Антоцианы – экологичные индикаторы и полезные пищевые красители

Цель

С использованием антоцианов плодов вишни, клубники, клюквы, черноплодной рябины, черники, жостера слабительного и черёмухи составить индикаторные шкалы рН и получить полезные пищевые продукты привлекательного внешнего вида.

Описание

Среди природных веществ есть большое количество соединений, обладающих яркой окраской, которые могут использоваться как красители, например, в косметике, для пищевых продуктов, тканей (особенно натуральных), кож. Работа посвящена проблеме сохранения экологии и здоровья людей путём уменьшения использования вредных для живых организмов синтетических красителей за счёт замены их природными красителями – антоцианами.

Гипотеза

Антоцианы пищевых и лекарственных растений можно использовать в качестве безопасных индикаторов рН и полезных для здоровья пищевых красителей.

Задачи

1. Провести анализ научной и научно-популярной литературы по теме исследования.

2. Получить водные извлечения плодов вишни, клубники, клюквы, черноплодной рябины, черники, жостера слабительного и черёмухи и составить индикаторные шкалы рН для каждого вида извлечений.

3. Получить кисломолочные и молочные продукты, окрашенные водными извлечениями исследуемых плодов.

4. Сделать вывод о возможности использования водных извлечений исследуемых плодов в качестве индикаторов рН, источников антоцианов для пищевых продуктов и разработки новых лекарственных средств.

К настоящему времени выделено и изучено более 70 антоцианов. Названия этих веществ образуют от названий растений, из которых они впервые были выделены.

Антоцианы относятся к группе биологически активных веществ – флавоноидов, хорошо растворимы в воде, имеют яркую окраску, зависящую от химического строения, рН-среды, способности образовывать комплексы с металлами, адсорбироваться на полисахаридах, температуры, воздействия света. Антоцианы широко используются в медицинской (фармацевтической), пищевой и косметической промышленности. Они не токсичны для организма человека и не ограничены в потреблении.

В качестве источников антоцианов были использованы высушенные плоды лекарственных растений: жостера слабительного, черёмухи, черники, рябины черноплодной (аронии) и свежезамороженные плоды пищевых растений: клубники, вишни и клюквы.

Приготовление водных извлечений проводили в соотношении 1:10 для высушенных плодов и 1:5 для замороженных плодов. В термостойкий химический стакан помещали навеску плодов, приливали рассчитанное количество воды очищенной (дистиллированной) с учётом коэффициента водопоглощения, кипятили 15 минут, процеживали через марлю и доводили водой очищенной (дистиллированной) до необходимого объёма.

Приготовление растворов (объём 1 л) для шкалы рН проводилось по инструкции с использованием реактивов. рН приготовленных растворов проверяли, используя универсальную индикаторную бумагу.

Составление индикаторной шкалы рН с использованием природных индикаторов проводилось следующим образом. В установленные в штатив пробирки помещали по 5 мл растворов шкалы рН и по 2 мл приготовленных водных извлечений из плодов.

Водные извлечения из различных плодов, содержащих антоцианы, имеют различную окраску, что можно объяснить как различным химическим строением антоцианов, входящих в состав разных плодов, так и влиянием сопутствующих веществ, создающих определённую реакцию среды и имеющих собственную окраску. Наиболее интенсивную и интересную с точки зрения получения красителей окраску имеют водные извлечения из замороженных, а не высушенных плодов, что согласуется с данными литературы и подтверждает преимущество замораживания плодов, а не высушивания. Также нужно отметить специфическую окраску полученных растворов при использовании буферных растворов, что можно объяснить влиянием сопутствующих веществ.

Не удалось получить растворы синей окраски. Это связано со строением антоцианов, выбранных для анализа плодов, и согласуется с данными литературы. Таким образом, водные извлечения из выбранных для исследования плодов нецелесообразно использовать в качестве индикаторов рН: хотя и наблюдается изменение цвета при изменении рН, но переход окраски неярко выражен, особенно в кислой среде изменялись лишь оттенки.

Получение пищевых продуктов с использованием антоцианов проводилось следующим образом. В установленные в штатив пробирки помещали по 5 мл молока и по 2 мл приготовленных водных извлечений из плодов. На белый керамический диск помещали по 3 мл питьевого йогурта и по 0,5 мл приготовленных водных извлечений из плодов.

Добавление к молоку и йогурту водных извлечений из плодов растений, кроме вишни и клюквы, практически не изменяло запах и вкус продуктов. Цвет продуктов стал либо очень слабо окрашенным, либо не очень аппетитным при добавлении жостера слабительного. Самые ярко окрашенные и с приятным фруктовым привкусом получились молоко и йогурт при добавлении водных извлечений из плодов вишни и клюквы, особенно клюква даёт выраженный вкус и красивый красный, с лёгким фиолетовым оттенком, цвет.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

• Свежезамороженные плоды вишни, клубники, клюквы

• Высушенные плоды черноплодной рябины, черники обыкновенной, жостера слабительного и черёмухи обыкновенной

• Водные извлечения из плодов (1:10 и 1:5)

• Реактивы: стандарт-титры 0,1н HCl и NaOH (растворы с рН 1, 2, 3 и 11, 12, 13, соответственно); стандарт-титры для приготовления буферных растворов; калий гидрофталат (рН 4,01); натрий тетраборат 10-водный (рН 9,18); раствор МЕТТЛЕР ТОЛЕДО (Mettler Toledo) с рН 7,0 (готовый)

• Пищевые продукты: молоко («Простоквашино» отборное пастеризованное 3,4−4,5 %), питьевой йогурт (биойогурт «Danone Активиа натуральная» 2,4 %)

• Мерные колбы на 50 мл

• Штатив с пробирками

• Химические термостойкие стаканы на 100 мл

• Пипетки

• Белый фарфоровый диск

• Плитка электрическая

Результаты

1. Водные извлечения из плодов жостера слабительного, черёмухи, черники, аронии черноплодной, клубники, вишни и клюквы нецелесообразно использовать в качестве индикаторов рН, т. к. переход окраски неярко выражен, особенно в кислой среде изменялись лишь оттенки.

2. Из изученных водных извлечений плодов в качестве пищевых красителей для молочных продуктов (особенно в домашних условиях) целесообразно использовать водные извлечения из плодов вишни и клюквы.

Перспективы использования результатов работы

Актуально провести фармакогностическое изучение плодов вишни для разработки проекта нормативной документации и введения плодов вишни в официальную медицинскую практику.

Сотрудничество с вузом при создании работы

ФГАОУ ВО Первый МГМУ имени И.М. Сеченова Минздрава России, кафедра аналитической, физической и коллоидной химии.

Награды/достижения

Городская Сеченовская конференция проектных и исследовательских работ школьников – победитель.

Московский городской конкурс исследовательских и проектных работ. Межрайонная конференция uao-3 – победитель.

Особое мнение

«Очень хорошо, что проект «Медицинский класс в московской школе» даёт возможность вывести свои знания за рамки школьной программы при выполнении исследовательской работы. Конференция «Старт в медицину» понравилась, было интересно»