Выделение природных красителей из растений и их применение

V Межрегиональная научно-практическая конференция

 «С наукой в будущее»

СЕКЦИЯ: БИОЛОГИЯ

ТЕМА

Выделение природных красителей из растений и их применение

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

                                                              Выполнена  учащейся 11 класса

МОУ «Средняя общеобразовательная

                                                     школа №76», МО «Котлас»

                                               Колтыриной Викторией

                                               Научный руководитель:

                                                   учитель химии и биологии

МОУ «Средняя общеобразовательная

                                                      школа №76», МО «Котлас»

                                              Архангельской области

                                                     Петухова Наталья Сергеевна

 г. Котлас, 2014г.

Оглавление

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

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

2.1. Красильные растения и природные красители.……………………….4

2.2. Классификация природных красителей…………………………….….5

2.3. Использование растений красителей…………………………….….…7

Глава 3. Экспериментальная часть……………………..…………….....…..9

3.1. Выделение природных красителей  из растительного сырья……..…9

3.2. Окраска хлопчатобумажной ткани природными красителями….…..9

3.3. Изготовление кондитерского крема с добавлением природных красителей…………………………………………………………………………………….9

3.4. Получение темперных красок с использованием  природных красителей……………………………………………………………………….................10

Заключение……………………………………………………………….........11

Литература……………………………………………………………………12

Приложение…………………………………………………………………..13

Введение.

В настоящее время на прилавках магазинов можно встретить огромное количество синтетических красителей, применяемых для различных целей. И мы знаем что синтетическое – не значит лучше. Поэтому я задалась вопросом, а можно ли синтетические красители заменить натуральными и как их получить.

С древних времен люди использовали растения в быту для многих целей, от употребления в пищу, до защиты от вредителей своего жилища. Так же они применяли растения в качестве красителей, так как это был единственный возможный источник красителя.

В XXI же веке широко представлены различные искусственные красители. Их цвета бывают разные: от натуральных, до самых необычных, от тусклых до очень ярких.  Но ингредиенты, использующиеся для изготовления таких красок, бывают не только вредны, но порой и токсичны, что недопустимо в изготовлении предметов используемых детьми. Куда более полезны красители, изготовленные на основе природных ингредиентов. Мы решили выяснить, где можно удачно использовать природные красители, и выбрали для этого три направления: окраска хлопчатобумажной ткани, изготовление художественных красок и применение в кулинарии - окраска крема для торта.

Цель работы: выделить природные красители из растений и показать их использование в быту.

Задачи:

- исследовать растения на предмет выявления красящих свойств.

- использовать естественные красители для окрашивания хлопчатобумажной ткани и продуктов питания.

- изготовить художественные краски на основе природных красителей.

Гипотеза: если растения содержат красящие вещества, то их можно использовать в качестве краски, а значит, применять в бытовых и художественных целях.

Объект исследования: свёкла, ягоды черники, клюквы, листья петрушки, черный и зеленый чай, кофе.

Методы исследования:

- изучение научной литературы.

- качественный анализ.

- наблюдения и собственные выводы.

Глава 2.  Основная часть.

2.1. Красильные растения и природные красители.

    Красильные растения – это растения, производящие и содержащие в своих отдельных частях (корнях, стеблях, листьях, цветах, плодах, семенах) и тканях (древесине, коре) красящие вещества, заключённые в пластидах (внутриклеточных составляющих, содержащих пигменты и осуществляющих синтез органических соединений) или растворённые в клеточном соке. Красители обнаружены у многих тысяч видов растений. Однако для домашнего крашения и промышленного использования пригодны лишь растения с высоким содержанием красителей, дающих стойкое окрашивание. Один и тот же краситель может давать различную окраску на разных по составу тканях и при использовании различных протрав. Причём, полученный цвет будет зависеть от условий и от времени использования протравы: до крашения, одновременно с ним или после него (как закрепитель).

