Словом «пигменты» обозначаются всевозможные вещества, имеющие ту или иную окраску. Более узкое, техническое значение имеет слово «краситель». Красителями называют пигменты, применяемые в крашении благодаря их способности фиксироваться на волокнах как растительного (хлопок, лен), так и животного (шерсть, шелк) происхождения.
Пигменты по химическому составу можно подразделить на неорганические и органические.
Неорганические пигменты – это высокодисперсные окислы или соли поливалентных металлов, обычно нерастворимые в воде и обладающие определенным цветом. Неорганические пигменты применяются для изготовления масляных красок, лаков и т.п.
Пигменты, имеющие органическую природу, по их происхождению можно разделить на синтетические и природные.
Синтетические пигменты получают главным образом из ароматических соединений каменноугольного дегтя. Важнейшими из них являются азокрасители, антрахиноновые, индигоидные и многие другие.
Число природных пигментов, синтезируемых живыми организмами, чрезвычайно велико. Ими обусловлено то бесконечное многообразие цветов и оттенков, которыми изобилует окружающий нас животный и растительный мир.
Пигменты пластид участвуют в процессе фотосинтеза, но этим не исчерпывается их роль в жизни растений. Как известно, пигменты пластид в известной мере участвуют в процессах роста и развития. Так, например, проростки, выросшие в темноте – этиолированные – имеют большую длину, чем выросшие на свету. Это явление имеет большое биологическое значение и может быть объяснено теми регулирующими рост процессами, которые зависят от присутствия хлорофилла.
За последние годы было показано, что пигменты пластид играют определенную роль и в процессах развития. Так, процессы фотопериодизма, с которыми связано прохождение растениями световой стадии, оказались зависящими от пигментно-белкового комплекса, имеющего поглощение как в красном, так и в ближнем инфракрасном свете.
В жизни животных пигменты имеют значение как провитамины, а также служат фоторецепторами в зрительном акте. Так, хлорофилл можно считать провитамином К, а каротин – провитамином А. Некоторые ксантофиллы участвуют в реакциях, проходящих при зрительном акте.
Все вышеизложенное делает понятным значение исследования пигментов пластид для науки и практики.
Классификация пигментов пластид
Обычно их подразделяют на хлорофиллы и каротиноиды. Часто в литературе можно встретить деление на зеленые и желтые пигменты. Предлагается схема классификации, в основу которой положено химическое строение пигментов.
Все пигменты пластид подразделяются на:
- азотсодержащие и безазотистые.
Азотсодержащие пигменты охватывают все те соединения, в молекулу которых входит пиррольное кольцо, а к безазотистым относятся пигменты с полиеновой структурой.
Азотсодержащие подразделяются на:
- пигменты, в молекулу которых входит магний в виде комплекса,
- пигменты, не содержащие металла.
К содержащим комплексно связанный магний пиррольным соединениям относятся хлорофиллы а, в, с и d; бактериохлорофилл, бактериовиридин, протохлорофиллид, хлорофиллиды. В свою очередь содержащие магний пигменты подразделяются на фитолъные и бесфитольные. Группа не содержащих магния пиррольных пигментов состоит из имеющих белковую природу соединений и соединений небелковой природы. К белковым относятся фикоэритрин и фикоцианин, к небелковым – феофитин и флоридорубин.
Безазотистые пигменты можно подразделить на углеводороды и кислородсодержащие производные.
Пигменты, имеющие строение углеводородов, делятся на соединения с открытой цепью и циклические. Примером соединения с открытой цепью углеводорода может служить ликопин; циклическими углеводородами являются каротины.
Каротиноиды
Каротиноиды – это желтые или красные пигменты алифатического или алициклического строения, построенные из изопреновых остатков (обычно из восьми), соединенных таким образом, что две ближайшие к центру молекулы метильные группы находятся в положении 1-6, тогда как все другие боковые метильные группы стоят в положениях 1-5; серии конъюгированных двойных связей составляют хромофорную систему каротиноидов.
Характерными представителем каротиноидов является β-каротин. В его молекуле содержится 11 двойных связей, две из которых входят в кольца β-ионона. Так как в молекуле β-каротина оба иононовых кольца являются β-изомерами, то его строение вполне симметрично
Изомером β-каротина является α-каротин. Он отличается присутствием в молекуле одного β-иононового и одного α-иононового кольца.
