VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛОДОВ И ЛИСТЬЕВ АЙВЫ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
В эволюции человека процесс преобразования первобытного племени в человеческое общество потребовало длительного периода времени. Исторически этот этап насчитывался тысячелетиями. Вначале своего пути чтобы прокормить себя и выжить человек почти все свое время тратил на поиск пищи. В древнейшую эпоху человек методом проб и ошибок отбирал пригодные для употребления дары природы. Охота, рыболовство, собирательство диких плодов и кореньев, которые более-менее подходили для употребления в пищу, а затем земледелие.
В продолжении длительного времени дикие растения, стойко пережили эволюционный отбор и стали основателями сотен современных сортов культурных злаков, фруктов и овощей. Существуют растения, которые остались в почти первозданном виде. Они приносят пользу современному человеку в качестве пряностей, улучшающих вкус пищи. С их помощи создают новые вкусы. В современном мире пищевая промышленность трудится, чтобы удовлетворить потребности многомиллионного человечества в продуктах питания, не забывая об утонченных вкусах людей в разных странах, их традициях и нравах.
В исторической литературе, изучая развитие общества, можно проследить как менялся человек и его потребности в течении времени. Когда человек научился отбирать для пропитания съедобные продукты растительного и животного происхождения, тогда появилось много времени для других занятий, помимо поиска средств для пропитания и выживания. Голод является физиологической потребностью, поэтому, несколько раз в день мысли миллионов людей во всём мире возвращаются к одному и тому же – к пище, съестным припасам. И лишь потом, обратно, к пище духовной, работе, отдыху или спорту. Основу питания составляют продукты растительного происхождения. Именно эти уникальные создания природы вполне заслуживают того, чтобы мы о них больше знали.
Большинство культурных растений обладают в той или иной степени лечебными свойствами, способствуют профилактике многих заболеваний, укреплению здоровья, улучшению качества жизни, продлению активной жизни человека, долголетию. По нашему мнению к таким растениям относится айва обыкновенная, плоды которой использовались в течение столетий в качестве пищевого и лекарственного сырья. Однако в настоящее время их использование незаслуженно ограничено применением только в пищевой промышленности.
Учитывая вышеизложенное, целью нашей работы является изучение показателей качества плодов айвы, а также жома, получаемого при механическом отжатии сока и возможность использования жома в качестве самостоятельного лекарственного сырья.
Для достижения поставленной цели нам предстояло решить следующие конкретные задачи:
Всесторонне изучить научную литературу и патентную документацию, характеризующее современное состояние изученности плодов айвы и перспектив их использования в качестве лекарственного растительного сырья.
Провести оценку количественного содержания сока и жома при механической переработке плодов айвы и рассчитать перспективность использования жома в качестве самостоятельного растительного сырья.
Провести оценку морфологических (внешних) признаков и анатомо-диагностических (микроскопических) признаков в соответствии с требованием ОФС.1.5.1.0007.15 плоды.
Осуществить идентификацию основных групп биологически активных веществ, представленных флаваноидами, дубильными веществами, полисахаридами, аскорбиновой кислотой в плодах, соке и жоме плодов айвы.
Провести количественное определение содержания дубильных веществ и органических кислот в исследуемом сырье.
Применение айвы в современной медицине.
Плоды широко применяются в восточной медицине, обладающие противорвотным, антиревматическим, спазмолитическим, противовоспалительным, аналгетическим, вяжущим действием. Гомеопатический препарат на основе плода айвы имеет антигистаминные, иммуномодулирующиее, антитоксических и радиопротекторные свойства. Высокое содержание минералов, витаминов, органических кислот и других веществ позволяет использовать плоды в лечебно-профилактическом питании.