Природные красители -  красители, полученные из отваров различных частей растений. До 2-ой половины XIX в. природные красители - единственные вещества для крашения текстильных и парфюмерных изделий, кожи, бумаги, пищевых продуктов и др. С развитием промышленности органического синтеза, особенно анилокрасочной промышленности, природные красители не выдержали конкуренции с красителями синтетическими и в основном утратили былое практическое значение.

Богатством оттенков природные красители не имеют себе равных, т. к. они дают глубокие и мягкие тона.

Получить красящий раствор можно, выпаривая в воде корни, листья и цветы растений. Свежие, не высушенные, дают цвет наиболее яркий, хотя и менее стойкий. Оттенки зависят от возраста растения, состава почвы, а также времени сбора. Листья и цветы лучше собирать только что распустившиеся, кору – весной, а корни и корневища – осенью.

2.2 Классификация природных красителей

Согласно литературному источнику 5  природные красители  - это окрашенные соединения, которые могут быть произведены либо посредством переработки природного сырья (растений или животных), либо посредством микробиологических процессов с использованием бактериальных клеточных культур или грибов.

Согласно литературному источнику    природные красители – органические соединения, которые вырабатываются живыми организмами и окрашивают животные и растительные клетки и ткани. Они широко распространены и крайне многообразны.

Существует множество классификаций природных красителей.

I. По типу хромофорных  систем красящие вещества могут быть разделены на такие группы как  полиены (каротиноиды);  диарилметаны ( куркуминбензохиноиды);  нафтохиноиды;  антрахиноид;  флаваноиды; производные дигидропирана;  антоцианидины; индигоиды.

Наиболее важной группой природных красителей являются производные антрахинона, содержащиеся в корнях некоторых растений, в тканях и секретах насекомых и млекопитающих.

II. Природные красители по природе происхождения делят на

1. Минеральные – получают из минерального сырья: цветные «земли» ( охры, сиены, умбры).,железные руды(гематит),цветные камни.
2. Органические растительные - Получают из частей некоторых растений: плодов, листьев, цветов, древесины, коры, корней,  и корнеплодов.
3. Органические животные – выделяют из органической клетчатки или ее сжигают (кармин  из высушенных насекомых , пурпур – из морской раковины пурпурницы, индийскую желтую – из выделений коров).

III. Применяемые для крашения тканей, пряжи и других материалов красители разделяются по происхождению на две группы:

1. красители естественного происхождения;

Естественные красители в свою очередь делятся на красители растительного и животного происхождения.

Красители растительного происхождения - вещества, получаемые из растений. Например, из синего сандалового дерева получают черный краситель (кампеш), из плодов крушины - желтый краситель (грушка) и др.

 Красители животного происхождения - красящие вещества, получаемые из высушенных насекомых. Например, известный красный краситель - кармин получают из высушенного насекомого из группы травяных тлей - под названием кашениль.

2. красители искусственные, получаемые химическим путем.

IV. Природные красители широко распространены в природе и крайне многообразны. Часто в различных природных источниках встречаются одни и те же или близкие по строению природные красители, поэтому наиболее целесообразно классифицировать их по типам химических соединений.

1. Алифатические и алициклические красители.

Включают каратиноиды, обусловливающие желтую, оранжевую и красную окраски цветов и плодов. Встречаются каротиноиды в растительном и животном мире. Многие из них, например, каротин, обладают высокой физиологической активностью, ретиналь (альдегид, образующийся из витамина А) входит в состав зрительного белка родопсина.

2. Ароматические красители.

 В основном эти вещества встречаются в виде органических соединений например  в корнях куркумы, листьях хны и кожуры незрелых грецких орехов, цветках зверобоя продырявленного.  Многие природные красители этой группы обладают физиологической активностью, витамины группы К -противовоспалительным действием.

3. Гетероциклические красители.

 Наиболее широко представлены желтые природные красители. К ним относятся флавоноиды, а также антоцианидины, окрашивающие цветы, ягоды, плоды и овощи в красный, фиолетовый, синий и черный цвета.

4. Азотсодержащие гетероциклы.

