Исследовательская работа " Живые краски"

                                                               «Живые краски»

Районная научно – практическая конференция

 «Первые шаги в науку» 2016 год.

Направление: биология

Автор: Цеденова Валерия,   ученица 9 класса.

Руководитель: Баянова И.А.

Введение

Зеленый луг, как чудный сад,

Пахуч и свеж в часы рассвета.

Красивых, радужных цветов

На нем разбросаны букеты.

И. 3. Суриков

              Растительный мир полон ярких красок всевозможных оттенков. Какое многообразие сочетаний в окраске цветов на лугу, какие тонкие переходы в расцветке осенних листьев - от зелено-желтых до ярко-красных! Растительные краски были одними из первых, которые начал применять человек, украшая себя, свое оружие, жилище и одежду. Сначала это были ярко окрашенные соки лепестков, листьев, плодов, затем люди научились специально приготовлять красители из растений. Так, при раскопках египетских пирамид найдены ткани, окрашенные индиго - краской синего цвета, которую получали из листьев индигоносных растений. Индиго широко применяли в Китае, Индии, Персии. В России привозными красками пользовались редко. Крестьяне готовили их из растений, которые росли рядом: на огороде, в саду, в лесу. Знаменитые неувядаемой яркостью и многоцветием дагестанские ковры ткались из шерсти, окрашенной краской, которую получали из корней марены.

    Сегодня число красителей очень разнообразно, и почти все они имеют химическое происхождение, но не стоит забывать и о природных красителях. И вот почему. Современные красители имеют насыщенные и яркие цвета, очень быстро сохнут, а некоторые почти не выгорают на солнце, так как они содержат огромное количество добавок, которые не только вредны, но и зачастую опасны для здоровья. Растительные краски уступили место синтетическим, только в пищевой промышленности и отчасти в ковровом ткачестве они по-прежнему широко используются.

   Актуальным на сегодняшний день является использование недорогих, экологически чистых травяных красителей, доступных в домашних условиях и не оказывающих негативных последствий для организма, особенно из-за большого количества людей, в частности детей, страдающих аллергическими заболеваниями.

Цель проекта: выделить природные красители из растений и показать их использование в быту.                                                                                                                                                 

Задачи:

v Собрать информацию о растительных красителях и источниках их получения;

v Выяснить, какие растительные пигменты придают окраску различным частям растений;

v Приготовить растительные краски;

v Показать возможности использования растительных красителей в быту.

2.1.История растительных красок

    Краски существуют так давно, что с точностью нельзя сказать, где и кем конкретно они были изобретены. Несмотря на это, мы можем быть уверенными что первыми, кто стал пользоваться красками, были наши древние предки. Они, за тысячи лет до нас рисовали на стенах пещер, на скалах... на собственной коже! (Кстати обычай раскрашивать лицо, тело существует у многих племён в тропических странах и сейчас.) Как правило, в своих рисунках они изображали животных. Ведь считалось, что рисование - это самая настоящая магия. И если изобразить огромного буйвола, пронзенного стрелой, то охотнику обязательно улыбнется удача! Поэтому самыми распространенными рисунками в древние времена, были картины изображающие процесс охоты.

  Одной из первых краской была глина. Глина удивительный материал. Она может быть самых разнообразных расцветок – желтая, красная, зеленоватая и белая.  Время шло, и человек становился все сообразительнее. В арсенале у древних художников появилась черная краска – ее добывали из древесного угля и сажи. Синюю краску получали из лазурита - минерала, который привозили в Европу из Китая и Средней Азии. Шкала цветовых оттенков лазурита - от светло-голубого до темно-фиолетового. Эта краска была очень дорогой, к тому же сложной в употреблении. Большой популярностью у древних художников пользовалась охра – природная смесь желтых, коричневых и красноватых минералов. Зеленый цвет давали соединения меди, прежде всего малахит. Также зеленые краски можно получить смешиванием желтых пигментов с синими, например желтой охры и берлинской лазури. Находили наши предки и киноварь (ртутный минерал), дающую ярко-красную краску малинового оттенка. Киноварь и некоторые другие минералы, содержат ядовитые вещества, которые вредят здоровью.                                                    Для того чтобы можно было бы разрисовывать выделанные кожи, раскрашивать головные уборы и оружие, а затем и первые ткани, потребовались другие краски. Эти краски дали растения: кора барбариса и ольхи, молочай, шелковица — жёлтую краску; отвары луковой шелухи, оболочки грецких орехов, коры дуба, листьев хны — коричневую. Для получения красного цвета использовались корни марены красильной. Синий цвет подарили индигоносные растения. Также природные красители получались при переработке мелких существ. Красивого, светло-коричневого тона красящее вещество получали из чернил каракатиц - морских головоногих моллюсков рода "сепия". Пурпурную краску получали из особого морского моллюска - пурпурной улитки. Чтобы получить грамм краски, надо было переработать более 10 тысяч раковин. Производство было очень сложное. Зато получался королевский пурпур для одежд императоров в Древнем мире. Красная краска кармин добывалась из кошенили – насекомых семейства червецов. Отсюда в русском языке пошло слово «червонный» - красный, красивый.