Зрелые плоды айвы обладают мочегонным эффектом, а так же их применяют при лечении туберкулеза, хронического бронхита, бронхиальной астмы. Айва успешно снижает или подавляет рвотный рефлекс, так же эффективно при некоторых заболеваниях печени, как желчегонное средство. Плоды содержат железо, поэтому применяются при малокровии. Уникальный набор микроэлементов в айве используется врачами для лечения в комплексной терапии тяжелых заболевания, когда нужно восполнять потери минералов в крови. Слизистые отвары из семян айвы, применяют в народной медицине как слабительное, мягчительное и обволакивающее средство. Показано применение таких отваров при желудочно-кишечных заболеваниях. Слизистые отвары также помогают при воспалительных заболеваниях горла, а так же используются как отхаркивающее средство при кашле.
Из опыта народной медицины известно применение мякоти плодов айвы для облегчения состояния и снятия кровоточивости воспаленных десен. Это обусловлено высоким содержанием в данном продукте дубильных веществ. Не всегда врач может использовать антибактериальные средства, это связано с появлением аллергической реакции или формированием устойчивых микробиологических штаммов. Гингивит достаточно распространенное заболевание [Рисунок №1]. Десны становятся отечными, кровоточат при кусании плотной пищи, появляется покраснение. Фитопрепараты имеют низкую токсичность и невысокую коммерческую стоимость. Поскольку основные проявления гингивита — это воспаление, снижение регенераторной, иммунной функции, в наибольшей степени задачам купирования инфекционного воспаления и улучшение способности восстанавливать поврежденные ткани, могут соответствовать растительные средства, обладающие комплексом флавоноидов, дубильных веществ и органических кислот. Такими свойствами, в частности, обладает айва. Стоматологи применяли отвар, приготовленный из жома айвы в стоматологической поликлинике ТДС (г. Москва, ул. Атарбекова д.8). Положительный эффект связан с местным воздействием отвара, приготовленного из жома айвы при полоскании ротовой полости, особенно после проведения гигиенической чистки зубов. Стоматологи рекомендовали пациентам временя контакта с раствором при полоскании от 30 до 40 с.
В составе айвы подтверждено наличие флавоноидов, дубильных веществ, органических кислот. Раствор для полоскания обладает умеренными антибактериальными и противовоспалительными свойствами.
Перед началом исследования всем участникам были проведены некоторые мероприятия: определение исходного уровня гигиены полости рта, обучение гигиене, проводили профессиональную гигиеническую обработку полости рта с удалением мягких зубных отложений и зубного камня, полированием зубов и пломб.
В результате лечения, стоматологи отметили положительную динамику в клинической картине, улучшение гигиенического состояния полости рта у всех пациентов через 7 дней после начала лечения [Рисунок №2], равномерное снижение кровоточивости десен, уменьшение отека и отличную гигиену. Отвар показал высокие очищающие, противовоспалительные и кровоостанавливающие свойства. Поэтому, стоматологи рекомендуют отвар пациентам в комплексе с любой зубной пастой в виде вспомогательной терапии при заболеваниях полости рта.
Рисунок №1. Гингивит, до лечения.
Рисунок №2. Гингивит (после лечения).
Пектин в айве – природный детоксикант, способный связывать и выводить ионы тяжелых металлов из организма человека, оказывает благотворное влияние на деятельность желудочно-кишечного тракта и снижает уровень холестерина в крови. В связи с увеличением потребности в пектине расширяется сырьевая база. Одним из перспективных видов нетрадиционного сырья являются плоды айвы и выжимки из них. Плоды богаты пектинами, которые способны поглощать ядовитые для человека вещества (тяжелые металлы, радиоактивные элементы) и выводить их из организма.
Объекты и методы исследования.
2.1.Характеристика объекта исследования.
Объектом нашего исследования являются плоды айвы свежие, приобретенные в сети магазинов «Пятерочка», соответствующие требованиям ГОСТ 21715-2013 «Айва свежая» (межгосударственный стандарт «Айва свежая» Технические условия Freshquince.Specifications)[17].
Также объектом нашего исследования явился жом плодов айвы, полученный после механического отжатия сока в бытовой соковыжималке фирмы «Bosh», а также сок.
