Исследовательская работа на тему «Выявление в растительном сырье плодов морошки химических веществ, полезных для организма человека» в номинации «Естественнонаучные исследования»

1. Введение.

    О полезных свойствах северных дикоросов известно издавна. В окрестностях п. Амдерма наиболее распространена морошка северная. Морошка (лат. Rubuschamaemorus) – вид многолетних травянистых растений рода Рубус (Малина) семейства Розовые^[1]. По наблюдениям жителей, урожаи морошки остаются стабильно хорошими в течении последних 5-10 лет. Именно эти ягоды можно запасать в достаточном количестве на зиму в различном виде как поливитаминное средство. Поэтому актуальность работы по выявлению различных полезных веществ в ягодах морошки, которые и обеспечивают её полезные свойства, является очевидной.  К настоящему времени накоплены достаточные сведения о химическом составе плодов морошки. С ними можно ознакомиться в различных энциклопедиях и лекарственных справочниках^[2].  Методы количественного и качественного определения веществ в растительном сырье освещены на сайте Федеральной электронной медицинской библиотеки^[3] в Государственной Фармакопее РФ. Представленные методы требуют специальной подготовки и наличия соответствующего оборудования и реактивов.       Мы располагаем возможностями школьной лаборатории кабинета химии.

    Мы посмотрели на морошку, как на особый объект изучения, который представляет собой сложную природную лабораторию, в которой содержится большое количество органических и неорганических веществ.

    Гипотеза: «В плодах арктической морошки содержатся полезные вещества, которые можно обнаружить методами химического анализа»

    Цель работы: Используя доступные методы, выявить в растительном сырье плодов морошки наличие химических веществ, полезных для организма человека.

    Задачи: 1. Изучить доступные методы анализа растительного сырья и методику их проведения. 2. Провести лабораторные и практические работы по определению заявленных веществ. 3. Изучить теоретически полезные свойства обнаруженных в растительном сырье веществ. 4. Сделать общие выводы. Изготовить по результатам работы инструктивную карту «Вещество и его биологическая активность» для Rubus Chamaemorus L. или морошки приземистой.

     Объект исследования: Rubus Chamaemorus L. или Морошка приземистая (плоды).

     Предмет исследования: Биологически активные группы веществ в плодах морошки.

     Методы проектно-исследовательской работы: 1. Теоретический анализ информации по методам биохимического анализа и пользе для организма человека обнаруженных веществ.2. Лабораторный практикум. 3. Подтверждение или опровержение выдвинутой гипотезы. 4. Практическое применение.

    Практическая значимость. Результаты работы можно использовать в проектной деятельности, направленной на популяризацию полезных свойств северной морошки, а также для разработки рекомендаций по рациональному питанию жителей северных регионов.

II.        Основная часть.

1. Методы проведения химического анализа растительного сырья

 в условиях школьной лаборатории.

    С помощью химического анализа можно получить информацию о составе объекта, в нашем случае – это растительное сырьё из замороженных ягод морошки. Различают качественные и количественные методы анализа, а также, химические, физические и биологические^[4]. Мы будем опираться на качественные химические методы. Выполняя аналитическую реакцию, нужно соблюдать технику безопасности (приложение №1) и условия, соответствующие инструкции лабораторной работы (приложение №4). Наша задача распознать признаки реакции (аналитический сигнал). Специфические реакции позволяют обнаружить только один ион в присутствии других, избирательные реакции проводят на ограниченную группу ионов.

    Предварительно необходимо получить водный фильтрат из плодов морошки (приложение №3, работа №2). Данный фильтрат содержит большое количество органических и неорганических веществ. Растворимые вещества переходят в раствор, нерастворимые остаются на пористом фильтре. Мы проведём распознавание следующих групп веществ: углеводы (глюкоза, крахмал); пектины и целлюлоза; органические кислоты (аскорбиновая кислота или витамин С); растворимые соли железа (ионы Fe2+ и Fe3+). В основе проведения лабораторных опытов лежат специфичные аналитические сигналы^[5], представленные в таблице №1 (приложения № 2).

    Наличие целлюлозы можно определить, исследуя с помощью лупы или микроскопа сухое растительное сырьё. Вид клеток покровной ткани ягод, волокнистая капиллярно-пористая структура указывает на наличие пектоцеллюлозных оболочек растительных клеток.

2. Лабораторная работа по определению заявленных веществ.

    Инструкция по проведению лабораторных опытов представлена в приложении № 4. Ниже мы описываем подробный ход работы с объективными выводами.

Лабораторный опыт №1 «Пектины»

    В пробирку налили 1-2 мл фильтрата ягод морошки, затем прилили 0,5 мл соляной кислоты для подкисления. Добавили 1 мл этилового спирта 96 %. Наблюдается выпадение прозрачного желатинозного осадка (приложение №5). Вывод: в плодах морошки содержатся вещества, относящиеся к группе пектинов. Для подтверждения результата, воспользовались вторым способом определения пектинов.

