Сегодня лакокрасочная продукция является достаточно распространенной. Она предназначена не только для нанесения декоративного слоя на различные виды поверхностей, но и для защиты отдельных видов материалов от появления ржавчины или коррозии. Все лакокрасочные изделия представлены большой цветовой палитрой. Цвета краски приобретают благодаря определенным веществам, которые называются пигментами.
Характеристика пигментов
Пигмент в переводе с латинского переводится как «краска». Он представляет собой вещество мельчайшего помола, которое обладает красящей способностью. Данное вещество отличается от обычных красителей, которые добавляются практически во все виды современной продукции тем что оно не растворяется в воде. Также оно не растворяется в веществах, которые образуют пленку на поверхности отдельных видов материалов.
Существует несколько видов пигментов:
- Природные минеральные. Они являются неорганическими окрашивающими веществами.
- Биологические. Такие пигменты получили название биохромы. Они представляют собой природные красители, которые находятся в составе живых организмов.
В современном мире пигменты встречаются достаточно часто. Они представлены различными веществами, которые придают лакокрасочному изделию тот или иной оттенок. В некоторых случаях для получения того или иного оттенка краски производители лакокрасочных изделий смешивают разные пигменты.
В мире имеется большое количество представителей мира пигментации. В зависимости от того, в каких пропорциях они будут использованы, получатся разные цвета. Сегодня используются следующие вещества, которые относятся к разряду пигментов:
- Диоксид титан, свинцовые белила, литопон, оксид цинка. Данные элементы являются источниками белого цвета. Однако сегодня вместо свинцовых белил в основном применяются титановые белила. Они не дают желтоватого подтона, которым обладают их предшественники.
- Технический углерод, сажа, черные железоксидные эдлементы являются источниками черного оттенка.
- Существует также ряд неорганических пигментов, которые дают цветные оттенки: охра является источником желтого цвета; железный сурик, свинцовый сурик и железокосидный пигменты являются представителями красного цвета; ультрамарин; диоксид хрома.
- Органические пигменты представлены следующими веществами: азопигменты, фталоциониновые пигменты и многие другие.
- Вещества, придающие металлический блеск, представлены главным образом всем известной серебрянкой.
Свойства пигментов
У всех пигментов имеются свои особенности и характеристики. Они обладают уникальными свойствами, которые проявляются в:
- Физических параметрах. Все вещества, относящиеся к разряду пигментов, состоят из большого количества кристалликов небольших размеров. Они достаточно плотные и твердые. У каждого пигмента имеется свой оттенок. Формы и размеры частиц являются различными. В зависимости от этого параметра есть крупнодисперсные и мелкодисперсные вещества. У пигментов низкие показатели растворимости.
- Химических параметрах. Все пигменты обладают высоким уровнем устойчивости к воде и различным химическим веществам. Они практически в них не растворяются.
- Физико-химических параметрах. Пигменты обладают разными уровнями смачиваемости. Они имеют различную степень адсорбации.
- Технологических параметрах. У пигментов имеется разная степень интенсивности цвета. Не все они способны вступать в реакцию с другими видами реагентов в системе.
Применение пигментов
Пигменты нашли широкое распространение в лакокрасочной промышленности. Они используются для того, чтобы так или иная краска приобрела необходимый оттенок. В зависимости от их использования краска может стать более интенсивной по оттенку и плотной.
Внимание: Лакокрасочное изделие получается будет обладать боде плотным покрытием, если показатель преломления пигмента будет выше, чем показатель преломления вещества, образующего пленку.
Добавление пигментов в лакокрасочную продукцию играет важную роль в производстве разного рода красок. Благодаря ним они приобретают определенные свойства, которые заключаются в устойчивости к образованию коррозии, устойчивости к условиям окружающей среды. Вместе с пигментами для придания определенных характеристик лакокрасочным материалам добавляются различные наполнители.
Сегодня пигменты применяются не только в лакокрасочной промышленности, но и в косметической. Они предоставляют возможность получать тени, помады и многие другие косметические средства насыщенных оттенков, с которыми можно создавать макияжи и выражать свою индивидуальность.
Статьи по теме
Процесс получения различных цветов с помощью нескольких основных (первичных) излучений или красок называется цветовым синтезом. Существует два принципиально различных метода цветового синтеза: аддитивный и субтрактивный синтезы.
Для того чтобы свет мог оказывать влияние на растительный организм и, в частности, быть использованным в процессе фотосинтеза, необходимо его поглощение фоторецепторами-пигментами. Пигменты - вещества, имеющие окраску. Видимая часть спектра представлена длинами воли от 400 до 800 им. Органические вещества, поглощающие свет с длиной волны менее 400 им, кажутся бесцветными.