Третьим изомером является γ-каротин. Этот пигмент имеет лишь одно кольцо – β-иононовое, а второе кольцо отсутствует, вместо него имеется группировка псевдоионона.
Наконец, ликопин имеет ту же эмпирическую формулу, что и каротины, но относится к соединениям с открытой цепью.
Преобладающим в количественном отношении ксантофиллом пластид зеленых растений является лютеин.
Порядок выполнения работы
Метод основан на разделении каротиноидов на хроматографической бумаге, выделении полоски бумаги с каротином, растворении его и колориметрировании.
Ход анализа.
Отвешивают 5+0,01г размельченных корнеплодов (листьев или других частей растений) в чашки, затем растирают в ступке с ацетоном (или спиртом) в присутствии 5 г стеклянного песка и щепотки соды (анализ рекомендуется проводить в токе СО2 или азота). Растертую с ацетоном массу перемещают в цилиндр на 100 см3, смывают ступку порциями ацетона и доводят объем до 50 или 100 см3. Затем 1 см3 или другое количество этого экстракта наносят в виде полоски на нижний конец хроматографической бумаги на высоте 4 см от края.
Нанесенный на бумагу раствор подсушивают в токе теплого воздуха (феном), избегая света, и после этого бумагу сворачивают в однослойную трубку, а верхний конец скрепляют скрепкой из пластмассы и ставят на дно цилиндрического сосуда, в котором находится слой петролейного эфира в 2-3 см.
Через 20–30 минут хроматограмму вынимают и вырезают полоску бумаги, окрашенную в желтый цвет (каротин идет следом за фронтом подъема растворителя). Полоску бумаги с каротином мелко нарезают в бюкс и извлекают пигмент небольшими порциями (по 1см3) петролейного эфира со следами спирта или ацетона. Для более полного извлечения нарезанные полоски бумаги несколько раз промывают растворителем до полного обесцвечивания. Затем этот раствор доводят до определенного объема и колориметрируют; количество каротина вычисляют как обычно.
В объектах, содержащих ликопин, широкая, окрашенная в розовый цвет полоса ликопина следует на хроматограмме за желтой полоской каротина. Полоску бумаги с каротином отрезают и поступают так, как было сказано выше. Размытая полоса ликопина не всегда позволяет получить концентрированный раствор ликопина.
В дальнейшем, при определении ликопина, поступают так, как описано при определении каротина. При этом в качестве стандартного раствора при колориметрировании используют первый раствор, 1 см3 которого по окраске соответствует 0,078 мг ликопина.
Определение ксантофиллов
В объектах, содержащих ксантофилл-капсантин (стручковый перец), определение каротина проводят как обычно. Капсантин отделяют от других ксантофиллов при повторном хроматографировании в смеси бензола и петролейного эфира (в соотношении 3:1 или 4:1). Верхняя полоса на хроматограмме принадлежит капсантину.
Вычисление результатов производят по следующей формуле:
Х = 0,00235*V1*V3*В*100
н*V1*В1
где В – показание колориметра стандартного раствора (обычно10);
В1 – показание колориметра для исследуемого раствора;
V1 – объем полученной ацетоновой вытяжки;
V2 – объем ацетоновой вытяжки, взятой для определения каротина;
V3 – объем готового петролейного раствора каротина;
н – навеска материала (в г).
Реактивы и аппаратура
1)петролейный эфир (t кип. 60-800); 2) ацетон «ч» или спирт этиловый;
3) сода;
4) хроматографическая бумага или хроматографические пластины;
5) стандартный раствор –145 мг азобензола в 100 мл этилового спирта (такой раствор по окраске соответствует 0,0078 мг ликопина в 1 мл; при разбавлении первого раствора в 10 раз получают второй раствор, который содержит 14,5 мг азобензола в 100 мл спирта; 1 мл второго раствора соответствует 0,00235 мг каротина, 0,00252 мг ксантофилла, 0,00256 мг лютеина и 0,00260 мг виолаксантина);
6) спектрофотометр UNICO;
7) хроматографический комплекс «Сорбфил»
Пример вычисления содержания каротина (в корнеплодах моркови).
