
Бесцветные кристаллы, химически очень стоек. Применяют в качестве отбеливающего вещества при производстве жевательной резинки, в качестве наполнителя при производстве сухих напитков некоторых видов. Пигмент, наполнитель в производстве
лакокрасочных материалов, пластмасс, бумаги
Среди пищевых красителей, как природного, так и синтетического происхождения, встречаются
опасные для здоровья красители. Сведения о них приведены в таблице 2.
Таблица 2
Название пищевых красителей
Знак воздействия
Результат воздействия на организм
Е102 — тартразин
О
Опасный. Вызывает приступы астмы. Запрещен в ряде
стран
Е103 — алканин
З
Запрещенный, рост злокачественных опухолей
Е104 — желтый хинолиновый
П
Подозрительный, вызывает дерматит. Запрещен в ряде
стран
Е110 — желтый «солнечный закат»
О
Опасный. Может вызывать аллергические реакции,
тошноту. Запрещен в ряде стран
Е120 — кошениль кармины
О
Опасный. Здравоохранительные организации советуют
избегать его
Е121 — цитрусовый красный
З
Запрещен в России! Рост злокачественных опухолей
Е122 — азорубин
П
Подозрительный, запрещен в ряде стран. Канцероген
Е123 — амарант
ОО, З
Очень опасный, запрещенный в России и ряде стран!
Вызывает пороки развития у плода, злокачественные
опухоли
Е124 — кошенилевый красный
О
Опасный. Запрещен в ряде стран. Канцероген. Провоцирует приступы астмы
Е125 — понсо пунцовый
З
Запрещенный. Считается канцерогеном. Рост злокачественной опухоли!
Е127 — эритрозин
О
Опасный. Запрещен в ряде стран. Может вызывать
гиперактивность щитовидной железы
Е129 — красный очаровательный
О
Опасный. Канцероген. Запрещен в ряде стран
Е131 — синий патентованный
Р
Ракообразующий. Запрещенный. Канцероген
Е142 — зеленый
Р
Ракообразующий. Запрещен в ряде стран. Канцероген
ВК
Вреден для кожи. Запрещен в ряде стран. Канцероген
Е151 — черный блестящий
Е-153 — уголь растительный
Е154 — коричневый
Е155 — коричневый НТ
Е160 — ликопин
№ 3 (39) март 2014 г.
Р
Ракообразующий. Запрещен в США. Канцероген
РК, РД
Кишечные расстройства, повышает артериальное давление. Канцероген
О
Опасный. Запрещен в ряде стран. Канцероген
ВК
Вреден для кожи
24
ХИМИЯ. ВСЁ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ!
ААААААААААААААААААААА
ЭКОЛОГИЯ
Название пищевых красителей
Знак воздействия
Результат воздействия на организм
Е141 — медные комплексы хлорофиллов
П
Подозрительный
Е152 — уголь
З
Запрещенный
Е171 — диоксид титана
П
Подозрительный
Е173 — алюминий
П
Подозрительный
Е180 — рубиновый литол ВК
О
Опасный
Серые кардиналы: Е103, Е105, Е121, Е123,
Е125, Е126, Е130, Е131, Е142, Е153 — красители.
Содержатся в сладкой газированной воде, леденцах, цветном мороженом. Опасность: образование
злокачественных опухолей.
Е171–Е173 — красители. Содержатся в леденцах, цветном мороженом. Опасность: заболевания
печени и почек.
6. Красители в жевательных резинках.
7. Влияние жевательной резинки на организм человека.
III. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Материалами исследования являлись растительные материалы: лепестки белого цветка фиалки, листья краснокочанной капусты, луковая шелуха.
Методика получения растительных красителей
и самодельной индикаторной бумаги взята из журнала «Биология» (№ 6 за 2010 год).
1. Натуральные красители
из растительного сырья
Яркие краски растительного мира радуют наш
глаз и доставляют эстетическое наслаждение. Но
люди находят растительным краскам и утилитарное применение. Индиго, хна, басма, ализари (ализарин, мареновый корень) — названия этих натуральных красителей известны всем. Да и другие
краски издревле получали из растительного сырья. В средней полосе России, например, для окрашивания волокон и тканей в желтый цвет использовали цмин песчаный, череду трехраздельную,
пупавку красильную, василек луговой, ястребинку зонтичную. В зеленые, коричневые, болотные
тона окрашивает шерсть экстракт из наземной части зверобоя продырявленного; в желтые, зеленые,
коричневые — вытяжка из корней укропа огородного; желтый краситель получают из молодых листьев березы.
