VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Мыло - щит от бактерий

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Богачков Д.И. 1

---

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Гимназия №16 города Тюмени МАОУ Гимназия №16 города Тюмени

Сухинина Л.В. 1

---

1МАОУ Гимназия №16 города Тюмени

Работа в формате PDF

3.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В почве, воде в организмах растений, животных и людей существуют живые существа – бактерии. Они так малы, что их не увидишь невооруженным глазом. До изобретения микроскопа об их существовании не догадывались. Совокупная биомасса бактерий на Земле составляет 500 миллиардов тон! Они бывают полезные и вредные.

Мы и живем-то только благодаря этой биомассе – только бактерии способны утилизировать азот атмосферы в нитраты, которые необходимы для синтеза белка. А тут и еще и запасы углеводорода, и вклад в формирование атмосферы!

Но есть очень опасные бактерии, которые являются виновниками многих серьезных заболеваний – пневмония, ангина, скарлатина, тиф и т. д.

Мы каждый день ходим по магазинам, пользуемся транспортом тем самым сталкиваемся с носителями золотистого стафилококка и множество других бактерий. Дверные ручки, тележки в магазинах, спортивные тренажеры, везде колонии бактерий, которые оседают у нас на руках![2]

Поэтому, нам родители говорят – «после школы или после прогулки, первым делом мыть руки с мылом». Это элементарная защита от опасных болезней.

На сегодняшний день в магазинах большой ассортимент мыла, которые отличаются ценой, цветом, запахом и еще, из рекламы, я узнал про интересный параметр – pH (водородный показатель среды). Оказывается, он позволяет определить, какова среда мыла: кислая, щелочная или нейтральная.

И тут у меня возник ряд вопросов:

- все ли сорта мыла защищают нас эффективно от болезней?

- зависит ли эффективность защиты от уровня pH?

- почему одно мыло стоит - 10 руб., а другое - 50 руб. или эффективность защиты зависит от цены на мыло?

Проблема выбора мыла, удовлетворяющего требованиям гигиены, проблема сочетания цены и эффективности антибактериальной защиты является крайне актуальной.

Гипотеза: Я предполагаю, что защитные свойства мыла зависят от показателя pH.

В моей работе объект исследования – мыло, а предмет исследования – зона антибактериальной защиты.

Исходя из выше сказанного, я поставил цель – найти мыло с эффективной антибактериальной защитой.

Для достижения поставленной цели мною был поставлен ряд задач:

узнать, что собой представляют бактерии;

выяснить что такое мыло и его параметры;

выяснить механизм очистки от грязи с помощью мыла;

изучить влияние pH мыла на жизнь бактерий;

экспериментально убедиться в существовании бактерий;

экспериментально определить pH разных сортов мыла;

экспериментально определить зону защиты разных сортов мыла;

опередить наиболее эффективный сорт мыла, с точки зрения размера зоны защиты;

опередить наиболее экономически эффективный сорт мыла;

проанализировать полученные данные.

Глава 1 Теоретическая часть

1.1. Что такое бактерии

Изучая литературу, я определил бактерии – это одноклеточные организмы они состоят из одной клетки. Каждый вид этих микроорганизмов имеет отличную от других видов форму клетки (рис. 1): шарообразную (пневмококк, стафилококк, стрептококк), палочковидную (кишечная, синегнойная) или извитую (спирохеты и эмбрионы). Большинство бактерий растет группами, образуя колонии. Пока бактериям хватает пищи, они продолжают делиться и образуют быстро растущие колонии. Обычно они располагаются в теплых, влажных места местах: внутри тела человека или в продуктах питания, оставляют открытыми на столе. [3]

Некоторые бактерии безвредные, а есть даже полезные. В организме человека, особенно в кишечнике, находится множество бактерий, приносящих пользу – это многочисленные палочки или лактобациллы. Они помогают организму человека переваривать пищу и защищают его от вредных микробов. Бактрии другого вида вырабатывают витамин К, вещество необходимое для свертывания крови.

В организме человека могут размножаться и опасные бактерии, которые туда попадают, в процессе приема пищи грязными руками. Такие микроорганизмы вырабатывают ядовитые вещества, которые называются токсинами. Именно они отравляют организм, и человек заболевает. Например, бактерии стрептококки могут вызывать такие заболевания, как ангина, воспаление среднего уха и кожные инфекции.[5]

К счастью, на эти бактерии губительно действует лекарство, которое называется пенициллином (антибиотик).

