Научно-практическая конференция учащихся и педагогов «Первые шаги в науку»
|
|
Скачать 217.34 Kb.
|
|
Научно-практическая конференция учащихся и педагогов «Первые шаги в науку». Предметная область – химия Исследовательская работа на тему: «Выделения кофеина из чая» Выполнила: ученица 10 класса МБОУ СОШ №18 им. братьев Могилевцевых г. Брянска Малашенко Анастасия Научный руководитель: учитель химии и биологии МБОУ СОШ №18 Орлова Елена Юрьевна Брянск - 2013 Содержание Введение 1 1. Теоретическая часть работы 2 1.1. История чая 2 1.2. Состав и свойства чая 3 1.3. Влияние чая на организм человека 5 2. Экспериментальная часть работы 6 2.1. Исследование химического состава чая 6 2.2. Изменение окраски чая в зависимости от среды 7 2.3. Экспериментальное выделение из чая кофеина 8 2.4. Результаты опытов 9 Заключение 10 Список информационных ресурсов 10 Приложения 11 Введение В России чай является одним из самых распространённых напитков. Чай хорошо воздействует на организм человека, снимает утомление и головную боль, повышает физическую активность, стимулирует работу головного мозга и сердца. В чайном растении происходит синтез катехинов и витаминов, а также в нем много минеральных веществ. Биологически полезные вещества чая, благоприятно воздействуют на организм человека. Чай хорошо адсорбирует вредные вещества (тяжелые металлы, радионуклиды) и выводит их из организма. Чай хорошо действует на пищеварение и нервную систему, стимулирует деятельность сердца и сосудистой системы, понижает кровяное давление и повышает жизненную энергию человека. Поэтому исследования чая необходимы для максимального использования его положительных качеств. ^ является изучение состава и свойств чая, определение наличия в нем кофеина и возможности его выделения. Достижение поставленной цели предполагает решение в процессе исследования следующих задач: 1. Изучить состав чая. 2. Изучить влияние чая на организм человека. 3. Сравнить виды чая по составу и свойствам. 4. Определить наличие кофеина в чае. 5. Выделить кофеин из чая. Объектом исследования в работе является чай, его состав и свойства. Предметом исследования выступает анализ чая различных сортов. Гипотеза: из чая можно выделить кофеин, различные сорта чая содержат кофеин в разных концентрациях. ^ :
Методы исследования:
Информационной базой проведенного исследования послужил обзор литературы по изучаемому вопросу, который подтвердил, что тема исследования является актуальной и в настоящее время, а также практические расчеты и результаты, полученные при выполнении данной работы. 1. Теоретическая часть работы 1.1. История чая История появления чая сегодня точно неизвестна, существуют лишь легенды. Родиной чайного куста считается Индия, но по одной из легенд первыми стали употреблять настой листьев чая пастухи на юге Китая, обратив внимание на животных, которые, поев листьев с определенных кустов, становились бодрее и активнее. По другой легенде в 1737 г. до н.э. китайский император кипятил воду в своем саду, и вдруг с куста прямо в закипающую воду слетело несколько листьев. Он попробовал воду и пришел в восторг от приятного вкуса и нежного запаха. Исторические документы подтверждают, что чай был известен в Китае уже в период троецарствия (220 - 280 годы). Возделывание его как культуры относится к 350 году. Долгое время считалось, что кусты – единственный вид этого растения. В XIX веке в индийской провинции Ассам, в Бирме и Лаосе были открыты чайные деревья. Вначале чай употребляли правители и священнослужители как целебное питье. Использовать чай как напиток начали в V веке. Чай ценился очень высоко – императоры дарили его своим сановникам в знак поощрения. В VI веке это был любимый напиток знати. Но к Х веку чай уже стал национальным напитком в Китае и, соответственно, предметом торговли. В Европу чай был ввезен в XVI - XVIII веках португальцами и голландцами. Укоренившись в Нидерландах, употребление этого напитка превратилось в традицию послеобеденного чаепития (Приложение 1). На Яве, Суматре, во Вьетнаме чай начинают разводить в первой половине XIX века, во второй половине – в Африке и Южной Америке, в начале ХХ века – в Северной Италии и Южной Швейцарии. В настоящее время разведение чая освоено и в Австралии. ^ Чай классифицируется: · По цвету – черный, зеленый, желтый, красный. · По месту произрастания – Индийский, Китайский, Грузинский, Цейлонский и т.