2.2.Методы макро и микроскопического анализа и характеристика спелости.
Мякоть зрелых плодов белая, светло кремовая, желтоватая негрубая, без каменистых включений, медленно темнеющая на воздухе. Вкус кисло-сладкий с хорошо выраженным ароматом. Аромат охраняется при консервировании. Химический состав в плодах айвы содержится: сахаров 7,2210% органических кислот 0,2-1,2%; пектина 0,18-0,98%. В листьях айвы содержатся слизистые вещества 7%, дубильные вещества производные пирогаллола 5,66%, гликозид алигдолин 0,28%. В семенах (эпидермисе) слизистые вещества 22,8%; жирное масло 1-20%; гликозид амигдалин 0,505-0,530%.
2.2.1 Анализ внешних и микродиагностических признаков исследуемых плодов осуществляем в соответствии с требованиями ОФС.
Плодами в фармацевтической практике называют плоды различных морфологических типов, отдельные плодики, соплодия и их части. Плоды собирают зрелыми, иногда в фазу технической зрелости, и высушивают. Некоторые сочные плоды перерабатывают свежими (ОФС.1.5.1.0007.15 Плоды). Тип плода айвы - ложное яблокос пятью многосемянными гнёздами, волосистое, почти шарообразное или грушевидное, нередко тупоребристое, лимонного или тёмно-жёлтого цвета.
Плод состоит из сочного (сочные плоды) околоплодника (перикарпия) и заключенных в него семян. В околоплоднике экзокарпий и эндокарпий тонкие слои, состоят из 1-2 рядов клеток. Средний слой –мезокарпий каменистый.Плод образуется из нижней синкарпной завязи.
Определение микродиагностических признаков осуществляли в соответствии с ОФС «Техника микроскопического и микрохимического исследования лекарственного растительного сырья, лекарств и лекарственных препаратов».
Микродиагностическое исследование листьев айвы осуществляли в соответствии с требованиями ОФС.1.5.3.0003.15 « Техника микроскопического и микрохимического исследования лекарственного растительного сырья и лекарственных растительных препаратов. Технологический процесс приготовления микропрепаратов из листьев айвы определяется состоянием исследуемого сырья - листья цельные, жесткие, плотные. Для анализа нами использовались кусочки, пластинки листа айвы, включающие край листа, участок с центральной жилкой, кусочки листа от основания до верхушки. Для просветления отобранных образцов воспользовались методикой №1 ОФС.
Несколько кусочков сырья помещали в пробирку, добавляли разведенного водой (в соотношении 1:1) 5% раствора натрия гидроксида, и кипятили в течение 2-5 мин. Не допускали сильного размягчения, в зависимости от плотности и толщины исследуемого материала. Например, более хрупкие листья (как у чистотела или крапивы) кипятят до двух минут. Жесткие листья (как у брусники, толокнянки или эвкалипта) кипятят до 5 мин. Затем содержимое перелили в стеклянный стакан, жидкость слили через 2-4 слоя марли. Далее сырье тщательно промывали водой, каждый раз сливали эту воду через ту же марлю. В небольшом количестве воды содержимое стакана перенесли на чашку Петри. Оставшиеся на марле частички материала смывали в ту же чашку Петри. Из воды кусочки вынимали лопаточкой, затем помещали на предметное стекло в каплю раствора глицерина.
Помещенные кусочки сырья на предметное стекло, просветленные тем или иным способом, разделяли препаровальными иглами на две части, одну из них осторожно переворачивали. Толстые и кожистые листья раздавливали обратным концом препаровальной иглы. На предметное стекло помещали кусочек черешка. С толстых черешков снимали эпидермис с помощью скальпеля, тем самым убирали внутренние и грубые части черешка, которые мешают получению хорошего микропрепарата эпидермиса. Для высвобождения эпидермиса тонкие черешки раздавливали обратным концом скальпеля. Исследуемый материал накрывали покровным стеклом, при необходимости слегка придавливали обратным чистым концом препаровальной иглы и немного подогревали до удаления пузырьков воздуха. После охлаждения рассматривали лист и эпидермис черешка с обеих сторон под микроскопом сначала при малом, затем при большом увеличении. При разных увеличениях исследовали верхний и нижний эпидермис, глубинные структуры листа, расположенные под эпидермисом (сосуды, паренхима, включения и т.д.), пользуясь макро- и микровинтом.
