XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Содержание кофеина в разных сортах чая и кофе, его предположительное влияние на организм человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Безушко И.В. 1

---

1МБОУ СОШ 13

Бергер Е.И. 1

---

1МБОУ СОШ 13

Работа в формате PDF

88.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы: чай - полезный и любимый многими напиток. Сегодня его можно смело назвать напитком № 1. По примерным подсчетам, он является основным напитком почти для 2,5 миллиардов людей на земле. Фитотерапевты многих стран утверждают, что постоянное потребление чая снижает риск возникновения онкологических заболеваний.

Мотивацией выбора темы явилось то, что чай как напиток занимает важное место в меню человека. Нас заинтересовало, насколько он полезен или вреден.

Объект исследования: Различные сорта чая трёх разновидностей: чёрный, зелёный, красный и кофе 3 видов.

Предмет исследования. Содержание кофеина в разных сортах чая, кофе и влияние данного вещества на организм человека.

Цель исследования: Исследовать разные сорта чая, кофе на предмет содержания в них кофеина и изучить его влияние на организм (теоретически).

Задачи:

получить кофеин способом возгонки его из сухого чая, кофе;

определить массу кофеина в объектах исследования

и провести качественную реакцию на кофеин;

разработать рекомендации по употреблению кофеиносодержащих напитков;

Гипотеза исследования: Кофеин, как мы привыкли считать, содержится не только в кофе, но и чае.В разных сортах чая содержится разное количество кофеина, и, как следствие, он способен оказывать различное влияние на организм человека.

Если употреблять кофеиносодержащие напитки в соответствии с содержанием в их составе кофеина и его воздействии на организм, то это позитивно скажется на самочувствии человека.

Практическая значимость исследования заключается в том, что после проведения опытов появится возможность рекомендовать людям в зависимости от их индивидуальных особенностей либо кофе, либо чай разных сортов.

Методы исследования: 1. Теоретические (изучение специальной литературы)

Эмпирические (наблюдение, сравнение, эксперимент).

Основная часть

2.1. Теоретическое обоснование проблемы. Чай как напиток

2.1.1. Немного истории

«Чай.... Это короткое созвучье впитало в себя смысл легенд и научных трудов, народной молвы и государственных документов. Историческую жизнь чая регламентировали императоры и богословы, врачи и гурманы, поэты и купцы, философы и художники, ученые и политики, правительство и контрабандисты. Разные виды и сорта чая могут быть совершенно не похожи один на другой и даже прекраснейший чай можно по - разному готовить и по- разному воспринимать — и как вожделенный нектар, и как подкрашенный кипяток...». Так начинает свою книгу «Наш друг чай» талантливый грузинский публицист и большой энтузиаст чая М.Д. Давиташвили.

Откуда и как появился чай – это хорошо известно из легенды. Знаменитый буддийский монах Бодхитхарма как-то уснул нечаянно во время молитвы. Проснувшись, он в гневе отрезал себе веки, чтобы глаза никогда больше не закрывались. Но из выброшенных ресниц выросли чайные деревья. И с тех пор не требуются такие суровые меры - достаточно попить чаю, чтобы не уснуть (кстати, во время молитвы чаша с чаем шла по кругу - так начиналась чайная церемония).

История с ресницами, надо полагать, произошла на границе Китая с Бирмой: именно там, в горах провинции Юнь Нань, растут самые древние дикие чайные деревья высотою около 15м. Чем севернее живут эти близкие родственники камелий и дальние родственники роз, тем ниже они становятся, тем более напоминают куст.

Откуда же взялось слово «чай»? В древних китайских сочинениях чай именовали «тоу», «тсе», «чунь», «минг». В 4-5 веке практика показала, что самый благоуханный напиток получается из самых молодых листьев, и к названиям чая прибавили слово «ча», что значит « молодой листок».