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Чтобы выявить, чем обусловлен белый цвет лепестков цветов (на примере белой хризантемы),
были проведены следующие опыты:
Удалили воздух из межклетников. Это можно
сделать несколькими способами.
1-й способ. Погрузили лепестки в воду. Через
час, когда вода через устьица проникнет в межклетники, лепестки станут бесцветным.
2-й способ. Лепестки помещали в шприц (без
иглы) и заполняли водой. Установив шприц наконечником вверх, задвигали поршень, чтобы вытеснить воздух. После этого закрывали пальцем отверстие наконечника и отводили поршень вниз.
В результате создавшегося разрежения из лепестков в воду начали выделяться пузырьки воздуха.
Через 1–2 мин воздух из межклетников вышел.
Вновь вдвигали поршень в шприц — вода поступала
в межклетники, и лепесток становился прозрачным.
Вывод: белый цвет лепестков цветов обусловлен развитой системой межклетников в сочетании
с клетками, лишенными пигментов. Белый цвет
им придает воздух.
2. Получение красителя из луковой шелухи
Экстракт шелухи лука широко применяется
для окрашивания пищевых продуктов и тканей
в желто-коричневый цвет.
Для работы понадобится сульфат железа(II).
1) 100 г луковой шелухи залили на 30 мин 1 л теплой воды, добавили 1 чайную ложку питьевой
соды и прокипятили 1,5 ч на слабом огне, слегка помешивая.
а) Ингредиенты.
б) Первоначальный экстракт.
ХИМИЯ. ВСЁ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ!
25
№ 3 (39) март 2014 г.
АААААААААААААААА
ЭКОЛОГИЯ
2) Экстракт слили, а шелуху лука еще раз залили небольшим количеством воды и кипятили
в течение часа. Снова слили экстракт, смешали
с полученной ранее порцией; готовый экстракт
отстаивался.
3) Смешанный экстракт.
Для получения стойкого окрашивания нужно
использовать протравитель (1 г сульфата железа на
2 л воды). Окраску можно провести несколькими
способами, но остановимся на одном — с предварительным протравливанием. Окрашиваемый материал прокипятили 15–20 мин в растворе протравителя, затем переложили в холодный раствор
красителя и прокипятили 45–60 мин.
4) Первоначальная пряжа.
5) Раствор протравителя с пряжей.
6) Холодный раствор красителя с пряжей.
7) Полученный материал.
При кипячении в экстракте из луковой шелухи материал постепенно окрасится в темнокоричневый цвет.
Другие варианты окрашивания с помощью растительных материалов приведены в таблице 3.
Таблица 3
Источник
красителя
Протравитель
Цвет окрашенного материала
Молодые листья березы
Дихромат калия
Оливковожелтый
Хвоя ели
Медный купорос
(сульфат меди(II))
Зеленый
Опавшие листья липы
Медный купорос
Желтый
3) Использование растительных пигментов в медицине
4) Меланиновые пигменты — сильные антиоксиданты
5) Хна как бактерицидное средство
6) Растительные биофлавоноиды — биологически
активные вещества
7) Использование растительных пигментов в кулинарии
8) Изготовление самодельной индикаторной бумаги
На основе растительных пигментов можно изготовить индикаторную бумагу.
Для этого взяли 30–40 г листьев краснокочанной капусты и измельчили в ступке с небольшим
количеством промытого песка и 5 мл воды. Отфильтровали.
1) Листья краснокочанной капусты.
2) Измельчили в ступке.
3) Отфильтровали.
Фильтрат разделили на две части. Из одной части фильтрата приготовили индикаторную бумагу для определения pH растворов в кислой
№ 3 (39) март 2014 г.
26
среде. В полученный фильтрат опустили полоски (5–6) из белой фильтровальной бумаги.
Пропитанные этой вытяжкой полоски просушили. После высыхания индикаторная бумага
приобрела синий цвет.
4) Пропитанные полоски (pH в кислой среде).
По шкале можно точно определить pH раствора в кислой среде.
Для приготовления индикатора на щелочь
в вытяжку добавили 1–2 капли уксуса до появления окраски. Пропитываем 5–6 полосок
фильтровальной бумаги. Получилась красная
индикаторная бумага для определения pH растворов в щелочной среде.
5) Пропитанные полоски (pH в щелочной среде).
Вывод: индикаторные свойства красителя из
краснокочанной капусты сходны с лакмусом: область перехода окраски лежит в интервале pH 3–12.
