Определение содержания арбутина в отварах растений и косметических кремах

XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Определение содержания арбутина в отварах растений и косметических кремах

Ишкинина Л.Ф. 1
1МОУ "Кременкульская СОШ"
Алексеева Н.Г. 1
1МОУ Кременкульская СОШ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Арбутин – натуральный компонент, синтезируемый из экстрактов, отваров и настоев растений – шелковицы, бадана или брусники. Это вещество устраняет все виды пигментации вне зависимости от происхождения и действует безопасно. Это не единственное лечебное свойство арбутина. Он имеет антисептическое, вяжущее свойство, успокаивает воспалительные процессы. Препараты с арбутином применяются в урологии, гинекологии при воспалениях, также помогает при акне, угревой сыпи, веснушках и пигментных пятнах.Актуальность: в наше время широким ассортиментом косметических средств никого не удивить. Люди равняются на действенность продукта, а также на его безопасность. Косметические средства с арбутином являются не только безопасными, но и прекрасно устраняют гиперпигментацию кожи. Но любое вещество может оказывать пагубное влияние, если не знать, как его применять, в каких дозах и с какого возраста. Гипотеза: исследование растений, содержащих арбутин, поможет нам узнать, как на примере качественных реакций можно определить содержание этого вещества в растениях, а также в косметических кремах, что предотвратит их не разумное применение.Цель: экспериментальным путем выявить содержание арбутина в отварах растений и косметических кремах.Задачи исследования:
1. Изучение теоретического материала по теме исследования. 2. Подготовка сырья для эксперимента.3. Освоить методику химического анализа по определению арбутина4. Выявление содержания арбутина в исследуемых растениях и косметике.

Объект исследования: отвары арбутин содержащих растений. Предмет исследования качественная реакция на содержание арбутина в отварах растений и косметике.
Методы исследования: - анализ литературы по теме работы: - эксперимент; - исследование; - анализ полученной информации; - сравнение и сопоставление информации; - качественный анализ; - обработка полученных результатов.

I.Теоретическая часть 1.1 Физико-химические свойства арбутина

Арбутин – белое, кристаллическое, горькое вещество, легко растворимое в горячей воде, этаноле и нерастворимое в эфире и хлороформе. Кристаллизуется в виде длинных, шелковистых игл. Температура плавления 170C. Его получают методом кипячения с водой листьев толокнянки, бадана или брусники. При помощи ацетата свинца из полученного раствора осаждают дубильные вещества. Позже свинец удаляют сероводородом. Во время стояния упаренного водорода начинают выделяться кристаллы арбутина. После обработки активированным углем его окончательно очищают кристаллизацией из воды. Арбутин представляет собой фенологликозид. Это соединение глюкозы и двухатомного фенола (гидрохинона). Отсюда химические свойства обусловлены в основном остатком гидрохинона, как любым простым фенолом способным к легкому окислению. При взаимодействии с разбавленными минеральными кислотами арбутин легко гидролизуется на глюкозу и свободный гидрохинон. Химические свойства арбутина обусловлены наличием: ароматического кольца, фенольного гидроксила, гликозидной связи. Соответственно он будет гидролизоваться (за счет гликозидной связи) с кислотами, щелочами, ферментами. Легко окисляется, особенно в щелочной среде (даже кислородом воздуха) с образованием соединений хиноидной структуры. Так как арбутин является фенолом, он будет обладать кислотными свойствами и образовывать со щелочами растворимые в воде феноляты. Образует с ионами тяжелых металлов окрашенные комплексные соединения.

C 12H16O7 С6H4(OH)2 + C6H12O6

Арбутин (гликозид) в организме расщепляется гидрохинон и глюкозу.

При взаимодействии арбутина с сульфатом железа дает синее окрашивание.