Известное всем нам русское слово «чай» произошло от монгольского «цай». Крупнейший производитель чая в мире - это Индия. Она производит около 500 тысяч тонн в год. За Индией следует Китай, затем Шри - Ланка (остров Цейлон) и Япония.

2.1.2. Действие чая на организм

Чай имеет весьма богатый набор физиологически активных веществ, включающий танин, катехины, кофеин, теофиллин, витамины и др.

Современные исследования показывают, что катехины чая способны защищать хромосомы (наследственный аппарат) от повреждающего действия различных факторов, ускоряют выведение из организма радиоактивного стронция.

Основной активный компонент чайного листа - кофеин. Он возбуждает действие сердечной мышцы, расширяет сосуды мозга.

Теофиллин, входящий в состав чайного листа, оказывает сильное стимулирующее действие на почки, расширяет кровеносные сосуды сердца, расслабляет гладкую мускулатуру внутренних органов, может снимать спазмы желчных путей или бронхов, а также в какой-то мере снижать риск возникновения инфаркта миокарда.

Чайный танин - особая фракция дубильных веществ, которая по своему фармакологическому действию подобна витамину Р, обладающему способностью укреплять стенки капиллярных кровеносных сосудов и тем предотвращать внутренние кровоизлияния. Танины чая способствуют накоплению витамина С во всех органах, обеспечивают наиболее полное усвоение этого жизненно важного для организма витамина и, таким образом, предотвращают развитие многих заболеваний. Танины чая, особенно в комбинации с витамином С, оказывают выраженное противовоспалительное действие.

Крепкий чай можно давать в качестве средства первой помощи при отравлениях (как средство, возбуждающее при угнетении органы дыхания и сердечную деятельность).

Но нужно помнить, что крепкий чай противопоказан при сердечных заболеваниях, сопровождающихся нарушением ритма, а также при неврозах, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Если в пожилом возрасте человек страдает запорами, то пить крепкий чай ему не рекомендуется. Поскольку крепкий чай повышает давление, его не стоит пить при гипертонической болезни. Смягчает действие чая молоко.

При солнечных ожогах компрессы из крепкого чая снимают боль и воспаление кожи, они также предотвращают появление солнечных ожогов, если перед выходом на солнце смазать открытые части тела заваркой. Зеленый чай принимают при лечении дизентерии, при повышенной проницаемости и ломкости капилляров, при атеросклерозе.

Фитотерапевты многих стран утверждают, что постоянное потребление чая снижает риск возникновения онкологических заболеваний. Исследования, проведенные в США, Германии и Японии, показали, что чай «Каркаде» в своем составе имеет практически все витамины в полезных для человеческого организма количествах, укрепляет стенки сосудов, стабилизирует кровяное давление, обладает спазмолитическим и мочегонным действиями, улучшает выработку желчи и защищает печень от вредных воздействий

2.1.3.Выводы

Изучив специальную литературу по заданной проблеме, мы пришли к выводу, что чай – это не только напиток с многовековой культурой, но и составная часть рациона огромного количества людей, живущих на нашей планете. Именно поэтому нам необходимо знать об этом напитке как можно больше.

Собственное исследование

2.2.1. Методика выделения кофеина

В фарфоровый или металлический тигель (можно использовать любой подходящий металлический сосуд, желательно не плоский, а высокий, как стакан) помещают 1 чайную ложку измельченного в ступке черного чая и примерно 2 г оксида магния (это вещество продают в аптеках под названием «жженая магнезия»). Смешивают оба вещества и ставят тигель на огонь. Нагрев должен быть умеренным. Сверху на тигель ставят фарфоровую чашку с холодной водой. В присутствии оксида магния кофеин возгоняется, т.е. превращается в пар, минуя стадию жидкости. Попав на холодную поверхность, кофеин оседает на дне чашки в виде бесцветных кристаллов. Нагрев прекращают, осторожно снимают чашку с тигля и соскребают кристаллы в чистую склянку.

