Изучение физико-химических свойств раствора чайного гриба во время его культивирования

1. Введение

Интерес к данной теме был вызван появлением необыкновенного организма, похожего на медузу, у меня дома. Из литературных источников стало известно, что напиток чайного гриба очень полезен, и с давних времен ему приписывали чудесные целительные свойства.

Исследованиями химического состава чайного гриба занимались многие ученые, но до сих пор его свойства до конца не изучены. Наиболее полно он был изучен в 1946–1947 годах на кафедре микробиологии Ереванского зооветеринарного института. Также углубленно изучался чайный гриб в 1942–1955 годах в Казахском институте эпидемиологии и микробиологии, где Е. К. Наумовой в 1949 году был выделен антибиотик медузин. В 1955 году учёные второго медицинского института города Москвы выявили терапевтический эффект настоя чайного гриба. Химический состав жидкости чайного гриба очень сложный и включает в себя следующие группы веществ: кислоты органические, спирт этиловый, витамины, сахара, ферменты, пигменты, липиды, пуриновые основания из чайного листа. Литературные данные о химическом составе часто противоречивы, что связано с различием микробного состава исследуемых грибов.

К сожалению, чайный гриб в настоящее время не находит должного применения. Как показал проведенный мною опрос, одной из основных причин является то, что многие просто не знают, как правильно готовить и употреблять напиток. В литературных источниках нет однозначного ответа на вопрос, когда напиток можно считать готовым к употреблению, учитывая не только вкусовые качества, но и максимальную пользу для организма. Например, исследования некоторых ученых свидетельствуют о том, что органические кислоты начинают накапливаться на 5–6 день, антибиотик медузин при исходной 10 % концентрации сахара – на 8–10 день, концентрация других веществ, в том числе и витаминов, достигает максимальных значений при длительном культивировании. Но эти данные нельзя считать точными, так как приготовление зависит от состава кислых бактерий, внешних условий окружающей среды, размера гриба и т. д.

В свежем напитке процесс переработки сахара начинают дрожжи, сбраживая его до этилового спирта и углекислоты. Далее бактерии окисляют образовавшийся спирт до уксусной кислоты. Накапливаясь, она останавливает работу дрожжей. В результате из сладкого чая образуется специфический напиток, содержащий помимо основных компонентов (спирта и уксусной кислоты) другие вещества.

Изучив механизм деятельности чайного гриба, практическую часть работы мы построили на следующей гипотезе: так как на первой стадии преимущественно происходит спиртовое брожение, то в это время кислотность раствора не будет сильно изменяться, а плотность раствора будет уменьшаться, так как образующийся спирт легче воды. В это же время будет наблюдаться выделение углекислого газа. В дальнейшем же по мере синтеза уксусной кислоты и других органических кислот кислотность раствора будет постоянно увеличиваться. А так как напиток становится наиболее полезным и вкусным по мере накопления в нем органических кислот, то по изменению физико–химических и органо–лептических показателей раствора можно будет определить факторы готовности напитка.

Объект работы – настой чайного гриба.

Цель – культивирование чайного гриба в быту, определение факторов оптимальной готовности напитка чайного гриба.

Задачи:

1) Освоить методы выращивания чайного гриба в домашних условиях.
2) Исследовать изменение рН, общей кислотности, плотности, а также органолептических показателей раствора чайного гриба в процессе его культивирования
3) Проанализировать полученные результаты.

2. Материалы и методы исследования

Для исследований сначала был приготовлен раствор сахара и чая, в который был помещен чайный гриб. Для достоверности результатов исследования проводились в двух опытных банках емкостью 3 л.

Ежедневно, начиная с первого дня, велись измерения рН, общей кислотности, плотности и органо–лептических показателей растворов. Опыт продолжался 17 дней.

2.1 Приготовление напитка чайного гриба

Материалы: 2 чайных гриба массой около 200 г, 2 трехлитровые банки, вода, черный чай, сахар, фильтровальная бумага.

Методика: в 6 л воды заварить черный чай из расчета 1 чайная ложка на 1 л, охладить, отфильтровать. В приготовленном чайном напитке растворить сахар для получения 10–% сахарного раствора.

Раствор налить в 2 в опытные банки, поместить в каждую из них чайный гриб, предварительно промытый в проточной воде.

Затем банки нужно поместить в теплое место и закрыть сверху чистой тканью.

2.2 Определение рН раствора (активной кислотности)

Активная кислотность определялась потенциометрическим методом на базе экологической лаборатории промышленного предприятия на стационарном рН–метра. Также значение рН определяли посредством универсальной лакмусовой бумаги.

Результаты измерений отображены в таблице 1.