Хлорофиллы
Выделенное из листьев зеленое вещество назвали хлорофиллом (от греч. «хлорос» - зеленый и «филлон» - лист). В настоящее время известно около 10 хлорофиллов. Они отличаются по химическому строению, окраске, распространению среди живых организмов. У всех высших зеленых растений содержатся хлорофиллы а и b. Хлорофилл с содержится в диатомовых водорослях, хлорофилл d - в красных водорослях. Кроме того, известны четыре бактериохлорофилла (а, b, с иd ), содержащиеся в клетках фотосинтезирующих бактерий., В клетках зеленых бактерий содержатся бактериохлорофиллы с и d. В клетках пурпурных бактерий - бактериохлорофиллы а и b. Основными пигментами, без которых фотосинтез не идет, являются хлорофилл а для зеленых растений и бактериохлорофилл для бактерий. Впервые точное представление о пигментах зеленого листа было получено благодаря работам крупнейшего русского ботаника М. С. Цвета. Он выделил пигменты листа в чистом виде и разработал новый хроматографический метод разделения веществ. Хлорофиллы а и Ъ различаются по цвету. Хлорофилл а имеет сине-зеленый оттенок, а хлорофилл Ъ - желто-зеленый. Содержание хлорофилла а в листе примерно в три раза больше по сравнению с хлорофиллом Ъ.
Химические свойства хлорофилла
По химическому строению хлорофилл - это сложный эфир дикарбоновой органической кислоты - хлорофиллина и двух остатков спиртов - фитола и метилового. Хлорофиллин представляет собой азотсодержащее металлорганическое соединение, относящееся к магний-порфиринам. В центре молекулы хлорофилла расположен атом магния, который соединен с четырьмя азотами пиррольных группировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это и есть хромофорная группа хлорофилла, обусловливающая его окраску.
Расстояние между атомами азота пиррольных группировок в ядре хлорофилла составляет 0,25 нм. Интересно, что диаметр атома магния равен 0,24 нм. Таким образом, магний почти полностью заполняет пространство между атомами азота пиррольных группировок. Это придает ядру молекулы хлорофилла дополнительную прочность. Еще К. А. Тимирязев обратил внимание на близость химического строения двух важнейших пигментов: зеленого - хлорофилла листьев и красного - гемина крови. Действительно, если хлорофилл относится к магний-порфиринам, то гемин - к железопорфиринам. Сходство это не случайно и служит еще одним доказательством единства всего органического мира.
Одной из специфических черт строения хлорофилла является наличие в его молекуле, помимо четырех гетероциклов, еще одной циклической группировки из пяти углеродных атомов - циклопентанона. В циклопептанонном кольце содержится кетогруппа, обладающая большой реакционной способностью. Есть данные, что в результате процесса эполизации по месту этой кетогруппы к молекуле хлорофилла присоединяется вода.
Извлеченный из листа хлорофилл легко реагирует как с кислотами, так и со щелочами. При взаимодействии со щелочью происходит омыление хлорофилла, в результате чего образуются два спирта и щелочная соль хлорофиллина. В интактном живом листе от хлорофилла может отщепляться фитол под воздействием фермента хлорофиллазы. При взаимодействии со слабой кислотой извлеченный хлорофилл теряет зеленый цвет, образуется соединение феофитин, у которого атом магния в центре молекулы замещен на два атома водорода.
Хлорофилл в живой интактной клетке обладает способностью к обратимому окислению и восстановлению. Способность к окислительно-восстановительным реакциям связана с наличием в молекуле хло рофилла сопряженных двойных связей. Эти связи фиксированы не прочно, и при их перемещении азот пиррольных ядер может окисляться (отдавать электрон) или присоединять электрон (восстанавливаться).
Молекула хлорофилла полярна, ее порфириновое ядро обладает гидрофильными свойствами, а фитольный конец - гидрофобными. Это свойство молекулы хлорофилла обусловливает определенное расположение ее в мембранах хлоропластов. Исследования показали, что свойства хлорофилла, находящегося в листе и извлеченного из листа, различны, так как в листе он находится в комплексном соединении с белком подобно гемоглобину крови. Это доказывается следующими данными: 1. Спектр поглощения хлорофилла, находящегося в листе, иной по сравнению с извлеченным хлорофиллом. 2. Хлорофилл невозможно извлечь абсолютным спиртом из сухих листьев. Экстракция протекает успешно, только если листья увлажнить или к спирту добавить воды. 3. Выделенный из листа хлорофилл легко подвергается разрушению под влиянием самых разнообразных воздействий (повышенная кислотность, кислород и даже свет). Между тем в листе хлорофилл достаточно устойчив ко всем перечисленным факторам. Следует заметить, что связь между хлорофиллом и белком несколько иного характера, чем между гемином и белком. Установлено, что для гемоглобина характерно постоянное соотношение - на 1 молекулу белка приходится 4 молекулы гемина. Между тем соотношение между хлорофиллом и белком различно (от 3 до 10 молекул хлорофилла на 1 молекулу белка). Это соотношение претерпевает изменения в зависимости от типа растений, фазы их развития, условий среды. Связь между молекулами белка и хлорофиллом осуществляется путем нестойких комплексов, образующихся при взаимодействии кислых групп белковых молекул и азота пиррольных колец. Чем выше содержание дикарбоновых аминокислот в белке, тем лучше идет их комплексирование с хлорофиллом. Блокирование карбоксильных групп в белке сильно уменьшает его способность к связыванию с хлорофиллом. Белки, связанные с хлорофиллом, характеризуются низкой изоэлектрической точкой (3,7-4,9). Молекулярная масса этих белков порядка 68 тыс.
Важным свойством молекул хлорофилла является их способность к взаимодействию друг с другом. В результате этого происходит их переход из мономерной в агрегированную форму, которая может возникнуть в результате взаимодействия двух и более молекул при их близком расположении друг к другу. В процессе образования хлорофилла его состояние в живой клетке закономерно меняется. При этом и происходит его агрегация.