    1. Влияние арбутина на здоровье человека

Арбутины представляют собой наиболее мощные природные антисептики. Под их воздействием становится намного меньше возбудителей урологических инфекций. Их бактерицидные свойства выражаются относительно грамположительных кокковых бактерий и, что особенно важно, к бактериям грамотрицательным. Поэтому арбутин очень ценится в урологии, ведь чаще всего урологические заболевания вызываются именно грамотрицательной флорой, которая весьма устойчива к большей части применяемых уросептиков и антибиотиков. Несомненный плюс арбутина – его избирательность. Его антимикробные свойства проявляются только по отношению к патогенным, т.е. вызывающим болезнь, микроорганизмам, а бактерии, полезные организму, не претерпевают изменений, и микрофлора остается в норме. Лечебное действие арбутина основано на бактерицидном и мочегонном свойстве гидрохинона, сформированного в организме в результате гидролиза арбутина. Препараты, в составе которых присутствует арбутин, широко применяются в медицине с целью вылечить мочекаменную болезнь, простатит, пиелонефрит, цистит, гастрит с пониженной секрецией, подагру и т.п. Также арбутин применяется в гинекологии при обильных менструациях, при воспалении придатков, после родов, при кровотечениях. Весьма распространен арбутин и в косметологии. Молекула арбутина представляет собой сочетание гидрохинона и глюкозы, однако гидрохинон с некоторого времени запрещено применять в косметических отбеливающих средствах, в то время как арбутин считается безвредным веществом. В составе отбеливающей косметики арбутин ингибирует тирозиназу и угнетает активность клеток, синтезирующих меланин. Однако применение этого компонента в высоких дозах может вызывать противоположный эффект, то есть действовать контрпродуктивно (может вызвать гиперпигментацию). На данный момент исследователи не сошлись на том какое оптимальное количество арбутина следует применять, то есть неизвестно, сколько арбутина требуется в составе того или иного средства, чтобы он проявил эффект осветления кожи, а не наоборот. Попадая на кожу арбутин, распадается на гидрохинон, поэтому фактически может заменить этот запрещенный компонент, однако его эффективность в разы меньше, нежели у гидрохинона.

В основном влияние арбутина скорее положительное, чем отрицательное, однако, несмотря на выраженную антиоксидантную активность, проявляемую арбутином и его гликоновой частью – гидрохиноном, подтвержденную экспериментально, остаются вопросы относительно безопасности этого соединения. Они главным образом основаны на том, что арбутин под влиянием кишечной микрофлоры может быть источником гидрохинона, который в свою очередь способен провоцировать развитие злокачественных опухолей, оказывать мутагенный эффект.

    1. Применение арбутина
      Арбутин активно применяется в разных областях:

  1. Гинекология (обильные менструации, после родов, при кровотечениях и т.д),

  2. Урология (простатит, цистит, пиелонефрит, и так далее),
    Арбутин снижает число вредоносных бактерий в организме. Бактерии в мочевом пузыре относятся к числу наиболее стойких к воздействию различных препаратов , а природные антисептики справляются с ролью очистителей лучше. Арбутин в организме расщепляется до гидрохинона, что приводит к излишнему раздражению мочевого пузыря, суточная норма тщательно рассчитывается по массе человека. Негативное влияние гидрохинона ещё изучается, но есть мнение, что он может обладать канцерогенными свойствами.

  3. Косметология (отеки, возрастная пигментация, меланодермия, лентиго и так далее.)
    Гидрохинон, который образуется при расщеплении арбутина, в организме может воздействовать на кожные покровы. Результатом становится чистая и осветлённая кожа, без пигментных пятен и веснушек. Применять надо осторожно по норме. Поэтому экстракты и крема применяют в дозе около 0,6%, бруснику 10%, арбутин 10% для создания косметических средств. Безопасность использования - это вопрос концентрации и склонности к аллергии. При наличие пигментных пятен, веснушек лучше использовать крем с арбутином на всю поверхность лица, два раза в день, утром и вечером.

    1. Обзор информации о растениях, содержащих арбутин

Толокнянка обыкновенная – Arctostaphylos uva-ursi (L.) spreng. Народные названия: медвежье ушко, медвежий виноград, брусничник.

Семейство вересковые. Многолетний вечнозеленый стелющийся кустарник с деревянистым стеблем длиной до 130 см. Все растения напоминают бруснику. Листья кожистые, мелкие, обратнояйцевидные, блестящие, сверху темно-зеленые, снизу светло-зеленые. Цветки беловато-розовые, в коротких кистях на верхушках ветвей. Цветет в мае-июне. Плод – пяти семянная, мучнистая невкусная ягода сургучно-красного цвета. Встречается преимущественно в сухих сосновских борах с лишайниковым покровом, на песчаной почве на Кавказе, Дальнем Востоке и Урале. Листья содержат до 8% гликозида арбутина, а также 30-35% дубильных веществ, флавоноиды, органические кислоты и др.

Брусника – Vaccinium vitis-idaea. Народные названия: боровка, боровиха. Семейство вересковые. Вечнозеленый, небольших размеров кустарничек. Имеет высоту до 25 см, ползучее корневище и прямостоячий ветвистый стебель. Листья очередные, кожистые, край цельный, завернутый вниз. Цветки розоватые, собраны в поникающие кисти, четырехчленные. Плод – многосемянная, шаровидная, ярко-красная сочная ягода. Цветет в мае-июне, плоды созревают в августе-сентябре. Обладает обширным голарктическим ареалом. Преобладает в Евразии. Распространена на территории СНГ и Прибалтики. В листьях брусники содержится не менее 4,5% арбутина.

