XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Антоцианы - антиоксиданты черной смородины. Будущее современной фармакологии
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Человечество всегда мечтало о бессмертии. В настоящее время в научных кругах широкое распространение получили две теории старения: генетическая теория и теория свободных радикалов. Сейчас последняя теория является наиболее актуальной.
Свободные радикалы также называются активными формами кислорода, хлором, азотом, липидами и пероксидами. Кислород – сильный окислитель. Реакции окисления с их участием являются источником энергии для многих живых организмов. С другой стороны, в ходе метаболизма образуются соединения кислорода, разрушающие клеточные структуры и материалы. В результате нарушается обмен веществ в клетках и во всем организме.
Роль антиоксидантов заключается в связывании и удалении свободных радикалов из организма. В организме есть собственная система борьбы с избытком свободных радикалов, однако неблагоприятные факторы окружающей среды ее ослабляют. Плохое питание, стрессы, выхлопные газы автомобилей, продукты переработки различных отраслей промышленности и многие другие факторы негативно влияют на нас и нашу антиоксидантную систему. Антиоксиданты – биологически активные вещества, нейтрализующие свободные радикалы путем связывания свободных электронов. Антиоксиданты регулируют количество свободных радикалов, естественным образом вырабатываемых в организме. Антиоксиданты предотвращают процессы свободнорадикального окисления органических веществ в организме.
Содержание биологических антиоксидантов в тканях снижается вследствие старения организма, авитаминоза и дефицита микроэлементов, особенно цинка и селена. Известно, что антиоксиданты можно получить из таких продуктов, как свежие овощи, ягоды и фрукты. Употребление полезных продуктов может помочь восстановить антиоксидантные системы вашего организма и значительно улучшить общее состояние вашего организма, включая самочувствие и настроение.
В своей работе я хочу представить самый богатый источник естественных антоцианов - антиоксидантов – черную смородину (см. Приложение 1 рис. 1). Ведь черная смородина очень полезна для здоровья и омоложения организма. Антоцианы окрашивают венчики цветов и плодов в различные цвета, выполняя сигнальную функцию. Антоцианы являются антиоксидантами – веществами, препятствующими преждевременному окислению органических веществ и старению клетки. В нашей семье любят употреблять в пищу различные ягоды (см. Приложение 1 рис. 2). Дары лета мы замораживаем или варим варенье и компоты.
Цель данного исследования:
Определение и выявление химической устойчивости антоцианов-антиоксидантов плодов черной смородины, содержащихся в отваре и спиртовом экстракте, используя качественные реакции.
Задачи:
1. Используя литературные источники и Интернет - ресурсы изучить: а) формы антиоксидантов; б) химический состав черной смородины; в) применение черной смородины.
2. Освоить методику определения химической устойчивости антоцианов (форма антиоксидантов) плодов черной смородины к различным химическим реагентам.
3. Изучить устойчивость антоцианов по отношению к минеральным кислотам, сделать вывод об антиоксидантной активности пириллиевых солей антоцианов черной смородины.
4. Изучить устойчивость антоцианов по отношению к основаниям; сделать вывод об антиоксидантной активности образующихся солей антоцианов черной смородины.
Актуальность
Никакие лекарства не заменят нам целебных свойств ягод. Нет ничего лучше и полезнее при лечении и профилактике заболеваний, чем свежие ягоды. Ведь это самый богатый источник естественных антиоксидантов. Народная пословица гласит: «Там, где едят смородину, врачам делать нечего».
Объект исследования
Спиртовой экстракт и отвар плодов черной смородины.
Предмет исследования:
антоцианы, их различные формы и химическая устойчивость.
Гипотеза исследования:
Я предполагаю, что антоцианы способны связывать свободные радикалы, которые разрушают клеточные структуры. Также под влиянием различных факторов антоцианы черной смородины претерпевают структурные изменения, что приводит к уменьшению их антиоксидантной активности.
1.Обзор литературы
Важнейшая причина, по которой многие растительные продукты способны продлевать жизнь заключается в том, что они содержат в себе большое количество сильнодействующих веществ антиокислителей или антиоксидантов. Мы знаем, что старение – это в первую очередь окисление. Употребление в пищу антиоксидантов позволяет существенно замедлить окисление, а значит и старение организма.
Но откуда антиоксиданты в растениях? За миллионы лет растения смогли выжить и приспособиться благодаря тому, что выработали защиту от неблагоприятных условий среды. Не случайно, максимальное количество природных натуральных антиоксидантов наблюдается обычно в кожуре и коре растений и деревьев, а также в косточках, где хранится генетическая информация. Так что все исключительно логично: растения защищаются от окисления с помощью выработки антиоксидантов, а мы, употребляя эти растения в пищу, насыщаем наш организм и защищаем себя от окисления, старения и болезней.
