Исследование явления экстракции, получение экстрактов и их практическое применение

По химическому строению хлорофиллы — сложные эфиры дикарбоновой органической кислоты — хлорофиллина и двух остатков спиртов — фитола и метилового. Эмпирическая формула — C₅₅H₇₂₀₅N₄Mg.

 Спутниками хлорофилла  являются каротиноиды, которые  определяют желтое, оранжевое и  красное окрашивание. Так, желтые  зерна кукурузы, оранжевая кожура  мандарина, красные плоды шиповника  своей окраской обязаны каротиноидам. Третья группа пигментов — антоцианы, которые определяют практически все краски растений — от оранжевой и красной до синей. Особый интерес представляют пигменты третьей группы – антоцианы, которые обладают хорошими индикаторными свойствами.

Антоцианы (от греч. ánthos — цвет и kýаnos — лазоревый) – это одни из самых распространённых пигментов в растительном царстве. Группа антоцианов наиболее многочисленна и насчитывает около 10 видов. Известно большое количество природных объектов, богатых антоцианами.  Это анютины глазки, малина,  вишня, земляника, краснокочанная капуста,  черника, клюква, клубника, черный виноград и многие другие. 

2.1.4. Кофе и явление экстракции

Экстракция – это  высвобождение из кофейного порошка  вкусо-ароматических веществ в  результате его взаимодействия с водой. При этом довольно быстро выделяются ароматические вещества, вкусовые же медленнее. Количество растворимых веществ, перешедших в напиток, и определяет его качество. Чем больше ароматических и вкусовых веществ перешло в напиток, тем лучше, вкуснее и ароматнее он будет.

Полнота экстракции и  скорость её протекания зависят от множества условий и факторов. Прежде всего, от сорта, вида и качества кофе, от степени обжарки и помола кофейных зёрен. Важное условие экстракции – температура заваривания. Оптимальной считается 93-96°С, т.е. та, при которой достигается вторая стадия закипания воды. И хотя мы говорим по - привычке  «сварить кофе», его как раз и не варят – кипение убивает вкус и приводит к очень быстрому (в течение десяти-двадцати секунд) улетучиванию значительной доли ароматических веществ. После пяти минут кипячения количество ароматических веществ уменьшается в десять раз!

Вопрос принципиальной важности для экстракции – соотношение  количества кофейного порошка и  количества воды. Установленная норма – 10-12 граммов (1-2 чайные ложки) молотого кофе на 180 миллилитров воды (одна чашка). Некоторые любители напитка предпочитают «двойной» кофе, т.е. кофе двойной крепости, для чего сначала варят обычный кофе, дают ему отстояться и затем насыпают вторую порцию кофе. После чего доводят до кипения, быстро снимают с огня и вновь отстаивают. Если же необходимо приготовить слабый кофе, то ни в коем случае нельзя просто увеличить количество воды во время экстракции. Это изменит сам процесс экстракции и только ухудшит вкус напитка, сделает его вредным для здоровья. Выход из положения очень прост: разбавить кипятком уже готовый кофе. Человечество изобрело множество способов заваривания кофе. На первый взгляд совершенно разные, они тем не менее выполняют одну и ту же задачу – максимально эффективно и полно высвободить вкусовые и ароматические компоненты кофейного зерна. Для каждого любителя кофе важно определить для себя, какой сорт и вид кофе он любит, установить по вкусу пропорции кофейного порошка и воды, степень обжарки и помола зёрен. [9]

2.2. Методика  выполнения работы.

2.2.1.Экстракция пигментов из корнеплодов моркови и свеклы различными растворителями [2]

При приготовлении первых блюд, соусов и напитков происходит переход питательных  веществ из пищевых продуктов в раствор.

В результате мы получаем вкусные, компоты, ароматные чай и кофе это явление  - экстракция .

Оборудование и реактивы. Пробирки на 10 мл,  нож (2шт.), пинцет(2шт.), салфетки бумажные, стеклянные палочки(2шт.), пипетки(4шт.),фильтровальная бумага, пробирки с резиновыми пробками(2шт.), цилиндр(25мл.); сырая очищенная морковь, сырая очищенная свекла; вода, ацетон, бензин и спирт.

Проведение  анализа.  В пробирки  налить по 10 мл воды (отмерить цилиндром), спирта, бензина и ацетона и  поместить в каждую нарезанные овощи. Оставить на 20 минут. Содержимое пробирок  перемешать стеклянными палочками.  Пробирки закрыть резиновыми пробками и взболтать их содержимое. Через 3-4 мин. пипеткой взять несколько капель жидкости из каждой пробирки  и нанести их в центр кружков из фильтровальной бумаги. После испарения растворителей обратить внимание на наличие пятен на бумаге. В свекле и моркови содержатся разные пигменты. Основной пигмент моркови - каротин – практически не растворим в воде, но хорошо растворим в неполярных растворителях ( таковым является бензин.)  Поэтому каротин не удалось извлечь водой. Красный пигмент свеклы - бетаин - хорошо растворим в воде, но плохо - в бензине, поэтому бетаин экстрагируется водой. Таким образом, для проведения экстракции необходимо знать свойства извлекаемых веществ для выбора нужного растворителя.