д. · По качеству – букет, в/с, 1/с, 2/с, 3/с. · По технологии изготовления (Приложение 2) – байховый, плиточный, кирпичный, разовой заварки, гранулированный, ароматизированный. К чаю предъявляют определенные требования. Важное значение имеют физико-химические показатели качества чая (Приложение 3). Из показателей безопасности в чае нормируется содержание токсичных элементов – свинца, мышьяка, кадия, меди, радионуклидов – цезия-137 и стронция-90, а также из микробиологических показателей – плесени. При определении внешнего вида сухого чая обращают внимание на цвет, ровность, однородность и скрученность чаинок, а также на дефекты чая (Приложение 4). Фруктовый и травяной чаи нельзя считать настоящим чаем, поскольку чайного листа в них нет. Фруктовые чаи (заваренные сухие кусочки фруктов), хороши тем, что не содержат кофеина и их можно пить на ночь. Наконец, чайные напитки — это напитки, изготовленные из цветов, плодов, ягод, почек, листьев и других компонентов, разрешенных к применению в качестве пищевого сырья. Обычному человеку наиболее интересно то, какие вещества, экстрагируемые при заваривании чая, поступают в его организм и какое воздействие на него оказывают. К числу экстрагируемых, то есть растворимых, специалисты относят шесть основных частей чая: дубильные вещества, эфирные масла, алкалоиды, аминокислоты, пигменты и витамины. Для нас наибольший интерес представляют алкалоиды и, прежде всего, кофеин, который и служит тонизирующим средством. В чистом виде он представляет собой бесцветное, не имеющее запаха и горькое на вкус вещество, которое присутствует также в кофе, в какао и других тропических растениях. В чае кофеина содержится больше, чем в кофе, но чайный кофеин действует мягче, чем кофейный. Объясняется это тем, что на заварку идет меньше чая, нежели кофе, а также тем, что в чае кофеин выступает не изолированно, а в комплексе с танином, образуя соединение таннат кофеина, а оно более мягко действует на сердечно-сосудистую и центральную нервную систему. Помимо кофеина, в состав чая входят в незначительном количестве другие алкалоиды – растворимые в воде теобромин и теофиллин, которые являются хорошими сосудорасширяющими и мочегонными средствами. ^ было изучено задолго до того, как удалось изучить его химический состав, путем наблюдений были обнаружены многие питательные и целебные свойства чая. Прежде всего, было замечено, что чай усиливает работоспособность, стимулирует процессы жизнедеятельности в организме, снимает усталость. Использовали чай и для утоления жажды, и для согревания, и, как средство, утоляющее голод. Чай помогал выдерживать довольно длительный период при недостатке пищи, при этом замедляя процесс потери массы и сохраняя работоспособность. Именно эти свойства чая обеспечили ему большую популярность среди моряков, путешественников, охотников, военных и людей других профессий, которые вынуждены работать в сложных условиях и испытывать большие нервные и физические нагрузки. Эти свойства объясняются высокой калорийностью чая, которая почти в 24 раза выше калорийности хлеба из пшеницы. Высокая концентрация в чае белковых веществ объясняет благотворное влияние чая на организм человека. У человека под воздействием чая нормализуется обмен веществ, укрепляются сосуды сердца и мозга, усиливается вентиляция легких, ускоряется кровообращение. Установлено воздействие чая на выделение желудочного сока и желчи. Чай тонизирует центральную нервную систему. Это действие продолжается 4-5 часов. Быстро усваиваясь, чай хорошо утоляет жажду. Нормализует терморегуляцию, ускоряя кровообращение и усиливая потоотделение. Способность чая уменьшать утомление сделала его идеальным напиткам при физических нагрузках. Чай – лечебное средство. Для него характерны общие свойства лекарственных растений: универсальность действия (на все виды обмена), отсутствие побочных эффектов, сочетание профилактических и лечебных свойств. Употребление чая уменьшает ожирение, предупреждает подагру, излечивает от диатеза и малокровия. Усиление легочной вентиляции, вызываемое чайным напитком, благоприятно действует на больных с воспалительными заболеваниями органов дыхания. Чаи обладают собственными бактерицидными свойствами, усиливают действие антибактериальных