Считается, что наиболее эффективные соединения - биофлавоноиды, которые лучше всего препятствуют разрушению и старению организма, находятся в тех составах, которые придают растениям их выраженную пигментацию или окраску. Именно по этой причине наиболее полезными оказываются те продукты, которые имеют наиболее темную окраску (черная и красная смородина, черника, темный виноград, свекла, фиолетовые капуста и баклажаны, и многие другие овощи и фрукты). Отсюда следует, что лучше всего отдавать предпочтение тем продуктам (ягодам, фруктам, овощам), которые сильнее окрашены в темные тона.
Красный цвет яблока, бордовые вишня и малина, черная смородина, синяя голубика, темно – синяя черника- все они окрашены антоцианами - это наиболее распространенная группа флавоноидов и, по результатам многочисленных исследований, наиболее активные антиоксиданты. Антоцианы – окрашенные кристаллы. Они считаются самыми распространенными растительными пигментами. Еще средневековые фокусники опускали розу в нашатырный спирт, после чего лепестки изменяли окраску. Это связано со строением антоцианов.
С помощью антоцианов растения рассказывают нам о своих эмоциях и привычках. В случае стресса у растения изменяется кислотность сока, что сразу же сопровождается изменением окраски антоцианов – цветы и стебли краснеют или, наоборот, приобретают синий оттенок. Химические реакции антоцианов идут с изменением как ауксохромных, так и хромофорных участков, что приводит к изменению окраски. В присутствии щелочей в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора. В результате в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине – зеленый цвет. Способность антоцианов менять цвет использовалась в прошлом алхимиками для того, чтобы различать растворы щелочей и кислот. Именно антоцианы послужили прототипом современных кислотно–основных индикаторов, повсеместно используемых в химических лабораториях, на производстве и в школьном курсе химии.
Разнообразие цвета плодов и цветов обусловлено тем, что антоцианы находятся в растениях в виде пириллиевых солей (кислая среда), хиноидной формы (нейтральная среда) или в виде калиевых, кальциевых и натриевых солей.
Химический состав плодов черной смородины:
Плоды черной смородины содержат:
• антоцианы (дельфинидин и мальвидин, известные под общим названием «миртиллин»; цианидин, петунидин, пеонидин);
• дубильные вещества конденсированной природы (до 0,5 %);
• микроэлементы (в том числе марганец, хром, селен, цинк);
• углеводы (глюкоза, фруктоза, сахароза, пектин) (до 17 %);
• органические кислоты: лимонная, молочная, щавелевая, яблочная (до 4,5%);
• аминокислоты (цистеин, глутамин, глицин);
• витамины (C, Е, PP, группы B, каротиновый комплекс);
• эфирные масла;
• фенолы и их производные (гидрохинон, асперулозид, монотропеозид);
• биофлавоноиды (гиперин, астрагалин, кверцитин, изокверцитин, рутин).
Ароматные ягоды – просто идеальное иммуновосстанавливающее средство. Полезные свойства ягод черной смородины помогают восстановить кровообращение, предупреждают развитие разных болезней сердечно - сосудистой системы, полезны при гипертонии, малокровии, кровотечении из десен. Ягоды этого растения медики рекомендуют для профилактики атеросклероза, они также снижают артериальное давление при гипертонической болезни. Черная смородина обладает способностью предотвращать появление раковых заболеваний и диабета. Именно из-за этих уникальных свойств ее часто добавляют к перечню продуктов функционального питания, предназначенных для укрепления и оздоровления организма при разных заболеваниях и во время реабилитации.
Черную смородину принято считать «русской» ягодой. И это не удивительно. Большая часть всех мировых запасов смородины находится на территории России. Я думаю, что нет ни одного приусадебного участка у нас в селе, на котором не произрастает этот кустарник. Наверное, еще поэтому, мы так любим эту огородную «целительницу».
2. Основная часть
2.1 Методика исследования
1. Использование литературы и Интернет – ресурсов.
2. Беседа с учителем.
3. Практическая работа: из свежемороженых плодов черной смородины приготовили отвар и спиртовой экстракт черной смородины.
3.1 Приготовление отвара: 2 ст. ложки ягод выкладывают в эмалированную кастрюлю с закипевшей водой — 500 мл и варят, снизив нагрев до минимума, 5 минут. Настоять 2 часа (см. Приложение 2 рис. 3,4).