2.2.2. Исследование содержания кофеина в разных сортах чая.

Для исследования нами были взяты три разновидности чая: чёрный, зелёный и красный чай. С каждым видом чая было проведено несколько опытов.

2.2.2.1. Опыты с чёрным чаем.

Для проведения опытов с чёрным чаем нами было взято 3 сорта (приложение 2). От каждого сорта было взято по одному образцу в объёме 1 чайная ложка (примерно 5 гр.) (приложение 5). Получилось 3 образца:

Образец №1

Образец №2

Образец №3

После отбора проб чая разных сортов нами было взято 3 образца оксида магния в количестве 2 гр. (приложение 6). Затем с каждым из отобранных образцов был проведён опыт по описанной методике.

В стакан мы помещали измельченный в ступке чай и оксид магния, смешивали оба вещества (приложение 7) и ставили стаканы на огонь при умеренном нагреве. Сверху на стаканы мы ставили колбу с холодной водой (приложение 8). В присутствии оксида магния кофеин возгонялся, т.е. превращался в пар, минуя стадию жидкости. Попав на холодную поверхность, кофеин оседал на дне колбы в виде бесцветных кристаллов. После прекращения образования кристаллов нагрев прекращали, осторожно снимали колбу со стакана и соскребали кристаллы в чистую склянку.

В результате проведённых опытов удалось выделить кофеин (приложение 9) из образца №1 кофеин был выделен в ничтожно малом количестве, из образца №3 кофеин выделить не удалось.

Результаты первого опыта приведены в таблице 1.

Таблица 1.

2.2.2.2. Опыты с зелёным чаем.

Для проведения опытов с зелёным чаем нами было взято также 3 сорта (Приложение 3). От каждого сорта было взято по одному образцу в объёме 1 чайная ложка (примерно 5гр.). Получилось 3 образца:

Образец №4

Образец №5

Образец №6

После отбора проб чая разных сортов нами было взято 3 образца оксида магния в указанном количестве. Затем с каждым из отобранных образцов был проведён опыт по описанной методике.

После отбора проб чая разных сортов нами было взято 3 образца оксида магния в количестве 2 гр. Затем с каждым из отобранных образцов был проведён опыт по описанной методике.

В стакан мы помещали измельченный в ступке чай и оксид магния, смешивали оба вещества и ставили стаканы на огонь при умеренном нагреве. Сверху на стаканы мы ставили колбу с холодной водой. В присутствии оксида магния кофеин возгонялся, т.е. превращался в пар, минуя стадию жидкости. Попав на холодную поверхность, кофеин оседал на дне колбы в виде бесцветных кристаллов. После прекращения образования кристаллов нагрев прекращали, осторожно снимали колбу со стакана и соскребали кристаллы в чистую склянку.

В результате проведённого опыта большее количество кофеина было выделено из чая сорта «Зелёная пагода», из чая «Принцесса Ява Традиционный» кофеин выделить не удалось. Результаты опыта приведены в таблице 2.

Таблица 2.

2.2.2.3. Опыты с красным чаем «Каркадэ».

Для проведения опытов с красным чаем нами было взято 2 сорта (Приложение 4). От каждого сорта было взято по одному образцу в объёме 1 чайная ложка (примерно 5гр.). Получилось 2 образца:

Образец №7

Образец №8

После отбора проб чая разных сортов нами было взято 2 образца оксида магния в количестве 2 гр. Затем с каждым из отобранных образцов был проведён опыт по описанной методике.

В стакан мы помещали измельченный в ступке чай и оксид магния, смешивали оба вещества и ставили стаканы на огонь при умеренном нагреве. Сверху на стаканы мы ставили колбу с холодной водой. В присутствии оксида магния кофеин возгонялся, т.е. превращался в пар, минуя стадию жидкости. Попав на холодную поверхность, кофеин оседал на дне колбы в виде бесцветных кристаллов. После прекращения образования кристаллов нагрев прекращали, осторожно снимали колбу со стакана и соскребали кристаллы в чистую склянку.

