XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Определение наличия кофеина в чёрном и зелёном чае

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Жученко В.П. 1

---

1МАОУ СШ № 51

Землянская Н.Е. 1

---

1МАОУ СШ № 51

Работа в формате PDF

729.4 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1. Введение

Актуальность темы заключается в том, что с давних времён люди употребляют различные напитки, одним из которых является чай. Однако многие из них даже не догадываются о его составе и действии на организм. В чае содержится алкалоид – кофеин, он придаёт напитку свойства, благодаря которым восстанавливается бодрость и повышается работоспособность. Вместе с этим кофеин оказывает и отрицательное влияние, о котором люди практически не думают. Именно поэтому следует изучить свойства этого вещества и его воздействие на организм и доказать, что в чёрном чае содержится больше кофеина. Эта информация будет очень полезной и позволит любителям этого напитка сделать соответствующие выводы о его пользе и вреде.

Цель: доказать, что в чёрном чае содержится больше кофеина, чем в зелёном

Задачи:

1)изучить историю создания чая, химический состав его компонентов и этапы производства чая

2) провести эксперимент по получению кофеина из чёрного и зелёного чая

3) проанализировать полученные результаты

4)сравнить результаты и сделать соответствующие выводы

Методы исследования:

1)описание

2)сравнение

3)эксперимент

4)анализ

Объект исследования: два сорта чая - чёрный и зелёный.

Предмет изучения: содержание кофеина в разных сортах чая.

Теоретическая значимость нашей исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования помогут людям понять, какой чай следует пить с меньшей угрозой для здоровья.

2. Основная часть

2.1. История появления напитка

Кусты камелии произрастали с незапамятных времен, а производство напитка началось только 5 тысяч лет назад. Происхождение чай берет в Китае. Считается, что его впервые открыл китайский император Шень Нуну в 2700 году до нашей эры. Он вел исследования в области медицины и использовал напиток для лечения. Существует легенда, что Шень Нуну, уставший к вечеру, решил вскипятить воду. В нее попали чайные листочки. После того, как император выпил снадобье, он наполнился бодростью и энергией. Этот случай положил начало более тщательному изучению свойств нового средства [1].

На Руси чай появился в начале 17 века. Его подарили императору Михаилу Федоровичу китайские послы. Распробовав терпкий вкус напитка, он заключил торговый договор. К 1900 году популярность чая настолько возросла, что были заложены собственные плантации.

2.2. Производство.

Производство чёрного чая:

1. После сбора урожая листья сначала увядают, их обдувают воздухом.

2. Затем чёрный чай обрабатывают одним из двух способов: CTC (от англ. Crush, Tear, Curl — «Давить, рвать, скручивать») или ортодоксальным. Методом CTC получают листья фаннинга или «сорта пыли», которые обычно используются в чайных пакетиках. Этот метод эффективен для получения более качественного продукта из листьев среднего и низкого качества стабильно тёмного цвета. Ортодоксальная обработка выполняется либо машинами, либо вручную. Ручная обработка используется для приготовления высококачественных чаёв[1].

3. Затем листья окисляются при контролируемой температуре и влажности (этот процесс также называется «ферментацией», что в свою очередь является неправильным названием, поскольку фактическая ферментация не происходит. Полифенолоксидаза является ферментом, активным в этом процессе). Уровень окисления определяет тип чая; полностью окисленный становится чёрным чаем, низко окисленный становится зелёным чаем, а частично окисленный составляет различные уровни чая улун.

4. Затем листья сушат, чтобы остановить процесс окисления.

5. Наконец, листья сортируются по сортам в соответствии с их размерами (целые листья, ломаные, веера и «пыль»), обычно с использованием сит. Чай может быть дополнительно классифицирован по другим критериям.

Производство зелёного чая.

Зелёный чай — чай, подвергнутый минимальной ферментации (окислению) .

И зелёный, и чёрный чай получают из листьев одного и того же чайного куста, однако различными способами. Зелёный чай предварительно часто фиксируется паром температуры 170—180 °C; окисление продолжается не более двух дней, после чего обычно прекращается нагревом или вообще не проводится. Чай оказывается окислен на 3—12 %.

Зелёный чай обрабатывается после сбора либо кустарными, либо современными методами. Сушка на солнце, обжиг в корзинах или углях или обжиг на сковороде являются распространёнными кустарными методами. Сушка в духовке, измельчение или приготовление на пару являются распространёнными современными методами. Обработанные зелёные чаи, известные как араха, хранятся в холодильнике с низкой влажностью в бумажных пакетах по 30 или 60 кг при температуре 0-5 °C. Перед смешиванием происходит окончательное обжигание, затем происходит отбор и упаковка. Листья в таком состоянии будут повторно обжигаться в течение всего года по мере необходимости, что увеличит срок годности зелёного чая и улучшит его вкус[1].

