VÄRIKKÄÄT MAUSTEET Kemian opetuksen keskus KOHDERYHMÄ: Työt on tarkoitettu yläkoulun ja lukion orgaanisen kemian asiasisältöjen yhteyteen. Työn voi tehdä myös alakouluikäisten kanssa, tällöin se tulee tehdä vetokaapissa. KESTO: 60 90 min. MOTIVAATIO: Olet tullin tuontitavaroiden tutkimusosastolla töissä, jossa tehtävänäsi on tutkia vaatteissa käytettyjen lisäaineiden kemiallisia ominaisuuksia. Olet kuullut työtoveriltasi, että osa mausteilla käsitellyistä vaatteista käyttäytyy omituisesti, kun niitä altistetaan valolle ja erilaisille kemikaaleille. Tehtävänäsi on selvittää, mitä kaverisi puheillaan oikein tarkoitti. TAVOITE: Mausteiden kemiallisten ominaisuuksien selvittäminen ja kemiallisiin tutkimusmenetelmiin tutustuminen. VINKKEJÄ: Kurkumauutteesta ja suodatinpaperinpalasta voidaan valmistaa työn jälkeen kurkumapaperia indikaattoripaperiksi. Kurkuma tahraa nesteenä helposti, minkä vuoksi kannattaa käyttää lasisia koeputkia ja asetonia puhdistukseen. AVAINSANAT: Orgaaniset yhdisteet - Arkikemia - Mausteet Värit - Tutkimus TAUSTAA Mausteet ovat kiehtoneet ihmisiä vuosituhansien ajan, niiden makujen ja värien vuoksi. Ruoanlaiton lisäksi mausteita on käytetty luonnonlääkeaineina erilaisten sairauksien hoidossa, väriaineiden ja aromiöljyjen valmistuksessa sekä energiantuotannossa. Yrtit eroavat mausteista siten, että yrttejä saadaan kasvin vihreästä varresta tai lehdistä. Mausteiksi puolestaan luokitellaan kasvin juuresta, kuoresta, kukasta, siemenistä tai marjoista saatavaa ainetta, jota lisätään ruokaan parantamaan sen laatua. Kuva: Mausteiden ja yrttien erottelu Mausteiden ja yrttien aromit sekä värit johtuvat niiden sisältämistä kemiallisista yhdisteistä, muun muassa terpeeni- ja fenoliyhdisteistä. Terpeenit ovat pitkäketjuisia tai -renkaisia hiilen orgaanisia yhdisteitä, jotka sisältävät tyydyttymättömiä tai tyydyttyneitä sivuryhmiä.
Terpeenit ja fenolijohdokset ovat helposti haihtuvia yhdisteitä, jotka kulkeutuvat sieraimiin ja välittävät aivoille kemiallisia viestejä. Aivot tulkitsevat viestit tuoksuina ja hajuina. Kuva 2. Limoneeni Kuva 3. Linaloli Kuvassa 2. on esitetty appelsiinikuorijauheen limoneeni-molekyylin rakenne. Limoneeni aistitaan sitrusmaisena aromina. Kuvassa 3. on linaloli-molekyyli, jota esiintyy kanelissa. Linaloli aistitaan kukkaisena aromina. Limoneeni ja linaloli yhdisteet ovat esimerkkejä terpeeneistä. Kuva 4.Vanilliini Kuvassa 4. on vanilliini-molekyylin rakenne. Vanilliini on fenoliyhdiste, joka aistitaan vaniljamaisena aromina. Vanilliinia on runsaasti vaniljassa. Mausteissa kiehtovat aromien lisäksi erilaiset väriaineet. Ennen mausteista uutettuja väriaineita käytettiin yleisesti vaatteiden värjäämisessä. Nykyään keinotekoiset (synteettiset) väriaineet ovat korvanneet mausteiden käytön värjäyksessä, sillä luonnon väriaineet haalistuivat helposti. Tässä työssä pääset tutkimaan erilaisia mausteita ja niiden kemiallisia ominaisuuksia.
TARINA Kemian opetuksen keskus Oli kesäinen ilta. Olit juuri poistumassa väsyneenä työpaikaltasi Suomen Tullin maahantuontitavaroiden tutkimusosastolta, kun ystäväsi kiirehti hädissään paikalle. Hetken tiedusteltuasi häneltä syytä kiireeseen sait omituisen selityksen: Paras ystäväni, on tapahtunut kummia. Olin juuri saamassa työni päätökseen ravintola Fluoresainzissa, kun yhtäkkiä huomasin vaatteeni värien muuttuneen. En ole kemisti mutta pelkään, että vaatteissani on lyijyä tai melamiinia. Tiedän, että sinulla on ollut pitkä päivä, mutta voitko auttaa minua tämän kerran? Haluaisin todella tietää, mikä aiheutti tämän vaatteissani. TAUSTATIETOA Ystäväsi ostaa luonnon väriaineilla värjättyjä vaatteita (mausteista tai kasveista). Hän on ammatiltaan sähkö- ja putkiasentaja, joka käsittelee viemärinavauskemikaaleja ja UV-lamppuja. Lounastauolla hänelle maistuu salaatti kirpeän salaattikastikkeen kera. Hänellä on anemia (raudan puutostauti kehossa) ja joutuu siksi ottamaan lääkkeen liuoksena. Mausteuutteiden valmistus ohje opettajalle (1-2 oppilaalle): Punnitse jokaista maustetta 0,25 g ja uuta värit 10 ml:aan etanolia. Suodata.