При рассмотрении листа айвы с поверхности, на верхней стороне листов пластинки видны многочисленные клетки эпидермиса 4х угольные или с извилистыми стенками. Это видно на рисунках №6 и №7.
Рисунок №6 Рисунок №7
Клетки нижнего эпидермиса характеризуются более выраженной извилистостью. Устьица на обеих сторонах листа, особенно часто встречающиеся на нижней поверхности, анномацитного типа (устьичная щель окружена 4-5 клетками эпидермиса). ( Рисунки №8 и №9).
Рисунок №8 Рисунок №9
С нижней поверхности листа встречаются крупные многочисленные и простые волоски извилистой формы. ( Рисунки №10, №11, №12).
Рисунок №10 Рисунок №11 Рисунок №12
Вследствие своих крупных размеров волоски способны отрываться, оставляя места прикрепления для волосков. ( Рисунок №13)
Рисунок №13
В местах прикрепления волосков клетки эпидермиса образуют розетку из 6-8 клеток. ( Рисунок №14).
Рисунок №14
Для листьев характерны многочисленные включения оксалата кальция. Встречаются многоядерные кристаллические обкладки в виде кристаллов призматического оксалата кальция, расположенные по жилкам листа. (Рисунки №15, №16).
Рисунок №15 Рисунок №16
Реже встречаются крупные друзы оксалата кальция. ( Рисунки №17, №18).
Рисунок №17 Рисунок №18
Отдельные сростки призматического кристалла. (Рисунки №19, №20, №21, №22).
Рисунок №19 Рисунок №20 Рисунок№21
Рисунок №22
Результаты собственных исследований.
3.1.Оценку содержания сока и жома осуществляли гравиметрическим методом после определения массы исходных плодов, которые были использованы для механического отжатия сока с последним определением его массы и оценки массы остающегося жома.
В таблице №12 представлены изначальные расчеты.
Таблица №12
|
Масса исходного сырья (г) |
Масса сока (г) |
Масса жома (г) |
Процентное содержание сока(%) |
Процентное содержание жома(%) |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
Первый плод |
301 |
125 |
123 |
41,5 |
40 |
|
Первый чистый плод |
284 |
125 |
123 |
44 |
43,3 |
|
Второй плод |
332 |
135 |
117 |
41 |
35,2 |
|
Второй чистый плод |
312 |
135 |
117 |
43,3 |
37,5 |
3.2.Определение макро и микродиагностических признаков. Для определения макроскопических признаков осуществляли в соответствии с требованиями ДФ 13.
Таблица и результаты исследования представлены в таблице №13.
Таблица №13
Анализ весовых характеристик плода айвы
|
Наименование признака |
Обнаружено при анализе |
|
Масса одного плода |
301 гр. Обнаружено при взвешивании |
|
Масса одного чистого плода |
284 гр. Обнаружено при взвешивании |
|
Масса сока из одного плода (без учета массы стакана) |
125 гр. Обнаружено при взвешивании |
|
Масса жома из одного плода |
123 гр. Обнаружено при взвешивании |
|
Процентное содержание сока из первого плода |
41,5% Обнаружено при расчете |
|
Процентное содержание жома из одного плода |
40% Обнаружено при расчете |
Длина плода показана на рисунке №23 (2 см, обнаружено при измерении).
Рисунок №23
3.3. Качественные реакции:
3.3.1. Обнаружение флаваноидов. Цианидиновая проба (проба Шинода).