Леонтьев Юрий
Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и полей? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам – пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Введение | 2 стр. |
| 4 стр. |
| 14 стр. |
| 19 стр. |
| 25 стр. |
| 27 стр. |
Введение.
Неповторим и загадочен мир растений. Как часто он задаёт нам вопросы, на которые, казалось бы, невозможно найти ответ. Но стоит внимательнее присмотреться, задуматься, проявить любознательность и трудолюбие – и тайна зелёного друга перестанет быть тайной. Жизнь растения раскроется во всей сложности, гармонии, красоте.
Кто не восхищался красками цветущего луга, лесной опушки, осенней листвы, даров сада и полей? Но далеко не всем известно, откуда у природы такая богатая палитра цветов. Всей этой красотой обязаны мы специальным красящим веществам – пигментам, которых в растительном мире известно около 2 тысяч.
Цвет вещества, в том числе и пигмента, определяется его способностью к поглощению света. Если свет, падающий на вещество или орган растения, равномерно отражается, они выглядят белыми. Если же все лучи поглощаются, объект воспринимается как чёрный. Если вещество поглощает только отдельные участки видимой части солнечного спектра, оно приобретает определённую окраску.
В растительных клетках чаще всего встречаются зелёные пигменты - хлорофиллы, жёлто – оранжевые каротиноиды, красные и синие антоцианы, жёлтые флавоны и флавонолы.
Цель моей работы – познакомиться с многообразием растительных пигментов, их значением в жизни растений и человека.
Задачи работы :
- Изучить научную литературу по данной теме
- Определить основные физические характеристики растительных пигментов (состав, структуру, свойства)
- Изучить значение природных красителей для растений и человека.
- Сделать выводы
Методы исследования:
- Изучение теоретического материала для дальнейшей разработки и изучения данной проблематики
- Эксперимент
- Наблюдения за ростом и развитием растений
- Фотоотчёт
- Обработка полученных результатов
Тип проекта : исследовательский, долгосрочный, межпредметный, индивидуальный.
Формы представления результатов проекта : доклад по теме исследования, компьютерная презентация.
I. Растительные пигменты.
Пигменты - красящие вещества, придающие цвет растениям. Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, имеющие группировки, ответственные за поглощение света. Для этих группировок характерно наличие цепочки чередующихся простых и двойных связей (-С=С-С=С-). Кроме того, поглощение света усиливается при наличии в молекуле кольцевых структур.
Пигменты Пигменты , связанные с белками и липидами, входят в структуру биологических мембран. У многих видов животных и растений существуют специализированные пигментные клетки или хроматофоры.
Схема 1. Растительные пигменты.
1). Пластиды.
Пластиды характерны только для растений. Они не найдены у грибов и у большинства животных, исключая некоторых фотосинтезирующих простейших.
Предшественниками пластид являются пропластиды , мелкие обычно бесцветные образования, находящиеся в делящихся клетках корней и побегов. Если развитие пропластид в более дифференцированные структуры задерживается из-за отсутствия света, в них может появиться одно или несколько проламеллярных телец (скопления трубчатых мембран). Такие бесцветные пластиды называются этиопластами. Этиопласты превращаются в хлоропласты на свету, а из мембран проламеллярных телец формируются тилакоиды. В зависимости от окраски, связанной с наличием или отсутствием тех или иных пигментов, различают три основных типа пластид: хлоропласты (зелёного цвета), хромопласты лейкопласты (бесцветные). Обычно в клетке встречаются пластиды только одного типа. Однако установлено, что одни типы пластид могут переходить в другие.
Пластиды – относительно крупные образования клетки. Самые большие из них – хлоропласты – достигают у высших растений 4-10 мкм длины и хорошо различимы в световой микроскоп. Форма окрашенных пластид чаще всего линзовидная или эллиптическая. В клетках встречаются, как правило, несколько десятков пластид, но у водорослей, где пластиды нередко крупны и разнообразны по форме, число их иногда невелико (1-5). Такие пластиды называются хроматофорами . Лейкопласты и хромопласты могут иметь различную форму.
а). Хлоропласты.
Хлоропласты встречаются во всех зелёных органах растений. Строение пластид может быть рассмотрено на примере хлоропластов (рис. 3). Они имеют оболочку, образованную двумя мембранами: наружной и внутренней. Внутренняя мембрана вдаётся в полость хлоропласта немногочисленными выростами. Мембранная оболочка отграничивает от гиалоплазмы клетки матрикс хлоропласта, так называемую строму . Как строма, так и выросты внутренней мембраны формируют в полости хлоропласта сложную систему мембранных поверхностей, ограничивающих особые плоские мешки, называемые тилакоидами или ламеллами . Группы дисковидных тилакоидов связаны друг с другом таким образом, что их полости оказываются непрерывными. Эти тилакоиды образуют стопки (наподобие стопки монет), или граны. В строме хлоропластов содержатся ферменты и рибосомы, отличающиеся от рибосом цитоплазмы меньшими размерами. Часто имеются один или несколько небольших зёрен первичного крахмала. Генетический аппарат хлоропластов автономен, они содержат собственную ДНК.
Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Центральная роль в этом процессе принадлежит хлорофиллу, точнее – нескольким его модификациям. Световые реакции фотосинтеза осуществляются в гранах, темновые – в строме хлоропласта.