Бадан – Bergenia crassifolia. Народные названия камнеломка, салай, монгольский чай. Семейство камнеломковые. Многолетнее травянистое растение, типовой вид рода Бадан семейства камнеломковые. Бадан толстолистный представлен многолетним травянистым декоративным растением до 50 см в высоту. Корневище мощное, мясистое, ползучее, толщиной до 35 см. Стебель толстый, безлистный, розово-красный. Листья прикорневые, крупные, широкоовальные, цельные, голые, кожистые, блестящие, собраны в прикорневую розетку, на длинных черешках, зимующие. Цветки мелкие, правильные, пятичленные, собраны на верхушке стебля в густое метельчато-щитковое соцветие. Растение распространено в Сибири, Казахстане, Приморье, на севере Монголии, Китае и Корее. Листья и корневища бадана содержат до 27% дубильных веществ, это группа галлотанинов, содержание танина колеблется в пределах от 8 до 10%Кроме того листья бадана содержат галловую кислоту и до 22% арбутина и до 2-4 % свободного гидрохинона.

    1. Методика исследования арбутина

  1. Аналитическую пробу сырья измельчаем, помещаем в колбу на 100 мл, прибавляем 50 мл воды и нагреваем на плитке. Поддерживаем 30 минут слабое кипение. Горячее содержимое фильтруем в колбу мерную на 100 мл через фильтр бумажный. При этом избегаем попадания на фильтр частиц сырья. Повторно прибавляем в колбу с сырьем 25 мл воды и кипятим 20 минут. Горячее содержимое с сырьем переносим на тот же фильтр, остаток сырья на фильтре промываем 5-7 раз водой. К пробе прибавляем 3 мл раствора уксуснокислого свинца, перемешиваем и после охлаждения доводим водой фильтрата до метки. Помещаем колбу в кипящую водяную баню и выдерживаем фильтрат до метки. Помещаем колбу в кипящую баню водяную и выдерживаем до коагуляции осадка. Жидкость полностью отфильтровываем в колбу через фильтр, прикрываем воронку стеклом часов. К фильтрату прибавляем 1 мл H2SO4, колбу взвешиваем, присоединяем к холодильнику обратному и греем 2 часа на плитке. Поддерживаем равномерное слабое кипение. Охлаждаем содержимое колбы, доводим водой до массы первоначальной, и раствор полностью отфильтровываем в колбу сухую через фильтр. Прибавляем к фильтрату 0,1 г цинковой пыли и встряхиваем в течении 4 минут. Нейтрализуем жидкость по бумаге лакмусовой атрием двууглекислым (около 1-1,5г), прибавляем еще 2 г натрия двууглекислого и по мере его растворения фильтруем в колбу сухую через фильтр. Переносим 50 мл пробы фильтрата в колбу на 500 мл, приливаем 200 мл воды и, встряхивая, титруем немедленно из микробюретки йодовым раствором (0,1 моль/л) до образования синей окраски. В качестве индикатора используем крахмал.

  2. Аналитическую пробу сырья измельчаем, помещаем в колбу на 100 мл, прибавляем 50 мл воды и нагреваем на плитке. Поддерживаем 30 минут слабое кипение. Горячее содержимое фильтруем в колбу мерную на 100 мл через фильтр бумажный. При этом избегаем попадания на фильтр частиц сырья. Повторно прибавляем в колбу с сырьем 25 мл воды и кипятим 20 минут. Горячее содержимое с сырьем переносим на тот же фильтр, остаток сырья на фильтре промываем 5-7 раз водой. К пробе прибавляем 3 мл раствора уксуснокислого свинца, перемешиваем и после охлаждения доводим водой фильтрата до метки. Помещаем колбу в кипящую водяную баню и выдерживаем фильтрат до метки. Помещаем колбу в кипящую баню водяную и выдерживаем до коагуляции осадка. Жидкость полностью отфильтровываем в колбу через фильтр, прикрываем воронку стеклом часов. Остывший фильтрат титруем раствором сульфатом закисного железа. Реакция основана на получении комплекса, изменяющего окраску с сиреневого до темно-фиолетового осадка.

 

II. Экспериментальная часть

2.1. Подготовка сырья

Для исследования на наличие арбутина были взяты листья бадана, листья толокнянки, плоды брусники.

