VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Чем пахнут пряности?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Рожкова Е.А. 1

---

1МСОШ №10

Макарова С.П. 1

---

1МСОШ №10 г.Тейково Ивановская область

Работа в формате PDF

3.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Цель работы: провести сравнительный анализ пряностей различного происхождения: ванилина и ванили, молотой корицы и в виде палочек, молотого кардамона и его семян.

Задачи:

Проанализировать литературу для выявления сведений об изучаемых пряностях.

Подобрать и освоить методики определения их качественного состава.

Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Гипотеза: состав, а следовательно, свойства пряностей различного происхождения, имеют существенные отличия.

Актуальность выбранной темы обусловлена остро стоящей проблемой настоящего времени – фальсификацией товаров.

Объект исследования: ванилин и ваниль, корица (молотая и в виде палочек), кардамон (молотый и его семена).

Предмет исследования: химический состав пряностей.

Методы исследования: анализ литературных данных, качественный анализ образцов пряностей, сравнение.

Практическая значимость: полученные результаты необходимы для оценки качества и обоснованного выбора, поставляемого потребителю пряностей.

Вклад автора: экспериментальные исследования проведены лично автором. Разработка оптимальных методик, планирование эксперимента, обсуждение результатов выполнены под руководством научного руководителя.

Обзор литературы

Общие представления о пряностях.

В русском языке слово "пряный", как свидетельствует В.И. Даль, означает "острый, пахучий, приятный на вкус", в противоположность "пресному" и "приторному"[1]. Само слово "пряность" происходит в русском языке от слова "перец" — первой ставшей известной русским пряности (пряный‑перяный, то есть наперченный).

Пряности — это разнообразные части растений, обладающие каждая специфическим устойчивым ароматом (запахом), разной степенью жгучести и отчасти привкусом. Будучи употреблены в крайне малых дозах, они способны придать любому пищевому продукту свои уникальные свойства и изменить его вкус в желательном направлении, а также повысить консервацию пищевых продуктов и содействовать наилучшему усвоению их нашим организмом [11].

Ваниль.

Ваниль — род многолетних лиан семейства Орхидные. Растение паразитирует на высоких деревьях. Листья у ванили овальные мясистые [6], цветки крупные, светло-зеленые, приятно пахнущие, собранные в кисть (рис. 1).

Цветет ваниль на третий год жизни, время цветения только один день. Цветки открываются после полудня и закрываются к ночи. И опылить цветок нужно успеть за эти пол дня [13]!

Плод содержит крохотные семена чёрного цвета, не имеющие запаха и вкуса [6]. Настоящая, правильно подготовленная к использованию и хранению ваниль просто поражает своей стойкостью. Известен случай, когда после 36-летнего хранения, пряность сохранила все свои свойства. Но при нарушении правил хранения, стручки становятся хрупкими, теряют свою эластичность, трескаются, теряют свой цвет. Светлые, потрескавшиеся или раскрытые стручки не годятся [3].

Все вышесказанное, хорошо объясняет высокую стоимость этой специи.

Сама ваниль не имеет ни аромата, ни вкуса. Все это она получает после ферментации. Сладкий запах ванили обманчив. Стоит переборщить - и блюдо станет горьким [13].

В плодах находится 1–3 % ванилозида, пиперонал и другие душистые вещества. При ферментации ванилозид расщепляется на ванилин и ваниол. Ваниол, в свою очередь, окисляется в ванилин. Это одно из веществ, к которым нос человека наиболее чувствителен: одного миллиграмма этого вещества достаточно, чтобы в любой точке огромного концертного зала можно было уловить его запах [10].

Без ванили немыслимо приготовление многих блюд. В народной медицине ваниль применяется при лихорадке, диспепсии, хлорозе, расстройстве нервной системы, психических заболеваниях, сонливости, ревматизме [3]. Аромат ванили используют в ароматерапии.

Ванилин.

Многие путают ванилин с ванилью, полагая, что это одно и то же. На самом деле, разница между этими продуктами есть.