3.2 Приготовление экстракта: черную смородину - 250 г засыпать в банку, доверху налить водку (спирт) 250 мл и плотно закрыть крышкой. Поставить банку на 2 недели в темное теплое место для настаивания. Процедить настойку через несколько слоев марли (см. Приложение 3 рис. 5,6,7)
4. Опыты: Выявление химической устойчивости антоцианов-антиоксидантов плодов черной смородины, содержащихся в отварах и спиртовых экстрактах.
4.1 Опыт № 1. Разделила отвар на три пробирки и экстракт на три пробирки по 2 мл. В три пробирки с отваром добавила по 1 мл 10%-го раствора уксусной, соляной и азотной кислот. В три пробирки со спиртовым экстрактом добавила по 1 мл 10%-го раствора уксусной, соляной и азотной кислот. Определила наличие антоцианов в отваре и экстракте по интенсивности окраски, степень устойчивости антоцианов к действию минеральных кислот. Сделала вывод об антиоксидантной активности образующихся пириллиевых солей антоцианов черной смородины (см. Приложение 4 рис. 8,9,10).
4.2 Опыт № 2. Разделила отвар на две пробирки и экстракт на две пробирки по 2 мл. В две пробирки с отваром добавила по 1 мл 10%-го раствора гидроксида калия и водного раствора аммиака. В две пробирки со спиртовым экстрактом добавила по 1 мл 10%-го раствора гидроксида калия и водного раствора аммиака. Изучила степень устойчивости антоцианов к действию оснований. Сделала вывод об антиоксидантной активности образующихся солей антоцианов черной смородины (см. Приложение 5 рис. 11,12,13).
2.2. Результаты исследований
1. Изучение литературы и информация из Интернет – ресурсов позволила узнать много интересного о черной смородине: а) формы антиоксидантов; б) химический состав черной смородины; в) применение черной смородины.
2. Освоила методику приготовления отвара и спиртового экстракта черной смородины (см. Приложение 6 рис. 14,15)
3. Под руководством учителя я провела практическую работу и выяснила, что в результате реакций с кислотами во всех шести пробирках появляется ярко-красная окраска растворов, которая свидетельствует о наличии антоцианов, причем в спиртовых экстрактах окраска появилась быстрее, чем в отварах, что связано с разной концентрацией антоцианов в спиртовом экстракте и отваре. Ярко-красную окраску придают пириллиевые соли соляной, азотной и уксусной кислот. Анализ строения пириллиевых солей, содержащих большее количество гидроксильных групп по сравнению с хиноидной формой позволяет сделать вывод о высокой антиоксидантной активности таких соединений. Следовательно, кислые плоды черной смородины более полезны как антиоксиданты. Добавление небольшого количества слабой кислоты (лимонной, аскорбиновой) в сырье, состоящее из черной смородины, повысили его антиоксидантную активность;
Изучила химическую устойчивость антоцианов черной смородины по отношению к основаниям: в результате реакций образуются аммонийная и калийная соли цианидина. При избытке щелочи происходит замещение нескольких гидроксильных групп. Поэтому и окраска изменяется постепенно: от синей до жёлтой. Антиоксидантные свойства таких солей будут ниже, чем у других форм антоцианов, так как атомы водорода замещены ионами аммония и калия. При воздействии щелочей на пириллиевые соли образуется хиноидная форма цианидина, обладающая меньшими антиоксидантными свойствами (см. Приложение 7 рис. 16,17,18).
3. Заключение
3.1 Вывод
1. В результате исследования я узнала и освоила методику определения химической устойчивости антоцианов (форма антиоксидантов) плодов черной смородины к различным химическим реагентам. По литературным источникам изучила: а) формы антиоксидантов; б) химический состав черной смородины; в) применение черной смородины. Изучила устойчивость антоцианов по отношению к минеральным кислотам, сделала вывод об антиоксидантной активности пириллиевых солей антоцианов черной смородины. Изучила устойчивость антоцианов по отношению к основаниям; сделала вывод об антиоксидантной активности образующихся солей антоцианов черной смородины.
2. Я убедилась в том, что антиоксиданты бывают разные. Эндогенные вырабатываются в самом организме (например, женские половые гормоны, коэнзим Q, ферменты супероксиддисмутаза, каталаза, глутатионпероксидаза). Экзогенные поступают с пищей (например, витамин С, селен, флавоноиды).