Хлоропласты способны синтезировать собственные белковые молекулы, так как обладают собственной ДНК.
Рис.3 Схема строения хлоропласта в объёмном изображении (А) и на срезе (Б):
1 – наружная мембрана, 2 – внутренняя мембрана, 3 – строма,
4 – грана, 5 – тилакоид граны, 6 – тилакоид стромы, 7 – нить
пластидной ДНК, 8 – рибосомы хлоропласта (отличающиеся от
цитоплазматических рибосом), 9 – гранулы крахмала
Помимо фотосинтеза, в хлоропластах осуществляется синтез АТФ и АДФ (фосфорилирование), синтез и гидролиз липидов, крахмала и белков, откладывающихся в строме.
б). Хромопласты.
Хромопласты содержаться в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах (томаты, шиповник, рябина), иногда – в корнеплодах (морковь). Внутренняя структура хромопластов проще структуры хлоропластов. Граны в них отсутствуют. Красноватая или оранжевая окраска хромопластов связана с присутствием в них каротиноидов. Считается, что хромопласты – конечный этап в развитии пластид, т.е. это стареющие хлоропласты и лейкопласты. Наличие хромопластов частично определяет яркую окраску многих цветков, плодов и осенних листьев.
в). Лейкопласты.
Внутренняя структура лейкопластов проще структуры хлоропластов, в них отсутствуют граны. В лейкопластах пигменты отсутствуют, но здесь может осуществляться синтез и накопление запасных питательных веществ, в первую очередь крахмала, иногда белков и жиров. Очень часто в лейкопластах формируются зёрна вторичного запасного крахмала.
2). Пигменты пластид.
хлорофиллы, каротиноиды и фикобилинпротеи. Все они входят в состав пигментных систем в виде хромопротеидов, т.е. пигмент – белковых комплексов. Основное назначение пигментов – поглощать световую энергию (рис. 5), превращая её затем в химическую энергию. Пигменты располагаются на мембранах хлоропластов (тилакоидах), а хлоропласты в клетке обычно ориентируются таким образом, чтобы мембраны находились под прямым углом к источнику света (для максимального поглощения света).
а). Хлорофиллы.
Хлорофиллы поглощают в основном красный и сине-фиолетовый свет, зелёный свет ими отражается, что и придаёт растениям специфическую зелёную окраску, если она не маскируется другими пигментами. В основе строения хлорофиллов лежит Mg – порфириновый скелет.
В состав молекулы хлорофилла (рис. 8) входит плоская голова, поглощающая свет, в центре которой расположен атом магния. Этим можно объяснить, почему дефицит магния приводит к уменьшению образования хлорофилла и пожелтению листьев растения. Молекула хлорофилла включает в себя ещё и длинный гидрофобный (отталкивающий воду) углеводородный хвост. Внутренние мембраны также гидрофобны, поэтому хвосты «забрасываются» внутрь тилакоидных мембран и служат своеобразным якорем. Гидрофильные головы располагаются в плоскости мембранных поверхностей подобно солнечным батареям. У различных хлорофиллов к головам прикреплены различные боковые цепи, что приводит к изменению их спектров поглощения, увеличивая диапазон длин волн поглощаемого света.
Кроме того, имеются различные заместители, например дитерпеновый спирт фитол, придающие молекуле хлорофилла способность встраиваться в липидный слой биологических мембран.
б). Каротиноиды.
Каротиноиды – жёлтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, синтезируемые растениями (а также бактериями и грибами), не растворимы в воде, сильно поглощающие в сине-фиолетовой области. Каротиноиды отчасти выполняют роль дополнительных фотосинтезирующих пигментов, но при этом могут осуществлять и другие функции, с фотосинтезом не связанные. Они называются вспомогательными пигментами, потому что поглощённую ими световую энергию они переносят на хлорофилл. В спектре поглощения каротиноидов обнаруживается три пика в сине-фиолетовой области. Помимо своей функции как вспомогательных пигментов каротиноиды защищают хлорофиллы от избытка света и от окисления кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Они хорошо замаскированы зелёными хлорофиллами, но становятся видны в листьях до начала листопада, поскольку хлорофиллы разрушаются первыми. Каротиноиды обнаружены в некоторых цветках и фруктах, у которых яркая окраска привлекает насекомых, птиц и млекопитающих, тем самым обеспечивая успешное опыление и распространение семян; к примеру, красный цвет кожицы у томатов обусловлен наличием в ней каротинов. К каротиноидам относятся широко распространённые каротины и ксантофиллы. По химической природе это изопреноидные углеводороды, содержащие 40 углеродных атомов (рис.9). Ксантофиллы – окисленные каротины. Особенно богаты каротинами зелёные листья некоторых растений (например, шпината), корнеплоды моркови, плоды шиповника, смородины, томата и др. У растений каротиноиды представлены главным образом физиологически наиболее активным b – каротином. Каротины наряду с ксантофиллами нередко обуславливают окраску тех или иных организмов. Например, окраска пурпурных бактерий объясняется наличием ксантофиллов.
Каротиноиды, подобно хлорофиллам, очень слабо связаны с белками, они легко извлекаются из растений и используются в качестве лекарственных средств и красителей.
в). Фикобилипротеиды.