Общей реакцией на флавоноидные соединения является цианидиновая проба. Реакция проводится с помощью концентрированной соляной кислоты и металлического магния. Действие водорода в момент выделения приводит к восстановлению карбонильной группы и образованию ненасыщенного пиранового цикла, который под действием соляной кислоты превращается в оксониевое соединение, имеющее окраску от оранжевой (флавоны) до красно-фиолетовой (флаваноны, флавонолы, флаванонолы) .
+Zn +
В пробирку с соком добавили хлорид железа(///). Наблюдалось изменение окраски (представлено на рисунке №24) на темно-зеленый цвет.
Рисунок №24
В пробирку бросили кусочек цинка. Наблюдали изменение окраски (изображено на рисунке №25 и №26) на малиновый цвет.
Рисунок №25 Рисунок №26
3.3.2. Реакция со щелочью.
Срезали кожуру с айвы, поместили в пробирку, залили раствором щелочи гидроксида натрия. Нагревали 7 мин.
Кожура айвы, залитая раствором гидроксида натрия изображена на рисунке №27.
Рисунок №27
Нагревание колбы 7 мин представлено на рисунке №28.
Рисунок №28
Изменение цвета представлено на рисунках №29 и №30.
Рисунок №29.
Рисунок №30.
Поместили образец кожуры плода айвы под микроскоп (рисунок №31).
Рисунок №31
Каменистые клетки, содержащиеся в кожуре айвы (представлены на рисунке №32).
Рисунок №32
Соли оксалата кальция, содержащиеся в кожуре айвы (представлено на рисунке №33).
Рисунок №33
3.2. Определение дубильных веществ.
3.2.1. Реакция фенола с хлоридом железа (///).
3.2.2. Реакция с желатином.
Раствор + желатин= муть.
3.3. Определение присутствия полисахаридов.
3.3.1. Раствор + 96% этиловый спирт и отвар сока = выпадение осадка.
Сравнение сока без добавления реактива и сок с добавлением ацетата свинца (представлено на рисунке №34).
Рисунок №33
Выводы:
1) Мы всесторонне изучили научную литературу и патентную документацию, характеризующее современное состояние изученности плодов айвы. Айва привлекала внимание в качестве исследовательского материала с 1 века до н.э. и широко используется в качестве растительного лекарственного сырья в наши дни. Применение айвы в медицине безгранично: ее используют при любых заболеваниях сосудов и сердца, при малокровии, бронхиальной астме, патологии ЖКТ, при сахарном диабете, нарушении обмена веществ, при ожирении, воспалительных процессах в ротовой полости, при дисфункции нервной системы, в качестве детоксиканта. Народные методы предусматривают различные способы обработки айвы- соки, отвары, настои. При этом, в качестве растительного сырья используют не только плоды, но и семена и листья растения. Тем самым можно сделать вывод, что айва уникальное плодовое дерево.
2) При анализе количественного содержания сока и жома при механической переработке отметили, что содержание сока и жома в плоде приблизительно одинаково (сок 40% жом 40%; сок 44% жом 43% и т.д.), поэтому можно широко использовать жом как и сок в качестве растительного сырья.
3) Мы провели оценку морфологических признаков (внешних) и анатомо-диагностических (микроскопических) в соответствии с требованиями ОФС.
(ОФС.1.5.1.0007.15 Плоды).
4) С помощью качественных реакций нам удалось определить богатый химический состав плода. Флавоноиды определили с помощью пробы Шинода, наблюдали изменение окраса экстракта на малиновый цвет. Дубильные вещества выявляли с помощью микроскопического анализа (кожуру айвы залили гидроксидом натрия и нагрели), а также желатиновым методом (наблюдали появление мути).
Аскорбиновую кислоту определяли с помощью хроматографической камеры. Наблюдали появление характерного белого пятна.