Для более точного определения pH раствора нужно
составить цветную шкалу изменений окраски этого индикатора.
Полученную индикаторную бумагу можно использовать для определения pH различных веществ и кислотности почвы (табл. 4).
Таблица 4
Вещество
Цвет индикатора
Чистящий порошок
«Тайд»
Светло-синий
pH среды
8
Чистящее средство
«Lock»
Не изменился
7
Мыло «Детское»
Светло-синий
8–9
Мыло «Dove»
Не изменился
7
Парацетамол
Красный
4,5
9) Определение наличия красителей в жевательных резинках
Для определения наличия красителей в жевательных резинках были изучены обертки от семи
видов жевательных резинок разных производителей (табл. 5).
ХИМИЯ. ВСЁ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ!
ААААААААААААААААААААА
ЭКОЛОГИЯ
Таблица 5
Название кондитерских изделий
Индекс
Значение индекса
1. Orbit, жевательная резинка без сахара с ароматом мяты. Беларусь, Минск
Е171
Краситель: диоксид титана
2. Eclipse, ледяная мята с антибактериальными
свойствами. Санкт-Петербург
Е171
Е102
Е133
Краситель: диоксид титана.
Краситель: тартразин.
Краситель: синий блестящий
3. Center Fruit. Россия, Тульская область
Е110
Краситель: оранжево-желтый
4. Fruit Boll. Тульская область
Е102
Е110
Краситель: тартразин.
Краситель: оранжево-желтый
Е122
Е124
Е133
Е142
Е171
Краситель: азорубин.
Краситель: пунцовый.
Краситель: синий блестящий.
Краситель: зеленый.
Краситель: диоксид титана
5. Life is Life. Санкт-Петербург
Е102
Е132
Краситель: тартразин.
Краситель: индиготин
6. Stimorol. Минск, Беларусь
Е171
Краситель: диоксид титана
7. Orbit мятный. Санкт-Петербург
Е171
Краситель: диоксид титана
Из таблицы следует, что наибольшее число красителей содержит жевательная резинка Fruit Boll
(производитель Тульская область): Е102, Е110,
Е122, Е133, Е142, Е171. При постоянном употреблении она может вызвать необратимые изменения
в организме человека (приступы астмы, аллергические реакции, рак), дерматит.
Наименьшее число красителей содержат
жевательные резинки:
 Stimorol, мятный мороз (производитель: Минск,
Беларусь) — Е171.
 Orbit, жевательная резинка без сахара с ароматом мяты (производитель: Минск) — Е171.
Е171 — диоксид титана — необходим для придания резиновой массе снежно-белого цвета.
V. ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
В ходе проведенной работы можно сделать
следующие выводы:
1. Экспериментально доказано, что белый цвет
лепестков хризантемы обусловлен развитой системой межклетников.
2. Экспериментально доказаны области применения растительных пигментов.
ХИМИЯ. ВСЁ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ!
а) Был получен краситель из луковой шелухи
с последовательным окрашиванием пряжи;
в качестве протравителя для усиления окрашивания использовали сульфат железа(II).
б) Из вытяжки листьев краснокочанной капусты была изготовлена самодельная индикаторная бумага на кислоту и щелочь. Впоследствии она использовалась для определения
pH среды растворенных бытовых веществ.
3. Была изучена информация на оберточных жевательных резинках на наличие в них пищевых красителей.
Литература
1. Артамонов В. И. Занимательная физиология растений. — М.: Агропромиздат, 1991.
2. Бердоносов С. С., Бердоносов П. С. Справочник по общей химии. — М.: АСТ: Астрель, 2002.
3. Головко Т. К. Дыхание растений (физиологические
аспекты). — СПб.: Наука, 1999.
4. Детская энциклопедия. — М.: Академия педагогических наук РСФСР, 1959.
5. Заленский О. В. Эколого-физиологические аспекты
изучения фотосинтеза // Тимирязевские чтения. —
Л.: Наука, 1977. — Вып. 37. — 57 с.
6. Лебедева Т. С., Сытник К. М. Пигменты растительного мира. — К.: Наукова думка, 1986.
7. Ольгин О. Опыты без взрыва. — М.: Химия, 1986.
8. Петрухина А. Из чего мы состоим? Из того, что мы
едим… // Наука и жизнь. — 2009. — № 1. — С. 26–
29.
9. Пчелов А. М. Природа и ее жизнь. — Л.: Жизнь,
1990.
10. Эткинс П. Молекулы. — М.: Мир, 1991.
27
№ 3 (39) март 2014 г.