2.3 Определение общей (титруемой) кислотности раствора

Общая (титруемая кислотность) отражает концентрацию составных частей раствора, имеющих кислотных характер.

Материалы и оборудование:

Мерная колба на 1 л, штатив, бюретка, пипетка, мерный цилиндр, конические колбочки для титрования, воронка, стандартный раствор NaOH (фексонал – 0,1 н), дистиллированная вода, фенолфталеин.

Методика объемного кислотно–щелочного титрования – исследуемый раствор титровали стандартным раствором NaOH (0,1 н) в присутствии фенолфталеина.

1. Приготовление стандартного раствора NaOH (0,1 н).

Содержимое фексанала перелили в мерную колбу на 1 л и довели до метки дистиллированной водой.

2. Приготовление раствора для титрования.

Мерным цилиндром отмерить 10 мл исследуемого раствора, поместить в колбочку для титрования, добавить 10 мл кипящей воды (для удаления пузырьков СО2), 4 капли фенолфталеина.

3. Титрование

В бюретку, закрепленную в штативе, налить раствор 0,1 н NaOH. Довести уровень жидкости в бюретке до метки по нижнему мениску. Титровать исследуемый раствор до появления розовой окраски, не исчезающей в течение 30 сек. Фиксировать объем NaOH, израсходованный на титрование. Опыт проводить минимум три раза до сходимости результатов в 0,1 мл

4. Расчеты кислотности.

Общую кислотность находили по основной формуле кислотно–основного титрования в пересчете на преобладающую в исследуемом растворе уксусную кислоту.

Результаты измерений и значения концентрации уксусной кислоты приведены в таблице 2.

2.4 Определение плотности раствора

Материалы и оборудование: ареометр общего назначения

Методика: стандартная для определения плотности жидкостей с помощью ареометра общего назначения.

Результаты измерений отражены в таблице 3.

2.5. Определение органолептических показателей

Исследовались такие органолептические показатели напитка чайного гриба, как цвет, запах, вкус методом наблюдения и дегустации.

3. Результаты исследований

Таблица 1. Значения рН растворов чайного гриба

Графическая зависимость изменения рН растворов изображена на рис. 1.

Рис. 1

Изменение рН растворов чайного гриба во время культивирования

Результаты измерений и рассчитанная концентрация уксусной кислоты приведены в таблице 2.

Таблица 2 Результаты титрования растворов чайного гриба

Графическая зависимость изменения концентрации кислоты изображена на рис. 2.

Рис. 2

Изменение концентрации уксусной кислоты

Таблица 3 Результаты измерений плотности растворов чайного гриба

Графическая зависимость изображена на рис. 3

Рис. 3

Изменение плотности растворов чайного гриба во время культивирования

Органолептические показатели

В первые дни начальный раствор темно–коричневого цвета становился более светлым, и на 4–6 день цвет раствора стал светло–коричневым, после чего впоследствии цвет практически не изменялся. В первые дни определялся сильный бродильный запах. Начальный сладкий раствор во время приготовления напитка приобретал кислый вкус, который становился все насыщеннее. С 3–го по 6–7 день наблюдалось бурное выделение углекислого газа. На 8 день напиток приобрел приятный, в меру кислый, слегка газированный вкус. С 12–го дня напиток стал очень кислым на вкус.

4. Обсуждение результатов

1. Предположение о том, что в первые дни приготовления настоя чайного гриба рН растворов не будет значительно меняться, не подтвердилось. Напротив, по графической зависимости изменения активной кислотности (рис. 1) мы наблюдаем сильно выраженное понижение рН в первые четыре дня со значения 5,6 до 4,5, далее снижение водородного показателя идет более плавно, почти пропорционально. Это, возможно, связано с тем, что в первые дни наряду со спиртовым брожением в растворе активно идут процессы, подготавливающие среду для жизнедеятельности самого чайного гриба. Так, некоторыми исследователями было замечено, что медузомицет практически не потребляет компоненты чайного настоя (ароматические, дубильные и другие вещества), однако крайне чувствителен к его отсутствию, поскольку в нем содержатся пурины – вещества, крайне необходимые для его жизнедеятельности. Например, по мнению некоторых ученых, без чая чайный гриб не синтезирует аскорбиновую кислоту, необходимую для его жизнедеятельности, которая в водных растворах она дает кислую реакцию (для 0, 1 н. раствора рН=2,2). Ка (аскорбин.) =7,9х10^–5.

Далее наступает стадия уксуснокислого брожения, когда в растворе начинает накапливаться уксусная кислота и ряд других органических кислот, константа диссоциации которых ниже: Ка (уксн. к–та) =1,8х10^–5.