Наиболее древние природные красители - индиго и пурпур античный.

2.3. Использование растений красителей.

Опытные хозяйки всегда хотят использовать в быту вещи, которые будут натуральными и не приносить вреда здоровью окружающим. В любом производстве используются красители.

Основным требованием, предъявляемым к красителям, является нетоксичность и безвредность их для организма человека. К сожалению, в используемых для окрашивания, например, продуктов питания, тканях синтетических красителях обнаруживаются вредные для здоровья человека свойства. Поэтому их применение в последние годы ограничивается. Даже те из них, которые сами по себе физиологически инертны, могут содержать вредные побочные продукты синтеза, тем более что основное красящее соединение составляет чаще всего только 80%.  

Из этого следует, что самым безопасным средством являются натуральные красители полученные в домашних условиях, например соки растений, которые также используют в кулинарии. В различной  литературе приведены примеры множества  растений, используемых для окрашивания (Приложение 1, таблица 1).

Природные красители применяются:

1. В пищевой промышленности. Естественные пищевые красители содержат в своем составе не только красящие вещества, но и витамины, микроэлементы полезные для здоровья человека. А также имеют различные ароматы. Поэтому их использование в пищевой промышленности не только насыщает цветом готовые продукты, но и повышает их пищевую ценность. Кармин, выделяемый из кошенили (самок насекомых кактусовая ложнощитовка) применяется в пищевой и парфюмерной промышленностях.

2. Изменить цвет волос или их оттенок в настоящее время не составляет никакого труда. Выбор краски для волос в магазинах очень большой. К тому же, у современных женщин нет нужды просиживать часами на крыше и отбеливать волосы на солнце, как это делали женщины в Древнем Египте или в Европе. Купил нужный тебе оттенок краски и покрасил волосы. Но в настоящее время все большее количество женщин предпочитает окрашивать волосы красителями, приготовленными на основе натуральных растительных компонентов. Они не оказывают вредного влияния на волосы и кожу головы.

3. В небольших количествах природные красители используют в реставрационных работах. Ализарин - основное красящее вещество краппа, или марены красильной

4.  Многие природные красители обладают значительной физиологической и антибиотической активностью, вследствие чего их часто используют как лекарственные средства. Фармакологическое действие некоторых растительных пигментов приведена в таблице (приложение 2).

5.  Некоторые природные красители - регуляторы роста растений, а также сигнальные вещества, привлекающие насекомых-опылителей и отпугивающие вредителей.

6. Некоторые из ароматических природных красителей  применяют для крашения

 Действующее начало кармина - карминовая кислота; ее применяют в цитологии.

Глава 3: Экспериментальная часть.

В качестве исследуемых материалов были выбраны: свекла, ягоды черники и клюквы, черный и зеленый чай,  листья петрушки, кофе.

3.1. Получение красильного экстракта из растительного сырья.

Для получения красителя брали по 10 грамм сухого материала и по 200 грамм свежего. Предварительно измельченное растительное сырье вываривалось в течение 30 минут в эмалированной посуде: вода должна полностью покрывать растительный материал. Выкипающую воду можно периодически доливать. Производить вываривание нужно в проветриваемом помещении, т.к. красильный раствор имеет резкий запах.

Далее красильный экстракт процеживался.

3.2. Окраска хлопчатобумажной ткани.

Окрашиваемый материал – белая хлопчатобумажная ткань предварительно была выстирана в теплой воде со стиральным порошком для удаления возможных загрязнений следами жира.

Окраска производилась в эмалированной посуде (в которой ранее осуществлялось вываривание). Красильный экстракт доводили до кипения и в него опускали окрашиваемый материал. Далее его кипятили на медленном огне в течение 15- 20 минут. Окрашиваемую ткань периодически переворачивали для достижения равномерной окраски. Вынув окрашенную ткань из раствора растительного красителя, ее сушили естественным способом, не допуская проникновения света: выкладывали образцы на полотенце и сверху накрывали другим полотенцем. Затем материал полоскали в чистой теплой воде.