2.3. Влияние чая на организм человека

Употребление чая оказывает благотворное воздействие на самые различные системы органов человека, что позволяет говорить о нём не только как о повседневном напитке, но и как о профилактическом и даже лечебном медицинском средстве. Чай:

Снимает головные боли и усталость

Уменьшает действие алкоголя и способствует отказу от его употребления

Является питательным продуктом и утоляет голод (в особенности — сразличными добавками)

Облегчает самочувствие во время жары

Освежает и прогоняет сонливость

Успокаивает, снимает стресс

Способствует перевариванию жирной пищи

Выводит из организма яды

Продлевает жизнь

2.4. Состав чая

Чай — напиток, получаемый варкой, завариванием и/или настаиванием листа чайного куста, который предварительно подготавливается специальным образом

Существует множество видов чая: белый, красный, зелёный, жёлтый, чёрный. Все они отличаются друг от друга и внешним видом, и цветом, и вкусом. В нашей исследовательской работе будут рассмотрены два из них - чёрный и зелёный.

Итак, химический состав сухого чая можно условно разделить на две части

растворимые и нерастворимые в воде элементы. Нерастворимая часть влияет на физическую структуру и внешний вид чая – это клетчатка, целлюлоза, белки, лигнин, жиры, хлорофилл, другие пигменты и крахмалы.

Нас больше интересует растворимая часть, которая и содержит все те полезные для здоровья вещества, за которые мы ценим чай. Она же определяет, флавоноидов, алкалоидов, дубильных веществ, аминокислот и микроэлементов. При этом флавоноиды отвечают за терпкость и за то, каким напиток будет на вкус, аминокислоты – за сладость и аромат, а алкалоиды – за горечь и бодрость.

Флавоноиды-  катехины (эпикатехин, галлокатехин, эпигаллокатехин, эпигаллокатехингаллат)и флавонолы (кемпферол, кверцетин, мирицетин).

Именно благодаря катехинам чай включен в список продуктов, которые улучшают здоровье и увеличивают продолжительность жизни. Катехины – это мощные антиоксиданты, способные не только менять цвет, аромат и терпкость напитка, но и приносить огромную пользу организму.

Другие компоненты чая:

Аминокислоты чая – это теанин, также известный как L-теанин. Данное вещество способно повышать умственную концентрацию, улучшать сон, снижать тревожность. Теанин способствует расслаблению, снижению давления, повышению тревожность. Он способствует расслаблению, снижению давления, повышению иммунитета и даже снижению веса. Теанин также обеспечивает сладость в чае.

Дубильные вещества в чае представлены танином. Его польза заключается в противомикробном воздействии.

Сапонины – пенообразующие вещества, которые также обладают рядом полезных свойств. В их числе – снижение уровня холестерина, уничтожение болезнетворных бактерий, подавление роста опухолей, улучшение липидного обмена, предотвращение и лечение ожирения [2].

Микроэлементы, которые содержатся в чае – это калий, кальций, магний, железо, фосфор и др.

Витамины – чай может содержать практически все витамины, но больше всего в нем витаминов группы В, витамина С, а также Р и РР.

2.5. Кофеин как один из компонентов чая. Состав кофеина

Кофеин — алкалоид пуринового ряда, бесцветные или белые горькие кристаллы. Является психоактивным веществом, содержится в кофе, чае, мате, входит в состав энергетиков и многих прохладительных напитков. Также входит в состав аптечных препаратов. Является психостимулятором, формула которого C₈H₁₀N₄O₂ (приложение 1). Химическое название кофеина — 1,3,7-триметил-ксантин [3].

В щелочной среде (при pH>9), превращается в кофеидин С₇Н₁₂N₄O.

Белые игольчатые кристаллы горьковатого вкуса, без запаха.

Плохо растворим в холодной воде (1:60), легко — в горячей (1:2), трудно растворим в этаноле (1:50). Растворы имеют нейтральную реакцию; стерилизуют при +100 °C в течение 30 мин. Т_пл.=234 °C.

Некоторые сорта чая содержат до 5% кофеина, при этом он очень быстро и успешно выводится из организма за счет своей связи с танином. Данный факт дает нам возможность пить чай в больших количествах без страха получить кофеиновую передозировку.

2.6. Влияние кофеина на организм человека

Относительно небольшие дозы кофеина усиливают активность процессов, протекающих в коре головного мозга. Воздействие кофеина на организмобусловлено следующими фармакологическими свойствами:

аналептическое – возбуждает дыхательный и сосудодвигательный центры в области продолговатого мозга, психостимулирующее, кардиотоническое [4].