  Меньше чем 200 лет назад еще не существовало готовых красок и приходилось перед употреблением смешивать и перетирать ингредиенты. Но краски использовались все шире - к XIX веку краски применялись в ткацкой промышленности, в строительстве и в полиграфии (размножение печатной продукции), на бумажных денежных знаках присутствует краска. Наиболее дальновидные из предпринимателей поняли все преимущества производства готовых к употреблению красочных смесей. Так в начале XIX столетия зародилась лакокрасочная промышленность.                                                                                                           До XIX века было известно небольшое число красящих веществ и пигментов. Только в последние двести лет картина существенно изменилась. Химики создали целую гамму синтетических красок, и тем самым они положили начало эре создания искусственных, придуманных человеком цветов. Теперь продукты и товары могли быть самых невообразимых ранее расцветок. Технология не стоит на месте. Появились металлизированные краски, перламутровые и имитирующие различные фактур. Полученные из угля и нефти вещества для изготовления лаков и красок становились как товар массового спроса все дешевле и дешевле. Кроме этого, химико-синтетические лаки и краски обладали качествами, которых никогда не было прежде (быстрое время сушки, большая прочность, а также разнообразие). Таким образом, натуральные краски, за исключением немногих случаев, все больше и больше забывались.

2.2 Классификация природных красителей

Природные красители – органические соединения, которые вырабатываются живыми организмами и окрашивают животные и растительные клетки и ткани. Они широко распространены и крайне многообразны. Существует множество классификаций природных красителей.

I. Природные красители по природе происхождения делят на

1. Минеральные – получают из минерального сырья: цветные «земли»                 ( охры, сиены, умбры).,железные руды (гематит),цветные камни.

2. Органические растительные - Получают из частей некоторых растений: плодов, листьев, цветов, древесины, коры, корней,  и корнеплодов.

3. Органические животные – выделяют из органической клетчатки или ее сжигают (кармин  из высушенных насекомых, пурпур – из морской раковины пурпурницы, индийскую желтую – из выделений коров).

II. Применяемые для крашения тканей, пряжи и других материалов красители разделяются по происхождению на две группы:

1)    красители естественного происхождения;

Естественные красители в свою очередь делятся на красители растительного и животного происхождения.

Красители растительного происхождения - вещества, получаемые из растений. Например, из синего сандалового дерева получают черный краситель (кампеш), из плодов крушины - желтый краситель (грушка) и др.

 Красители животного происхождения - красящие вещества, получаемые из высушенных насекомых. Например, известный красный краситель - кармин получают из высушенного насекомого из группы травяных тлей - под названием кашениль.

2)    красители искусственные, получаемые химическим путем.

III. Природные красители широко распространены в природе и крайне многообразны. Часто в различных природных источниках встречаются одни и те же или близкие по строению природные красители, поэтому наиболее целесообразно классифицировать их по типам химических соединений.

1.     Алифатические и алициклические красители.

Включают каратиноиды, обусловливающие желтую, оранжевую и красную окраски цветов и плодов. Встречаются каротиноиды в растительном и животном мире. Многие из них, например, каротин, обладают высокой физиологической активностью, ретиналь (альдегид, образующийся из витамина А) входит в состав зрительного белка родопсина.

2.     Ароматические красители.

 В основном эти вещества встречаются в виде органических соединений например  в корнях куркумы, листьях хны и кожуры незрелых грецких орехов, цветках зверобоя продырявленного.  Многие природные красители этой группы обладают физиологической активностью, витамины группы К -противовоспалительным действием.

