VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Вторая жизнь новогодней ёлки

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шихавцова И.В. 1Достовалова П.А. 1

---

1МБОУ-СОШ №8

Ивашко И.В. 1

---

1МБОУ-СОШ №8

Работа в формате PDF

4.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

1.1. Актуальность.

Совсем недавно прошли яркие новогодние праздники, самым главным украшением которых является пушистая наряженная ёлка, которая придает дому больший уют. В наше время вместо натуральной ёлки все чаще ставят искусственную. И всем-то хороша эта красавица, но вот заменить изумительный аромат натуральной сосны, пихты или ели она не может. И обидно до слёз видеть уже через несколько дней праздничные ёлочки в сугробах возле мусорных контейнеров. Неужели это их единственный путь?

Мы провели анкетирование о судьбе новогоднего дерева среди старшеклассников нашей школы. На вопросы анкеты ответили около 100 человек, вопросы касались отношения к утилизации ёлки, причин предпочтения натурального растения искусственному. (Приложение 1).

Результаты анкетирования показали следующее:

65% предпочитают натуральную ёлку, причём треть из них – из-за приятного аромата.

21% отметили полезные свойства хвойного растения, 59% - стойкий приятный запах.

77% опрошенных хотели бы, чтобы елка и после праздников приносила пользу, а не выбрасывалась просто так. Однако только 14% ответивших на вопросы анкеты используют новогоднее дерево после праздников, и то лишь в качестве дров.

При этом вопрос анкеты «Как бы вы хотели использовать елку в домашних условиях» показал осведомлённость ребят: они предложили использовать её в дачном хозяйстве (как корм, подстилку для животных, укрывной материал для растений на зиму, веник в бане, дрова), а также для создания домашних косметических или лекарственных средств (отвары, настои).

Результаты анкетирования и обусловили выбор темы: дать «вторую жизнь» новогодней ёлке, используя её свойства: особый, узнаваемый аромат и лекарственное значение. Особенно актуальным нам представляется дать практические рекомендации по переработке новогоднего дерева именно в домашних условиях или в условиях школьной химической лаборатории.

1.2 Цель.

Исследование свойств компонентов хвои и способов её практического использования.

1.3 Задачи.

Изучить информацию об использовании хвои.

Выявить и систематизировать методики по получению хвойного масла и обнаружению других веществ в составе хвои.

Исследовать свойства хвойного масла.

Использовать хвою и хвойное масло для практического применения.

1.4. Объект исследования – фитонцидные свойства растений

1.5. Предмет исследования – хвоя пихты и сосны.

1.6. Гипотеза. Запах хвои – стойкий, приятный и хорошо узнаваемый. Именно его уникальными свойствами обусловлено широкое применение хвойных растений в медицине и косметологии.

1.7. Методы исследования.

Теоретический: обзор литературных и интернет-источников, анализ и систематизация полученных сведений, сравнение, формулирование выводов.

Практический: получение эфирного масла из хвои, исследование бактерицидных свойств масла, изготовление мыла и других изделий на основе хвои и хвойного масла.

II.Основная часть

2.1.История традиции использования ели в качестве новогоднего атрибута.

История превращения ели в рождественское дерево до сих пор точно не восстановлена, хотя существует мнение, что этот обычай восходит к гораздо более древней традиции "майского дерева". Известно лишь то, что случилось это на территории Германии, где ель во времена язычества была особо почитаемой и отождествлялась с мировым деревом. Среди германских народов издавна существовал обычай идти на Новый год в лес, где выбранное для обряда еловое дерево освещали свечами и украшали цветными тряпочками. Со временем еловые деревца стали срубать и приносить в дом, где они устанавливались на столе, к нему прикрепляли зажжённые свечки, вешали яблоки и сахарные изделия.

Набрав популярность в Германии, обычай к началу XIX столетия начинает распространяться по другим странам Европы. Первыми переняли у немцев рождественское дерево жители северных европейских стран, хотя наряженная ёлка не получила среди них полного признания вплоть до середины XIX века. Гораздо чаще хвойными ветками они украшали лишь потолок и двери домов.