Побочные эффекты:

Со стороны ЦНС: возбуждение, тревога, тремор (дрожание пальцев рук и ног), беспокойство, головная боль, головокружение, судороги, усиление рефлексов, повышение мышечного тонуса, тахипноэ, бессонница; при внезапной отмене — усиление процессов торможения ЦНС (утомление и сонливость).

Со стороны ЖКТ: тошнота, рвота, обострение язвенной болезни.

Со стороны сердечно-сосудистой системы: усиленное сердцебиение, тахикардия, аритмия, повышение артериального давления.

2.7. Методика выделения кофеина.

Практическая работа.

Кофеин возгоняется при 180^оС, и в растворах находятся в виде моногидрата, устойчивого до 100^оС. Запах кофеина мы не чувствуем, на вкус – горьковат.

Оборудования и вещества: весы лабораторные (приложение 2), чашка Петри, фарфоровые чашки, ступка с пестиком, MgO (оксид магния), электроплита, асбестовая сетка, HNO_3конц. (азотная кислота концентрированная) (приложение 3),чай чёрный, чай зелёный (приложение 4), цитрамон (приложение 5).

Определение количества кофеина в разных видах чая

Ход работы:

Для чистоты эксперимента взяли два пакетика чёрного и зелёного чая одной

марки. С помощью лабораторных весов мы взяли поочерёдно навески чёрного (приложение 6) и зелёного чая (приложение 7) и оксида магния (приложение 8) (по 3 грамма).

П оместили каждое вещество в отдельную ступку, смешали с оксидом магния в пропорциях 1:1 (по массе). Растёрли до порошкообразного состояния.

На электроплиту мы положили асбестовую сетку и поставили на нее фарфоровую чашу со смесью, прикрыв ее чашкой Петри (приложение 9).

Провели подогревание в течение 30 минут, не допуская обугливания.

На поверхности чашки Петри, обращённой внутрь фарфоровой чашки со смесью, наблюдаем конденсацию влаги, а после её высыхания образуется налёт белого цвета (или игольчатые кристаллы). В чашке, где находился чёрный чай, кристаллов образовалось гораздо больше (приложение 10), чем в чашке, где находился зелёный чай (приложение 11).

Взяли ¼ часть таблетки цитрамона, так как нам точно известно, что в нём содержится кофеин. Поместили цитрамон в ступку и растёрли до порошкообразного состояния (приложение 12).

Добавили в растёртый цитрамон азотную кислоту (приложение 13).

Наблюдали бурную реакцию (приложение 14).

В чашки Петри с игольчатыми кристаллами добавили азотную кислоту. В чашке, в которой находился чёрный чай, наблюдали бурную реакцию (приложение 15). В чашке, в которой находился зелёный чай, наблюдаем слабую реакцию (приложение 16).

Мы опытным путём выявили, что в чёрном и зелёном чае разное количество кофеина, а именно, в чёрном кофеина содержится больше. Следовательно, зелёный чай является более благоприятным для употребления.

3. Заключение

В ходе исследовательской работы мы выполнили поставленные перед нами задачи: изучили историю создания чая, химический состав его компонентов и этапы производства чая; провели эксперимент по получению кофеина из чёрного и зелёного чая; проанализировали полученные результаты; сравнили результаты и сделали соответствующие выводы. Поставленная нами цель выполнена. В ходе эксперимента было доказано, что в чёрном и зелёном чае содержится разное количество кофеина, а именно, в чёрном кофеина содержится больше. Таким образом мы пришли к выводу, что зелёный чай менее вредный для употребления, следовательно, его рекомендуется выбирать как напиток.

4. Список литературы

1. https://www.aurivallis.ru/articles/proizvodstvo-chernogo-chaya/

2. Беликов В.Г. «Фармацевтическая химия». В 2-х ч. Учебное пособие / В.Г. Беликов - 4-е изд., перераб. и доп.- М: МЕДпресс-информ, 2007. - 624 с

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Кофеин.

4. Пилипенко В.П., Бибик О.В., Прихода Н.Н. Сравнительная характеристика методов определения кофеина // Вопросы химии и хим.технол.- 2009. - №2.-С.89-91

5. Химия в школе. Научно-методический журнал/ под ред. Левиной Л.С. – М.: Центрхимпресс, 2000. - № 10. –24-26 с.

6. https://tea.ru/article/khimicheskiy-sostav-chaya-prosto-o-neponyatnom/

Приложение 1

Приложение 2 Приложение 3

П риложение 4 Приложение 5 Приложение 6

Приложение 7 Приложение 8 Приложение 9

Приложение 10 Приложение 11

Приложение 12 Приложение 13 Приложение 14

Приложение 15 Приложение 16