Лабораторный опыт №1а «Пектины»

    В пробирку налили 0,5 мл фильтрата ягод морошки, затем по каплям добавили гидроксид калия 2%. Выдержали реакционную смесь 15 мин. при комнатной температуре. Появилось сильное жёлтое окрашивание (приложение №5). Вывод: в плодах морошки содержатся вещества, относящиеся к группе пектинов.

Лабораторный опыт №2 «Глюкоза»

    В сухую чистую пробирку налили 1-2 мл фильтрата ягод морошки. Добавили 1 мл гидроксида натрия и 1 мл сульфата меди II для образования свежеприготовленного гидроксида меди II. Осторожно прогрели всю пробирку, затем нагрели реакционную смесь. Цвет меняется: синий-зелёный-жёлтый-красный. Наблюдали кирпично-красный осадок (приложение №6). Вывод: в плодах морошки содержится глюкоза.

Лабораторный опыт №2а «Крахмал»

    В ячейку планшета добавили фильтрат ягод морошки. Затем добавили 1 каплю спиртового раствора йода. Раствор приобрёл характерную бурую окраску йода. Тёмно-синего окрашивания не наблюдается. (приложение №7).  Вывод: крахмал не содержится в плодах морошки.

Лабораторный опыт №3 «Кислоты»

    В ячейку планшета поместили несколько капель образца фильтрата. С помощью универсальной индикаторной полоски определи общую кислотность среды. Наблюдали розовое окрашивание, соответствующее значению цветовой шкалы pH водородного показателя … (приложение №8). Вывод: в плодах морошки содержатся органические кислоты.

Лабораторный опыт №3а «Аскорбиновая кислота»

    В пробирку налили 2 мл образца фильтрата, добавили немного (1-2 мл) крахмального клейстера. Далее по каплям добавляли спиртовой раствор йода. Наблюдали в течении 10-15сек. устойчивое синее окрашивание (приложение №8). Вывод: аскорбиновая кислота содержится в плодах морошки.

Лабораторный опыт №4 «Ионы железа II и III»

    В пробирку добавили 1-2 мл испытуемого фильтрата. Затем добавили гидроксид натрия, характерный качественный сигнал едва уловим визуально: 1) осадок зелёного цвета Fe(OH)2, через 30 минут перешёл в осадок бурого цвета Fe(OH)3; Вывод: в ягодах морошки обнаружились ионы железа II и III, но их содержание очень маленькое, так как интенсивность выпадения осадка низкая (приложение №9).

Лабораторный опыт №5 «Целлюлоза»

    Нерастворимую часть ягод морошки, оставшуюся марлевой салфетке (приложение №3), высушили в течении некоторого времени. Сухое вещество исследовали визуально и с помощью микроскопа. Наблюдали волокнистую, с порами различной длины структуру с включениями косточек ягод, под микроскопом увидели клетки покровной ткани. (приложение №9).   Вывод: в сухом образце ягод морошки содержится нерастворимая в воде целлюлоза.

    Общий вывод. Результаты лабораторных опытов показали, что в ягодах морошки содержатся предполагаемые группы веществ, а именно: углеводы (глюкоза); пектины и целлюлоза; органические кислоты (аскорбиновая кислота или витамин С); растворимые соли железа (ионы Fe2+ и Fe3+) содержатся в малом количестве. Крахмал в плодах исследуемого образца не содержится. Он служит запасным веществом растений и присутствует в клубнях, корневищах, луковицах и плодах некоторых растений.

3. Полезные свойства биологически активных веществ в ягодах морошки

 (Rubus Chamaemorus L.)

    1.Аскорбиновая кислота (витамин С). В организме человека постоянно образуются молекулы – свободные радикалы, которые негативно действуют на клетки организма. Витамин С обезвреживает свободные радикалы и защищает клетки от разрушения и перерождения в раковые. В этой связи витамин С называют антиоксидантом. Витамин С поддерживает производство антител и усиливает активность фагоцитов – клеток крови. В митохондриях клеток постоянно идут процессы дыхания с участием аскорбиновой кислоты, без которых невозможно запасание энергии^[6]. Витамин С участвует в синтезе белка коллагена, входящего в состав соединительных тканей человека^[7]. Совместно с витамином Р нормализует проницаемость стенок кровеносных сосудов, мембран клеток, регулирует свёртываемость крови и процесс кроветворения. В условиях Крайнего Севера потребность в витамине С повышена на 30-50%^[8].