Навеска (5 г) проэкстрагирована ацетоном и доведена до объема 80 см3 (V1), из этого объема взят 1 см3 (V2) , и нанесен на хроматографическую бумагу. После разделения пигментов в петролейном эфире объем раствора каротина составил 5 см3 (V3). Этот раствор служит для колориметрирования. Стандартный раствор (в1) установлен на высоте 10 см, при этом опытный раствор (в2) установился на высоте 20,1. Подставив эти значения в формулу, вычисляют содержание каротина:
на 100 г.
Задание:
1. Изучить основные теоретические положения по теме занятия.
2. Определить содержание каротиноидов и др. пигментов в исследуемых образцах продукции выданных преподавателем.
3. Оформить результаты исследований
4. Отчет по работе сдать преподавателю
Контрольные вопросы:
1. Что такое пигменты?
2. Классификация пигментов по химическому составу?
3. Классификация пигментов пластид?
4. Какие пигменты относятся к группе каротиноидов? Их характеристика, особенности строения?
5. Особенность строения, физико-химические свойства α-, β-, γ- каротинов?
6. Особенность строения, физико-химические свойства ликопина и лютеина?
7. Особенность строения, физико-химические свойства зеаксантина и виолаксантина?
8. Распространение каротиноидов в растениях?
9. Методика определения каротиноидов?
Химия запаха
Обоняние - способность определять запах веществ, рассеянных в воздухе (или растворенных в воде - для животных, живущих в ней).
Обоняние одно из самых древних и важнейших чувств, при помощи которого животные ориентируются в окружающей их среде. Ставка на обоняние была стратегической в эволюции млекопитающих, однако у приматов и в особенности у человекообразных обезьян обоняние всегда было третьестепенным чувством, после зрения, слуха и даже осязания. Человек имеет один из самых худших органов нюха среди всех млекопитающих, почти все они чувствуют запах лучше и острее человека. Для сравнения - площадь обонятельной области в носу собак составляет 150 см2, что в 15 раз больше, чем у человека.
Процесс обоняния довольно сложен. У человека в верхней части носа находится обонятельный эпителий площадью около 10см2, состоящий из миллионов особых «пушистых» клеток приблизительно с 12 ресничками на каждой. С помощью дыхания и специальных желез поддерживается постоянный, высокий уровень влажности в этой области. Проникающие в нос молекулы запаха растворяются во влажной среде. Реснички, при увеличении концентрации молекул запаха в полученном растворе, срабатыват и передают нервные импульсы по обонятельным нервам в обонятельные луковицы, а затем в подкорковые центры (миндалину и др.) и, наконец, в корковый центр обоняния мозга. Обонятельный эпителий, нервы и центры обоняния мозга объединяют в обонятельный анализатор.
Каждая клетка обонятельного эпителия носа активизируется, если на нее (в раствор) попадает хотя бы 8 молекул пахучего вещества. Сигнал же в мозг подается, если активизировались около 40 клеток. Таким образом, достаточно 320 молекул остро пахнущего вещества, чтобы мы почувствовали его запах. Чтобы запах распространился вокруг пахучего вещества, молекулы должны распространиться вокруг него. К факторам, ускоряющим перенос молекул запаха, относятся температура и вода. Известно, что горячие блюда пахнут сильнее холодных - пары испаряющейся воды переносят молекулы запаха очень хорошо. В воде запахи распространяются лучше, чем в воздухе. Неслучайно морские обитатели, особенно акулы и хищные рыбы, чувствуют добычу за много километров, что в воздушной среде было бы невозможно. По этой же причине во время сильного дождя мы можем чувствовать множество окружающих запахов острее, чем в сухую погоду - капельки воды действуют как проводники запаха.
В природе существует около 110000 различных запахов, из которых среднестатистический взрослый человек может распознать 100-200. Дети ощущают в несколько раз больше запахов. По другим данным обычный человек без труда может различать до 1000 запахов, а опытный специалист - до 10 000.
В зависимости от концентрации одно и то же вещество, может эмоционально восприниматься как приятное, нейтральное или неприятное.
Сильно различающееся по химическому составу вещество могут пахнуть почти одинаково и, наоборот, близкие по химическому составу пахнуть совершенно по-разному.
При одновременном действии нескольких запахов общая оценка аромата может существенно измениться.
Если человек заходит в помещение, где присутствует сильный запах, первые несколько минут он будет очень сильно его ощущать, однако, со временем чувствительные клетки в носу адаптируются, и перестают посылать сигналы в мозг, чтобы не перегружать его.