2. Фактором синтеза аскорбиновой кислоты в первые дни можно объяснить и изменение плотности растворов. Учитывая, что аскорбиновая кислота имеет плотность 1,65 г/см³ (при 250), превышающую плотность воды, общая плотность раствора в первые пять дней растет. Затем начинается синтез органических кислот, среди которых преобладает уксусная, плотность которой близка к плотности воды и составляет 1,0492 г/см³ (при 200). Поэтому в дальнейшем плотность начинает постепенно снижаться.

3. Титруемая кислотность, в отличие от активной, показывает наличие всех кислотных компонентов раствора. На графике изменения общей кислотности, выраженной через концентрацию уксусной кислоты мы можем выделить три участка: сначала в первые дни происходит медленное накопление кислотных составляющих, а с 6–го дня более быстрое. После 14–го дня, который соответствует рН=3,5, начинается активный рост общей кислотности.

4. На всех графических зависимостях в первые дни приготовления напитка определяются участки, границы которых приходятся на 4–6 день. Этому соответствовали и органолептические показатели. Раствор на этом этапе изменял свой цвет подобно тому, как светлеет чай в присутствии лимона, и наблюдалось активное брожение, чувствовался бродильный запах. Впоследствии напиток становился приятно–кислым на вкус, слегка газированным. После 14–го дня, которому соответствовало значение рН= 3,5 растворы приобретали кислый вкус.

5. Выводы

1. В первые дни в напитке чайного гриба протекают процессы, связанные с синтезом продуктов, необходимых для жизнедеятельности гриба. В этот период рН значительно уменьшается и достигает значения 4,5, а цвет раствора стает светлым. В этот период активно выделяется углекислый газ. В данный период концентрация веществ, полезных для организма невелика, и напиток не представляет особой ценности для здоровья. Кроме того, активное брожение может оказать неблагоприятное воздействие на организм.

2. Употреблять напиток лучше в пределах рН от 4,5 до 3,5. В домашних условиях можно контролировать этот интервал по осветлению раствора и окончанию бурного выделения углекислого газа. Кроме того, значение рН можно контролировать с помощью универсальной индикаторной бумаги. В нашем опыте это напиток 10–12 дневной выдержки.

3. При рН раствора менее 3,5 начинается быстрое накопление кислот. Напиток в этой стадии употреблять полезно, так как многие полезные компоненты, например, медузин, накапливаются при длительном культивировании, но только в разбавленном виде, так как напиток превращается в уксус и его кислотность высока.

Таким образом, исследовав изменение физико–химических показателей в растворе чайного гриба во время его культивирования, нам удалось выявить некоторые закономерности, позволяющие в домашних условиях определять оптимальную готовность напитка. Исследования дали возможность дать практические рекомендации людям, использующим напиток чайного гриба, и привлечь внимание аудитории к чудесной природной лаборатории здоровья.

6. Благодарности

Автор работы выражает благодарность коллективу МОУ СОШ №74 за предоставление лаборатории для проведения исследований, материалов и оборудования, а также оформление наглядных плакатов для презентации. Особая благодарность научному руководителю – преподавателю химии Машковцевой О. Н., консультантам – зав. кафедрой органической химии УдГУ Рылкиной Марии Валерьевне и ассистенту кафедры МПЗ и МК ГОУ ВПО “ИГМА” – Оксузяну А. В.

Автор также благодарит коллектив сотрудников лаборатории охраны окружающей среды ОАО “Буммаш” за оказание помощи в проведении исследований.

7. Литература

1. Неумывакин И. П. “Чайный гриб. Природный целитель. Мифы и реальность”, изд. Диля, 2007

2. Барбанчик Г. Ф. Чайный гриб и его лечебные свойства. Омское книжное издательство, 1954, 56c.

3. Щеглова, Анна Вячеславовна. Чайный гриб – чудо–целитель в трёхлитровой банке

4. Лурье Ю. Ю. “Справочник по аналитической химии”, М., 1989

5. Г. П. Хомченко “Химия для поступающих в ВУЗЫ”, Москва “высшая школа”, 1958, с. 366

6. “Чайный гриб. Выращивание, свойства, приготовление”, http://griby.h16.ru/about.html

7. И. А. Филиппова “Зооглеи – знакомые незнакомцы”, http://www.pseudology.org/health/zoogleya.htm

Выполнил: ученик 10 “Д” класса

Козырев Е. А.

Руководитель: преподаватель химии

Машковцева О. Н.

МОУ СОШ №74, г. Ижевск

Текст работы: http://static.livescience.ru/chajnij_grib/chajnij_grib.doc

Презентация: http://static.livescience.ru/chajnij_grib/presentation.ppt