Фикобилинпротеиды характерны для хлоропластов, цианобактерий, багрянок и криптофитовых водорослей. Они, как и каротиноиды, участвуют в фотосинтезе, доставляя поглощённую энергию света к молекулам хлорофилла. Фикобилины – стойкие пигмент-белковые комплексы, хорошо растворимые в воде. В их основе лежат хромофорные группы, близкие к
желчным пигментам. Известны два типа фикобилинпротеидов: синие фикоцианины и красные фикоэритрины (рис.10).
II. Использование растительных пигментов человеком.
Краски вообще щедро распределены в природе, как в животном, так и в растительном царстве. Краски в растениях находятся или в готовом состоянии, или в виде промежуточных бесцветных веществ, так называемых "хромогенов", только под влиянием тех или других факторов превращающихся в краски. Только в очень редких случаях краска в растении распределена совершенно равномерно во всех его частях; большей частью пигмент сосредоточивается или в той, или в другой его части. В дело идут иногда: корни (марена, альканна, куркума и др.), древесина (так наз. "деревянные краски": кампеш, фернамбук, сандал, желтое, физетовое дерево и др.), кора (кверцитрон, ло-као, каштан и др.), листья (сумах, датис, некоторые виды пальм и др.), цветки (сафлор, шафран и др.), плоды (грушка, орлеан, бабла и др.), растительный сок (индиго, кашу, алоэ), целые растения (вайда, вау), лишаи (орсейль, лакмус, кудбир), смолы (драконова кровь, лак-дэй и др.).
Весьма замечательно, что в природе синих пигментов, а также и желтых встречается очень много и весьма разнообразного состава, красных - значительно меньше. Хороших зеленых красок немного; распространенный в природе хлорофилл употребляется лишь в сравнительно ограниченных количествах для подкраски жирных масел. С распространением искусственных пигментов естественные растительные краски употребляются все в меньших количествах. Чрезвычайно редко растительные краски употребляются в дело непосредственно в виде измельченного сырья; большей же частью это сырье подвергается той или другой обработке и уже только затем употребляется для окрашивания.
Естественные растительные краски:
Куркума, карри, лепестки цветков календулы |
|
Экстракт семян аннато, морковный сок, нерафинированной пальмовое масло – со временем выцветает |
|
Порошок паприки (также в виде масляной вытяжки – для тех, кто предпочитает «гладкое» мыло) |
|
Алканна – окраска меняется в зависимости от ph-значения мыла; растительный пигмент «можжевельник» |
|
Шалфей, петрушка, листки пачули, шпинат |
|
Красный чай из сандалового дерева и/или красный порошок сандалового дерева – получается теплый красно-коричневый |
|
Корица, молоко, мед, а также большинство ароматных масел ванили |
|
Порошок какао, шоколад, кофе, лечебная глина и т.д. |
Ликопин - красный каротиноид, содержащийся в томатах и арбузах, предупреждает рак кожи, защищает от солнечных ожогов.
Длительное исследование более ста тысяч мужчин и женщин в США показало, что риск хронических болезней, особенно сердечно-сосудистых, значительно снижен у тех, кто ест больше "цветных" овощей и фруктов. Особенно эффективны оказались зеленые листовые овощи - салаты и шпинат. В подобном финском исследовании людей среднего возраста как самые полезные для сердца выделены ягоды. В Австралии три десятка мужчин на протяжении полутора месяцев получали утром экстракт пигментов из фруктов, а вечером - из овощей. Состояние сердца и сосудов у участников опыта значительно улучшилось по сравнению с мужчинами, которые питались точно так же, но не получали экстрактов.
Джон Фолтс из Висконсинского университета (США) обнаружил, что экстракты флавоноидов из темной кожицы и косточек красных и черных сортов винограда понижают у собак и людей слипаемость тромбоцитов, уменьшая сворачиваемость крови и тем самым риск появления тромбов. Наиболее эффективны оба экстракта вместе. Сейчас группа Фолтса изучает возможность выпуска таких экстрактов в таблетках как биоактивной добавки для тех, кто не хочет или не может пить красное вино.
Еще более эффективен в этом отношении сок граната. Как показали исследования, проведенные в Медицинском центре Хайфы (Израиль), ежедневный прием 50 миллилитров сока граната на протяжении от года до трех лет позволяет снизить кровяное давление у пациентов с сужением каротидных артерий на 20 процентов.
Пока не ясно почему, но флавоноиды могут противостоять также ожирению и диабету. По некоторым данным, они подавляют гены, ответственные за развитие болезней, и облегчают обмен жизненно важными сигналами между клетками.
Растительные пигменты могут подавлять воспаление. Несколько лет назад обнаружено, что по противовоспалительному действию шесть темно-красных вишен равны одной таблетке аспирина. И, разумеется, вишни не имеют побочных действий, свойственных аспирину, иногда весьма опасных.
Большинство исследователей флавоноидов согласны с тем, что эти вещества лучше получать из натуральных продуктов, а не в виде концентрированных экстрактов и биодобавок. Более того, мощные дозы флавоноидов, принимаемые по принципу "хорошего много не бывает", как показали некоторые исследования, могут вредить. Так, излишек бета-каротина может способствовать развитию рака кожи под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. Кроме того, нередко бывают важны и другие вещества, сопровождающие растительные пигменты в натуральных овощах и фруктах.