3.     Гетероциклические красители.

 Наиболее широко представлены желтые природные красители. К ним относятся флавоноиды, а также антоцианидины, окрашивающие цветы, ягоды, плоды и овощи в красный, фиолетовый, синий и черный цвета.

4.     Азотсодержащие гетероциклы.

Наиболее древние природные красители - индиго и пурпур античный.

2.3.Искусственные красители и их влияние на организм человека

Искусственные пищевые красители - это органические соединения, не встречающиеся в природе. Синтетические пищевые красители, в отличие от натуральных, не обладают биологической активностью и не содержат вкусовых веществ и витаминов. При этом они обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с натуральными: менее чувствительны к условиям технологической переработки и хранения; термостойки; дают яркие, довольно стабильные, легковоспроизводимые цвета; хорошо растворимы в воде.

Области использования пищевых красителей:
- производство напитков;
- кондитерская промышленность;
- производство мороженого;
- изготовление консервов;
- производство икры, переработка рыбы;
- мясные и рыбные аналоги на основе растительных белков;
- молочная промышленность;
- биологически активные добавки (БАДы) и другие.

В XIX столетии в связи с успешным развитием химии и всё возрастающим спросом на доступные и дешёвые пищевые красители началась эра синтетических красителей. Синтетические пищевые красители - это органические соединения, хорошо растворимые в воде, вырабатываемые в виде порошков или гранул методом химического синтеза.

Синтетические пищевые красители применяются как индивидуально, так и в смеси друг с другом. Смеси красителей используются для получения цветов и оттенков, которые невозможно получить с помощью индивидуальных красителей.

Основными преимуществами синтетических пищевых красителей являются их дешевизна, лёгкость и универсальность применения.                                                                                                                            Многие искусственные красители могут быть причиной аллергии и при определенных условиях даже вызывать рак, они токсичны для организма человека, и неизвестно, как могут отразиться на здоровье в будущем. Целый ряд таких веществ, при постоянном употреблении, в зависимости от индивидуального влияния, представляет серьезную угрозу здоровью.

Буква «Е» на этикетке состава того или иного продукта питания обозначает соответствие европейскому стандарту питания, а цифровой индекс – сам вид добавки. На сегодняшний день не только на территории РФ, но и в Европе использование Е-добавок в производстве продуктов питания запрещено. Но только некоторых.

Запрещаются Е-компоненты при наличии угрозы для жизни, например те, которые приводят к летальному исходу. В тени остается большая масса других, либо мало изученных, либо не характеризуемых как «опасные».

Проанализировав ряд источников, я составила обобщенную таблицу красителей, применяющихся в пищевой промышленности, в которой указала название, код красителя и его воздействие на организм человека.

Опасные красители: Е102, Е110, Е120, Е124

Канцерогены: Е103, Е105, Е110, Е121, Е123, Е125, Е126, Е130, Е131, Е142, Е152, Е153

Мутагенные и генотоксичные: Е104, Е124, Е128.

Аллергены: Е131, Е132.

Нежелательны для астматиков: Е102, Е107, Е122-Е124, Е155.

Нежелательны для людей, чувствительных к аспирину: Е107, Е110, Е122-Е124, Е155.

Влияют на печень и почки: Е171-Е173.

Нарушение функции щитовидной железы: Е127.

2.4. Использование растений красителей.

Опытные хозяйки всегда хотят использовать в быту вещи, которые будут натуральными и не приносить вреда здоровью окружающим. В любом производстве используются красители.

Основным требованием, предъявляемым к красителям, является нетоксичность и безвредность их для организма человека. К сожалению, в используемых для окрашивания, например, продуктов питания, тканях синтетических красителях обнаруживаются вредные для здоровья человека свойства. Поэтому их применение в последние годы ограничивается. Даже те из них, которые сами по себе физиологически инертны, могут содержать вредные побочные продукты синтеза, тем более что основное красящее соединение составляет чаще всего только 80%. 

Из этого следует, что самым безопасным средством являются натуральные красители полученные в домашних условиях, например соки растений, которые также используют в кулинарии. В различной  литературе приведены примеры множества  растений, используемых для окрашивания .