Когда человек простужен, его способность определять запах еды резко снижается. При этом снижается проходимость носа, а чувствительность к вкусу остается той же, что помогает ощущать запах «по памяти», ощущая только вкус. Если вы попробуете кушать, закрыв глаза и нос, будет очень трудно определить, например, картошку вы едите или печеное яблоко - их можно будет распознать только по консистенции.
Как правило, у женщин обоняние тоньше, чем у мужчин и позже, чем них начинает снижаться его острота.
Левая ноздря чувствует запахи лучше, чем правая.
У новорожденных младенцев обоняние развито сильно, но за один год жизни оно теряется на 40-50 %. С возрастом уменьшается чувствительность обоняния и способность к различению запахов.
Расстройства обоняния. Существует большая группа нарушений работы обонятельного анализатора, а также индивидуальная сниженная чувствительность к запахам, иногда доходящая до аносмии.
Аносмия - потеря обоняния. Обычно подразумевается полная потеря обоняния, но чаще встречается частичная аносмия, на некоторые вещества. Аносмия может быть врождённой и приобретенной. Приобретенная аносмия может быть вызвана поражением нервных путей (после вирусных заболеваний), некоторыми поражениями головного мозга, а также нарушением проходимости воздуха при рините и других заболеваниях.
Гипосмия - (снижение обоняния) встречаются у человека при болезненных изменениях слизистой оболочки носа, насморке, иногда при мозговых заболеваниях.
Теории обоняния
Атомарная (корпускулярная) теория римского поэта и философа Лукреция Кара.
Атомарная теория Дайсона или гипотеза обусловленности запаха инфракрасным резонансом колебания молекул (1938 год);
Предположение Лайнуса Полинга о взаимосвязи спецефичности запаха с размером и формой молекул химических веществ (1946 год).
Стерическая теория Монкриффа, который заявил, что запах ощущается, если переносимые воздухом молекулы комплементарно «встраиваются» в некие участки рецепторов обонятельной нервной системы (1949 год).
Химическая теория Цваадемакера: одоривектор (молекулы пахучего вещества) растворяется в секрете бауменовских желез и вступает в контакт с волосками обонятельных клеток и вызывает их возбуждение.
Физическая теория Генингса: одоривекторы излучают волны высокой частоты, которые передаются на обонятельный анализатор и различные группы клеток резонируют в ответ на колебания, характерные определенному одоривектору.
Электрохимичекая теория Мюллера: возбуждение органа обоняния происходит благодаря электрохимической энергии пахучего вещества.
Стереохимическая гипотеза обоняния Эймура: обоняние зависит от взаимодействия молекул пахучего вещества с мембранной обонятельной клетки, которое определяется как формой молекул, так и наличием в ней определенных функциональных групп. Молекулы пахучего вещества попадают в определенную рецепторную «лунку» на мембране обонятельной клетки. Было предположено, что молекулы, приводящие к восприятию камфроподобного запаха, имеют форму шара, с цветочным – диска с ручкой (1964 год).
Колебательная спектроскопическая теория туннелирования электронов, или волновая теория Лука Тьюрина: аромат определяется не формой молекул, а частотой колебаний межатомных связей в молекулах, на которые реагирует нос (1990 год).
Источники запаха и аромата
Ощущение запаха воспринимается посредством органов обоняния и возбуждается определенными летучими веществами:
– ароматическими углеводородами,
– эфирными маслами,
– альдегидами,
– высшими спиртами,
– сложными эфирами, кетонами,
– некоторыми кислотами и др.
Запах образуется в результате сложного сочетания перечисленных химических веществ.
Запах зависит от структуры молекул (величины, формы, числа функциональных групп, наличия двойных связей и т. д.). Однако известны соединения, имеющие сходное строение, но различающиеся по запаху и, наоборот, имеющие разное строение, но обладающие аналогичным запахом.
Некоторые вещества изменяют запах в зависимости от их количественного содержания. Поэтому знание химического строения еще недостаточно для предсказания запаха.
Комплекс пахучих веществ запаха пищевых продуктов состоит из большого числа компонентов, принадлежащих различным классам веществ. Всего в пищевых продуктах идентифицировано свыше 2000 компонентов.
Названия запаховых ощущений всегда конкретны и всегда соответствуют веществам, вызывающим их. Запахи бесконечно разнообразны.