Эмпирическая  формула каротина  С₄₀H₅₆. Не растворим в воде, но растворяется в органических растворителях.

Строение каротина:

 

 

 Эмпирическая  формула   бетаина  (CH₃)₃NCH₂COO

2.2.2.Экстракция фуксина С₂₀Н₂₀К₃Cl из водного раствора [2]

Оборудование  и реактивы

Штатив для пробирок ,пробирка с резиновой пробкой, маркер; водный раствор фуксина(0,1%-й),раствор сульфата меди (II)(4%-й),изоамиловый спирт .

Для экстракции фуксина  берут спирт, практически не растворимый  в воде, например изоамиловый. (У этого вещества неприятный запах, поэтому опыт нужно проводить вытяжной  шкафу при включенной тяге .)

К смеси растворов  фуксина  и сульфата меди (II) приливают 2мл изоамилового спирта и закрывают  пробирку резиновой пробкой. Плавными движениями многократно переворачивают пробирку вверх и вниз в течении нескольких минут, стремясь к тому ,чтобы жидкости как бы скользили одна по другой . Не рекомендуется взбалтывать содержимое пробирки, т .к. на разделение образующейся эмульсии  потребуется много времени .

После расслоения двух жидкостей  обращают  внимание на окраску верхнего и нижнего слоя жидкости . Сравнивают ее с окраской исходных растворов .

2.2.3. Экстракция йода из спиртового раствора йода. Разделение несмешивающихся жидкостей [2]

Оборудование и реактивы. Делительная воронка ,лабораторный штатив с лапкой, цилиндр (25мл), коническая колба (100мл), стакан (50мл); 5%-й спиртовой раствор йода (из аптечки), вода , нерафинированное растительное масло.

В делительную воронку  с закрытым краном налить 2-3 капли  спиртового раствора йода и добавить 10мл воды (для отмеривания воды использовать мерный цилиндр).

К полученному раствору йода прилить 1-2мл растительного масла. Закрыть делительную воронку пробкой и ,одной рукой придерживая пробку , а другой -кран , плавными движениями  многократно переворачивать ее вверх и вниз в течение нескольких минут.

2.2.4.Экстракция жирных пятен  бензином с поверхности ткани.

Нанести несколько капель растительного масла на поверхность  ткани, Затем надеть резиновые перчатки, смочить ватку бензином и потереть ткань  в том месте, где нанесено жирное пятно. Дать высохнуть растворителю.

2.2.5.Приготовление растительных экстрактов из листьев герани.

 Растворитель –  этиловый спирт  и пробирка  с пробкой.

Чтобы ускорить этот процесс,  сначала измельчить листья, поместить  их в пробирку и залить спиртом 10 мл. Оставить на несколько часов.

2.2.6.Как отличить настоящий кофе от цикория?

Бросить  по щепотке  того и другого порошка в стакан  с горячей водой.

2.2.7.Приготовление растительных экстрактов из ягод(  клюква, малина, рябина, чёрная смородина, калина)

Растворитель - этиловый спирт. Поместить в пробирки по несколько ягод каждого вида, раздавить ягоды стеклянной палочкой и залить по 5 мл этилового спирта. Оставить на несколько часов. Слить экстракты и исследовать их действие в качестве индикаторов в кислотах и щелочах.

2.2.8. Определение реакции среды в средствах бытовой химии

Для анализа взяты средства : для мытья посуды «FAIRI», чистящее средство «Cream Cif», «ПЕМОЛЮКС», гель для душа «Fa»,твёрдое мыло, стиральный порошок «Ушастый нянь». Для определения реакции среды в препаратах бытовой химии воспользуемся приготовленными спиртовыми экстрактами из ягод. Разведём немного каждого средства в химическом стакане водой. Налить в пробирки по 2-3 мл приготовленных растворов и прибавлять  спиртовые экстракты. Наблюдать изменение цвета экстракта, сделать вывод о реакции среды средства бытовой химии.

2.3.Результаты выполнения работы. Выводы.

2.3.1.Экстракция пигментов из корнеплодов моркови и свеклы различными растворителями.

растворитель	Морковь ( каротин)	Свекла ( бетаин)
вода	Почти не изменилась	розовый оттенок
Этиловый спирт	Не изменилась	Хорошо растворился
ацетон	Ярко-оранжевая окраска	Помутнела, появился розовый  оттенок
бензин	Бледно-оранжевая окраска	Осталось без изменений

 

Вывод: Каротин не растворяется в воде и этиловом спирте, лучше  растворяется в бензине и отлично  растворяется в ацетоне. Бетаин растворяется в воде, не растворяется в бензине, слабо растворяется в ацетоне  и хорошо растворяется в этиловом спирте ( см. приложение).