VÄLINEET Pieniä koeputkia (mieluiten lasisia) ja -teline Pasteur pipettejä (tai kertakäyttöpipettejä) UV-lamppu eli mustavalolamppu Kangaspaloja KEMIKAALIT 0,04 M Rauta(II)sulfaattiliuos (FeSO4 -liuos) eli anemialääke Etikkaa eli salaattikastike 1 M natriumkarbonaattiliuos (Na2CO3) eli viemärinavaaja Kurkuma-, inkivääri-, kaneli-, chiliuutteet (valmiina) TYÖN SUORITUS Pipetoi mausteuutetta kolmeen koeputkeen n. 1 cm kerros. Merkitse koeputket tussilla: Esimerkki: Kurkumauute: Ku 1, Ku 2, Ku 3 Toista sama muille tutkittaville mausteuutteille. TYÖTURVALLISUUS JA JÄTTEIDEN KÄSITTELY Suojalasit, -takki ja -hanskat! Etanoli on helposti syttyvä neste, joka muodostaa höyryjä. Etikka ja natriumkarbonaatti ärsyttävät ja kuivattavat ihoa. Rautasulfaatti on haitallinen aine, joka ärsyttää ihoa ja silmiä. Huuhtele roiskeet heti runsaalla vedellä. Happoa ja emästä sisältävät uutteet tulee neutraloida, tämän jälkeen ne voi kaataa runsaalla vedellä viemäristä. Rautaa sisältävät uutteet kerätään raskasmetallijätteeseen. Kirjaa taulukkoon uutteiden värit ennen kemikaalien lisäystä.
Mauste Liuoksen alkuperäinen väri UV-valo Anemialääke Salaattikastike Viemärinavaaja Kurkuma Vahvan keltainen Hohtaa pimeässä (fluoresoi) Ruskea sakka tai ruskean X Viinin- tai verenpunai nen väri. värinen liuos. Chili Punainen X X X X Inkivääri Haalean keltaruskea Hohtaa pimeässä (fluoresoi) X X X Kaneli Tummanruskea X Mustaruske aa sakkaa tai liuosta. X X UV-valo Sammuta valot ja valaise koeputkia UV-valolla. Mitä tapahtuu? Mausteista kurkuma ja inkivääri hohtavat UV-valossa. Tätä kutsutaan fluoresoinniksi. Fluoresenssi näkyy paremmin liuosmuodossa. Jos kankaan päälle on kaatunut etanolia (esimerkiksi alkoholijuomat ja desinfiointiaineet sisältävät etanolia) voi vaatteesta liueta mausteaineita etanoliin jolloin hohtaminen näkyy vahvemmin läikkien kohdalla. Kirjaa havainnot taulukkoon. Anemia lääke (rautaliuos) Pipetoi ykkösputkiin pari pisaraa rautaliuosta (FeSO4 -liuosta.) Mitä tapahtuu? Kaneli ja kurkuma tummenevat, koska ne kelatoivat rauta(ii)-ioneja, eli muodostavat kompleksiyhdisteen raudan kanssa. Liuoksen väri muuttuu tai sinne voi muodostua mustaruskeaa sakkaa. Kirjaa värimuutokset taulukkoon.
Salaattikastike (hapanliuos) Pipetoi kakkosputkiin pari pisaraa happoliuosta (etikkaa.) Mitä tapahtuu? Ei värinmuutoksia. Kirjaa värimuutokset taulukkoon. Viemärin avaaja (emäksinen liuos) Pipetoi kolmosputkiin pari pisaraa emästä (Na2CO3 -liuosta.) Mitä tapahtuu? Kurkuma värjäytyy punaiseksi emäksisissä olosuhteissa. Kirjaa värimuutokset taulukkoon. Millä aineella vaatteet on todennäköisesti värjätty? OPETTAJALLE: Mausteista kurkuma ja inkivääri fluoresoivat eli hohtavat UV-valossa, koska niiden sisältämien yhdisteiden elektronit virittyvät korkeammille energiatasoille. Kurkumassa ilmiön saa aikaiseksi keltaisen värin antava kurkumiini ja inkiväärissä ruoanvalmistustavasta riippuen joko gingeroli (tuore inkivääri), shogaoli (kuivattu) tai zingeroni (paistettu/kuivattu). Fluoresenssia käytetään esimerkiksi suojavarusteissa, loistelampuissa, LED:issä ja plasmanäytöissä. Myös luonnossa puhtaat hampaat ja jotkin eliöt voivat hohtaa fluoresenssin ansiosta. Kuva: Kurkumiini (Jynto/Wikimedia Commons-CC0-PD).
Kuva: Gingeroli. Kuva: Shogaoli. Kuva: Zingeroni. Mausteista kaneli ja kurkuma muuttavat väriään altistuessaan tietyille kemikaaleille. Emäksisissä olosuhteissa (ph > 7) kurkuman väri on punainen ja reagoidessaan rauta-ionien kanssa muodostuu ruskean värikäs kompleksiyhdiste. Kanelin sisältämä kanelialdehydi kelatoi rauta-ioneja ja muodostaa niiden kanssa mustaruskean kompleksiyhdisteen. Vastaavanlainen ilmiö tapahtuu myös lisättäessä kahviin tai teehen rauta-ioneja. Kuva: Kanelialdehydi (RedGolpe/Wikimedia Commons-CC-PD).
LÄHTEET: Toni Rantaniitty, Pro Gradu tutkielma: Kehittämistutkimus: Mausteiden kemiaa verkkomateriaalina peruskouluun. https://peda.net/p/rantanii/maustekemiaa