Информация об исследуемых растениях представлена в главе 1.4 Этапы подготовки:

Листья бадана, толокнянки были нарезаны на небольшие кусочки 1-2 мл

  1. Листья бадана, толокнянки и ягоды брусники были растёрты в фарфоровых ступках пестиком.

  2. Подготовленное сырьё взвесили на электронных весах.

  3. Подготовили отвары изучаемых растительных объектов.

  4. Крем №1 (универсальный крем с омолаживающим и осветляющим эффектом из среднего ценового сегмента), крем №2 (крем для лица с осветляющим и увлажняющим эффектом из премиального ценового сегмента). Подготовлены растворы кремов.

2.2. Обнаружение арбутина в отварах растений
Для качественного обнаружения арбутина в растительном материале использовали цветные пробы – реакцию с образованием фиолетового осадка. Растительный материал: измельчённые листья бадана, толокнянки и ягоды брусники. Заранее подготовили отвар изучаемых растительных объектов. Оборудование: Подставка для пробирок, пробирки, плоскодонные колбы, ступки с пестиком, пластины керамические для капельного анализа, ложки, стеклянные трубки, стекла, воронка, бумажные фильтры, промывалка, электрическая плитка.

Опыт 1. Обнаружение арбутина в водных отварах растений: бадана, толокнянки и брусники. Реактивы: I2,С6H10O5, FeSO4

Аналитическую пробу сырья измельчаем, помещаем в колбу на 100 мл, прибавляем 50 мл воды и нагреваем на плитке. Поддерживаем 30 минут слабое кипение. Горячее содержимое фильтруем в колбу мерную на 100 мл через фильтр бумажный. При этом избегаем попадания на фильтр частиц сырья. Повторно прибавляем в колбу с сырьем 25 мл воды и кипятим 20 минут. Горячее содержимое с сырьем переносим на тот же фильтр, остаток сырья на фильтре промываем 5-7 раз водой. К пробе прибавляем 3 мл раствора уксуснокислого свинца, перемешиваем и после охлаждения доводим водой фильтрата до метки. Помещаем колбу в кипящую водяную баню и выдерживаем фильтрат до метки. Помещаем колбу в кипящую баню водяную и выдерживаем до коагуляции осадка. Жидкость полностью отфильтровываем в колбу через фильтр, прикрываем воронку стеклом часов. К фильтрату прибавляем 1 мл H2SO4, колбу взвешиваем, присоединяем к холодильнику обратному и греем 2 часа на плитке. Поддерживаем равномерное слабое кипение. Охлаждаем содержимое колбы, доводим водой до массы первоначальной, и раствор полностью отфильтровываем в колбу сухую через фильтр. Прибавляем к фильтрату 0,1 г цинковой пыли и встряхиваем в течении 4 минут. Нейтрализуем жидкость по бумаге лакмусовой атрием двууглекислым (около 1-1,5г), прибавляем еще 2 г натрия двууглекислого и по мере его растворения фильтруем в колбу сухую через фильтр. Переносим 50 мл пробы фильтрата в колбу на 500 мл, приливаем 200 мл воды и, встряхивая, титруем немедленно с помощью микробюретки йодовым раствором (0,1 моль/л) до образования синей окраски. В качестве индикатора используем крахмал.

Опыт 2. Образование комплекса, изменяющего окраску в водных отварах растений с сульфатом закисного железа. Реактивы: 10% р-р FeSO4, 10% р-р (CH3COO)2Pb, C2H5OH

Аналитическую пробу сырья измельчаем, помещаем в мерную колбу на 100 мл, прибавляем 50 мл воды и нагреваем на плитке. Поддерживаем 30 минут слабое кипение. Горячее содержимое фильтруем в колбу через бумажный фильтр. При этом избегаем попадания на фильтр частиц сырья. Повторно прибавляем в колбу с сырьем 25 мл воды и кипятим 20 минут. Горячее содержимое с сырьем переносим на тот же фильтр, промываем водой. К пробе прибавляем 3 мл раствора уксуснокислого свинца, перемешиваем и после охлаждения доводим водой фильтрат до метки. Помещаем колбу в кипящую водяную баню и выдерживаем до коагуляции осадка. Жидкость полностью отфильтровываем в колбу через фильтр, прикрываем стеклом. Остывший фильтрат титруем раствором сульфатом закисного железа. Реакция основана на получении комплекса, изменяющего окраску от голубого до темно-синего осадка.

Опыт 3. Определение арбутина в кремах с помощью сульфата закисного железа.

Реактивы:10% р-р FeSO4, 10% р-р (CH3COO)2Pb, C2H5OH.

Исследуемые крема: Крем №1 и крем №2 с отбеливающим эффектом.