Не каждый может себе позволить весь год есть ягоды или пить гранатовый сок. Поэтому многие селекционеры мира в последние годы работают над выведением самых обычных сельскохозяйственных культур с повышенным содержанием флавоноидов. Самый известный пример - полученный с помощью генной инженерии немецкими и швейцарскими генетиками золотой рис, обогащенный каротином (населению развивающихся стран, питающемуся в основном рисом, часто не хватает витамина А). В Корнельском университете (США) работают над пшеницей, обогащенной каротином. В лабораториях Министерства сельского хозяйства США выведены огурцы с каротином, имеющие желто-оранжевый цвет. Там же получен сорт моркови, в котором на 75 процентов больше каротина, чем в известных сортах. В Висконсине (США) получен сорт свеклы с повышенным содержанием красного пигмента. В разных странах выведены разноцветные сорта картофеля, обладающие целебными свойствами.
Привычная нам оранжевая морковь - плод (точнее, корнеплод) освободительной "оранжевой" революции,
прошедшей в 1566-1609 годах на территории современных Нидерландов. Местные овощеводы, движимые патриотическими чувствами, подобрали семена от мутантных экземпляров и вывели морковь геральдического цвета Оранской династии. Современные селекционеры получили сорта от белых до почти черных (рис.11).
Основываясь на диких разновидностях картофеля из Анд, американские селекционеры вывели цветные сорта, более вкусные и полезные, чем обычный белый, желтоватый или розоватый на срезе картофель (рис.12). В Германии выведен сорт картофеля, содержащий в 130 раз больше каротина, чем обычные сорта, и спорящий по этому показателю с морковью.
III. Практическая работа.
1.Получение хлорофилльной вытяжки.
Основное оборудование: спиртовка, спички, штатив, держатель для пробирок, пробирки, спирт, растение (листок аспидистра).
Примечание: растение, за несколько дней до проведения опыта, следует поместить в условия интенсивного освещения.
Ход работы:
- Поместить в пробирку свёрнутый в трубочку лист зелёного растения.
- Налить в пробирку спирт (примерно на1/2-1/3 пробирки).
- Закрепить пробирку в держателе.
- Медленно нагревать над огнём спиртовки, не доводя спирт до кипения и соблюдая все правила техники безопасности.
- Поставить пробирку в штатив.
- Через 1-2 минуты вынуть из неё лист.
- Рассмотреть лист и содержимое пробирки.
- Записать результаты.
- Нагреваю листок со спиртом в пробирке, получаем хлорофилловую вытяжку.
2.В результате нагревания лист потерял зелёную окраску.
3.Спирт окрасился в ярко-зелёный цвет, т.к. из листка выделился хлорофилл
Вывод: При кипении хлорофилл выделяется в спирт, спирт окрашивается в зелёный цвет, лист теряет свою окраску.
2.Исчезновение зелёной окраски хлорофилльной вытяжки.
Дополнительное оборудование: растворы соляной кислоты (HCl) и щёлочи (NAOH).
Ход работы:
Прилить раствор HCI к хлорофилльной вытяжке, смешать палочкой.
Прилит раствор HCl к хлорофилльной вытяжке. Содержимое пробирки окрасилось в бурый цвет, т.е. образовался феофитин.
Вывод:
Так как зелёный цвет хлорофилла определяется наличием в нём Mg ,то Cl соединяется с Mg и образуется соль. Такого рода реакции могут происходить в природе. Например, при попадании кислотных дождей на зелёные растения, у растений нарушается процесс фотосинтеза, пропадает зелёная окраска, которая восстановлению не подлежит.
красный
пурпурный
фиолетовый
синий
сине-зеленый
зелено-желтый
Из сока красного салата можно сделать лакмусовые бумажки. Для этого вам понадобится фильтровальная бумага. Ее надо пропитать капустным соком и дать ей высохнуть. После этого разрезать на тонкие полоски. Лакмусовые бумажки готовы.
Ниже приводятся значения PH для некоторых жидкостей:
1. Желудочный сок - 1.0-2.0 ph
2. Лимонный сок - 2.0 ph
3. Пищевой уксус - 2.4 ph
4. Кока-кола - 3.0 ph
5. Яблочный сок - 3.0 ph
6. Пиво - 4.5 ph
7. Кофе - 5.0 ph
8. Шампунь - 5.5 ph
9. Чай - 5.5 ph
10. Слюна - 6.35-6.85 ph
11. Молоко - 6.6-6.9 ph
12. Чистая вода - 7.0 ph
13. Кровь - 7.36-7.44 ph
14. Морская вода - 8.0 ph
15. Раствор пищевой соды - 8.5 ph
16. Мыло (жировое) для рук - 9.0-10.00 ph
17. Нашатырнай спирт - 11.5 ph
18. Отбеливатель (хлорная известь) - 12.5 ph
19. Каустическая сода или натриевая щелочь > 13 ph
- Вывод.
Цветовое многообразие растительного мира обязано пигментам. Пигменты - красящие вещества, придающие цвет растениям. Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, имеющие группировки, ответственные за поглощение света. В растительных клетках содержатся растительные пигменты, такие как хлорофилл (a,b,c,d), каротиноиды, к которым относятся каротины и ксантофиллы, фикобилинпротеиды. Пигменты находятся чаще в тех или иных структурных образованиях клетки, реже - в жидкостях организма в растворённом состоянии. Так, хлорофилл сосредоточен в хлоропластах, каротиноиды - в хромо - и хлоропластах, гемоглобин - в эритроцитах, флавоноиды - в клеточном соке растений.