Ваниль — специя, в составе которой присутствует 250-500 различных компонентов. Ванилин — вещество, которое придает специи аромат и вкус. Отвердевшие стручки ванили содержат примерно 2% ванилина на сухой вес [3].

Кроме натурального ванилина существует ванилин синтетический.

Синтетический ванилин – это кристаллический порошок от белого до светло-желтого цвета, жгучего горького вкуса с более резким и сильным запахом, чем у натуральной ванили.

С егодня на языке химиков оно называется 4-окси-3-метоксибензальдегид. Формула ванилина C₈H₈O₃. Он содержит такие функциональные группы как альдегидная, эфирная и фенольная:

Мировой спрос на ванилин значительно превышает его реальное количество, вырабатываемое из стручков ванили. По статистическим данным, к примеру, потребность в ванилине в 2001 году составляла 12000 т, а произведено его было натуральным способом лишь 1800 т. Соответственно весь недостающий ванилин был создан искусственно, то есть химически синтезирован. Синтетический ванилин получают из нефтепродуктов, лигнина, эвгенола. Его цена в 20 раз ниже стоимости ванили. Ежегодно производят более 20 тысяч тонн продукта.

В 70-е годы XIX века было предложено сразу несколько путей синтеза ванилина. Сырье выбирали доступное в умеренных широтах: кониферин из хвойных растений, эвгенол из эфирного масла гвоздики, гваякол — продукт сухой перегонки древесины (рис. 3) [2]. Натуральная ваниль помимо ванилина пахнет коричными эфирами, анисовыми спиртом и альдегидом. У искусственных аналогов ванилина, например, этилванилина (рис. 4) запах гораздо сильнее, что радует производителей, но на него бывает аллергия [13]. По некоторым данным ванилин находится в списке опасных веществ Национального института здравоохранения США.

Корица.

Корица относится к семейству лавровых, роду коричник (Cinnamomum), который насчитывает 250—300 видов. Это вечнозеленые деревья и кустарники, растущие в тропиках и субтропиках Азии, Австралии и Америки и на островах Полинезии. Практически у всех коричников пахучие листья, плоды и кора (рис. 5). Знаменитый камфорный лавр, источник натуральной камфоры, тоже коричник — C. Camphora [5].

Корица настоящая или кинамон — это высушенная часть коры, которую используют в качестве приправы. Для производства настоящей специи используют только внутренний слой коры молодых побегов. Их сушат на солнце и сворачивают в трубочки. Пряность имеет характерный запах корицы.

Цейлонская корица считается самой качественной, ее даже называют настоящей. Второе по популярности место занимает китайская корица, или кассия — C.cassia. По качеству китайская корица несколько уступает настоящей, у нее более резкий вкус. Есть еще сайгонская (вьетнамская) корица С.saigonicum, она же С.loureiroi, очень ароматная, на вкус сладкая и немного вяжущая.

Настоящая корица обладает нежным ароматом и сладковатым, слегка жгучим вкусом. Толщина высушенной коры составляет 1-2 мм. Пряность имеет насыщенный состав, который обеспечивает высокий лечебный эффект [5].

Кора и листья коричников содержат 1—2 % эфирного масла, которое и определяет вкус и запах корицы. Масло разных видов отличается по составу, композиция ингредиентов еще не полностью расшифрована, но основные компоненты известны. Прежде всего это коричный альдегид (3-фенилпропеналь) С₆Н₅СН=СНСНО (рис. 6а).

В масле настоящей корицы альдегида примерно 90%, кассии — 75%, сайгонской корицы — 25%. В чистом виде коричный альдегид представляет собой бесцветную жидкость с сильным запахом корицы и жгучим вкусом. Его используют как ароматизатор в парфюмерии и косметике, а также для создания искусственных эфирных масел корицы. Второй компонент — монотерпен фелландрен (рис. 6б), который обладает травянистым запахом с легким оттенком мяты. И наконец, эвгенол (4-аллил-2-метоксифенол) — бесцветная, желтеющая на воздухе жидкость с сильным ароматом гвоздики (рис. 6в).

