XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Цветовая палитра антоцианов краснокочанной капусты

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Балюк Д.М. 1Гаврюнова Е.В. 1Балюк Р.М. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 3» муниципального образования города Братска

Балюк А.В. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 3» муниципального образования города Братска

Работа в формате PDF

751.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Окружающий нам мир удивителен и уникален. С древних времен человечество неустанно старается постичь все его многообразие и применить в своей жизни.

Растительные краски были одними из первых красок, которые начал употреблять человек, чтобы украсить себя, свое оружие, жилище и одежду. Сначала это были соки лепестков цветов, листьев и плодов, привлекавших внимание человека своей яркой окраской, затем человек научился добывать краску и из корней, коры. Удивительным образом ведут себя природные красители антоцианы в условиях воздействия веществ с различной pH средой. На сегодняшний день биохимическая природа антоцианов, их биосинтез и его регуляция достаточно подробно исследованы, но для детей опыты по преобразованию цвета сродни волшебству.

Проект посвящен исследованию цветной палитры антоцианов, содержащихся в краснокочанной капусте, при изменении рН среды. Основной целью является выявление закономерностей изменения окраски антоцианов в зависимости от кислотности и создание образовательного видеоролика, наглядно отражающего этот феномен.

Цель: Исследовать цветовую гамму антоцианов краснокочанной капусты в условиях воздействия веществ с различной pH средой, выявить закономерности изменений окраски и создать наглядное визуальное пособие в форме видеоролика.

Задачи проекта:

• Изучить теоретические сведения о структуре и функциях антоцианов, особенностях их поведения в различных средах.

• Подготовить растворы антоцианов из краснокочанной капусты.

• Провести экспериментальные исследования по изменению окраски антоцианов при взаимодействии с веществами разной pH-активности (щелочная среда, нейтральная среда, кислая среда).

• Определить зависимость между изменениями значения pH раствора и окраской антоцианов.

• Создать наглядное демонстрационное пособие (видеоролик), иллюстрирующее механизм изменения цвета антоцианов в различных растворах.

• Проанализировать полученные данные и сформулировать выводы о влиянии окружающей среды на окраску антоцианов.

• Представить проект в доступной и понятной форме, обеспечивающей понимание материала школьниками и широкой аудиторией.

В ходе реализации проекта будут выполнены следующие этапы:

• Сбор и систематизация научных сведений о природе антоцианов и их реакциях на различные уровни кислотности.

• Подготовка образцов экстрактов антоцианов из краснокочанной капусты.

• Экспериментальная проверка изменений окраски антоцианов при контакте с веществами разной рН активности.

• Анализ полученных результатов и построение таблицы зависимостей цветов от значений рН.

• Разработка сценария и съемка видеоролика, иллюстрирующего химическое поведение антоцианов.

Итогом станет образовательный ролик, доступный широкому кругу зрителей, позволяющий наглядно продемонстрировать химические процессы, происходящие с антоцианами в разных средах. Проект способствует развитию интереса школьников к химии и биологии, раскрывая удивительные природные явления через увлекательные эксперименты.

Теоретический раздел

Антоцианы

Многие растительные пигменты обладают способностью менять оттенок в зависимости от уровня кислотности клеточного сока. Благодаря этому свойству они выступают в роли индикаторов, применимых для анализа кислотности иных жидкостей. К числу естественных растительных пигментов относятся флавоноиды, среди которых выделяются каротиноиды, ксантофиллы и антоцианы, обусловливающие жёлтые, оранжевые, красные, синие и фиолетовые тона растительного мира.

Антоцианы — это группа природных красящих веществ, относящихся к классу флавоноидов. Они придают различным частям растения яркие оттенки, начиная от розово-красного и оранжевого и заканчивая фиолетовыми, синими и даже черными цветами. Наиболее часто встречаются в цветах, ягодах, овощах и листьях многих видов растений.

Известно большое количество объектов, богатыми антоцианами. Это малина, клубника, земляника, вишня, слива, краснокочанная капуста, черный виноград, свекла, черника, голубика, клюква и многие другие.