Результаты опыта приведены в таблице 3.

Таблица 3.

2.2.2.4.Вывод:

После проведения экспериментов по выделению кофеина из разных сортов чая мы пришли к выводу, что кофеин содержится не во всех сортах. Очевидно, это связано с качеством чайного сырья.

2.2.3. Влияние кофеина на организм

В 1827 году Удри выделил из чайных листьев новый алкалоид и назвал его теином. Кофеин в чистом виде впервые получен в 1828 году (Пеллетье и Каванту). В 1832 году его состав был установлен Велером и Пфаффом с Либихом. В 1838 году Иобст и Г. Я. Мульдер доказали тождественность теина и кофеина.

Кофеин - алкалоид пуринового ряда, бесцветные горькие на вкус кристаллы. Химическое название кофеина — 1,3,7-триметилксантин (приложение1).

Было установлено, что на содержание кофеина в чашке чая влияет, в первую очередь, его сорт. Чем дороже и качественнее чай, тем больше в нем кофеина. Особенно богаты кофеином молодые чайные листочки и типсы (почки), входящие в состав любого хорошего чая. Первый листочек флеши содержит 4-5 % кофеина, второй — 3-4 %, третий — около 2,5 %, а все остальные — от 0,5 до 1,5 %.

Кроме того, содержание кофеина во многом зависит от места произрастания конкретного сорта чая: от климата местности, от особенностей почвы и от высоты над уровнем моря. Чем выше расположена чайная плантация, тем холоднее воздух, а значит, тем медленнее растут чайные листья и тем больше кофеина в них содержится. Яркий солнечный свет также способствует росту чайных листьев, богатых кофеином.

Еще один немаловажный фактор, влияющий на содержание кофеина, — это степень ферментации чайного листа. Чем она ниже, тем больше кофеина содержится в чае. Отсюда можно сделать вывод, что самые «кофеинизированные» сорта — это белые чаи, зеленые чаи и улуны. Но на самом деле все не так просто. Значение имеет не только сорт, но и способ приготовления чая, в том числе и температура воды при заваривании. Чем горячее вода, тем активнее выделяется кофеин. А поскольку неферментированные и слабоферментированные чаи завариваются теплой, а не горячей водой, в готовом виде они содержат меньше кофеина, чем насыщенный черный чай.

В настоящее время употребление напитков, содержащих кофеин, является неотъемлемой частью человеческого общения. Обычно в гостях вам непременно предложат напитки, содержащие кофеин – чай или кофе. Не обходятся без кофеиносодержацих напитков и деловые встречи. Но абсолютно никто никогда не задумывается о механизме действия кофеина на умственную деятельность человека и организма в целом.

В чистом виде кофеин представляет собой белый порошок, удивительно похожий на сахарную пудру, который очень хорошо растворяется в воде. Именно поэтому кофеин довольно легко попадая в кровь, достигает головного мозга, где чрезвычайно быстро начинает проявляться его эффект воздействия. Уже через 15 минут можно определить наличие кофеина в крови человека. Своего пика воздействия на организм человека кофеин достигает приблизительно через 45 минут. Но при наполненном желудке период всасывания значительно замедляется.

В проводимых исследованиях ученые убедились, что по своему воздействию употребляемый кофеин значительно изменяет уровень мозговой активности человека от обычного стабильного состояния до высокоактивного. Поэтому действие кофеина на человеческий организм можно уверенно назвать психотропным действием.

В период употребления кофеина непосредственно в головном мозге происходит неизменная блокировка аденозина, другого химического соединения, которое также воздействует на психику человека. Аденозин своего рода антипод кофеина, он замедляет выброс медиаторов химических соединений, передающих нервные импульсы от одной клетки к другой. Именно в этом выражается воздействие успокаивающего характера аденозина на организм человека. Без такого успокаивающего действия нервные клетки будут находиться в постоянном возбуждении. Кофеин, поступая в организм человека, оказывает блокирующее действие на аденозин, эффективно стимулируя нервное возбуждение.

