Локализация растений Indigofera australis и способы получения из него химических красителей

АННОТАЦИЯ

В данной статье описаны методы адаптации растения Indigofera australis к местным климатическим условиям, принятые агротехнические меры и способы получения из растения  химических красителей.

ABSTRACT

This article describes the methods of adaptation of Indigofera australis to our climatic conditions, the agrotechnical measures taken and methods of obtaining chemical dyes from it.

Ключевые слова: индиго, Fabaceae, indumum, изатин, индоксил, лейкоиндиго, суспензия, изатиновый ангидрид, биомасса, кластер.

Keywords: indigo, Fabaceae, indumum, indikos, izatin, indoxyl, leucoindigo, suspension, isatin anhydride, biomass, clay.

Спрос на красители природного происхождения всегда был актуален. Мы знаем, что в древности люди раскрашивали изделия ручной работы, ткани и архитектурные памятники натуральными красками на растительной основе. С давних времен синий цвет называли «королем» всех красителей. Люди разделили цвета и сделали их символом своих идолов. Мы знаем из истории, что только фараоны, султаны, императоры и члены их семей имели право носить синий цвет [1]. В частности, одежда фараона Тутанхамона, раскрашенная индиго, не потеряла своего цвета даже через 3500 лет [2]. Часто одежду синего цвета могли носить только люди, обладающие политической властью или религиозной принадлежностью. Во время раскопок была обнаружена одежда цвета индиго, датируемая вторым и третьим веками до нашей эры. Натуральные красители поступают из множества природных источников. Особое место здесь занимают растение Indigofera australis. Indigofera australis - представитель семейства Indigofera, растение, которое мы хотим адаптировать к нашему климату и производить из него натуральные красители.

Indigofera australis - семейство Fabaceae - вид бобовых кустарников из рода Indigofera [3]. Прежде всего, что касается происхождения названия «Indigofera australis», слово «индиго» происходит от латинских слов «indumum» и греческого слова «indikos», оба из которых обозначают «индийский». Значит, Индия - родина индиго. «Australis» по латыне означает «южный» [4].

Indigofera australis - кустарник небольшого и среднего размера, часто прямостоячий и удлиненный. Листья мелко-яйцевидные, длиной 50-100 мм. Цветы появляются группами, отходящими от пазух листьев. Они имеют форму горошины, розовые или фиолетовые (иногда белые), диаметр около 12 мм. Цветение обычно происходит с июля по сентябрь, но местные погодные условия влияют на время его цветения, а в годы, когда весна прохладная, цветение растения может длиться до ноября. После цветения на кусте образуются твердые семена тыквенной формы. Indigofera australis - красивое цветущее растение, размножается семенами, многие виды распространяются с помощью муравьев [5].

Indigofera australis активно развивается со второй половины июля до первой половины августа. В это время температура начинает сильно подниматься. Последующее развитие куста идет устойчивыми темпами. При этом начинают появляться боковые ответвления. В этот период опыляются цветки растения и ускоряется развитие семени. По окончании развития растение вырастает от 14 см до 150 см. Боковые ветви Indigofera australis развиваются преимущественно в нижней части основания. Эти ветви появляются, когда растение достигает высоты 20-30 см, и на верхних этапах разрастаются вместе со стеблем. Этот период приходится на начало июля. В среднем у каждого растения 10-15 боковых ветвей. Боковые ветки появляются сначала внизу куста, затем вверху. Этот процесс продлится до конца августа. Листья следующих боковых ветвей обычно меньше, а семена бобов не полностью созревают. Indigofera australis может расти на песчаных, суглинистых, супесчаных, глинистых почвах и даже на почвах, которые считаются обедненными питательными веществами.

Целью наших научных исследований является, выявление особенности роста и развития растения Indigofera australis, которые позволяют локализовать его даже в местных климатических условиях. Адаптация этого растения к росту и развитию в деградированных почвах и пустынных районах Узбекистана позволит, прежде всего, синтезировать ценный природный краситель из его зеленой биомассы. Низкие потребности в удобрениях и низкая стоимость экстракции во время выращивания Indigofera australis еще больше усиливают наш интерес к локализации этого растения.

Материалы и методы. Было проведено множество экспериментов по получению разноцветных красителей из синего индиго. В частности, использовали следующий эксперимент для получения коричневого индиго: 98-99,5% индиго наливают в стакан объемом 2 л (0,5 моль, 130 г). В него добавляют 2 г ПАВ и заливают 400 мл воды. Для получения суспензию тщательно перемешивают ингредиенты в стакане. Затем добавляют 175 г раствора дихромата натрия и 6,5 г нитробензола. Реакционную смесь охлаждают до 10°C льдом и перемешивают в течение 7-8 ч, и по каплям добавляют 285 г 3% -ной серной кислоты до 0-10°C. При добавлении кислоты реакционная масса меняет цвет с синего на темно-коричневый. Во время реакции необходимо проводить охлаждение, поскольку происходит экзотермическая реакция. Мы использовали этот метод, для получения коричневого красителя. Полученный в результате этой реакции коричневый осадок изатина тщательно промывают водой. Затем в осадок добавляют 1750 мл воды и нагревают до 50°C. Затем к взвеси добавляют 80 г (1 моль) 50% ного раствора гидроксида натрия. Образуется сине-фиолетовый раствор. Под действием избытка NaOH раствор становится зеленовато-жёлтый. Полученный раствор должен иметь щелочную реакцию по фенолфталеину. Количество индиго, полученного в результате реакции, составляет 10 г.

Также были изучено агрономические особенности Indigofera australis. Семена были посажены в каменистой, несколько бесплодной и засоленной песчаной пустынной местности и изучены свойства устойчивости. Для этого использовались поля фермерских хозяйств «Хумо-Уй» в Фергане и «Каримов Шониезбек Шавкатович» в Язяванском районе Ферганской области.

Для обеспечения хорошего роста растений и урожайности зеленой биомассы необходимы некоторые агротехнические меры. Подготовка участка к посадке начинается с промывания почвы. Промывка почвы проводится в конце февраля - начале марта. Поскольку семена твердые, перед посевом их следует замочить в теплой воде на ночь. При посеве семян необходимо обращать внимание на то, чтобы расстояние между ними составляло 80-90 см, что способствует дальнейшему развитию куста, хорошему росту боковых ветвей. Семена индигоферы смешивают с песком и вручную сажают на глубину 1–1,5 см. Сразу после посева семяна поливают водой. Борьба с вредителями проводится в зависимости от заболевания. С момента появления листочков желательно обратить внимание на защиту растения от сорняков, которые особенно опасны. Для борьбы с тлей мы дважды обрабатывали посевы за сезон. Через месяц после посадки у растения Indigofera australis начинается период активного роста, и высота растений увеличивается до 10-15 см. При этом впервые в посев вносят минеральные удобрения. В качестве химических удобрений используются азотные, калийные и фосфорные удобрения. Сроки удобрения почвы во время роста Indigofera australis необходимо определять правильно. Наши наблюдения показывают, что удобрение почвы наиболее эффективно при появлении боковых веток. Это связано с тем, что в этот период для роста главного корня и боковых ветвей требуется больше корма. Еще одна необходимая мера в период вегетации - борьба с сорняками. Подземная часть Indigofera australis, корень, растет относительно медленно. Поэтому сорняки негативно влияют на ее рост. Прополку повторяют 3-4 раза за вегетационный период. Также используются химические методы. Еще перед уборкой зеленой биомассы растение необходимо полностью пропалывать, иначе это негативно скажется на качестве красителя. Полив в зависимости от влажности почвы и состояния растения необходимо проводить 8-10 раз за вегетационный период, а после полива - смягчать ряды. В летние месяцы, когда растение активно растет и формируется, посевы поливают 2-3 раза в месяц. В период цветения и оплодотворения растению не нужно много воды. Рыхление почвы между растениями после каждого полива позволяет поддерживать количество влаги, обеспечивать режим воздухообмена, тем самым ускоряя процесс роста растения, ускоряя образование листовой массы. Листья у хорошо развитого растения темно-зеленые, цветки красновато-желтые. Ускоряется появление боковых ветвей. Зеленую биомассу собирают в конце августа в начале созревания бобов. После сбора верхнего слоя почвы Indigofera australis его сушат в специальных местах, защищенных от солнца. Следует избегать потерь биомассы во время сбора урожая. В большинстве случаев количество полученной биомассы индигоферы зависит от почвы, агротехнических мероприятий и своевременной уборки. Мы оставили часть Indigofera australis в поле без очистки до середины октября, чтобы получить семена. В наших экспериментах первый урожай, посаженный в апреле, был собран в конце августа, после чего полив, оплодотворение и удобрение продолжались до середины октября. У растения второй раз появилось больше веток и появилась листовая масса, а зеленая часть растения была убрана на высоте 20-40 см. Рассчитывали выход извлекаемой краски индиго следующим образом

I% - выход индиго                 

m - масса индиго

M - масса листьев

Можно сравнить количество пигмента, полученного из свежих и сушеных листьев .

Обсуждение результатов. Изучили свойства полученного индиго. Кислород не окисляет индиго в растворе, но когда к раствору добавляется бензальдегид, индиго окисляется до изатина. Синий индиго еще называют индиготином. Индиго не растворяется в обычных растворителях, но в большей или меньшей степени растворим в хлороформе, нитробензоле, анилине и других растворителях. Его растворы, как правило, имеют синюю окраску. Когда индиго сублимируется, он образует ромбические кристаллы, которые становятся фиолетовыми и темно-красными. Индиго, полученный в результате этой реакции, окисляется с помощью озона и образуется изатин.

                             индиго                                                   изатин                         изатин ангидрид

В частности, мы провели следующую реакцию для получения белого индиго:

Кроме этого мы провели исследования по выявлению особенности роста и развития растения Indigofera australis. Урожайность растительной биомассы на супесчаных почвах достигала 65%, а на слабозасоленных супесчаных почвах доходность доходила до 80% с соток. Это означает в среднем 35-40 тонн зеленой биомассы на гектар. После просушивания растения в прохладном месте остается 4-6 тонн сухой массы. Из этой сухой массы удалось получить до 0,8-1 тонны пигмента. Урожайность резко возрастает, если через 2-3 года восстановить плодородие почвы или посадить на участках с умеренным или высоким плодородием. При соблюдении режима орошения и обработки при необходимости урожайность может достигать 95-100%. В ходе нашего исследования мы выяснили, что Indigofera australis является источником не только синего цвета, но и других цветов в зависимости от используемого метода и времени сбора урожая, а также от погоды, в которой оно растет. Мы видели, что содержание индиго в растении очень велико в условиях засухи, тогда как цвет индиго меняется на голубой, когда растение обильно поливают. Также было обнаружено, что количество осадков во время роста растения также влияет на окраску.

Выводы: В настоящее время в текстильной промышленности Узбекистана в основном используются искусственные красители. С экономической точки зрения получение таких красок является выгодным. Сегодня существует растущая потребность в качественных и долговечных натуральных красителях. Натуральные красители - это экологически чистые продукты, а окрашенные натуральными красителями ткани не теряют своих свойств по прошествии многих лет. В результате наших научных исследований мы обнаружили, что особенности роста и развития растения Indigofera australis позволяют локализовать его даже в наших климатических условиях. Адаптация этого растения к росту и развитию в деградированных почвах и пустынных районах Узбекистана позволит, прежде всего, синтезировать ценный природный краситель из его зеленой биомассы. Низкие потребности в удобрениях и низкая стоимость экстракции во время выращивания Indigofera australis еще больше усиливают наш интерес к локализации этого растения.

Список литературы:

1. Л.Е.Мачерет, М.Г.Чуприна, М.Г.Седавит. «Новое оригинальное успокоивающее средство». Анонсы медицин и фармации. № 11. 2003 год, 9 стр.
2. X. Холматов, З.Х. Хабибов, Н.З. Олимхужаева. «Лекарственные растения Узбекистана» T. 1991, 52 стр.
3. Ф.С. Пилипенко. Род 33. ИНДИГОФЕРА, или ИНДИГОНОС — INDIGOFERA L. // Деревья и кустарники СССР. Дикорастущие, культивируемые и перспективные для интродукции. / Ред. тома С. Я. Соколов. — М.—Л.: Изд-во АН СССР, 1958. — Т. IV. Покрытосеменные. Семейства Бобовые — Гранатовые. — С. 132— 135. — 976 с. — 2500 экз.
4. Б.К. Шишкин. Род * ИНДИГОФЕРА — INDIGOFERA L. // В 30 т / Гл. ред. акад. В. Л. Комаров; Ред. тома Б. К. Шишкин. — М.—Л.: Изд-во АН СССР, 1945. — Т. XI. — С. 298—300. — 432 с.
5. D. Ерматова. ―Усимликшунослик. T. 2002, 166-198 стр.
6. В.В. Племенков. “Введение в химию прирордных соединений”. Казань. 2001г. с. 164 – 193.
7. В.А.Молочко, С.В.Крынкиной. Москва: «Химия». 1989 г. 542-565 стр.
8. К.Х. Хожиматов, К.Й.Юлдошев. “Шифобахш гиехлар дардларга малхам”. Tашкент ―Узбекистан. 1995, 3-12 стр.