Пластиды – относительно крупные образования клетки. различают три основных типа пластид: хлоропласты (зелёного цвета), хромопласты (жёлтого, оранжевого или красного цвета) и лейкопласты (бесцветные). Обычно в клетке встречаются пластиды только одного типа. Хлоропласты встречаются во всех зелёных органах растений. Основная функция хлоропластов – фотосинтез. Хромопласты содержаться в клетках лепестков многих растений, зрелых окрашенных плодах (томаты, шиповник, рябина), иногда – в корнеплодах (морковь). Красноватая или оранжевая окраска хромопластов связана с присутствием в них каротиноидов. В лейкопластах пигменты отсутствуют, но здесь может осуществляться синтез и накопление запасных питательных веществ.
Пигменты, локализующиеся в пластидах и участвующие в процессах фотосинтеза, принадлежат к трём классам. Это хлорофиллы, каротиноиды и фикобилинпротеиды. Основное назначение пигментов – поглощать световую энергию, превращая её затем в химическую энергию. Хлорофиллы поглощают в основном красный и сине-фиолетовый свет, зелёный свет ими отражается, что и придаёт растениям специфическую зелёную окраску. Каротиноиды – жёлтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, синтезируемые растениями (а также бактериями и грибами), сильно поглощающие в сине-фиолетовой области. Они называются вспомогательными пигментами, потому что поглощённую ими световую энергию они переносят на хлорофилл. Каротиноиды используются в качестве лекарственных средств и красителей. Фикобилинпротеиды, как и каротиноиды, участвуют в фотосинтезе, доставляя поглощённую энергию света к молекулам хлорофилла. Известны два типа фикобилинпротеидов: синие фикоцианины и красные фикоэритрины.
Ароматические вещества.
Характерный вкус и запах придает фруктам и овощам широкая палитра химически разнородных веществ, присутствующих в них в очень малых концентрациях. Среди ароматических веществ во фруктах чаще всего встречаются эфирномасляничные кислоты, альдегиды, спирты и терпеновые вещества. Большинство этих соединений имеют очень низкую точку кипения, что при выпаривании материала приводит к их испарению в первую очередь из водного содержания и фруктовая масса теряет ценные вкусовые качества. В промышленном технологическом процессе сегодня все больше расширяется консервирование ароматических веществ, которые на конечной стадии обработки возвращаются обратно в продукты.
Витамины
Витамины являются веществами различного химического строения, которые в незаметных концентрациях производят в живых организмах значительное действие. Являются для человека совершенно незаменимыми, и так как человеческий организм не может сам их синтезировать, он должен их принимать в продуктах - или в готовой форме или как провитамины. В доказательство этого приведена таблица 3, из которой видно, что фрукты и овощи являются их богатыми источниками (исключая витамин D). То обстоятельство, что большая часть веществ чувствительна к окислению, к воздействию высокой температуры и к выщелачиванию, обязывает нас вовремя и очень бережно обрабатывать продукты для консервирования.
Витамины подразделяются на растворимые в масляных растворах, к ним относятся витамины A, D, E и K и на растворимые в воде - витамины группы B и витамин С.
Ферменты
Ферменты - это такие вещества, которые катализируют (т.е. специфически ускоряют) биохимические реакции как в живых организмах, так и в мертвых, например, в собранном урожае. Из большого количества ферментов нас будут интересовать только те, которые находятся в сырье для консервирования. К ним принадлежат, прежде всего, ферменты класса оксиредуктаз (L-аскорбиназа, пероксидаза, фенолоксидаза и другие), которые во фруктах и овощах катализируют (ускоряют) окислительно-востановительные реакции. В сырье, собранном для консервирования, дыхательные процессы не прекращаются, а находятся в равновесии, что не дает происходить явным изменениям вещества. Но любое механическое мероприятие, например, резание, чистка, измельчение, помол материала приводят к дезорганизации ферментативной системы, разрушению витамина С и других веществ и вследствие окисления некоторых органических материалов приводят к окрашиванию в коричневый цвет. В некоторых случаях можно предотвратить такие изменения сырья при домашнем консервировании. Другая интересная для нас группа ферментов - это пектолитические ферменты, которые постепенно отнимают пектиновые вещества от пектоцеллюлоз и через протопектины переходят собственно в пектин с сокращенной молекулярной цепью. Пектолитические ферменты могут быть опасными, например, при несвоевременной стерилизации сырья, залитого горячей водой. Примерная температура обработки изделий составляет 35-40 oC, что близко к оптимальной для деятельности ферментов. Вследствие этого может произойти быстрое разложение пектиновых веществ, что приведет к нежелательному размягчению фруктов в компоте или стерилизованных овощей. Другие последствия может иметь продление обработки размолотых фруктов, предназначенных для приготовления мармелада. Пектиновые вещества при этом распадаются на пектины с короткой молекулой, которые имеют меньшую желеобразующую способность, что, кроме побурения продуктов, приводит еще к тому, что не будет происходить желеобразование.