Образцы кремов поместили в углубления керамических пластин для капельного анализа, растворили каплями спирта и каждую ячейку титруем раствором закисного железа. Наблюдаем изменение окраски. В креме №2 сначала появилось синее кольцо, оно стало увеличиваться, в результате образец полностью окрасился в тёмно-синий цвет. Наблюдаем, что окраска 2-х исследуемых кремов изменилась от тёмно-синей до тёмно-фиолетовой. Интенсивность окраски полученного спектра снизилась. Можно предположить, что меньше всего арбутина в креме №1.

Сравнительная диаграмма определения наличия арбутина в отварах растений и косметических кремах.


В диаграмме видно, что максимальное количество арбутина содержится в листьях бадана и ягодах брусники. Достаточно высокий показатель и у толокнянки. Незначительное содержание – в косметических средствах.

Выводы:

1. Для эксперимента было подготовлено сырьё: бадан, который собрали на дачном участке и высушили. Толокнянка и брусника были приобретены в аптеке.

2. Освоили методику качественного обнаружения арбутина в растительном материале, использовали цветные пробы – реакцию с образованием синего осадка и реакцию с сульфатом железа закисного. По результатам исследования наибольшее количество арбутина в водных растворах выявлено в листьях бадана и ягодах брусники, а наименьшее в листьях толокнянки. Исследования кремов показали наибольшее количество арбутина в креме №2, в нём появилась тёмно-синяя окраска, а наименьшее количество арбутина в креме №1 с отбеливающим эффектом, появилась синяя окраска.
3. Ученые сошлись на мнении, что арбутин безопасен при нанесении на кожу в небольших дозировках, однако на счет безопасности при применении внутрь все еще идут споры. 4. Для предупреждения отравлений арбутин содержащими препаратами рекомендуют тщательно читать инструкции и принимать во внимание концентрацию, индивидуальную непереносимость и аллергию. 5. Перспектива работы заключается в продолжения исследования многообразия ароматических углеводородов, содержащихся в лекарственных препаратах.

Заключение.

Исследовательская работа по выявлению арбутина в растениях и косметике имеет важное здоровье сберегающее значение. Умение сохранить своё здоровье и чистую кожу и увеличить продолжительность жизни, является очень важным. Выглядеть безупречно, молодо — это тенденция развития общества и каждого человека в наше экологически не стабильное время. Поэтому исследование биохимических свойств растений, уходовой косметики это увлекательный и познавательный процесс, который позволяет воспользоваться дарами природы без ущерба для здоровья. Считаем, что использования сульфата закисного железа является более простым и удобным способом и для дальнейшего обнаружения арбутина в объектах. Выдвинутая нами гипотеза об исследовании растений, содержащих арбутин, помогло нам узнать, что на примере качественных реакций можно определить содержание этого вещества в растениях, а также в косметических кремах, что предотвратит их не разумное применение.При проведении эксперимента с листьями бадана был изготовлен раствор, активно применившийся в быту и сумевший положительно повлиять на кожный покров человека с заболеванием витилиго без каких-либо побочных эффектов, также была обнаружена нормализация сна.

 

{\displaystyle {\mathsf {KSCN+Fe\rightarrow KCN+Fe

Литература:

1. Бородиной Т. перевод. «Новая энциклопедия школьника». М.: «Махаон», 2007.

2. Гиляров М.С. «Биологический энциклопедический словарь». М.: «Советская энциклопедия», 1986.

3. Горкин А.П. «Современная иллюстрированная энциклопедия». М.: «Росмэн», 2007.

4. Кнунянц И.Л. «Химический энциклопедический словарь». М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2003.

5. Плешаков А.А. «Атлас-определитель от земли до неба». М.: «Просвещение», 2011.

6. Рабинович М.И. Лекарственные растения Южного Урала. -Челябинск: Юж.-Урал. кн. из-во, 1990.
Интернет ресурсы:

7. https://www.korolevpharm.ru/proizvodstvo/kachestvo/metodiki-i-testy/metod-opredeleniya-kolichestvennogo-soderzhaniya-arbutina.html
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Арбутин#cite_note-4

9. https://helpiks.org/2-36251.html#:~:text=-%20на%20арбутин%20(сырье%20толокнянки,натрия%20фосфорномолибденовокислого%20в%20кислоте%20хлористоводородной

10. https://image-skincare.ru/blog/arbutin-kak-on-effektivno-ustranyaet-pigmentnye-pyatna/

11. https://kos-mart.ru/articles/ru_arbutin_v_kosmetike

Просмотров работы: 454