ДОЗИРОВКА КОФЕИНА В РАЗЛИЧНЫХ НАПИТКАХ

Каждый день мы начинаем с приёма пищи. Неотъемлемой составляющей любого завтрака является какой-нибудь напиток. Причём у каждого человека имеются свои предпочтения в выборе утреннего напитка. И чаще всего в этой роли выступают кофе, чай и цикорий.

Кофе пользуется популярностью среди людей с трудом, переходящих от сна к активному бодрствованию. Как известно, в состав кофе входит такой алкалоид, как кофеин, который и придаёт этому напитку столь чудодейственную силу.

Помимо кофе кофеин содержится также и в чае, причём концентрация его в чае зависит от сорта. Черный чай в своём составе содержит гораздо больше кофеина в сравнении с зелёным. А цикорий, несмотря на то что по вкусу очень напоминает кофе, и считается его суррогатом, кофеина в составе не имеет.

Кофеин для человека является возбудителем центральной нервной системы и вызывает физическое привыкание. Чай же, пьют вне зависимости от времени суток для утоления жажды или для вкуса. В медицине кофеин используют для ускорения работы сердца и возбуждения центральной нервной системы при отравлении наркотиками, тяжёлых заболеваниях, а также при головной боли.

Больше всего кофеина находится в энергетических напитках (50-70 мг), некоторые, изготовляемые для спортсменов, могут содержать в десятки раз больше.

Но у кофеина есть и тёмная сторона. При передозировке могут возникать следующие эффекты: бессонница, тремор, тревога, тошнота, обострение гастрита и язвенной болезни желудка, тахикардия, аритмия, повышение артериального давления, судороги.

Проблема: популярной стала замена кофе (из-за содержания в нем кофеина) различными напитками (чай, матча и т.д.), но мало кто догадывается, что они тоже имеют кофеин.

Гипотеза: различного рода напитки (черный, зеленый чай, кофе) содержат кофеин. В качестве отрицательного контроля был выбран цикорий.

Объект: напитки с разным содержанием кофеина, такие как чай (черный, зеленый), кофе, цикорий.

Предмет: кофеин

Цикорий был взят в качестве отрицательного контроля.

Исследовательская работа разделяется на две части: теоретическую и практическую. В теоретической части мы изучили дозировки кофеина по литературным источникам, информацию о кофеине и продукты, содержащие кофеин. В практической части использовали опытно-экспериментальные методы исследования, по результатам которых нами были сделаны соответствующие выводы.

Практическое применение: может быть реализовано на уроках биологии при изучении организма человека, а также в курсе внеурочной деятельности на разных этапах обучения.

Кофеин (также матеин, теин, гуаранин) — алкалои пуринового ряда, бесцветные или белые горькие кристаллы. Является психоактивным веществом, содержится в кофе, чае, матче, входит в состав энергетиков и многих прохладительных напитков. Также входит в состав аптечных препаратов.

Химическое название кофеина — 1,3,7-триметил-ксантин. В щелочной среде (при pH>9), превращается в кофеидин C₇H₁₂N₄O. По строению и фармакологическим свойствам кофеин близок к теобромину и теофиллину; все три алкалоида относятся к группе метилксантинов. Кофеин лучше действует на центральную нервную систему, а теофиллин и теобромин — в качестве стимуляторов сердечной деятельности и лёгких мочегонных средств [1].

Кофеин, как и другие пуриновые алкалоиды, даёт положительную мурексидную реакцию.

Кофеин открыл в 1819 году и дал ему название немецкий химик Фердинанд Рунге.

В чистом виде кофеин впервые выделили Пьер Пеллетье и Жозеф Каванту в 1828 году. В 1832 году его состав был установлен Ф. Велером и Х. Г. Пфаффом с Ю. Либихом.

В 1827 году М. Удри (англ. M. Oudry) выделил из чайных листьев новый алкалоид и назвал его теином. В 1838 году Иобст и Г. Я. Мульдер доказали тождественность теина и кофеина.

Химическая структура молекулы кофеина была выяснена к концу XIX века Г. Э. Фишером, который также впервые искусственно синтезировал кофеин. В 1902 году он получил Нобелевскую премию по химии в том числе за эту работу [2].

Кофеин повышает уровень дофамина в мозге, который заставляет нас чувствовать себя бодрее и веселее. Употребление кофе в умеренных количествах положительно влияет на центральную нервную систему: улучшает настроение, повышает физическую и умственную активность. Работники умственного труда, выпивающие по 2 чашки кофе в день, справляются с работой гораздо быстрее, чем их коллеги, отказавшиеся от употребления кофе – к такому выводу пришли американские исследователи, изучавшие влияние кофеина на умственные способности человека [3].

Кофеин в дозах более 300 мг в сутки (в том числе на фоне злоупотребления кофе — более 4 чашек натурального кофе по 150 мл) может вызвать состояние тревоги, головную боль, тремор, спутанность сознания, экстрасистолию.

Место проведения исследования: МБОУ «СОШ №110»

Сроки проведения: 17.02-17.03.2023

Для исследования использовался кофе зерновой и растворимый, чай чёрный и зелёный, цикорий, в ступке и пестике сделали порошок отдельно из каждого продукта и добавили оксид магния (примерно 1:2), после этого пересыпали порошки в тигли и поставили на плиту, положив сверху часовое стекло. По истечении примерно минут 5 почувствовали запах горелого зернового кофе, запах тёмного шоколада от сублимированного кофе, запах степной травы от чёрного чая и запах, как в бане от зелёного чая. По истечении ещё 5-10 минут на стекле начал образовываться желтоватый конденсат, мы сняли стекло, охладили его и положили под микроскоп и увидели кристаллы кофеина (Приложение 2-6).

Всю ту же методику мы провели для цикория, естественно кристаллов кофеина, выделившихся на часовом стекле после прокаливания, не выделилось.

Рисунок 1. Кристаллы кофеина

Наша гипотеза подтвердилась, в каждом напитке, чаще всего употребляемым человеком, есть кофеин, воздействующий на организм. Так же, вещество, взятое в качестве отрицательного контроля – цикории кристаллов кофеина не выявлено. В методике, выбранной нами, есть как плюсы, так и минусы. Из плюсов хотелось бы выделить, что она очень проста в проведении, с которой справится любой обучающийся старших классов. А из минусов, что количество кофеина, получаемого этим методом крайне мало, что не хватит для количественного анализа. Напитки, выбранные мною, употребляются в моей семье, поэтому я решил взять их, чтобы проверить на наличие кофеина.

Таким образом, в результате нашей работы:

По литературным источникам мы изучили влияние кофеина на организм и его содержание в различных напитках и выявили, что кофеин повышает уровень дофамина в мозге, который заставляет нас чувствовать себя бодрее и веселее. Думаю, именно по этому критерию, кофеин так часто употребляется людьми разных возрастов.

Выбрали метод выделения кофеина из напитков (кофе, чай, цикорий), основанный на измельчении исследуемого продукта с оксидом магния и последующему нагреванию, возгонке кофеина. Метод был выбран не случайно: данную методику можно легко провести в рамках школьной лаборатории, не затрачивает много времени и реактивов. Однако, в ходе его использования, были выявлен недостатки – малое количество кофеина.

Провели эксперимент по возгонке кофеина из кофе, зелёного и чёрного сортов чая, цикория и провели качественную реакцию на кофеин.

Список литературы:

1. Аверина А.В., Снегирева А.Я. Лабораторный практикум по органической химии.-М.: Высшая школа, 1983 г.
2. Артеменко А.И. Органическая химия. -М.: Высшая школа, 2000 г.
3. Беликов В.Г.  Учебное пособие по фармацевтической химии/М.: Медицина, 1979.стр. 398
4. Бехар, Говард; Голдстайн, Джанет «Дело не в кофе»
5. Ваганова С.В. Сборник лабораторных работ по органической химии.-УХТК, 2007 г.
6. Гецева М. А. «загадки чая»
7. В. Н. Гончарова. В. В. Романекова. Товароведение пищевых продуктов. М., ''Кофе'',1980г.
8. Коробкина 3. В. Товароведение и экспертиза вкусовых товаров. --М.: КолосС, 2003.
9. И. Кравцов. «Советы молодым хозяйкам.» Третье издание. Издательство ''Маяк'' Одесса, 1973г.
10. Ольхин О. Опыты без взрывов. --М.: Химия, 1986.
11. Справочник товароведа продовольственных товаров.  Т.1, М., ‘'Чай'', 1987г.
12. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. --М.: Дрофа, 2002.
13. Тюкавкина Н. А. Органическая химия. --М: Дрофа, 2008.
14. Харкевич Д. А. Фармакология. 3-е изд., перераб. и доп. –М.: Медицина, 1987. –560 с.
15. Цоциашвили И. И. Химия и технология чая. --М.: Агропромиздат, 1989.
16. Яновский М. В. Орех кола как средство, уменьшающее траты организма.