    2.Глюкоза. Глюкоза разносится к тканям организма как вещество, несущее энергию, а также как строительный материал для образования аминокислот, жиров, гликогена (запасное вещество животных). При расщеплении глюкозы кислородом воздуха энергия выделяется постепенно, что позволяет организму сохранять постоянную температуру тела. Но значительная часть этой энергии запасается в молекулах-носителях энергии (АТФ) и идёт на сокращение мышц, выделение секретов желёз, образование различных веществ^[9].

    3.Пектины. В кишечнике человека пектины превращаются в гель, который захватывает и выводит токсичные вещества, в том числе вредные для организма тяжёлые металлы. Улучшает перистальтику кишечника. Так же пектины участвуют в восстановлении форменных элементов крови, снижают уровень высокого показателя холестерина.^[10]

    4.Целлюлоза. Целлюлоза составляет балластную часть пищи. В кишечнике она набухает, удерживая воду и улучшает его перистальтику. Так же, нерастворимые пищевые препятствуют быстрому всасыванию глюкозы в кровь, что особенно важно для людей с заболеванием сахарного диабета. Теория адекватного питания российского физиолога А.М.Уголева сфокусировала внимание на важной роли балластных веществ в процессах роста и развития нормальной кишечной микрофлоры^[11].

    5.Железо. Железо как элемент необходимо для формирования нервной и эпителиальных тканей организма. Железо входит в состав белка гемоглобина. Эритроциты связывают и переносят кислород, обеспечивая дыхание клеток. Кроме того, железо нужно для образования белка коллагена, гормонов надпочечников. Оно участвует в синтезе молекулы ДНК, а значит необходимо для деления клеток^[12]

    Вывод: Морошка является уникальным северным растением. В состав её плодов входят жизненно необходимые органические и неорганические вещества, которые участвуют в кроветворении, клеточном дыхании, нормальном пищеварении, выводят вредные и токсичные вещества. Морошка известна как поливитаминное средство, повышающее иммунитет человека, дающая энергию и силы.

4.Заключительная часть.

    В последнее время изучению полезных химических компонентов дикой природы уделяется большое внимание. Плоды дикорастущих растений содержат много биологически активных веществ и, в отличии от культурных, не обрабатываются химическими препаратами. В природных условиях Ненецкого автономного округа морошка даёт хорошие урожаи. Местное население (ненцы) использует все части растения: как жаропонижающее, мочегонное, тонизирующее, противовоспалительное и поливитаминное средство. С помощью методов аналитической химии мы доказали присутствие в плодах морошки несколько полезных групп веществ, что подтверждает выдвинутую гипотезу. Выбранные нами качественные реакции дали хорошо различимые визуально аналитические сигналы. Были выявлены: углеводы (глюкоза), пектины, органические кислоты (витамин С), разновалентные ионы железа. Практические рекомендации по использованию морошки мы представили в инструктивной карте «Вещество и его биологическая активность» для Rubus Chamaemorus L. (приложение №9).

В условиях нашей школы исследование качественного состава полезных веществ ягод морошки, произрастающих в окрестностях п. Амдерма, было проведено впервые. Обзор информации о физиологическом воздействии на организм человека выявленных веществ, помог раскрыть универсальность свойств северной морошки. Экспериментальные данные, полученные при выполнении лабораторной работы можно использовать при изучении темы по краеведению «Растения НАО». Выбранная методика экспериментальных опытов также подходит для исследования образцов ягод брусники, клюквы, голубики.

5.Литература.

Гессен А. Аскорбиновая кислота и ее практическое применение. - Л.: 1953. – 288с

Гребинский С.О. Биохимия растений. Львов: Высш. школа, 1967. -272 с.

Губанов И.А. Дикорастущие полезные растения. М.: Изд-во МГУ, 1987.- 158 с.

Добрынина Н.А. Биологическая роль некоторых химических элементов// Химия в школе.- 1991г.-№2.С.58-62.
И.М.Скурыхин, А.П.Нечаев. Все о пище с точки зрения химика, М: Высшая школа, 1991г. – 288с.

Машковский М.Д. Лекарственные средства.- М.: «Медицина» 2002г. – 540с.

Н.И. Белова  Справочник медицинской сестры, Медицина, 1989г. – 528с.

Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. Справ. издание.- М.: Высшая школа, 1991г. - 288с.

Тутельян В.А. Витамины: 99 вопросов и ответов. М. 2000г.- 47с.

Электронные ресурсы:

http://gendocs.ru/v41762/

http://lektrava.ru/encyclopedia/moroshka-arkticheskaya/

http://nashaucheba.ru

http://www.femb.ru/feml

http://www.sgau.ru/files/pages/23129/14721329796.pdf

https://ru.wikipedia.org/wiki/Морошка

Исследовательская работа на тему

«Выявление в растительном сырье плодов морошки химических веществ, полезных для организма человека»

в номинации «Естественнонаучные исследования»

г. Нарьян-Мар

2018