препаратов при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Есть наблюдения, что чай может быть полезен и при радиоактивном поражении. Чай благоприятно действует на организм при накоплении в нем стронция. Жевание сухого чая хорошо помогает от тошноты, при рвоте беременных, при укачивании в транспорте, при морской болезни. Чай заваривают в фарфоровой или фаянсовой посуде. Такая посуда дольше держит необходимую температуру экстракции и чайный лист лучше отдает ароматические вещества. ^ Для исследования химического состава чая проанализируем литературу по данному вопросу и информацию в сети Интернет. Полученные данные представим в виде таблицы (Приложение 5). Состав других сортов чая во многом схож с черным чаем, но отличается по содержанию дубильных веществ и кофеина. После изучения материала по данной теме приходим к выводу, что самые важные составные части чая – это дубильные вещества, алкалоиды и витамины. Дубильные вещества представляют собой смесь полифенольных соединений, состоящую в основном из танина и катехинов, которые придают чаю приятую терпкость. Среди алкалоидов (азотосодержащих органических соединений) чая самым известным является кофеин, который поднимает жизненный тонус организма и бодрит. В значительно меньшем количестве в чае содержится другой алкалоид – теофиллин. Также в чае представлены широкой гаммой витамины (Приложение 6). На основании вышесказанного можно сделать вывод, что в чае содержатся большое количество веществ, необходимых человеческому организму. Не менее важным показателем чая, как напитка является качество воды. Одним из основных показателей, влияющих на качество воды является соотношение в ней кислоты и щелочи или кислотно-щелочное равновесие, которое характеризуется специальным показателем рН. При рН равном 7,0 говорят о нейтральной среде. Чем ниже уровень рН - тем среда более кислая (от 6,9 до О). Щелочная среда имеет высокий уровень рН (от 7,1 до 14,0). Тело человека тоже имеет определенное кислотно-щелочное соотношение. Организм постоянно стремится уравновесить это соотношение, поддерживая строго определенный уровень рН. При нарушенном балансе могут возникнуть множество серьезных заболеваний. С помощью чая можно определить рН используемой для чая воды. ^ Заваренный чай имеет различную окраску. Особенно насыщенным цветом обладает чай «Каркаде», т.к. он приготовлен из ярких цветков растения гибискус. Окраска зависит от содержания антоцианов – красящих веществ клеточного сока цветков, плодов и овощей. Окраска антоцианов может меняться в зависимости от реакции среды. В связи с этим было интересно исследовать, будет ли изменяться окраска чая от действия на него кислот и щелочей. Поскольку зеленый и черный чай приготовлены из листьев, почти не содержащих антоцианов, то изменение рН не должно вызывать изменения их окраски, что было подтверждено опытным путем (Приложение 7). Наиболее интересные опыты по изменению окраски можно провести с чаем «Каркаде». К напитку по каплям добавим небольшое количество щелочи и кислоты и увидим изменение окраски от ярко-красного до ярко-зеленого. Индикаторной бумагой будем измерять рН среды (Приложение 8). Чай «Каркаде» можно использовать в качестве своеобразного индикатора рН (Приложение 9, Фото 8) ^ Опыт (Приложение 9) по выделению из различных сортов чая кофеина будем проводить в хорошо проветриваемом помещении под тягой (Фото 1). Эксперимент основан на способности кофеина подвергаться возгонке (возгонка или сублимация - свойство вещества при нагревании переходить в газ, минуя жидкое состояние). Для опытов возьмем фарфоровые чашки для выпаривания. В них положим измельчённый в ступке чай различных сортов: 1.Зеленый чай Чжу Ча (Ганпаудэр Храм Неба), 2.Черный чай Беседа, 3.Черный чай Greenfield, 4.Пуэр, 5.