При проведении испытании  полученных экстрактов в качестве индикаторов, хороший переход окраски наблюдается со спиртовым раствором бетаина. В щелочной среде вишнёвый цвет переходит в лимонно-жёлтый, а в кислой он становится ярко – красным;  со спиртовым  раствором  каротина переход окраски слабо заметен. Его неудобно использовать в качестве индикатора.

( см. приложение 1,2). Следовательно, пятно от морковного сока можно удалить легко ацетоном, а от свеклы  этиловым спиртом.

2.3.2.Экстракция фуксина из водного раствора.

Фуксин незначительно  растворяется в воде и хорошо растворяется в различных спиртах, в нашем опыте изоамиловый спирт. Сульфат меди(II) в спирте не растворяется. После расслоения двух жидкостей  видны два слоя - синий и малиновый. Сравнивают ее с окраской исходных растворов. Верхний слой (спиртовой) приобрел ярко-розовый цвет-это характерная окраска фуксина ,а  нижний слой(водный) имеет голубой оттенок-этот цвет  придают гидратированные катионы меди. Объем водного раствора не изменился ,т.к. фуксин полностью перешел в верхний (спиртовой) слой .Это явление   показывает  возможность применения экстракции для очистки воды от растворенных в ней органических веществ (фуксин является органическим веществом) ( см. приложение 3).

2.3.3.Экстракция йода из спиртового раствора йода. Разделение несмешивающихся жидкостей.

Образуется эмульсия, но она неустойчива. Со временем капли масла начинают поднимать вверх. При этом масло приобретает более темный оттенок. Это свидетельствует о том ,что йод переходит в масляный слой ,поскольку йод в масле растворим лучше , чем в спирте и воде. По окончании экстракции делительную воронку закрепить в лапке штатива вертикально и дать постоять в течение некоторого времени, пока не произойдет полное расслоение жидкостей. Верхний слой жидкости приобретает коричневый оттенок, а нижний слой практически обесцвечивается. Это означает ,что произошла экстракция йода растительным маслом. После того ,как между жидкостями установится резкая граница, открыть пробку воронки ,а затем ,осторожно поворачивая кран, дать стечь нижнему слою жидкости в колбу. Когда верхний слой жидкости заполнит воронку вплоть до крана, закрыть и вылить оставшуюся в воронке жидкость через горло в стакан.

Таким образом, с помощью делительной воронки было проведено разделение двух несмешивающихся жидкостей .  При проведении данного опыта они использовали  метод отстаивания. Отстаивание сопровождалось расслоением жидкостей ,т.е. метод отстаивания применим к тем смесям ,которые содержат компоненты, отличающиеся по плотности (плотность масла меньше плотности водно-спиртовой смеси ) ( см. приложение 4).

Практическое  значение этого процесса: Для приготовления облепихового масла в быту использовать прокипячённое растительное рафинированное  масло. Залить семечки облепихи, полученные из ягод и хранить в темноте в течении двух месяцев. Будет происходить экстракция облепихового масла в растительное масло. Растительное масло приобретает ярко оранжевый цвет, характерный для облепихи и запах облепихи. Его можно использовать при ожогах и обморожениях. В промышленности процесс получения облепихового масла очень сложный, а дома его можно приготовить таким способом,  получается хороший лекарственный препарат.

2.3.4.Экстракция жирных пятен  бензином с поверхности ткани

После высыхания растворителя на ткани практически не остаётся следов, следовательно, масло экстрагировалось бензином. ( см. приложение 7)

Вывод. Жирные и масляные пятна с одежды удаляем  бензином.

2.3.5.Приготовление растительных экстрактов из листьев герани.

 Была проведена   экстракция хлорофилла - зеленого  пигмента растений.

Применим в качестве индикатора. (см. приложение 5)

2.3.6. Как отличить настоящий кофе от цикория?

Окрашенные вещества цикория трудно экстрагируют с водой, поэтому она остаётся некоторое время практически бесцветной. А вещества кофе, напротив, легко растворяются в воде, и его порошок медленно опускается на дно, оставляя за собой коричневый след ( см.  приложение 6). Экстракция – это высвобождение из кофейного порошка вкусо - ароматических веществ в результате его взаимодействия с водой. Количество растворимых веществ, перешедших в напиток, и определяет его качество. Чем больше ароматических и вкусовых веществ перешло в напиток, тем лучше, вкуснее и ароматнее он будет.

2.3.7.Приготовление растительных спиртовых экстрактов из ягод

(  клюква, малина, рябина, чёрная смородина, калина)

(см. приложение 5)

№	ягоды	Цвет экстракта	Цвет в нейтральной  среде	Цвет в кислоте	Цвет в щёлочи
1	клюква	Темно-бордовый	красный	Ярко-алый	Темно-зелёный
2	малина	малиновый	малиновый	алый	зелёный
3	смородина	Темно-вишнёвый	бордовый	красный	Темно-зелёный
4	калина	красный	красный	алый	зелёный
5	брусника	красный	красный	алый	зелёный
6	рябина	оранжевый	оранжевый	жёлтый	Светло-зелёный