Антоцианы придают фиолетовый, синий, коричневый, красный или оранжевый цвета плодам. Такое многообразие объясняется тем, что цвет изменяется в зависимости от баланса кислот и щелочей.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р. Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Разнообразие окраски объясняется не только особенностями их строения, но и образованием комплексов с ионными К (пурпурная соль), Мg и Са (синяя соль), а также адсорбцией на полисахаридах.

Основные свойства антоцианов

Физико-химические свойства:

• Природные пигменты: Являются природными красителями, ответственными за окраску фруктов, овощей, листьев и цветов в оттенках от красного до синего.

• Флавоноидные соединения: Принадлежат к группе флавоноидов, обладающих структурной формулой C₆-C₃-C₆.

• Водорастворимые: Хорошо растворяются в воде, образуя прозрачные растворы с интенсивной окраской.

• Кислотность-зависимая окраска: Меняют цвет в зависимости от уровня pH среды: красный/розовый в кислой среде, синий/сиреневый в слабощелочной, зеленый/коричневый в сильнощелочной.

• Термочувствительность: Теряют окраску и разрушаются при длительном нагревании или кипячении.

• Окислительная нестабильность: Быстро окисляются кислородом воздуха, теряют насыщенность цвета.

Биологические свойства:

• Антиоксидантные свойства: Способствуют нейтрализации свободных радикалов, защищая клетки организма от окислительного стресса.

• Противовоспалительное действие: Оказывают противовоспалительный эффект, снижая активность воспалительных реакций.

• Улучшение зрения: Улучшают адаптацию глаз к темноте, способствуют регенерации сетчатки глаза.

• Поддержка сердечно-сосудистой системы: Укрепляют стенки сосудов, снижают риск развития атеросклероза и тромбозов.

• Иммунностимулирующие свойства: Повышают иммунитет, ускоряют восстановление тканей после травм и инфекций.

Применение:

• Используются в пищевой промышленности как натуральные пищевые красители.

• Применяются в косметике и медицине благодаря своим биологически активным свойствам.

• Используется в аналитической химии как индикатор кислотности растворов.

Эти свойства делают антоцианы ценными компонентами продуктов питания, лекарств и косметических средств.

В лабораторной практике антоцианы могут иметь практическое значение в качестве общедоступных индикаторов.

Антоцианы содержатся в вакуолях клеток растений, где поддерживается постоянный pH. Для того чтобы получить индикатор требуется извлечь их из клетки. Существует несколько способов сделать это: с помощью механического воздействия (разрезать), с помощью теплового шока (отварить), с помощью экстрагирования (лучше всего использовать полярный растворитель).

В качестве сырья лучше всего использовать лепестки или зрелые плоды. В то же время можно использовать заготовленные на зиму варенья, компоты, которые сохраняют окраску раствора, например, черную смородину, малину. Некоторые сорта чая тоже являются индикаторами. Неплохо подходят различные соки (желательно свежеприготовленные), к сожалению, из-за неустойчивости антоцианов, отвары быстро плесневеют и скисают, поэтому готовить такие индикаторы надо непосредственно перед работой с ними.

Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зелено-желтый цвет.

В зависимости от кислотности среды (pH) антоцианы могут изменять окраску: красно-фиолетовый антоциан, выделенный из краснокочанной капусты:

Так как антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами, то их можно применять как индикаторы для распознания кислотной, щелочной или нейтральной среды, как в химии, так и в быту.

Любой раствор (а получившийся отвар также является раствором) можно отнести к кислым или щелочным. Для того, чтобы количественно обозначить кислотность раствора, в 1909 году датский химик Сёренсен ввёл понятие pH – меры активности ионов водорода в растворе.

Для чистой воды при температуре 25 °С показатель рН равен 7 (это означает, что раствор химически нейтрален и не является ни кислотой, ни щёлочью). Вещества, у которых показатель рН менее 7, относятся к кислым, а те, у которых более 7, – к щелочным. Шкала, по которой определяют показатель pH, называется шкалой pH и имеет диапазон от 0 до 14.