Антиоксиданты способны легко разрушаются, если вы постоянно загораете на солнце или в солярии, когда вы болеете или ваш возраст больше 50 лет, если вы постоянно живете в городе и редко выходите на свежий воздух, если вы курите.
Максимальный эффект антиоксиданты дают, действуя парами или даже группами. Ведь отдав свой электрон свободному радикалу, сам антиоксидант окисляется и становится неактивным. Чтобы вернуть его в рабочее состояние, его нужно снова восстанавливать. Так, глутатион восстанавливает витамин С, а витамин С восстанавливает витамин Е.
Для того что бы уровень антиоксидантов в организме не уменьшался, нужно в свой рацион включать: черную и красную смородину, чернику, малину, жимолость облепиху, темный виноград и другие природные продукты содержащие антиоксиданты.
3. В результате проделанной работы выяснили, что спиртовой экстракт черной смородины и отвар черной смородины содержат антиоксиданты. Наиболее ярко действие антиоксидантов проявляется в спиртовом экстракте черной смородины.
Таким образом моя гипотеза подтвердилась: что антоцианы способны связывать свободные радикалы, которые разрушают клеточные структуры. Также под влиянием различных факторов антоцианы черной смородины претерпевают структурные изменения, что приводит к уменьшению их антиоксидантной активности.
3.2 Рекомендации
1. Использовать материал данной работы для уроков и занятий внеурочной деятельности.
2. Познакомить ребят младших классов и одноклассников с антоцианами – антиоксидантами плодов черной смородины, их химической устойчивостью к различным химическим реагентам.
3. Провести эксперимент с другими ягодами – малиной, клубникой, земляникой, ежевикой, красной и белой смородиной.
4. Изучить специальную литературу и более подробно изучить свойства и способы применения черной смородины при различных заболеваниях.
Список использованной литературы
1. Абдуллин, И.Ф. Органические антиоксиданты как объекты анализа / И.Ф. Абдуллин, Е.Н. Турова, Г.К. Будников // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. – 2001. – Т. 67, № 6. – С. 3–13.
2. Волков В.М., Олейников В.И. Биологически активные добавки в специализированном питании спортсменов. Москва. 2001.- 79 с.
3. Голотин В.Г. Биоантиоксиданты и их роль в жизнедеятельности организма / В.Г. Голотин, В.А. Гоненко // Валеология. - 1995. - Вып. 2. - С. 49-63.
4. Гудков, С.В. Биоантиоксиданты / С.В. Гудков, В.И. Брусков, А.В. Куликов, А.Г. Бобылёв, Д.А. Куликов, А.В. Молочков // Альманах клинич. медицины. – 2014. – № 31. – С. 61–69.
5. Дудкин И.С., Щелкунов Л.Ф. Новые продукты питания. -М.: Наука. - 1998.-303 с.
6. Дудник Л.Б., Храпова Н.Г., Биол. мембраны, 15(2), 184 - 190 (1998)
7. 3апрометов М.Н. Основы биохимии фенольных соединений: Учеб. пособие для биологических специальностей университетов. -М.: Высшая школа, 1974.-211 с.
8. Зорина О.В. Будущее официальной фитотерапии и фитофармакологии в России / О.В. Зорина // Провизор. - 2010. - Вып. 6. - С. 15-23.
9. Костюк, В.А. Биорадикалы и биоантиоксиданты / В.А. Костюк, А.И. Потапович. – Минск: БГУ, 2004. – 179 с
10. Левицкий Е.Л. Антиоксиданты и питание // Мед. Вестн.-1998.- 2.-С.16-17.
11. Яшин, Я.И. Природные антиоксиданты. Содержание в пищевых продуктах и их влияние на здоровье и старение человека / Я.И. Яшин, В.Ю. Рыжнев, А.Я. Яшин, Н.И. Черноусова. – М.: ТрансПит, 2009. – 200
Интернет – ресурсы
1. https://nauchkor.ru/uploads/documents/5c1a5e707966e104f6f855c8.pdf
П риложение 1
Рис. 1 Источник естественных Рис. 2 Чай с черной смородиной
антиоксидантов
П риложение 2
Рис. 3,4 Приготовление отвара
П риложение 3
Рис. 5,6,7 Приготовление экстракта
Приложение 4
Рис. 8,9,10 Определение наличие антоцианов в отваре и экстракте по
интенсивности окраски
П риложение 5
Рис. 11,12,13Изучение степени устойчивости антоцианов к действию оснований
Приложение 6
Рис. 14,15 Приготовила отвар и спиртовой экстракт
П риложение 7
Рис. 16,17,18 Результаты исследования.