Каркаде (Фото 2). Кофеин можно выделить из чая с помощью оксида магния. Для этого в фарфоровый тигель поместим 1 чайную ложку измельченного в ступке черного чая и примерно 2 г. оксида магния. Смешаем оба вещества и поставим тигель на умеренный огонь, накрыв стеклянной пластиной. Сверху на тигель ставим фарфоровую чашку с холодной водой. Опыт с первого раза не получается. Пробуем увеличить количество оксида магния – кофеин не возгоняется. Увеличиваем количество чая до 2 г. Только в таком массовом соотношении кофеин начинает возгоняться. Попав на холодную поверхность, кофеин оседает на стеклянной пластине в виде бесцветных кристаллов. Нагрев прекращаем, осторожно снимаем чашку с тигля и соскребаем кристаллы с пластины в чистую склянку. Так как опыт по выделению кофеина с помощью оксида магния с первого раза не получался, то пробуем выделить его экстракцией с ацетоном. Нальем в выпарительные чашки ацетон так, чтобы он закрывал чай (Фото 3). Подождем 10 минут. Процедим ацетон в чистые тигли. Перемешаем ацетон с горячей водой. Затем выпарим воду, для чего поставим тигель на огонь и накроем стеклянной пластинкой. Сверху на нее поставим фарфоровые чашки и нальем в них холодную воду. Нагревание умеренное, не слишком энергичное. Опыт получается с первого раза. При этом кофеин возгоняется, т. е. превращается в пар, минуя стадию жидкости. Попав на холодную поверхность, кофеин вновь переходит в твёрдое состояние и оседает на стеклянных пластинках в виде бесцветных кристаллов (Фото 4). Прекращаем нагревание, осторожно снимаем чашку со стеклянной пластинки и исследуем структуру кристаллов кофеина в микроскоп (Фото 5). Для того чтобы убедиться в том, что действительно получен кофеин, проведем качественную реакцию. На стеклянную пластинку с кристаллами капнем две капли концентрированной азотной кислоты. Нагреем пластинку до тех пор, пока смесь не станет сухой. Кофеин при этом окисляется и превращается в заметную, оранжевого цвета, амалиновую кислоту (Фото 6). Нейтрализуем ее, добавив десять капель концентрированного раствора аммиака - образуется соль красного, переходящего в пурпурный, цвета. (Фото 7). Такая соль носит название мурексида, или пурпурата аммония, а реакция называется – мурексидной. Этими реакциями мы подтвердили, что полученное нами вещество – кофеин. Необходимо отметить, что количество возгоняемого кофеина в зеленом чае больше, чем в его черных сортах. ^ Проведенные опыты можно признать успешными. В результате проведенных опытов можно сделать следующие выводы: - чай «Каркаде» можно использовать в качестве индикатора кислотно-щелочного состояния используемой для чая воды; - экспериментально возможно в обычной лаборатории выделить кристаллы кофеина из чая методом возгонки; - кристаллы, полученные при возгонке чая, – кофеин, что подтверждает опыт с азотной кислотой и превращением кофеина в амалиновую кислоту. - наибольшее количество кофеина содержится в зеленом чае. Заключение В результате проведенной работы было выяснено, что сегодня в 37 государствах мира производят чай четырёх сортов – чёрный, зелёный, красный и жёлтый. Чай различается по технологии сбора и обработки чайного листа. Обработка листьев влияет на количество кофеина. В зелёном чае кофеина больше, чем в остальных сортах, так как он не подвергается ферментативной обработке, в отличие от красного, жёлтого и, в особенности, чёрного чая, который больше остальных подвержен ферментации. В крупнолистовом чае содержится кофеина меньше, чем в чае из верхних чайных листочков. Подводя итоги работы можно сделать следующие выводы: цель и задачи, которые были поставлены выполнены. Было открыто много интересного и полезного, что пригодится в дальнейшей жизни. Гипотеза о том, что разные сорта чая обладают различным содержанием кофеина, подтвердилась. Это доказано проведенным исследованием. Действительно в обычной лаборатории можно выделить составные компоненты чая и провести с ними опыты. Результаты данной работы могут быть использованы для проведения бесед о пользе чая, а также в качестве дополнительного материала на уроках химии и биологии. ^ 1. Герасимова В.А., Белокурова Е.С., Вытовтов А.А., Товароведение и экспертиза вкусовых товаров. – СПб: Питер Принт, 2003 2. ГОСТ 3483-78 «Чай зеленый кирпичный. Технические условия». 3. ГОСТ 1938-90 «Чай черный байховый фасованный. Технические условия». 4. ГОСТ 1939-90 «Чай зеленый байховый фасованный. Технические условия». 5. ГОСТ 1936-85 «Чай. Правила и методы анализа». 6. Елисеева Л. Г. Товароведение и экспертиза продовольственных товаров: Учебник. - М.: МЦФЭР, 2006.-800с. 7. Казанцева Н. С. Товароведение продовольственных товаров. Учебник. - М.: Дашков и К, 2007.-356с. 8. Никифорова Н. С., Новикова А. М., Прокофьева С. А. Справочник по товароведению продовольственных товаров. – М., 2007.-384с. 9. Новикова А.М., Голубкина Т.С., Никифорова Н.