Наряду с понятием запаха специалисты используют еще термин «аромат». Если под запахом понимают любые ощущения, воспринимаемые органом обоняния, то определение «аромат» дается исключительно привлекательному запаху, вызывающему приятное ощущение.
В образовании аромата принимают участие ароматические вещества. Как правило, аромат лабилен, легко испаряется, а поэтому любую органолептическую оценку следует начинать с определения аромата.
По интенсивности различают яркий, сильный, умеренный и слабый аромат.
Классификации запахов
– Крокер-Хендерсон выделяет четыре основных запаха: ароматный, кислый, горелый и каприловый (или козлиный).
– Шведский ботаник К. Линней выделяет семь основных запахов: ароматический (красная гвоздика), бальзамический (лилия), амброзиальный (мускус), луковый (чеснок), псиный (валериана), отталкивающий (некоторые насекомые), тошнотворный (падаль).
– Хеннинг Х. выделяет шесть основных запахов: фруктовый, цветочный, смолистый, пряный, гнилостный, горелый.
– Цваардемакера Г. (1857-1930 гг.) выделяет девять основных классов запахов (табл.18).
Таблица 18 - Перечень химических веществ и (или) продуктов, обуславливающих определенные запахи
| Группы запахов | Химические вещества и (или) продукты, обуславливающие запах |
| эфирный | ацетон, фруктовые, винные запахи |
| ароматические | гвоздика, пряности, камфора |
| бальзамические | ваниль, цветочные запахи |
| амбромускусные | мускус, сандаловое дерево |
| чесночные | сероводород, чеснок, хлор |
| пригорелые | бензол, жаренный кофе, креозот |
| каприловые или псинные | сыр, протухший жир |
| противные | запах клопов, беладонны |
| тошнотворные | скатол, фекалии, трупный запах |
Запахи делятся на два основных класса: приятные и неприятные. В основе классификации лежат обонятельные ощущения человека.
1. Приятные запахи чаще ассоциируются с запахом цветов, фруктов и трав. Вещества, отвечающие за приятные запахи, сосредоточены во фракции «эфирных масел», выделяемых растением. Эфирные масла получают либо при перегонке с водяным паром, либо экстракцией органическим растворителем.
Эфирные масла – многокомпонентные смеси летучих органических соединений, главным образом терпенов и терпеноидов, вырабатываемые растениями и обуславливающие их запах.
Соединения, относящиеся к классу терпенов и терпеноидов, составляют основу многих эфирных масел. У большинства из них имеется до 10 углеродных атомов и один или несколько фрагментов изопрена с общей формулой (С5Н8)n. Они обладают умеренной летучестью и большим разнообразием оттенков запаха. К этим классам соединений относятся мирцен С10Н16О – алифатический терпен эфирного масла хмеля, гераниол С10Н18О – алифатический терпеноид гераниевого масла.
Терпены могут иметь циклическую структуру, причем среди них бывают моно- и бициклические соединения. Простейшие соединения – это моноциклические терпены. В структуре терпеноидов наряду с повторяющимися фрагментами изопрена всегда присутствует функциональная группа –ОН (спиртовая), –НС=О (альдегидная), С=О (кетонная) и т.п.
Многие моноциклические терпены могут существовать в виде двух оптических зеркальных изомеров (D- и L-). Каждый изомер обладает только ему присущим запахом и свойствами. Органы чувств по-разному воспринимают разные оптические изомеры. Например, (–) ментол, выделяемый из масла мяты перечной, применяют в пищевой промышленности для придания холодящего вкуса. (+) Ментол для этих целей не используется. Среди бициклических терпенов следует отметить камфору. Один из изомеров (+) камфора – известное лекарственное вещество, стимулирующее дыхание и кровообращение, обладающее антисептическим действием, а (–) камфора
Физиологическое действие эфирных масел. Эфирные масла были популярны на Востоке, где искусство составления благовоний и их употребления стало составной частью воспитания. Продолжением этого в наши дни стала наука «аромотерапия» о применении душистых веществ в медицинских целях. Правильно подобранные запахи способны регулировать и восстанавливать многие функции организма. Запахи розы, розмарина, лаванды, лимона усиливают внимание и повышают точность выполнения монотонной работы. Запах мирта, мяты оказывает тонизирующее действие на нервную систему, а аромат жасмина и лаванды – успокаивающее.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 315.