Природные красители применяются:

1. В пищевой промышленности. Естественные пищевые красители содержат в своем составе не только красящие вещества, но и витамины, микроэлементы полезные для здоровья человека. А также имеют различные ароматы. Поэтому их использование в пищевой промышленности не только насыщает цветом готовые продукты, но и повышает их пищевую ценность. Кармин, выделяемый из кошенили (самок насекомых кактусовая ложнощитовка) применяется в пищевой и парфюмерной промышленностях.

2. Изменить цвет волос или их оттенок в настоящее время не составляет никакого труда. Выбор краски для волос в магазинах очень большой. К тому же, у современных женщин нет нужды просиживать часами на крыше и отбеливать волосы на солнце, как это делали женщины в Древнем Египте или в Европе. Купил нужный тебе оттенок краски и покрасил волосы. Но в настоящее время все большее количество женщин предпочитает окрашивать волосы красителями, приготовленными на основе натуральных растительных компонентов. Они не оказывают вредного влияния на волосы и кожу головы.

3. В небольших количествах природные красители используют в реставрационных работах. Ализарин - основное красящее вещество краппа, или марены красильной

4.  Многие природные красители обладают значительной физиологической и антибиотической активностью, вследствие чего их часто используют как лекарственные средства.

5.  Некоторые природные красители - регуляторы роста растений, а также сигнальные вещества, привлекающие насекомых-опылителей и отпугивающие вредителей.

6. Некоторые из ароматических природных красителей  применяют для крашения

Глава 3: Экспериментальная часть.

Правила техники безопасности.

      При выполнении работы необходимо соблюдать меры безопасности и правила обращения с нагревательными приборами и горячими растворами.

Оборудование: банки, плита, кастрюля, стаканы, марля, бумага, кисти.

В качестве исследуемых материалов были выбраны: свекла, морковь, гранат, лимон, ягоды черники, листья петрушки, кофе, шелуха лука.                 

Дополнительное сырье: крахмал, квасцы, уксус 9 %, вазелин, мёд, воск, хлопчатобумажная ткань, яйца.

3.1. Получение красильного экстракта из растительного сырья.

Красители можно получить из веток, листьев, плодов, кожуры, коры, корней растений. Используют как свежие растения, так и высушенные. При окраске свежими растениями получают более яркие и интенсивные тона. Для получения красителя я брала по 50 грамм сухого материала и по 200 грамм свежего. Предварительно измельченное растительное сырье вываривалось в течение 30 минут в эмалированной посуде: вода (0,5 литра) должна полностью покрывать растительный материал. Вода, используемая для этого, должна быть обессоленной, чтобы краситель не выпал в осадок. Желательно брать дождевую или умягченную  воду (я брала воду из кулера).  Чтобы более полно извлечь краситель, добавляют немного соды (½ чайной ложки на  0,5 литра воды). Выкипающую воду можно периодически доливать. Производить вываривание нужно в проветриваемом помещении, т.к. красильный раствор имеет резкий запах. Далее красильный экстракт процеживался.

Вывод: Используя методы вываривания и выпаривания я получила растительные красители, которые смогу использовать для создания рисунков, бальзама для губ, окрашивания тканей и яиц.

3.2. Окраска хлопчатобумажной ткани природными красителями.

Окрашиваемый материал – белая хлопчатобумажная ткань предварительно была выстирана в теплой воде со стиральным порошком для удаления возможных загрязнений следами жира.

Окраска производилась в эмалированной кружке. Для придания более ярких оттенков окрашенной ткани я использовала алюмокалиевые квасцы. Их применение не изменяет «натуральный» цвет красителя. Окрашиваемый материал сначала пропитывался 1% раствором квасцов (5 г квасцов на 0,5 л кипяченой воды). Красильный экстракт я доводила до кипения и в него опускала окрашиваемый материал. Далее его кипятила на медленном огне в течение 15- 20 минут. Окрашиваемую ткань периодически переворачивала для достижения равномерной окраски. Вынув окрашенную ткань из раствора растительного красителя, сушила естественным способом, не допуская проникновения света: выкладывала образцы на полотенце. Затем материал полоскала в чистой теплой воде.

3.3. Окраска пасхальных яиц природными красителями.

   В преддверии праздника Пасхи я окрасила пасхальные яйца растительными красителями.

Первым делом необходимо подготовить яйца, их нужно вымыть, лучше губкой с мылом, чтобы удалить весь жир с поверхности яйца. Затем положить яйца на тарелку, накрытую салфеткой, и дать им высохнуть на воздухе. Перед покраской яйца нужно отварить. Чтобы яйца не лопнули, добавить в кастрюлю столовую ложку соли.