Пенициллин – выделяют из пенициллиновой плесени (зеленого цвета) в предыдущей моей работе я изучил скорость роста плесени на хлебе при разной температуре.

1.2. Знакомство с мылом

Мыло - чистящее вещество, моющее средство. Мы привыкли, что мыло – это ароматный кирпичик, который под воздействием воды растворяется и пенится.

Изучая литературу о мыле, я узнал, что секрет мыла именно в пене. Мыльная пена состоит из бесчисленного количества мыльных пузырьков, оболочка которых сделана из воды, а поверхность из большого количества крючков (хвостиков). Частички грязи, пыли и сажи прилипают к крючкам (хвостикам) пузырьков, механизм аналогичен колючке-репей которая прилипает к одежде. Смыть же пену с частицами грязи можно довольно легко простой водой, и руки становятся чистыми. [1]

Мне стало интересно, откуда на мыльном пузырьке крючки (хвостики)? Я дальше стал изучать строение молекулы мыла.

Оказывается, молекула мыла выглядит, как змея с маленькой головой и длинным хвостом. Хвостик молекулы очень любит грязь (жир), но терпеть не может воду, а головка наоборот очень любит – воду.

Молекула мыла структурно представлена на рис. 2.

Таким образом, механизм действия мыла довольно прост, его этапы представлены на рис 2. Когда мы моем руки, хвостик молекулы мыла очень подвижный, и как сверло, вкручивается в грязь прочно соединяясь с ней, при этом голова молекулы с удовольствием цепляется за молекулы воды и тянет грязь от очищаемой поверхности в водный раствор. Поэтому руки становятся чистыми.

Как же определить, сколько нужно мыла? Самый простой способ – добиться пенообразования, хорошо мыльте руки. Ведь наличие мыльной пены свидетельствует об изобилии «змеек».

1.3. Параметры мыла

При выборе мыла в магазине мы часто обращаем внимание на следующие параметры:

форму – должна быть правильной (прямоугольной);

консистенцию – твердое/жидкое мыло;

запах – не должен быть неприятный (гнилостный);

цвет;

цену.

Но оказывается кроме этих параметров еще есть показатели мыла, которые в магазине не определить, а именно:

моющая и чистящая способность – степень удаления загрязнений;

универсальность – способность удаления различных загрязнений с различных поверхностей;

возможность выполнения дополнительных функций – отбеливание, антистатические свойства. дезинфицирование и т.д;

безопасность – характеризует степень воздействия на кожу и дыхательные пути человека.

Все перечисленные показатели сильно зависят от pH мыла.

Дайте разберёмся, что такое pH и как он влияет на человека.

1.4. Степень кислотности среды (pH)

pH – это степень кислотности, значение придуманное химиками, чтобы определять «природу» среды – кислотную или щелочную. Чистая вода – нейтральная среда и pH воды - 7. Все что ниже 7 – кислотная среда, выше – щелочная.[6]

Измерить рН можно с помощью индикаторных полосок, которые изменяют свой цвет в зависимости от реакции среды см. рис. 3.

Чем дальше pH от 7, тем более агрессивной становиться среда, таким образом 0 – это pH сильной кислоты, а 14 – щелочи.

Мыло состоит из солей жирных кислот, которые образованы щелочными металлами (натрий или калий). Чем больше щелочи в мыле, тем больше змеек (активного вещества) тем больше пенки, а, следовательно, и быстрее удаляется грязь.

Таки образом, большинство мыла, за редким исключением, имеют рН показатель от 9,5 до 10,5.

Так, например, мыло хозяйственное содержит жирных кислот не более 72 % и большим количеством щелочей, около 0,15-0,20 %.

Мыла с нейтральной средой 7-8 являются синтетическими моющими средствами – технически, в них нет мыла, это синтетический очиститель. 

Получается, что мыло делает кожу человека более щелочной, чем синтетические очищающие средства. При этом у людей с сухой кожей может появиться раздражение или аллергия от этих средств. Для таки людей рекомендуют мыла с килой средой, они реже приводят к раздражению, чем нейтральные или щелочные.

Теперь необходимо разобраться, как же влияет pH мыла на жизнь бактерий.

1.5. Влияние pH мыла на жизнь бактерий

Кислотность среды относят к одному из важнейших показателей для роста и развития бактерий. Оптимальным для развития бактерий являются цифры, характеризующие нейтральную среду.