Своими полезными свойствами корица тоже обязана компонентам эфирного масла [9]. Она улучшает пищеварение, вызывает аппетит, обладает тонизирующим действием. Это прекрасное потогонное, отхаркивающее и жаропонижающее средство. Противовирусные, антибактериальные и противогрибковые свойства корицы нашли применение не только в медицине, но и в домашнем консервировании [6].

Коричный альдегид впервые выделен из коричного эфирного масла в 1834 г. французским химиком Жаном Батистом Дюма, а впервые синтезирован итальянским химиком Луиджи Кьюцца в 1854 г.

Исходным веществом для биосинтеза коричного альдегида является аминокислота фенилаланин, биосинтез проходит в несколько стадий:

В лаборатории коричный альдегид можно получить конденсацией бензальдегида с уксусным альдегидом в присутствии основного катализатора (этот процесс называется альдольной конденсацией, еще один продукт реакции – вода (собственно таким способом его и получил Кьоцца):

По поводу промышленного получения коричного альдегида источники расходятся. Русскоязычные говорят о том, что его получают по реакции, обнаруженной еще в 1834 году, англоязычные – что выделяют из коры коричного дерева. Скорее всего, и то и другое правда, поскольку коричное дерево хорошо возделывается в тропической климатической зоне, но не в климатических условиях, свойственных для большей части территории нашей страны, вот и приходится нам его синтезировать [7].

Кардамон.

Кардамон настоящий Elettariacardamomum принадлежит к роду Элетария семейства имбирных, он близкий родственник имбиря и куркумы [4]. Это многолетнее травянистое растение с мясистым корневищем, от которого отходят побеги. Побеги высокие, до четырех метров, а листья достигают в длину 70 см (рис. 7). Цветки у кардамона белые, их опыляют насекомые и колибри, и в результате их трудов образуются плоды — трехгранная трехгнездная коробочка с темно-коричневыми или черными семенами.

Выращивание кардамона — занятие непростое. Плантации разбивают на высоте 600—1500 м над уровнем моря. Этой капризной культуре необходимы тепло, влага и тень. Растет кардамон медленно, первый урожай можно снимать только через три года, а еще через четыре урожайность падает. Еще одна сложность — неодновременное созревание плодов даже на одном соцветии, поэтому собирать их приходится вручную. Неудивительно, что кардамон входит в тройку самых дорогих пряностей вместе с ванилью и шафраном. Сегодня кардамон также выращивают во Франции и на юге Североамериканского континента [4].

Урожай кардамона — это коробочки. Их сухая оболочка не имеет запаха и вкуса, ценность представляют семена, богатые эфирным маслом.

Пряность имеет своеобразный остро-сладкий вкус с нотками цитрусовых. Благодаря большому количеству эфирных масел, кардамон имеет пряно-острый, немного камфорный, душистый аромат [6].

Кардамон — ароматизатор колбас, теста, маринадов, мясных и рыбных блюд, супов и салатов, творожных изделий, киселей, варенья и компотов, горчицы и некоторых соусов. Эта пряность хорошо сохраняет аромат при длительном нагревании, поэтому ее используют в выпечке.

Семена кардамона содержат сахара, крахмал клетчатку, витамины А, В1 и В2, кальций, натрий, магний, фосфор, калий, железо. Кардамон является лидером среди прочих специй по содержанию натурального легко усваиваемого цинка. С кардамоном, как и со всякой жгучей пряностью, должны быть осторожны люди, страдающие язвой желудка и двенадцатиперстной кишки [4].