В стакан с красильным экстрактом добавить немного уксуса, это сделает цвет более интенсивным. Яйца погружают в этот отвар и держат в нем, пока они не приобретут нужный цвет. 15 минут достаточно для получения нежного цвета, а для получения более насыщенного цвета должно пройти не менее 45 минут.  Затем яйца следует промокнуть и натереть тряпочкой в растительном масле для придания красивого блеска.

3.4. Изготовление акварельных красок.

    Для основы для красок я приготовила крахмальный клей: на 2 столовые ложки крахмала – 100 грамм холодной воды. Смесь поставила на огонь и при помешивании нагрела до кипения. Для краски каждого цвета взять чайную ложку крахмального раствора, тщательно перемешать. Это вещество не даст краске растекаться по бумаге. Цвет красок довольно тусклый, так как любые краски на основе природных ингредиентов невозможно довести до насыщенного цвета. Другой их недостаток: такие краски невозможно сохранить без применения консервантов. С использованием растительных красок я создала рисунок с растительным орнаментом.

3.5. Изготовление бальзама для губ.

  Я приготовила бальзам двумя способами, при этом использовала разные красители.

1способ:                                                                                                                                                                                       Натрите пчелиный воск на тёрке, чтобы у вас получилось 1 столовая ложка. Добавить 1 столовую ложку вазелина. Растопить на водяной бане. Добавить 1 ст. ложку свекольного экстракта и несколько капели лимонного сока. Все хорошенько перемешайте. Подождите, пока смесь не остынет до комнатной температуры. Перелейте её в маленькую баночку с крышкой, например, в тюбик. Поставьте в холодильник. Для хранения выберите сухое прохладное место.

2способ:                                                                                                                                                                 По одной столовой ложке меда и вазелина растопить на водяной бане. Добавить столовую ложку морковного экстракта. Все хорошенько перемешайте. Точно так же поставить в холодильник, для хранения выбрать сухое прохладное место.

Заключение

В результате работы я получила красильные экстракты всех исследуемых образцов, окрасила ими ткань и яйца, изготовила на их основе краски и применила при изготовлении вазелина для губ.

  Своей работой я хотела показать возможность использования природных красителей, как в лабораторных, так и в домашних условиях. Окрашивание тканей не занимает много времени, а приобретение природных красителей доступно и не требует больших денежных затрат. Таким способом можно придать различные цвета белым тканям, покрывалам, постельному белью, полотенцам, обновить многие старые вещи.

   Моя работа имеет большое экологическое значение, так как использование экологически чистых красителей в быту уменьшает риск возникновения многих кожных заболеваний, различные проявления аллергических реакций. Каждый человек должен владеть информацией о красителях применяемых в пищевой промышленности, должен знать что он ест, заботиться о своём здоровье и здоровье своих детей.

  Со своей исследовательской работой я провела классный час «Краски вокруг нас», на котором познакомила одноклассников с результатами исследования. Раздала сделанные мною буклеты. Провела мастер-класс по изготовлению бальзама для губи рисование акварельными красками. Заинтересовала своих одноклассников работой с натуральными красками (приложение ).

Данная работа приостановлена, а не закончена, так как процесс крашения тканей интересный и увлекательный. В дальнейшем я хочу получить краски от ягод смородины, малины, крыжовника, а так же  цветущих растений: ромашка, василёк и других растений.

    Желаю крепкого здоровья вам и вашим близким!

Литература

1.     Калашников В.И. Удивительный мир растений/ М., 2007 г.

2.     Назаренко В.М. Экологическая безопасность в быту. Что нужно знать, когда покупаешь продукты и готовишь пищу. // Химия в школе. – 5,1997.

3.     Светлена (Н.А.Неволина). Растения-красители в народном быту. 2009г.

4.     Соколов В.А. Природные красители. М.: Просвещения, 1997.

5.     Журнал « Химия в школе» №2, №8 – 2002 год.

6.     http://vaduhan-08.livejournal.com/25485.html

7.     http://nsportal.ru/ap/ap/drugoe/rastitelnye-krasiteli

8.     http://puteshestvvenik.narod.ru/index/0-3

9.     http://sibac.info/index.php/2009-07-01-10-21-16/4965-2012-11-24-19-30-35

Скачано с www.znanio.ru