Интервал pH от 1 до 11 – это предельные показатели, при которых удалось выжить некоторым бактериям. Но в основной массе их рост прекращается при уровне кислотности, равном 4. Если значение pH определяется как 9, то практически все известные микроорганизмы перестают размножаться. То есть для развития и роста бактерий важно, чтобы кислотность находилась в рамках от 4 до 9.

Существует вид бактерий, для которых жизненно важно, чтобы pH, как можно больше соответствовал кислым средам. Их называют ацидофильными и относят к виду молочнокислых бактерий. Когда они оказываются в молоке, то начинают перерабатывать содержащиеся в нем углеводы в молочную кислоту. Они являются важными участниками процесса получения пробиотических продуктов.

Полезные свойства молочнокислых ацидофильных микроорганизмов используются и для того, чтобы создать лекарственные препараты. Они оказывают благотворное влияние не только на функцию кишечника, но и помогают справиться с рядом других заболеваний. Понижение уровня pH с целью сохранения заготовок на зиму использует каждая хозяйка. Добавление уксуса создает кислую среду, в которой патогенные микроорганизмы не выживают.

Изучив теоретические основы о бактериях и о мыле, теперь я перехожу к решению практических задач.

Глава 2 Экспериментальная часть работы

Для достижения поставленной цепи в рамках данной работы, я в домашних условиях провел ряд экспериментов:

Эксперимент №1. Чистые руки;

Эксперимент №2. pH мыла;

Эксперимент №3. Зоны антибактериальной защиты мыла.

В первом эксперименте были выращены колоний бактерий в питательной среде.

Во втором эксперименте определен pH у двадцати трех сортов мыла.

В третьем эксперименте были выращены колоний бактерий в питательной среде совместно с мылом разного сорта.

Во всех экспериментах применялись средства исследования, следующие:

термометр;

фотоаппарат Nikon;

чаша Петри;

лакмусовые полоски;

микроскоп Levenhuk 40L\50L\D50L с цифровой камерой;

программа Excel.

2.1. Эксперимент №1. Чистые руки

Цель эксперимента - вырастить колонии бактерий и проверить действие мыла на бактерии.

Методика эксперимента заключалась в следующем:

Подготовить питательную среду;

Разлить питательную среду в чаши Петри №1 и №2;

Промаркировать чаши Петри №1 и № 2;

Прикоснуться грязным пальцем к питательной среде в чаше Петри №1;

Прикоснуться чистым пальцем к питательной среде в чаше Петри №2;

Убрать чаши Петри в темное теплое место на четыре дня;

Проанализировать полученные результаты.

Ход эксперимента.

24 января 2018 г. начало эксперимента.

Для эксперимента, в магазинах было приобретено шесть чашей Петри, десять пакетиков агара.

После магазина чашки Петри хорошо промыл с мылом и просушил в микроволновке.

Теперь необходимо подготовить питательную среду, для этого мне потребовалось:

- 100 г куриного бульона;

- один пакет агара;

- чайная ложка сахара.

Рецепт приготовления питательной среды для бактерий следующий:

- куриный бульон налил в металлическую тарелку и туда высыпал пакетик агара см. рис. 4;

- полученную массу стал нагревать на плите одновременно, помешивая пока агар полностью не растворился, и масса не стала густеть (образовалось желе).

Все питательная среда готова, теперь я ее по 50 мг разлил в две чашки Петри заранее промаркированные №1 и №2 и дал им остыть. Причем чашки Петри должны быть перевернутыми, что бы не попала вода на смесь.

Далее я пальцами немытой левой руки прикоснулся к питательной среде чашки №1, а к питательной среде чашки №2 прикоснулся пальцами мытой с мылом правой руки см. рис. 5.

Затем чашки Петри закрыл крышками и заклеил липкой лентой.

Чашки Петри убрал в теплое темное место на четыре дня.

Через четыре дня я достал чашки Петри. Открыл крышки и сфотографировал питательную среду с колониями бактерий результаты см. рис. 6, рис. 7 и рис. 8.

28 января 2018 г. окончание эксперимента.

Результаты эксперимента

Чашка Петри №1 с отпечатком грязной руки была темнее, на ней появились узоры в виде веток деревьев, так же появились участки с разного цвета.