Но как определить, каким является раствор: кислым или щелочным? Для этого используют индикатор – вещество, которое меняет свой цвет в зависимости от показателей кислотности раствора.

Если капустный отвар приобретает красный цвет, значит, раствор стал более кислым, а если зелёный, то щелочным. Именно это свойство позволит провести зрелищный эксперимент.

Практическая часть

Для организации практической части необходимо подготовить компоненты:

1. Отвар краснокочанной капусты

2. Сода, порошок стиральный, жидкое мыло, перекись водорода, аммиак, лимонная кислота, уксусная кислота, соляная кислота, азотная кислота.

Оборудование: мерные стаканчики, пробирки, пипетка.

Ход работы.

Разливаем фиолетовый отвар по стаканчикам, поочередно добавляем в стаканы лимонную кислоту, соду, стиральный порошок, мыло, перекись водорода, по одному ингредиенту в каждый стакан и наблюдаем за изменением цвета.

Результат эксперимента зависит от количества компонента, добавляемого в раствор.

Компонент	Цвет
Сода	Бирюзовый	Слабощелочная среда
Порошок стиральный	Зеленый	Щелочная среда
Жидкое мыло	Фиолетовый	Нейтральная среда
Перекись водорода	Бирюзово-синий	Слабощелочная среда
Аммиака водный раствор	Зеленый	Слабощелочная среда
Вода	Фиолетовый	Нейтральная среда
Лимонная кислота	Красный	Кислотная среда
Уксусная кислота	Красный	Кислотная среда
Соляная кислота	Красный	Кислотная среда
Азотная кислота	Красный	Кислотная среда

Вывод: Природные индикаторы можно использовать на уроках химии, элективных курсах, научных мероприятиях. Индикатор отлично реагирует на кислотную среду, в щелочной среде реакция протекает тоже очень хорошо, на компоненты не являющиеся ни кислотой, ни щёлочью (водный раствор аммиака, перекись водорода) наблюдаем поведение как для слабощелочной среды. Вода и жидкое мыло не показали изменения цвета раствора, что говорит о том, что данные компоненты pH нейтральны.

Заключение

Этот простой опыт вызывает удивление у младших школьников своей зрелищностью в силу того, что большинство добавляемых компонентов не имеют цвета и запаха.

Для младших школьников, не имеющих познаний в химии и жизненного опыта, это визуально выглядит это как волшебство.

Проект реализован в рамках предмета окружающий мир в первых классах, курса внеурочной деятельности «Введение в естественно-научные предметы» в пятых классах (фотоотчет в Приложении 2).

Видеоролик с опытом размещен в сети Интернет и доступен по ссылке https://vkvideo.ru/video-230304246_456239017?list=ln-Xge9aLkbzDKjgVRzgB

Проект представлен на IV Региональной научно-практической конференции «Юные техники и изобретатели Приангарья» (презентация защиты в Приложении 3).

Дети чрезвычайно любопытны, их любознательность и стремление познавать окружающий мир, удивляться, казалось бы, обыденным вещам бесценны. Чтобы огонь познания не угас его нужно подпитывать экспериментами, противоречивыми фактами, неожиданными открытиями и связью с окружающим миром. В нашей работе мы пришли к выводу, что наука должна быть популярной, доступной и понятной для детей, описывающей простым языком окружающий мир.

Список использованных источников

1. Веселая химия [Электронный ресурс] www.alhimik.ru Режим доступа: http://www.alhimik.ru/show/index.html#1 , свободный.

2. Антоцианы [Электронный ресурс] https://ru.wikipedia.org/ Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/w/index.php?go=Перейти&search=антоцианы&title=Служебная%3AПоиск&ns0=1, свободный.

3. Разноцветные «чудеса» науки [Электронный ресурс] https://biomolecula.ru Режим доступа: https://biomolecula.ru/articles/raznotsvetnye-chudesa-nauki, свободный.

Приложение 1

Классификация неорганических веществ

Приложение 2

Приложение 3