В России эта традиция появилась при Петре I, но украшали помещение снаружи, на воротах, крышах трактиров, улицах и дорогах. Тем самым елка превращалась в деталь новогоднего городского пейзажа. Но немецкая традиция не прижилась. Вновь появляется украшение в середине XIX века, а в советское время из Рождественской ёлка превращается в Новогоднюю, украшая дома и радуя детей.

2.2. Степень изученности вопроса о химическом составе хвои, её полезных свойствах и применении.

Над определением химического состава хвои работали ученые таких институтов, как Ленинградская лесотехническая академия им. С.М.Кирова, Московская сельскохозяйственная академия и другие, но, по признанию учёных, до сих пор химических состав хвои изучен недостаточно полно. Химические вещества хвои объединены в группы: зола, углеводы, спирты, дубильные вещества, кислоты, витамины и белки, целлюлоза, воск, эфирные масла и смолы. Однако отсутствуют подробные сведения о составе смол, восков и других веществ.

По вопросу переработки хвои можно сказать, что полной промышленной переработке она не подвергается, но всё же используется на отдельных производствах, целиком или её отдельные химические компоненты. Возможно, это связано с тем, что состав хвои непостоянен и зависит от многих факторов: видовых особенностей растения, его возраста, условий окружающей среды, времени суток, времени года, количества выпадающих осадков, рельефа местности, типа почвы, колебаний температуры, освещенности и др.

Особенно значимые направления применения хвойных:

в промышленности - канифоль и скипидар, получаемые из смолы;

в народной медицине - эфирные масла за свои фитонцидные свойства, а также витамины. В народе обычную еловую хвою считали съедобным продуктом и использовали как кладезь витамина С и каротина. Из ели и других хвойных растений изготавливают настой, настойку, порошок и отвары. Их применяют при лечении кашля, воспаления лёгких, гнойного бронхита; радикулита, бронхиальной астмы, микроинфарктов, миокардитов и ревмокардитов, при лечении кожных заболеваний.

Фармакологическая промышленность получает из еловой хвои витамины С, К, а также препараты для лечения атеросклероза, грибковых заболеваний и мочекаменной болезни. Например, препарат «Пинабин» (Pinabinum), представляет собой 50 % раствор эфирных масел (получают из хвои ели) в персиковом масле.

Необычным народным применением хвои сосны является изготовление «сосновой шерсти». Для её получения иглы распаривали, вываривали в щелоке, расчесывали, отмывали и сушили. Полученное волокно шло на изготовление теплых вязаных вещей. «Сосновая» одежда считалась не только теплой, но и очень полезной, предупреждающей ревматизм.

Проанализировав компоненты химического состава хвои, их свойства и применение, мы обобщили эти сведения в виде таблицы. (Приложение 2)

2.3. Обзор вариантов использования веток и иголок отработанных новогодних ёлок по материалам СМИ и интернет-источников.

Вопрос об утилизации Новогодних красавиц редко кого оставляет равнодушным, и статьи на эту тему регулярно появляются в январских выпусках газет, телевизионных новостях и сообществах соцсетей. Вот что предлагает общественность сделать с деревцами:

Измельчить, превратив в опилки и хвою, использовать как удобрение, применяемое в сельском хозяйстве, благоустройстве и для рекультивации земель. С помощью специальной дробилки деревья измельчают, а затем смешивают крошку с иловым осадком сточных вод. После обеззараживания полученную массу складируют в бурты и превращают в компост.

Целые ветки – на корм животным в зоопарке и других хозяйствах, на производство хвойных витаминов для птицефабрик, свинарников.

Сделать ароматное масло, витаминные напитки.

Хвойные ветки могли бы стать искусственными нерестилищами для рыб, могли быть использованы в качестве топлива, материала для снегозадержания на полях. Если заполнить овраги новогодними елками, это стало бы защитой от эрозии почвы.

Измельченное дерево можно пустить на подушки, пластиковые бутылки и производство сантехники, переработать в штукатурку для внутренней отделки домов, в бумажную вату и деревянный порошок, который применяется при изготовлении дров и паркетной плитки. Смешанная с бумажной ватой переработанная древесина превращается в хороший утеплитель.

2.3. Обзор методик получения эфирных масел.

Выявив, что неповторимый запах хвойных растений обуславливают эфирные масла, мы провели сравнительный анализ методов их получения, оценив доступность каждого способа, его достоинства и недостатки. Результаты оформили в виде таблицы. (Приложение 3).