Полисахариды определяли с помощью иодкрахмальной пробы .Для приготовление иодного раствора мы взяли4 гриодистого калия, 1 гр металлического иода и растворили в 1 литре воды. Из-за реакции крахмала мякоти айвы с иодом, на срезах появились темноокрашенные участки.
5)В ходе работы определили количественное содержание дубильных веществ и органических кислот в сырье. Дубильные вещества составляют 0,66%. Органические кислоты (0,47-2,5%): яблочная кислота (0,48%-0,58%), лимонная (0,28- 0,34%), винная (0,06%), фурамовая (0,08-0,12%), хлорогоновая (0,07%).
Плоды айвы благодаря своим высоким технологическим качествам как плодового сырья, прекрасной несравненной ароматичности, находят широкое использование в технической переработке. В настоящее время айву используют очень ограниченно, в основном, в пищевой промышленности, недооценивая ее уникальный состав. Следует обратить внимание на богатый химический состав плодов, семян, жома, содержание витаминов и микроэлементов. Лечебные свойства, которые использовали с успехом в древности, помогут повысить эффективность лечения многих заболеваний человека в современной медицине.
Литература:
1. Алиев Р.К., Березовская М.Н. Химический состав плодов айвы выращенных в Азербаджане. Консервная и овощесушная промышленность 1974, №4, с. 36-38.
2. Гумбаридзе Н.П.Флавоноиды айвы. Сообщение АНГССР, 1974,т.73 №2 с.473-476.
3. Гумбаридзе Н.П.Превращение хлорогеновой кислоты и кверцетина в листьях айвы. Сообщение АН Грузинской ССР Тбилиси, 1974, т 75 №3 с 709-711.
4. Габриелян-Бигетовска Э.А. Исследование айвы Армянской ССР. Автореферат дисс. доктора сельскохозяйственных наук. Ереван 1977.
5. Донченко Л.В. Технологии пектина и пектинопродуктов. Учебное пособие для вузов по специальности»Технологии хранения и переработки растениеводческой продукции». М.:ДеЛи,2000. -255 с.
6. Едыгова С.Н. Сортоизучение айвы на Кубани. Монография. Майкоп: издательство «Глобус» 2007. -79с.
7. Едыгова С.Н. Разработка технологий производства функциональных напитков на основе комплексной переработки плодов айвы. Автореферат дисс. кандидата технических наук. Майкоп 2008
8. Ильяшенко А.А. Биологические особенности и продуктивность перспективных форм айвы низкой (Chaenomelesmaulei (Mast.)Schneid) в условиях Нечерноземской зоны России. Автореферат дисс.кандидата сельскохозяйственных наук: 06.01.01М.2012. -18с.
9. Кудряшова А.А. Пища 21 века и особенности ее создания. Пищевая промышленность 2000 №1 с.66-68.
10. Козенко С.И. Биохимическая и технологическая характеристика плодов айвы. Автореферат дисс. кандидата технических наук. Одесса, 1965. -18с.
11. Мажар Н.В. Биологическая ценность перспективных сортов айвы центральной зоны Краснодарского края. Краснодар, 1988. С. 31-32
12. Папунов Н.Н., Розмыслова А.Г. Перспективные сорта айвы для Краснодарского края. Консервная и овощесушная промышленность, 1978, №2, с.11-13.
13. Сергеев В.Н., Кокаев Ю.И. Биологически активное растительное сырье в пищевой промышленности. 2001. №6. С.28-31.
14. Тихомирова Н.А.Технологии продуктов функционального питания. М.,ООО «Франтера», 2002. -213с.
15.«Техника микроскопического и микрохимического исследования лекарственного растительного сырья, лекарств и лекарственных препаратов».ОФС.1.5.3.003.12стр 277-282
16. BusinesStar. Анализ рынка фруктов в России в 2014-2018гг, прогноз на 2019г.
17. Межгосударственный стандарт «Айва свежая» ГОСТ 21715-2013 «Айва свежая» Технические условия Freshquince. Specifications. Москва Стандартинформ 2014.