В состав эфирного масла кардамона входят 34 компонента, преобладают 1,8-цинеол и 4-терпинилацетат. Терпинилацетат  (рис. 8) — органическое вещество фенольного ряда, ацетат n-1-ментен-8-ола. Промышленный способ получения состоит в ацетилировании терпинеола уксусным ангидридом при температуре 26—28°С и в присутствии катализатора, серной кислоты:

Кардамон в молотом виде часто подделывают — используют плоды низкого качества или смешивают их с молотым имбирем и другими остропряными недорогими специями. Поэтому пряность лучше всего покупать в стручках и молоть самостоятельно. Так шансы нарваться на подделку будут минимальны.

Экспериментальная часть.

Определение органолептических характеристик.

Так как внешний вид исследуемых образцов пряностей существенно отличается друг от друга (см. главу 2 и рис. 9), основным показателем для сравнения стало определение запаха.

Ванилин, по сравнению с натуральной ванилью, имеет более резкий запах. Палочка корицы, в отличие от молотой пряности, обладает более ярким ароматом. Запах семян кардамона имеет цитрусовые ноты, в то время как, молотый кардамон обладает обычным пряным запахом.

Исследование растворимости веществ.

Натуральная ваниль практически не растворяется в воде, даже при нагревании. Растворить её можно в разбавленном растворе этилового спирта. Ванилин хорошо растворим в воде комнатной температуры (рис. 10).

Значение pHобоих растворов равно 5.

Образцы корицы и кардамона достаточно хорошо растворимы в воде (рис. 11). Значения pHрастворов корицы и кардамона равны 5.5. Таким образом, среда для всех растворов является слабокислой. Это согласуется с данными структуры и предполагаемых химических свойств изучаемых веществ.

Качественные реакции.

Для исследования и сравнения образцов изучаемых пряностей были проведены качественные реакции на наличие определённых функциональных групп [8].

Наличие фенольной группы.

К раствору определяемого вещества добавляют несколько капель раствора хлорида железа (III). Окрашивание смеси в фиолетовый цвет свидетельствует о наличии фенольной группы:

К раствору определяемого вещества добавляют несколько капель раствора бромной воды. Выпадение белого осадка свидетельствует о наличии фенольной группы:

Реакции на альдегидную группу.

Несколько миллилитров раствора вещества помещают в пробирку и приливают к нему 1 мл 10 % раствора едкого натра и 2 мл 30 % раствора пероксида водорода. Окрашивание раствора в розовый цвет доказывает наличие альдегидной группы:

Реакция «серебряного зеркала».

Сначала готовят раствор аммиаката серебра: к2-3 мл 1% раствора нитрата серебра прибавляли по каплям и встряхивали 5 % раствор аммиака до тех пор, пока образующийся осадок полностью не растворился. Затем к 2-3 мл аммиаката серебра приливают 3 % водный раствор определяемого вещества. Пробирку помещают в стакан с кипящей водой. При наличии альдегидной группы на стенках пробирки остаётся налет серебра:

Реакции на наличие кратной связи.

К раствору определяемого вещества добавляют 1% раствор перманганата калия (марганцовки). Обесцвечивание раствора свидетельствует о наличие кратной связи:

Качественная реакция на бензол.

К раствору определяемого вещества добавляют 1 каплю концентрированного раствора серной кислоты и несколько капель раствора азотной кислоты. Наличие светло-жёлтой окраски раствора и запаха миндаля свидетельствует о присутствии бензола:

Результаты качественного анализа.

Результаты проведённых реакций на наличие предполагаемых функциональных групп определяемых веществ в исследуемых образцах пряностей представлены в табл.1.

Анализ таблицы приводит к заключению, что качественный состав изучаемых продуктов имеет существенные отличия.

Исследование образца ванили свидетельствует о наличие в молекуле активного вещества альдегидной и фенольной групп. Однако, в образце ванилина не было обнаружено этих групп (рис. 12), что свидетельствует о присутствии синтетического продукта - ацетованилона, заменителя ванили, получаемого из лигнина, который содержит вместо альдегидной кето-группу. Натуральная ваниль не обесцветила раствор KMnO₄, что характерно для строения 4-окси-3-метоксибензальдегида. В случае ванилина обесцвечивание может быть обусловлено наличием эвгенола. Качественная реакция на бензол была положительной для обоих образцов.