2.4. Понятие о фитонцидных свойствах растений.

Фитонциды – вещества, которые губительно действуют на микроорганизмы, обеспечивая антибактериальное и противовоспалительное воздействие.

Выделяемые растениями фитонциды тормозят развитие и убивают бактерии, простейшие грибы, играя важную роль в иммунитете растений. Так, фитонциды хвойных обладают весьма сильным бактерицидным свойством, благодаря чему воздух леса становится практически стерилен. Полагают, что их действие основано не только на уничтожении болезнетворного начала, но и на стимуляции защитных сил организма.

Воздух вокруг хвойных деревьев озонирован. Это связано с тем, что в составе их эфирных масел в большом количестве содержится образующий пероксиды а-пинен.

Он легко окисляется кислородом воздуха по месту двойной связи, образуя перекиси, которые легко разлагаются, активируя кислород, дающий озон:

Выводы по теоретическому этапу исследования.

Традиция украшения Новогоднего праздника ёлкой прошла свой исторический путь от Рождественской ели – символа христианства до Новогодней ёлки - праздника радостного и счастливого детства в нашей стране.

Химический состав хвои очень богат, особенно витаминами и эфирными маслами, и обуславливает разнообразные направления её использования в промышленности и медицине.

3. Предложения по использованию новогодней ёлки как вторичного сырья сводятся в основном к получению зеленых удобрений или витаминного корма животным.

4. Наиболее подходящий способ получения эфирных масел в школьной химической лаборатории и быту – перегонка с водяным паром.

5. Фитонцидные свойства хвойных растений объясняются наличием в их составе веществ, способных образовывать при окислении атомарный кислород и, далее, озон.

6. Таким образом, для практического направления исследования мы определили три направления: получение эфирного масла из хвои и исследование его свойств, определение витамина С в хвое и получение изделий на основе хвои.

III. Практическая часть.

3.1. Получение эфирного масла из хвои методом дистилляции.

Методика проведения опыта.

Собрали прибор по описанию и рисунку:

Вместо горелки использовали плитку.

В качестве вещества – измельченная хвоя и тонкие веточки ели, пихты или сосны.

Перегонка продолжалась приблизительно 1 час, до прекращения выделения продукта.

Результат:

Из 120 г сырья получалось около 30 мл продукта – смеси воды и масла.

После отделения смеси делительной воронкой остается около 0,8 мл масла.

Больше всего продукта образуется из пихты.

3.2. Исследование физических свойств пихтового масла.

3.2.1. Описание внешнего вида.

Пихтовое масло – бесцветная прозрачная жидкость с характерным «хвойным» запахом.

3.2.2. Растворимость пихтового масла.

Методика. В три пробирки с водой, спиртом и растительным маслом добавили 1 каплю пихтового масла. Пробирки взболтали. Оставили для отстаивания.

Результат. Пихтовое масло малорастворимо в воде, но хорошо растворяется в спирте и растительном масле.

3.2.3. Скорость испарения пихтового масла.

Методика. На фильтровальную бумагу нанести каплю эфирного масла. Засечь время и оставить для испарения.

Для контроля использовать промышленное масло.

Результат.

Вода испарилась через 20 минут, эфирное масло промышленное через 1 час 40 минут, образец исследуемого эфирного масла испарился через 2 часа.

Вывод. Примесь воды, попавшая при перегонке в состав образца хвойного масла, затрудняет процесс испарения.

3.2.4. Определение плотности пихтового масла.

Методика. Для определения плотности жидкого вещества измерим его массу (с помощью электронных весов) и объём (мензуркой). Полученную массу разделим на объём. То же самое проведём для контроля с промышленным маслом. Для уменьшения погрешности повторим опыт 3 раза.

Результат оформили в виде таблицы Приложение 4.

Вывод. Эфирное хвойное масло, полученное методом дистилляции водяным паром, соответствует по своим параметрам научному описанию и сходно с таковым, выпускаемым промышленно.

3.3. Исследование фитонцидных свойств хвойного масла.

3.3.1. Влияние фитонцидов хвойных растений на рост и развитие плесневых грибов.

Методика проведения опыта с пищевыми продуктами.

Суть метода заключается в том, чтобы выяснить, с какой скоростью испортится пищевой продукт сам по себе и обработанный хвойным маслом. В качестве пищевого продукта были взяты: 1) тёртая морковь, 2) сыр и 3) хлеб. В вариантах опытов хвойным маслом обрабатывался или сам продукт, или посуда (закрытая), в котором он находился. Для контроля использовались просто иголки, находившиеся в сосуде или перемешанные с продуктом.

Примечание. Так как известно, что хвойное масло на свету легко осмоляется и теряет свои свойства, ёмкости с опытами были поставлены в тёмное прохладное место.

Результаты оформили в виде таблицы Приложение 5.

3.3.2. Влияние фитонцидов хвойных растений на простейшие микроорганизмы.

Методика.

Приготовить почвенный раствор, дать отстояться.

На предметное стекло поместить каплю почвенного раствора, накрыть покровным стеклом. Наблюдать движение простейших микроорганизмов под разным увеличением. Описать происходящие явления.

Внести под покровное стекло каплю хвойного масла. Провести наблюдения и описание.

Результат оформили в виде таблицы Приложение 6.

Вывод.

1. Фитонцидные свойства хвои проявляются в замедлении активности микроорганизмов, а также в частичном подавлении роста плесневых грибов.

2. Хвойное масло обладает лучшими фитонцидными свойствами, чем иголки.

3.4. Изготовление мыла с использованием хвойного масла и хвои

Методика.

Мыло «Детское» 50 г измельчить на тёрке.

В емкость высыпать мыло и нагревать до получения однородной массы.

В «жидкое» мыло добавить ¼ чайной ложки оливкового масла и 2 чайные ложки эфирного, перемешать.

В форму для льда положить немного хвои и заполнить их мылом.

Остудить.

Результат.

Мыло получилось ароматным, хорошо мылится, и иголки не повреждают кожу.

3.5. Обнаружение витамина С в хвое методом иодометрического титрования.

Оборудование и реактивы: пипетки , химические стаканы, ступка с пестиком, спиртовой раствор йода (5%), раствор крахмала (1%), раствор соляной кислоты (2%), хвоя ели, пихты, сосны.

Ход работы:

1) Приготовление вытяжки аскорбиновой кислоты в кислой среде.

Навеску хвои 10 г измельчить и растереть в фарфоровой ступке с добавлением 2 %-ного раствора соляной кислоты. Полученную массу профильтровать и перенести в мерную колбу на 100 мл. Ступку ополоснуть 2%-ным раствором соляной кислоты, слить в туже мерную колбу, добавить кислоты до 100 мл. Закрыть пробкой, встряхнуть и оставить на 5 мин для более полного извлечения аскорбиновой кислоты.

2) Определение содержания аскорбиновой кислоты.

В две колбы для титрования отмеряют пипеткой две пробы отфильтрованной вытяжки по 20 мл, разбавляют водой до 100 мл, добавляют 2 мл раствора крахмала и титруют раствором йода до появления устойчивого синего окрашивания, не исчезающего в течение 20 с. Параллельно проводится нулевой опыт с чистой аскорбиновой кислотой.

3) В качестве окислителя используется раствор йода. Для удобства 5%-ный раствор йода разбавить водой в 40 раз, при этом получится 0,125%-ный раствор, 1 мл которого соответствует 0,875 мг аскорбиновой кислоты. Перевести мл затраченного раствора иода в мг аскорбиновой кислоты, решая пропорцию.

Результат оформлен в виде таблицы Приложение 7.

Вывод. Содержание витамина С в хвое отработанных новогодних деревьев снижено почти на 50%, что объясняется нестойкостью витамина. И всё же оно довольно высокое, что позволяет использовать хвою для получения витаминных напитков, рецепты которых представлены в Приложении 4.

IV. Результаты.

Получили хвойное масло методом дистилляции.

Исследовали бактерицидные свойства эфирного масла пихты

Изготовили мыло на основе пихтового масла.

Исследовали хвою пихты, ели и сосны на содержание витамина С.

Получили и опробовали витаминные напитки на основе хвои.

V. Выводы.

Хвойные растения – ценный источник витаминов, ароматических масел и других биологически активных веществ.