Биологические пигменты (биохромы) - окрашенные вещества, входящие в состав тканей организмов. Цвет пигментов определяется наличием в их молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в определённой части видимого спектра солнечного света. Пигментная система живых существ - звено, связывающее световые условия окружающей среды и обмен веществ организма. Биологические пигменты играют важную роль в жизнедеятельности живых существ.
Группы биологических пигментов:Каротиноиды -содержатся в растениях, устойчивых к пониженным температурам. Когда хлорофилл исчерпывается в холодное время года, листья приобретают заметную жёлтую или оранжевую окраску за счёт пролонгированного действия пигмента каротиноида. Каротиноиды защищают растения от пагубного действия солнечного света, принимая УФ-излучения солнца на себя, трансформируя в энергию и передавая её хлорофиллу.
К каротиноидам относятся такие пигменты, как:- каротин - жёлто-оранжевый пигмент, - гематохром – красный пигмент,
Ксантофилл – желтый пигмент- ликопин – красный, красно-оранжевый пигмент,- лютеин – желтый пигмент,
и другие. Порфирины В эту группу входят биологические пигменты, в составе которых присутствует порфириновый комплекс.К этой группе относятся также растительные пигменты - хлорофилл (зеленый пигмент) , феофитин и т. п. Как правило, пигменты этого класса участвуют в фотохимических процессах, а также являются ферментами, задействованными в обмене веществ. Их роль как собственно красителей второстепеннаАнтоцианы - придают растениям окраску в диапазоне от розовой, красной, сиреневой, до синей и тёмно-фиолетовой. Антоцианы образуются в процессах гидролиза крахмала. Усиленное образование антоцианов в клетках растения происходит при снижениях температур окружающей среды, при остановках синтеза хлорофилла, при интенсивном освещении УФ-лучами, при недостатке фосфора, необходимого для ввязывания гидролизованных крахмалом сахаров. При этом окраска листьев растений изменяется от зелёных до красных и синих цветов.Фитохром - голубой растительный пигмент белкового строения, контролирует процессы цветения и прорастания семян. У одних растений ускоряя цветение, у других - задерживая. Фитохром играет роль "биологических часов" растения, механизм действия пока не изучен. Известно, что строение пигмента меняется в зависимости от светлого и тёмного времени суток, сигнализируя об этом растению. Фитохром связан с клеточными мембранами и встречается практически во всех органах растения.Меланин - пигмент, встречающийся как в клетках растений, так и животных. В частности, он придаёт чёрный и коричневый цвет волосам. Отсутствие меланина в клетках делает животных и человека альбиносами.Структура молекул меланина жидкокристаллическая. Пигмент является сильным антиоксидантом. Синтетически продуцированный меланин в водных растворах оказывает на растение удивительные свойства - ускоряет рост и созревание плодов, редуцирует деятельность камбия, ускоряет прорастание семянАнтохлор - пигмент жёлтого цвета. Встречается в клетках кожици лепестков первоцвета (баранчики, примула), льнянки, жёлтого мака, георгины, в плодах лимонов и других растениях.Антофеин - редко встречающийся пигмент тёмного цвета. Вызывает окраску пятен на крыльях венчика у русских бобов (Faba vulgaris).Хлорофилл - зелёный пигмент, обусловливающий окраску хлоропластов растений в зелёный цвет. При его участии осуществляется процесс фотосинтеза. По химическому строению хлорофиллы - магниевые комплексы различных тетрапирролов. Хлорофиллы имеют порфириновое строение и структурно близки гему. По химическому строению хлорофиллы - сложные эфиры дикарбоновой органической кислоты - хлорофиллина и двух остатков спиртов - фитола и метилового. Эмпирическая формула - C55H7205N4Mg. Хлорофиллин представляет собой азотсодержащее металлорганическое соединение, относящееся к магнийпорфиринам.
формула хлорофиллина:
Химические свойства .
Хлорофилл содержит четыре соединенных между собой остатка пиррола, которые образуют порфириновое ядро. Порфириновое ядро связано двумя основными и двумя дополнительными валентностями с атомом магния.
Вместе с тем структурная формула хлорофилла а свидетельствует о том, что хлорофилл представляет собой сложный эфир двуосновной кислоты и двух спиртов – метилового и высокомолекулярного непредельного спирта фитола, являющегося производным изопрена. Именно наличие остатка фитола в хлорофилле придает последнему липидные свойства, проявляющиеся в его растворимости в жировых растворителях. При настаивании зеленых листьев в этиловом спирте можно заметить образование в клетках зеленых кристаллов. Кристаллы эти представляют собой этилхлорофиллид – продукт замещения остатка фитола в хлорофилле остатком этилового спирта. Расщепление сложноэфирной связи между карбоксильной группой молекулы хлорофилла и остатком фитола с последующим замещением этого последнего остатком этилового спирта происходит под действием особого фермента – хлорофиллазы.
Физические свойства. Mолекулярный вес хлорофилла a 893,52. В изолированном состоянии хлорофилл образует черно-голубые микрокристаллы, которые плавятся с образованием жидкости при 117-120°С. Хлорофилл а легко растворяется в диэтиловом эфире, этаноле, ацетоне, хлороформе, бензоле, пиридине. Растворы хлорофилла а имеют сине-зеленую окраску и обладают сильной красной флуоресценцией. Главные максимумы спектра поглощения разбавленных растворов хлорофилла а в диэтиловом эфире - 429 и 660 нм.