Изучение образцов корицы дало близкие результаты. Однако, во всех экспериментах более наглядные результаты были получены для натуральной (не молотой) пряности (рис. 13б). Кроме того, для этого образца подтвердилось наличие фенольной группы (рис. 13а), что может быль обусловлено присутствием эвгенола - обязательного компонента натуральной корицы. Таким образом, молотую корицу можно отнести к натуральной пряности.

В случае с образцами кардамона результаты исследования также похожи между собой. Очевидная разница наблюдалась лишь в реакции взаимодействия с азотной кислотой в присутствии концентрированной H₂SO₄: для раствора семян кардамона, в отличие от молотой пряности, выделение бесцветного газа было намного больше (рис. 14а). Это можно объяснить меньшим количеством терпинилацетата – активного вещества кардамона, в молотой пряности, что, возможно, обусловлено низким качеством продукта вследствие добавления менее дорогой специи, например, имбиря. В целом, молотый кардамон можно отнести к натуральным продуктам, но для окончательных выводов требуются более специфические методы исследования.

Основные итоги и выводы.

Мир специй и пряностей потрясающе ярок и разнообразен. Но, к сожалению, часто мы покупаем выдохшийся, некачественный товар. Либо вообще дешевую имитацию [12]. 

Главное преимущество, которым обладает ванилин по сравнению с ванилью – это то, что получить его можно достаточно быстро. Именно поэтому ванилин стоит недорого, в отличие от натуральной пряности, и его активно используют хозяйки. Натуральная ваниль благотворно влияет на организм человека, оказывает терапевтическое действие (успокаивает, подавляет нервное напряжение). Синтетический ванилин вызывает аллергические реакции.

При выборе специй и пряностей всегда лучше отдавать предпочтение целым, а не молотым. Часто молотую специю разбавляют дешевыми аналогами и добавками, и самостоятельно проверить качество такого продукта сложно.

Стоит обращать внимание и на упаковку. Она должна защищать продукт от пыли, влаги и посторонних запахов [12]. Самая дешевая упаковка – бумажно-полиэтиленовые пакеты (снаружи – бумажный слой, полиэтилен – внутри).  Более дорогими считаются пакеты, в которых есть третий слой из фольги, позволяющий лучше сохранять продукт. Лучшей считается стеклянная тара — она не пропускает запахи и влагу и не влияет на аромат пряности. Специи боятся света, лучше, если содержимое баночки хотя бы частично будет закрыто бумажной этикеткой.

К счастью, в наше время пряности уже не ценятся на вес золота. Однако основным критерием их качества по-прежнему является правило: чем пряность дешевле, тем меньше в ней пряности. И ничего с этим не поделать.

Таблица 1. Результаты исследования образцов пряностей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Даль В.И. Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля Т.3. Изд-во: Тип. М.О. Вольфа. СПб.-М, 1882. – 584 с.

Клещенко Е. Ваниль и всякая гадость. журнал «КОТ ШРЁДИНГЕРА», 2015. №4 (06), с. 67.

Ручкина Н. Ваниль. Журнал «Химия и жизнь», 2011, №1, с.54.

Ручкина Н. Кардамон. Журнал «ХИМИЯ И ЖИЗНЬ», 2013, №4, с. 52.

Ручкина Н. Корица. Журнал «ХИМИЯ И ЖИЗНЬ», 2012, №7, с. 56.

http://anukapohudei.ru/pripravy.

https://feanoturiblog.wordpress.com/2017/01/26.

http://kit.chem.kemsu.ru.

https://sovkusom.ru/varenaya-korica.

http://trapeza.tv.

https://vegan-meal.com/article.

www.adme.ru/zhizn-kuhnya/kak-otlichit-naturalnye-specii-i-pryanosti-ot-poddelki-1551615/.

www.sikorskaya-olja.narod.ru.