С., Товароведение и организация торговли продовольственными товарами. – М.: ПрофОбрИздат, 2001. 10. Похлебкин В.В. Чай – М.: Центрополиграф, 1997. 11. Похлёбкин В. В. История важнейших пищевых продуктов. -М. Центрполиграф. 2001. 12. Тимофеева В. А. Товароведение и экспертиза потребительских товаров. – М.: Инфра-М, 2006.-544с. 13. www.tea.ru 14. www.teatips.ru 15. www.marketcenter.ru 16. www.1tv.ru 17. www.sunprizes.com Приложения Приложение 1. Употребление чая Чайный напиток приготавливается преимущественно завариванием: сухой чай заливается горячей водой и настаивается в течение некоторого времени. Дозировка сухого чая, время настаивания и температура воды зависят от сорта чая и традиции. В большинстве традиций считается, что чем выше степень ферментации чая, тем более высокой должна быть температура воды. Зелёные, белые и жёлтые чаи заваривают водой низкой температуры (60—80°C), чёрные — крутым кипятком, температура заваривания улунов колеблется в зависимости от ферментации. Пуэры заваривают кипятком либо даже варят, подобно кофе: засыпают чай в холодную воду и доводят на огне почти до кипения). Количество сухого чая на одну порцию напитка колеблется приблизительно от 0,5 до 2,5 чайных ложек. В любой традиции приготовление и употребление чая обычно включает в себя следующие шаги:
Каждая более-менее обособленная чаепотребляющая географическая область или страна сформировала свои «чайные традиции», отличающиеся способом приготовления, обстоятельствами и порядком употребления чая. Традиции эти более или менее строго выдерживались в прошлом, в разной степени им следуют и в настоящее время. Стандарт SO3103. ISO 3103 (ИСО 3103) — стандарт, опубликованный Международной организацией по стандартизации (ISO), определяющий стандартный метод заваривания чая. Стандарт был создан в 1980 году техническим комитетом ISO номер 34, подкомитет номер 8 (чай). Метод состоит в извлечении растворимых веществ из сушёных листьев чая, находящихся в глиняном или фарфоровом сосуде, путём наливания свежекипяченой воды в белый глиняный или фарфоровый сосуд. После этого изучаются органолептические свойства листьев и полученной жидкости, с молоком или без него. Данный стандарт не определяет единственно верный метод заваривания чая, а только метод подготовки чая для использования во вкусовых исследованиях.
Приложение 2. Изготовление чая Изготовление чая из листа чайного куста обычно включает в себя следующие шаги:
Приложение 3. Основные физико-химические показатели качества чая
Приложение 4. Основные дефекты чая ·засоренность (черешками, грубым листом, волокнами и другой примесью) - вследствие сбора с кустов грубого чайного листа и недостаточной очистке при сортировке; ·кислый привкус и запах - из-за нарушения процесса и длительности ферментации, сушке; ·затхлый, плесневелый и другие посторонние запахи - из-за нарушения технологии, повышенной влажности чая при хранении. Такой чай к употреблению не пригоден; ·мешаный чай - неоднороден из-за плохой сортировки или плохого подбора по однородности при купаже; ·“водянистый”, “пустой” вкус настоя - из-за чрезмерно слабого скручивания или слишком длительной ферментации. ^
^ Каротин – провитамин А, обеспечивает нормальное состояние слизистых оболочек, важен для сохранения хорошего зрения. Витамин В1 отвечает за нормальное функционирование нервной системы. Витамин В2 придает эластичность и здоровый цвет коже, при недостатке этого витамина развиваются дерматиты, конъюнктивит, наблюдается выпадение волос. Витамин С принадлежит значительная роль в поддержании сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям. При его недостатке повышается проницаемость капилляров, нарушается обмен веществ, развивается цинга. Витамин Р - его содержание в чае таково, что, выпивая 3-4 чашки напитка хорошей крепости, можно обеспечить организм необходимой суточной дозой этого витамина. Витамин РР играет важную роль в обменных процессах. При его недостатке развивается болезнь пеллагра. Витамин К участвует в процессах свертывания крови. Его недостаток приводит к снижению свертываемости крови и проявляется внутренними кровоизлияниями и кровотечением. ^
^
Приложение 9. Фотографии экспериментов
Фото. 1   Фото.2  Фото.3  Фото.4    Фото.5  Фото.6  Фото.7    Фото. 8 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям