Сайт учителя химии Черкасовой Елены Михайловны

Районная научно-практическая конференция школьников

«Первые шаги в науку»

Секция естественнонаучного цикла

Исследование содержания кофеина в некоторых сортах чая

автор: Миганц Мария

МОУ СОШ №1 Чулымского района, 10 класс

Рководитель: Черкасова Елена Михайловна

Учитель химии высшей категории

г. Чулым, 2008

Оглавление:

1. Введение ……………………………………………………………………………3-4
2. Что же такое чай?
   1. История появления традиции пить чай……………………….4-5
   2. Биология чая………………………………………………………………….5-6
   3. Немного о кофеине………………………………………………………..6-8
   4. Методика исследования содержания кофеина в чае……8-9
3. Что мы имеем..? (результаты и обсуждение)………………………9
4. Выводы и рекомендации………………………………………………………10
5. Список использованной литературы
6. Приложение

Введение

Торговец Томас Гаравей, имевший магазин на Эксчейндж элли, завез из Нидерландов 140 фунтов чая и поместил в лондонском еженедельнике «Меркуриус политикус» за 23-30 сентября 1658 г. объявление о продаже с аукциона нового товара, пояснив, что «этот прекрасный, одобренный всеми врачами китайский напиток, именуемый китайцами «ча», другими народами «тей», продается в кофейне «Голова султана», что находится на Свитинг ренте около Королевской биржи Лондона».
Два года спустя Гаравей с целью расширения своей торговли чаем написал пространную рекламную листовку с «точным описанием выращивания листового чая, его качеств и достоинств». В ней утверждалось, что чай способен излечить от любой известной болезни, «сделать тело подвижным и эластичным... избавить от головной боли, головокружения и тяжести в желудке... снять спазмы дыхания... прояснить зрение... изгнать мрачные сны, просветлить голову и укрепить память... он прогоняет случайный сон и вообще снимает сонливость... он хорошо помогает при простуде, водянке, цинге и устраняет инфекцию»

С тех давних пор чай прочно занял свое достойное место на столах европейцев. Среди  учеников школы, мы пришли к выводу, что 85% опрошенных из всех напитков предпочитают чай, выпивая в день от 2 до 6 чашей чаю, 76% выбирают черный чай, 24%-зеленый, 11% вместе с черным выбрали красный чай. Наиболее часто встречаются такие сорта черного чая как «Беседа», «Лисма», «Lipton», «Золотая чаша», зеленого: «Камасутра», «Принцесса Ява». «Gveeutild». Среди причин выбора чая, как предпочтительного напитка называют: « Я люблю чай, потому что он бодрит», «Привычка», «Нравится аромат и считаю, что он полезен», «Чтобы в сухомятку не подавиться»…..

Миллиарды людей на планете Земля начинают утро с чашечки чая. А зачем? Конечно же, чтобы стряхнуть с себя сонные оковы и бодренько войти в наступающий день. А за счет чего? Конечно же, за счет воздействия главного алкалоида чая - кофеина. Чем больше кофеина в чае - тем больший утренний заряд бодрости мы получаем. Именно поэтому мы поставили перед собой цель: исследовать содержания кофеина в некоторых сортах чая.

Но в каком чае – зеленом, или черном кофеина больше? Очень многие люди считают, что более крепкий, соответственно более насыщенный кофеином черный чай. Так ли это?

Для достижения поставленной цели намечены следующие задачи:

• По литературным источникам познакомиться с историей и биологией чайного куста
• Отработать методику выделения кофеина из чая
• Провести качественный анализ полученного продукта методом хроматографии
• Провести количественный химический анализ по содержанию кофеина в чае разных сортов
• Сравнить содержание кофеина в черном и зеленом чае
• Познакомить одноклассников с культурой употребления чая

Сложность работы заключалась в продолжительности эксперимента (около недели на каждый сорт чая) и недостаточного количества реактивов для более широкого исследования, поэтому мы исследовали только четыре сорта чая: черные: «Беседа», «»,зеленые: «Камасутра» «Gveeutild»

История появления чая

Чай пришел к нам из Китая, где впервые оценили его удивительные качества. По утверждению одних исследователей, культуре чая более пяти тысяч лет, по убеждению других — несколько меньше. До начала нашей эры возник в Китае и иероглиф для обозначения чая. Таковым был избран иероглиф, обозначавший осот, но произносился он, когда имелся в виду чай, по-разному в разных провинциях: то как «ч'ха», «тха» и «цха», то как «чья» или «тья». По данным китаеведов, один из императоров Ханьской династии (206 г. до н. э. — 220 г. н. э.) распорядился, чтобы этот иероглиф применительно к чаю везде произносился как «ча». А в VIII в. н. э. из иероглифа была убрана вертикальная черточка и возник, таким образом, собственный иероглиф чая, который к тому времени уже обрел значение национального достояния.
Активная чайная торговля началась в Китае с V века. Из Китая чай по Великому шелковому пути попадал заграницу: через Среднюю и Западную Азию, Афганистан и Персию в Рим. В 729 году чай появился в Японии, где был очень дорог и рассматривался как чудодейственный напиток. Прошло еще примерно сто лет, и он распространился в Корее, Индонезии, Шри-Ланке, Индии. Индусы были убеждены в мощном воздействии напитка на организм и долго считали чай наркотиком. Европа попробовала настой чайных листьев только в XVI веке. Пионерами среди европейцев были португальцы. В Голландии и Франции чай появился в первой половине XVII столетия. Туманный и дождливый климат Англии заставил жителей этой страны сразу и навсегда полюбить согревающий. Бодрящий напиток. В России напиток известен с 1638 года. Около 60 кг сухих чайных листьев преподнес в дар русскому царю Михаилу Федоровичу правитель Монголии. По-настоящему чай стал популярен в России с XIX века, его пили из самоваров, с большим количеством сладостей. В начале XVIII века вместе с колонистами из Англии напиток появился в Америке.

Биология чай

Итак, родина чая – Китай, где много тысячелетий растет чайное растение, настой листьев которого благотворно влияет на человека. Но что это за растение и существует ли оно где-нибудь еще?

Чай - это растение с блестящими зубчатыми темно-зелеными и упругими, будто кожаными, листьями относится к числу вечнозеленых растений из семейства камелий). В Китае оно растет в своем природном состоянии в виде большого куста с листьями около 5 см в длину, а куст достигает высоты 3—5 м. Кроме того, оно произрастает в своем природном состоянии в Индокитае, в Камбодже, где тоже больше похоже на дерево Все эти растения периодически цветут, их нежные белые и совсем небольшие (дюйм в диаметре) цветки с пятью-семью лепестками, несколько похожие на цветки жасмина, издают легкий приятный аромат и дают плод в виде орешка с одним-тремя семенами.
высотой до 5 м. Поскольку многие годы известно было только китайское чайное растение и считалось, что его родиной мог быть только Китай, знаменитый шведский естествоиспытатель Карл Линней, создававший систему растительного и животного мира, назвал его Thea sinensis. Но в 1825 г. были обнаружены целые рощи дикорастущих чайных деревьев в горных джунглях северо-восточной Индии — в Ассаме — (Camellia assamica) и в Индокитае (Camellia assamica subspecies lasiocalyx). Подобные дикие заросли были найдены и на южных склонах Гималаев. Все это поколебало веру в уникальность китайского чайного дерева.

Но вернемся к тому, как и где произрастает чайное растение. Наилучшими условиями для него является жаркий и влажный климат. По оценке специалистов, для него наиболее благоприятно расположение на высоте от 300 до 2300 м над уровнем моря при температуре 10-30°С и количестве осадков 2000-2300 мм в год. Еще в Древнем Китае люди обратили внимание на выносливость и относительную неприхотливость чайного растения, которое может расти и на скудных, даже каменистых почвах, чуть прикрытых слоем земли. Равным образом оно способно выносить самые разные климатические условия — от тропической жары и «парной бани» до морозов —20°С и снежных покровов. Кроме того, чайный куст долговечен: он может жить и плодоносить до ста и более лет, хотя его хозяйственное использование ограничивается значительно меньшим сроком. Различные сочетания высоты, температуры, влажности, почвы и таких факторов, как близость высоких гор или моря, сильно влияют на вкусовые и иные качества чайного листа и в конечном счете — чая. На эти качества влияет и то, когда и как был собран чай, как переработан и упакован, как перевезен и где хранился. Здесь можно провести параллель с производством марочных вин, качество которых зависит от многих подобных факторов.
Но и этим не исчерпан перечень условий получения качественного чая. Очень важно то, как из конечного продукта был приготовлен напиток, который способен дать нам наслаждение, бодрость и прилив сил.В зависимости от степени ферментации бывают слабоферментированные (зеленые, белые, желтые), среднеферментированные (темно-зеленые или оолонг (улун), и сильноферментированные (красные и черные). Цвет чая – результат химических изменений, происходящих с чайными листьями при вялении, сушке и дальнейшей переработке. Ферментация состоит из прожарки и окисления воздухом. Окисление запускает бродильные процессы в смятом, постепенно истекающим соком листе. Прожарка останавливает их. Чем меньше времени пройдет между запуском бродильных процессов и их остановкой – тем менее ферментированным будет считаться чай. Красный чай – это европейский черный чай. Черный-красный чай изначально назывался "конжу" и появился благодаря экспортному спросу– при такой степени прожарки он лучше переносил путешествия из Китая Полностью ферментированные чайные листья становятся черным чаем.

Немного о кофеине

Так что же это за вещество такое - кофеин и как оно в действительности воздействует на наш организм?

Известный в химии как 1,3,7-триметилксантин, кофеин представляет собой разновидность метилксантиновых соединений, содержащихся в более чем 60 растительных продуктах, но в достаточном количестве находится только: в листьях чая и зернах кофе. При этом кофеин чая связан с танином, поэтому его действие мягче, чем действие кофеина кофе. В этом есть свой позитив – чай не вызывает зависимости, как это нередко происходит с кофе.

С медицинской точки зрения кофеин - это классический психомоторный стимулятор. Он обладает свойством возбуждать нервную систему, уменьшать чувство утомления, увеличивать психическую активность, прогонять сон.

Возбуждающее действие кофеина на центральную нервную систему связано с его способностью блокировать фермент (фосфодиэстеразу), который ограничивает проведение (передачу) нервных импульсов к клетке. В результате, любой возбуждающий сигнал начинает действовать на нервные клетки сильнее. При этом сосуды головного мозга расширяются.

Одновременно с центральной нервной системой кофеин возбуждает и вегетативную (иннервирующую внутренние органы) систему. Расширяются сосуды скелетных мышц.

Возрастают частота и сила сердечных сокращений. Артериальное давление повышается, но для здорового человека и при безопасных дозах кофеина невысоко, т.к. кофеин хоть и стимулирует выброс сосудосуживающих факторов, одновременно стимулирует и выброс сосудорасширяющих. Однако для людей с постоянно повышенным давлением кофеин противопоказан.

Кофеин стимулирует термогенез. Термогенез - это процесс, при котором организм сжигает калории вместо того, чтобы сохранять их, как жировые отложения. Происходит это следующим образом. Кофеин снижает свертываемость крови, активизирует процессы тканевого окисления. При этом усиливается распад гликогена. Его запасы в печени и в мышцах уменьшаются. Усиление распада гликогена приводит к повышению содержания в крови сахара. Поэтому кофеин обладает способностью разрушать подкожный нейтральный жир и увеличивать содержание в крови жирных кислот. Увеличение в крови сахара и жирных кислот - одна из причин появления ощущения бодрости и прилива энергии.

Датские ученые, обследовав добровольцев с нормальным весом, обнаружили, что воздействие кофеина оставалось заметным более чем через два с половиной часа после его употребления. Сжигание калорий, стимулируемое кофеином, происходит еще быстрее при физической нагрузке. Кофеин также обладает свойством повышать способность организма выдерживать физические нагрузки. Канадские ученые недавно обнаружили, что даже умеренное количество кофеина делает физические упражнения гораздо более эффективными. Кофеин способствует превращению жира в топливо для мышц, повышающее их работоспособность.

Именно жирные кислоты, попав в кровь вызывают усиление теплоотдачи и повышение температуры тела. Благодаря своей способности мобилизовать сахар из гликогеновых депо и жирные кислоты из подкожно - жирового слоя чай устраняет чувство голода и обладает согревающим действием. Улучшается переносимость холода.

Итак, кофеин оказывает на организм определенное воздействие. Это воздействие зависит от попавшей в организм дозы данного вещества: в небольших количествах он тонизирует, но в больших – оказывает отрицательное воздействие на организм человека. Поэтому на вопрос, вреден ли кофеин, медики отвечают однозначно: людям с определенными заболеваниями вреден, здоровым – в определенных дозах безвреден и даже полезен.

Методика исследования содержания кофеина в чае

В аппарат Сокслета поместили 25 г тонкоизмельченного чая. В нижнюю колбу прибора внесли 120 мл. этилового спирта. Колбу со спиртом нагревали на водяной бане до тех пор, пока спиртовая вытяжка. Сливающаяся из сифонной трубки.

Не становилась соломенно-желтой. Спиртовую вытяжку приливали к суспензии 40г оксида магния в 100 г воды (для удаления из смеси дубильных веществ) и, часто помешивая, выпаривали на водяной бане досуха.

Порошкообразный осадок кипятили с водой: сначала с порцией в 120 г, еще три раза с порциями по 60 мл каждая. Осадок всякий раз отсасывали от горячей смеси (экстракцию водой проводили быстро: кофеин летуч).

К соединенным водным порциям прибавляли 10 мл 5%-ной серной кислоты. Упаривали на водяной бане примерно до объема около 100 мл. В случае необходимости раствор еще горячим отфильтровывали от образующегося иногда хлопьевидного осадка. Далее кофеин извлекали четырьмя порциями по 10 мл хлороформа.

К светло-желтому хлороформенному раствору прибавляли для обесцвечивания несколько миллилитров 2%-ого раствора гидроксида натрия. Промывали водой. Хлороформ выпаривали Оставшийся сырой кофеин перекристаллизовывали из небольшого количества воды.

Для доказательства качественного содержания кофеина провели капиллярную бумажную хроматографию: Бумага типа «быстрая»; система бутанол – концентрированный раствор аммиака- вода (50:1:8) Для хромотографии брали концентрированный раствор кофеина. Проявитель: 0,005% раствор флуоресцента в 0,5 н. растворе аммиака. Получили неинтенсивное темное пятно.

Что же мы имеем.... (результаты и обсуждение)

Полученный кофеин взвесили, рассчитали процентное содержание кофеина в сухом чае по формуле:

Данные занесли в таблицу 1

В зеленом чае кофеина больше! В нашем исследовании именно зеленый чай уверенно занял все высшие позиции рейтинга содержания кофеина в чае. Это говорит о более высоком содержании кофеина по сравнению с черным чаем. Наиболее кофеиносодержащей оказалась группа зеленых чаев без ароматизаторов.

Выводы и рекомендации

Итак, было исследовано 4 различных видов чая: черный, зеленый, черный с лимоном, зеленый с жасмином. Самое высокое содержание кофеина среди образцов было у чая«Kama Sutra №901» (зеленый, без ароматизаторов) –в пересчете на 1 чашку 83,6 мг. Самое низкое содержание кофеина среди у чая DILMAH (черный, с лимонным ароматизатором) – 40 мг на чашку.

Мы выяснили, что кофеина, как правило, больше в зеленом чае. Это важное исследование, т.к. многие мамы считают, что маленьким детям можно давать зеленый чай, считая, что он слабый. Детям до двух лет кофеин вообще не рекомендован! К тому же в самом крепком, как мы выяснили чае – зеленом.

Кофеин оказывает на организм определенное воздействие. Это воздействие зависит от попавшей в организм дозы данного вещества: в небольших количествах он тонизирует, но в больших – оказывает отрицательное воздействие на организм человека. Поэтому на вопрос, вреден ли кофеин, медики отвечают однозначно: людям с определенными заболеваниями вреден, здоровым – в определенных дозах безвреден и даже полезен.

Вначале о тех, кому кофеин в любом напитке – кофе это или чай, противопоказан. Кофеинсодержащие напитки нельзя употреблять людям с постоянно повышенным кровяным давлением, а также страдающим заболеваниями сосудов и атеросклерозом. Из-за наступающего после приема кофеина повышения кислотности он не рекомендуется тем, кто страдает гастритом, язвенной болезнью желудка или двенадцатиперстной кишки.

Теперь о тех, кому рекомендуется ограничивать себя в чае и кофе. Беременным и кормящим женщинам медики рекомендуют ограничивать себя и выпивать не больше двух чашек чая или 1 чашки кофе в день, поскольку эмбрион поглощает кофеин, но выводит его медленнее, чем организм взрослого человека. Детям чай можно употреблять не раньше 2 лет и в дозе, в 3 раза меньшей, чем норма для взрослого человека.

Здоровому человеку кофеин в разумном количестве не повредит и даже полезен. Но что понимается под разумной дозой?

Безопасной разовой дозой медики считают 100-200 миллиграммов кофеина. Максимально допустимая суточная доза – 1000 миллиграмм кофеина (1000 миллиграмм =1 грамму).

Как видим из нашего исследования, в чашке чая содержится максимум – 84 миллиграмм кофеина. Соответственно 12 чашек чая в сутки Вам не повредят. Но в таком количестве чая и нет необходимости. Поэтому, 2-3 чашки, которые мы обычно выпиваем за день, принесут только пользу. Кроме всего прочего, чай – прекрасное коммуникативное средство для невербальных бесед, вспомните замечательное чаепитие в сказки для детей и не только для детей. Льюис Кэрролл «Приключение Алисы в Стране Чудес»^{приложение 1}

Использованные литература и материалы

1. И.И. Грандберг. Практические работы и семинарские занятия по органической химии. – М.: «Высшая школа». 1987

Приложение 1

Льюис Кэрролл в

«Приключения Алисы в Стране Чудес»,

«.. .Около дома под деревом стоял накрытый стол, а за столом пили чай Мартовский Заяц и Болванщик; между ними крепко спала Мышь-Соня. Болванщик и Заяц облокотились на нее, словно на подушку, и разговаривали через ее голову.
«Бедная Соня, — подумала Алиса. — Ей, наверное, неудобно? Впрочем, она спит, значит, ей все равно».
Стол был большой, но чаевники сидели с одного края, на уголке. Завидев Алису, они закричали:
— Занято! Занято! Мест нет!
— Как это нет?! — возмутилась Алиса и уселась в большое кресло во главе стола.
— Выпей вина, — бодро предложил Мартовский Заяц.
Алиса посмотрела на стол, но не увидела ни бутылки, ни рюмок.
— Я что-то его не вижу, — сказала она.
— Еще бы! Его здесь и нет! — отвечал Мартовский Заяц.
— Зачем же вы мне его предлагаете? — рассердилась Алиса. — Это не очень вежливо.
— А зачем ты уселась без приглашения? — ответил Мартовский Заяц. — Это тоже невежливо!
— Я не знала, что это стол на троих, — сказала Алиса. — Приборов здесь гораздо больше.
— Что-то ты слишком обросла! — заговорил вдруг Болванщик. До сих пор он молчал и только с любопытством разглядывал Алису. — Не мешало бы постричься.
— Потрудитесь не переходить на личности, — строго ответила Алиса. — Это очень грубо.
Болванщик оторопел.
— Чем ворон похож на конторку? — спросил он, помолчав.
«Так-то лучше, — подумала Алиса. — Загадки — это гораздо веселее...»
— По-моему, это я могу отгадать, — сказала она вслух.
— Ты хочешь сказать, что думаешь, будто знаешь ответ на эту загадку? — спросил Мартовский Заяц.
— Совершенно верно, — согласилась Алиса.
— Так бы и сказала, — заметил Мартовский Заяц. ~ Нужно всегда говорить то, что думаешь.
— Я так и делаю, — поспешила объяснить Алиса. — По крайней мере... По крайней мере, я всегда думаю то, что говорю... а это одно и то же...
— Совсем не одно и то же, — возразил Болванщик. — Так ты еще, чего доброго, скажешь, будто «Я вижу то, что ем» и «Я ем то, что вижу» одно и то же!
— Так ты еще скажешь, будто «Что имею, то люблю» и «Что люблю, то имею» одно и то же! — подхватил Мартовский Заяц.
— Так ты еще скажешь, — проговорила, не открывая глаз, Соня, — будто «Я дышу, пока сплю» и «Я сплю, пока дышу» одно и то же!
— Для тебя-то это во всяком случае одно и то же! — сказал Болванщик, и на этом разговор оборвался...»