Чашка Петри №2 с отпечатком чистой руки была светлее, на ней узоров меньше, но на ней видны колонии бактерий и грибов.

2.2. Эксперимент №2. Определение pH мыла

Цель эксперимента – определить степень кислотности мыла разных сортов.

Методика эксперимента заключалась в следующем:

Определить кислотно-щелочной баланс у 23 сортов мыла;

Зафиксировать результаты в таблице;

Отобрать 10 сортов мыла с разным pH для следующего эксперимента.

Ход эксперимента

20 февраля 2018 г. начало эксперимента.

Для эксперимента, я в магазине Магнит и Райт приобрел 23 сорта (рис. 9) мыла и лакмусовые полоски для определения pH.

Я сначала распечатал 23 куска мыла, пронумеровал их, сделал таблицу. В колонке наименование записал название 23 сортов мыла.

Затем, смоченными в воде ватными палочками, тёр по поверхности мыла до образования пены. Потом лакмусовой полоской прикасался к мыльной воде и ждал пока цвет полоски не измениться см. рис.10. Как только полоска меняла цвет, сверял её со шкалой pH см. рис. 11. Полученное значение заносил в таблицу №1 в колонку pH напротив названиясм. рис. 12.

Результаты эксперимента

Как оказалось, pH у 12 сортов из 23 сортов мыла, в основном pH – 8, а у остальных сильно отличается.

Есть мыло «Краснодарка» с pH – 10, а мыло «Dove» - с pH – 4.

Таблица1. Степень кислотности мыла

2.3. Эксперимент №3. Определение зависимости размера зоны антибактериальной защит от ph мыла

Цель – вырастить колонии бактерий в питательной среде совместно с мылом и определить размеры зоны антибактериальной защиты мыла.

Методика эксперимента заключалась в следующем:

Подготовить питательную среду;

Разлить питательную среду в чаши Петри №1 и №2;

Промаркировать чаши Петри №1 и № 2;

Подготовить десять столбиков мыла одинакового размера;

Поместить в чашку Петри №1 первые пять столбиков мыла;

Поместить в чашку Петри №2 вторые пять столбиков мыла;

Поставить чашки Петри №1 и №2 в темное теплое место на 4 суток.

Зафиксировать результаты в таблице;

Проанализировать полученные результаты.

Ход эксперимента

20 февраля 2018 г. начало эксперимента.

Для эксперимента я подготовил столбики мыла одного размера (рис. 13) у отобранных 10 сортов мыла из эксперимента 2 (см. рис. 14).

Затем чашки Петри опять хорошо промыл с мылом и просушил в микроволновке.

Далее подготовил питательную среду (рис. 15) по следующему рецепту:

- кипяченную воду налил в металлическую тарелку и туда высыпал пакетик агара и чайную ложку сахара;

- полученную массу стал нагревать на плите одновременно, помешивая пока агар полностью не растворился, и масса не стала густеть (образовалось желе).

Питательную среду порциями по 50 мг разлил в две чашки Петри и заранее промаркированные №1 и №2 и дал им остыть.

Как только питательная среда остыла разместил (рис. 16) в чашках Петри столбики мыла согласно рис. 17. По пять столбиков в каждую чашку Петри.

Затем чашки Петри закрыл крышками и заклеил липкой лентой.

Чашки Петри убрал в теплое темное место на четыре дня.

Через четыре дня я достал чашки Петри. Открыл крышки и сфотографировал питательную среду с колониями бактерий см. рис. 18, рис. 19 и рис. 20.

Результаты эксперимента занес в таблицу 2.

24 февраля 2018 г. окончание эксперимента.

Результаты эксперимента

Получились очень интересные результаты.

Зона антибактериальной защиты выше у мыла с pH – от 4-5 (кислая среда) и у мыла с pH – от 9 до 10 (щелочная среда).

У мыла с pH от 6 до 8 (нормальная среда) наблюдается самый низкий размер зоны защиты.

Максимальная зона защиты у мыла с pH 9 - Safeguard и составляет 53 мм.

Максимальная зона защиты у мыла с pH 4 - Dave и составляет 24 мм.

Минимальная зона защиты у мыла с pH 6 - Глицеринового и составляет 9 мм.

Результаты эксперимента представлены в виде гистограммы см. рис. 21.

На рис. 21 видно, что оптимальная зона антибактериальной защиты у мыла с уровнем pH – 5 и 9. В нейтральной среде рH самая маленькая зона защиты. Так же рис. 21 показана зависимость диметра зоны антибактериальной защиты от pH.

В работе была сделана оценка 10 сортов мыла с лучшим соотношением цена - качество защиты.

Для определения экономической эффективности есть цена мыла, вес мыла и его зона защиты, найденная в эксперименте №3.

В работе был найден вес мыла, для этого вес мыла необходимо разделить на его стоимость, тем самым определена цена одного грамма мыла.

Экономическая эффективность находится отношением размера зоны защиты к стоимости одного грамма мыла.

По полученным данным в работе построена гистограмма рис. 22.

На гистограмме в начале размещено самое эффективное мыло далее показаны мыла в порядке убывания экономической эффективности.

Таким образом, самое выгодное получилось хозяйственное, не выгодное глицериновое.

Таблица 2. Результаты эксперимента №3

Заключение

В заключении хочу отметить, тема моей работы очень интересна, при ее исследовании я смог научиться:

выращивать колонии бактерий;

анализировать результаты экспериментов;

пользоваться микроскопом.

В работе я добился следующих результатов:

Safeguard - самое эффективное мыло, у него максимальная зона антибактериальной защиты 53 мм.

хозяйственное мыло – экономически эффективное мыло с точки зрения соотношения защитных (размер зоны защит 30 мм) свойств стоимости (цена 1 гр мыла 7 коп.).

большинство сортов мыла имеют pH 6 – 8 (нейтральная среда) они смывают только грязь, но не защищаю от бактерий.

бактерии перестают развиваться в кислой (pH – 4, 5) и в щелочной среде (pH 9,10)

эффективность мыла зависит от количества содержания щелочи (чем больше щелочи, тем больше количество «змеек»).

Я теперь всегда мою руки без напоминания родителей.

Список использованных источников и литературы

Журавлев А.М. и др. Справочник по мыловаренному производству.М., 1974 Товбин И.М. Производство мыла. М., 1976

Инфекции. Как защитить себя и своего ребенка / А. Л. Мясников. – Москва: Издательство «Э», 2016. – 272 с.

Я познаю мир: Ботаника: энциклопедия / Я11 Ю. Н. Касаткина; художник. О. П. Багина, О. А. Герасина. – М.: АСТ: Астрель, 2008. -398, [2] c.:ил.

URL: https://www.krugosvet.ru/node/37195/

URL: https://probakterii.ru.

URL: https://cosmetology-info.ru/1780/PH-i-sredstva-dlya-ochishcheniya-kozhi.

Приложения

Рис. 1. Вид бактерий.

Рис. 2. Молекула мыла. Механизм действия мыла.

Рис. 3. Степень кислотности pH

Рис. 4. Эксперимент №1. Приготовление питательной среды.

Рис. 5. Эксперимент №1. Чистые руки

Рис. 6. Эксперимент №1. Колонии бактерий в чашках Петри №1 и №2.

Рис. 7. Эксперимент №1. Колонии бактерий в чашке Петри №1.

Рис. 8. Эксперимент №1. Колонии бактерий в чашке Петри №2.

Рис. 9. Эксперимент №2. Мыло

Рис. 10. Эксперимент №2. Определение уровня pH мыла

Рис. 11. Эксперимент №2. Уровень pH у мыла

Рис. 12. Эксперимент №2. Запись результатов в таблицу.

Рис. 13. Эксперимент №3. Выдавливание столбиков мыла.

Рис. 14. Эксперимент №3. Столбики мыла.

Рис. 15. Эксперимент №3. Питательная среда.

Рис. 16. Эксперимент №3. Размещение столбиков мыла в питательной среде.

Рис. 17. Эксперимент №3. Столбики мыла в питательной среде.

Рис. 18. Эксперимент №3. Чашка Петри №1 с колониями бактерий и антибактериальными

зонами защиты от столбиков мыла

Рис. 19. Эксперимент №3. Чашка Петри №2 с колониями бактерий и антибактериальными

зонами защиты от столбиков мыла

Рис. 20. Эксперимент №3. Чашки Петри №1 и №2 с колониями бактерий и антибактериальными

зонами защиты от столбиков мыла

Рис. 21. Эксперимент №3. Гистограмма зависимости, размера зоны

антибактериальной защиты от pH мыла

Рис. 22. Эксперимент №3. Гистограмма экономической эффективности мыла