Также при таком действии кофеина происходит стимулирование деятельности надпочечников, в крови человека повышается уровень гормонов стресса – адреналина, норадреналина, кортизола. Такие гормоны вырабатываются человеческим организмом в периоды крайнего возбуждения, стрессовых ситуаций. Гормоны возбуждающе воздействуют на головной мозг, именно поэтому после чашки кофе человек испытывает определенный подъем сил, энергию, желание заняться делом.

Период полураспада действия кофеина наступает у всех людей по-разному, продолжительностью от двух до десяти часов. Средний показатель равняется 4-м часам. Всё зависит от количества и качества выпитого кофе, индивидуальной переносимости кофеина организмом человека.

Вообще, употребление напитков, содержащих кофеин, способствует значительному привыканию организма к нему. Происходят изменения в физиологии человеческого организма как позитивные, так и негативные. Кофеин способствует скорейшему восстановлению организма после сна, подготавливает человека к ежедневным нагрузкам. В сравнении с другими энергетическими напитками с возбуждающими средствами кофеин совершенно не влияет на фазы сна. Но кофеин, по мнению экспертов, увеличивает тягу к углеводам, стимулирует формирование жировых отложений. Также действие кофеина приблизительно на 30% ускоряет обмен веществ, способствует снижению чувства голода вследствие поддержания высокого уровня сахара в крови.

Вся положительная особенность применения кофеина заключается в количестве, качестве, времени суток его употребления. Незначительные дозы напитков, содержащих кофеин, не имеют негативных последствий, поднимают настроение, обеспечивают необыкновенный прилив сил. Передозировка грозит чувством беспокойства, покраснением лица, желудочно-кишечными расстройствами, мышечными подергиваниями, тахикардией, психомоторным возбуждением.

2.2.4. Выводы

После проведения собственного исследования по изучению содержания кофеина в чае, мы пришли к выводу, что количество кофеина в разных сортах неодинаково, и колеблется в пределах 0-40 мг, что составляет менее 1%. Кроме того, изучив специальную литературу, мы поняли, что кофеин по своему действию на организм человека является психотропным веществом со своими показаниями и противопоказаниями к применению.

Заключение

Гипотеза,выдвинутая нами в началеисследования, подтвердилась. Действительно, в разных сортах чая содержится разное количество кофеина. Данный факт подтвержден исследованиями и проиллюстрирован таблицами.

Цель и задачи,поставленные нами в начале исследования, выполнены. После изучения методики выделения кофеина, нам удалось выделить кофеин из некоторых сортов чая и изучить его предположительное влияние на организм человека.

По результатам исследования у нас имеется возможность рекомендовать людям, имеющим пониженный жизненный тонус, сниженное артериальное давление употреблять свежезаваренные чаи, а именно образец №2 образец №5 и образец №8. Наряду с этим, можно уверенно сказать, что употребление этих чаёв в больших количествах людям с повышенным артериальным давлением противопоказано. Хотя следует отметить, что содержание кофеина в указанных чаях сильно отличается от заявленных в литературе показателей (например, в чёрных чаях 4-5%) в меньшую сторону.

В следующем учебном году планируем продолжить исследование в данном направлении и изучить влияние кофеина на сердечно - сосудистую систему.

Список литературы

Большая серия знаний. Химия. – М.:2006.

В.В Похлебник. Чай. – М.: Центрополиграф,1997.

Методические рекомендации для кружков математики, физики, химии, черчения. – М.:1988.

Полная медицинская энциклопедия. – М.: Мир книги, 2006.

Эрудит. Химия. – М.: Мир книги, 2007.