Жизнь новогодней ёлки можно продлить путём получения и дальнейшего использования эфирного масла или просто в изготовлении витаминных напитков.

VI. Список литературы

1. И.В. Бибик, Ю.А. Глинёва. Перспективы использования экстракта из хвои сосны обыкновенной в производстве функциональных напитков. Статья из журнала «Техника и технология пищевых производств». 2012. № 1.

2. Газета «Вечерний Новосибирск» от 27.01.11. Статья «Поспешные похороны Ёлки».

3. Г.В. Крылов. Травы жизни и их искатели. Зап-Сиб кн. изд-во, 1972. Страниц: 448.

4. «К вопросу возрастной изменчивости содержания аскорбиновой кислоты в хвое сосны обыкновенной.»

http://www.eco-konkurs.ru/izdania-fully/6-konkurs-sbornik-all/784-sbornik6-str131-140

5. Ольгин О.М. Опыты без взрывов. - Москва, "Химия", 1986, 260 с.

6. Химический анализ лекарственных растений. Под редакцией проф. Н.И. Гринкевич, доц. Н.Л. Сафронич. – Москва, «Высшая школа», 1983 г.

7. Переработка технической зелени на хвойно-витаминную муку

http://www.activestudy.info/pererabotka-texnicheskoj-zeleni-na-xvojno-vitaminnuyu-muku/

8. Рецепты народных средств по применению хвойного масла

http://zdorovyda.ru/chem-polezno-pixtovoe-maslo/

Приложение 1.

Результаты анкетирования учащихся МБОУ СОШ №8

«Вторая жизнь новогодней Ёлки»

Приложение 2.

Компоненты химического состава хвои, их свойства и применение

Приложение 3.

Сравнительный анализ методов получения эфирных масел.

Приложение 4.

Определение плотности пихтового масла.

Приложение 5.

Влияние фитонцидов хвойных растений на рост и развитие плесневых грибов.

Приложение 6.

Влияние фитонцидов хвойных растений на простейшие микроорганизмы.

Приложение 7.

Обнаружение витамина С в хвое методом иодометрического титрования.

Приложение 8.

Изготовление витаминных напитков на основе хвои

100 г. хвои мелко нарезаем, заливаем холодной водой (1 л), доводим до кипения и на небольшом огне кипятим минут 6-8. Затем, дав настояться пару часов, процеживаем через марлю (2-3 слоя), добавляем сахар. Принимаем по желанию в течение 1-2 дней.

50 г. молодой хвои растираем. Воду кипятим (2 стакана) и заливаем ею хвою, настаиваем 2 часа в прохладном темном месте. Добавляем по своему вкусу немного уксуса (лимонной кислоты) и сахара. Желательно употребить напиток за 2-3 дня.

Хорошо растертую молодую хвою сосны (50 г) настаивать в кипяченой воде (2 стакана) в течение 2 ч в темном прохладном месте. В процеженный раствор для вкуса добавить немного лимонной кислоты и сахарного песка (меда). Употреблять сразу же после приготовления, так как при хранении напиток теряет витамины.

В кипящую воду (215 мл) положить тщательно промытую хвою сосны (40 г), сахар/мед (8 г), цедру лимона (1 г), варить 30 мин под крышкой, процедить, охладить, добавить лимонный сок (3

Питательная маска

1 ст. ложку отвара хвои (стакан хвои залить одним литром воды и довести до кипения, настаивать в течение суток) смешать с 2 ст. ложками мягкого творога и 1 чайной ложкой мёда, хорошо перемешать, нанести на лицо, держать 10 минут. Снять тампоном, смоченным в тёплой воде или в ромашковом чае. Затем умыться прохладной водой. Сделать несколько процедур.

Рецепт «Звёздочки»

Нам понадобится целебное масло пихты (5 мл), эфирное масло розмарина (5 мл), эфирное мятное масло (5 мл) и любое базовое, например, подсолнечное (50 мл). Все масла смешиваются и хранятся в тёмном флаконе (или стеклянной баночке) до года.

Применяется как для профилактики простуды, так и при её наступлении, а также при контакте с больными или сильном переохлаждении. Просто хорошо встряхните баночку с противопростудной смесью, нанесите пару капель на ладони и энергично разотрите грудь и спину.