В результате были получены образцы окрашенной ткани. (Приложение 3). Полученные образцы ткани были не яркого цвета, но устойчив

3.3 Изготовление кондитерского крема

Для изготовления крема мы брали сливочное масло и сгущенное молоко в пропорции примерно 2:1 и взбивали с помощью миксера. Затем добавляли красильный экстракт и снова взбивали миксером. Полученные результаты представлены на фотографии. (Приложение 4)

Крем, в который был добавлен красильный экстракт клюквы имел немного кисловатый привкус, а крем, изготовленный на основе красильного экстракта петрушки имел не ярко выраженный запах.

3.4. Изготовление художественных красок.

Мы решили изготовить темперные краски (на основе яичного желтка), так как такие краски проще всего изготовить.

Для каждого из образцов взяли по яичному желтку, и стали добавлять к ним полученный красильный экстракт до получения нужной консистенции. Полученными красками был исполнен рисунок. (Приложение 5)

Следует указать, что цвет красок довольно тусклый, так как любые краски на основе природных ингредиентов невозможно довести до насыщенного цвета. Другой их недостаток: такие краски невозможно сохранить без применения консервантов.  Но темперные краски придавали рисунку особый блеск, легко наносились.

Заключение

В результате работы мы получили красильные экстракты всех исследуемых образцов, окрасили ими ткань, изготовили на их основе краски и применили в кулинарии для украшения торта.

Окраска ткани таким образом - это хороший способ в домашних условиях создать некоторые интересные элементы декора или текстильные «произведения» ткань таким образом окрашивается надежно и не вызывает никаких побочных эффектов, вроде аллергии.

Также удачно и, по-моему мнению, целесообразно использовать природные красители можно в кондитерском деле. Крема с такими красителями получаются яркими, необычными, но в то же время, естественных цветов. Практически все не имеют постороннего вкуса и запаха. Натуральные красители обладают антиоксидантными свойствами, их использование не только улучшает внешний вид, но и повышает качество пищи. В настоящее время наблюдается тенденция к использованию в производстве продуктов природных красителей.

Краски, приготовленные на основе природных красителей, также можно использовать в быту, но больше всего они подойдут для рисования на холсте, так как получаются очень жидкими, с ненасыщенным цветом. И такие краски безопасны в использовании.

Моя работа имеет большое экологическое значение, так как использование экологически чистых красителей  уменьшает риск возникновения многих кожных заболеваний, различные проявления аллергических реакций, особенно в детском возрасте.

Окрашенные ткани будут радовать глаз яркостью и разнообразием цветовой гаммы, а самое главное не причинят вред здоровью человека. А использование природных красителей в кулинарии безопасно для нашего здоровья.

Литература

1. Назаренко В.М. Экологическая безопасность в быту. Что нужно знать, когда покупаешь продукты и готовишь пищу. // Химия в школе. – 5,1997.
2. Светлена (Н.А.Неволина). Растения-красители в народном быту. 2009г.
3. Соколов В.А. Природные красители.М.: Просвещения, 1997.
4. Журнал « Химия в школе» №2, №8 – 2002 год.
5. Ю. А. Калинников, И. Ю. Вашурина. Природные красители и вспомогательные вещества в химико-текстильных технологиях. реальный путь повышения экологической чистоты и эффективности производства текстильных материалов.  Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. общества им. Д.И. Менделеева), 2002, т. XLVI, № 1.
6. http://www.alhimikov.net/himerunda/naturkras.html
7. http://festival. 1september.ru.
8. http://nsportal.ru/ap/ap/drugoe/rastitelnye-krasiteli
9. http://puteshestvvenik.narod.ru/index/0-3
10. http://sibac.info/index.php/2009-07-01-10-21-16/4965-2012-11-24-19-30-35

Приложения

Приложение 1.

Таблица 1. Пример растений, используемых для окрашивания

Приложение 2.

Фармакологическое действие некоторых растительных пигментов.

Приложение 3

Образцы окрашиваемой ткани.

Приложение 3

Приложение 4