Из опыта работы организации проектно-исследовательской работы учащихся по теме "Проблемы кофесодержащих напитков"
Submitted by татьяна евгеньевна каршина on Tue, 22/06/2010 - 00:30
Практико-ориентированный Авторы проекта: обучающиеся МОУ «Гимназия №1» города Балаково Саратовской области Сундрякова Екатерина Андреевна (9а класс) и Ванюшин Владислав Олегович (8б класс) Руководитель проекта: Каршина Татьяна Евгеньевна (учитель химии) Май, 20010 год Проект «Проблемы кофесодержащих напитков» Вопрос: существует ли зависимость между кофесодержащими напитками и больничной койкой? План проекта. 1. Зачем человеку утренняя чашечка чая или кофе? Психостимулирующие и аналептические свойства кофеина. 2. Всегда ли чашка чайного или кофейного напитка содержит кофеин? 3. Так ли это? Более крепкий, соответственно более насыщенный кофеином чёрный чай? 4. Экспериментальное выделение кофеина из кофесодержащих продуктов: кофе и чая. 5. Качественное определение кофеина в кофесодержащих продуктов. 6. Проблема фальсификации чая и кофе. Кофезаменители, что это? 7. Экспертиза в цвете. 8. Заключение. Миллиарды людей на планете Земля начинают утро с чашечки чая или кофе. А зачем? Конечно же, чтобы стряхнуть с себя сонные оковы и бодренько войти в наступающий день. А за счёт чего? Конечно же, за счёт воздействия главного алкалоида чая - кофеина. В первую очередь, стоит подчеркнуть, что кофеин – это психостимулятор, который повышает настроение человека, способность к восприятию внешних раздражителей, психомоторную активность. Такие вещества устраняют ощущение усталости, способствуют повышению умственной и физической работоспособности, на время снижают потребность во сне. Можно сказать, что это средства, которые взбадривают утомленный организм человека. По сути, кофеин - это алкалоид, который содержится в листьях чая, в кофейных семенах, в семенах какао, колы и в других растениях. Кофеин сочетает в себе сразу два свойства - психостимулирующие и аналептические. Наиболее ярко выраженным является его возбуждающее действие на кору головного мозга. Он стимулирует двигательную активность и укорачивает время реакции. Каждый, наверняка, замечал, что после чашки добротного кофе или крепкого чая сонливость снимает как рукой, появляется бодрость, а усталость и утомление уходят прочь. От дозы кофеина, которую употребляет человек, зависит, каково будет влияние вещества на нервную систему. Небольшие дозы кофеина оказывают стимулирующие воздействие, а вот уже большие дозы - угнетающее. Если у человека нервная система слабого типа, то для ее возбуждения достаточно совсем маленького количества кофеина, и, наоборот, для сильной нервной системы более большая доза. Аналептическая функция связана с влиянием на центры продолговатого мозга, оказывает влияние на дыхательный и сосудодвигательный центры. Всегда ли выпитая чашка чайного или кофейного напитка содержит кофеин? Первые опыты по выделению кофеина были проведены с использованием чаёв из пакетиков «Лисма», а также чёрных чаёв «Принцесса Нури», «Dilmah». Немало мы потратили усилий, надеясь на скорый результат. Наши ожидания не оправдались. Выход кофеина был чрезвычайно мал, что не способствовало проведению аналитических опытов. Так ли это? Более крепкий, соответственно более насыщенный кофеином чёрный чай? Мы проработали литературу, ознакомились с материалами некоторых сайтов Интернет-ресурсов. И остановились на очень убедительной информации, которую представляла общественная организация «ЭКСПЕРТ», которая впервые в Украине провела лабораторное сравнение между зелёным и чёрным чаем. Вот какие результаты описывает группа исследователей. В зелёном чае кофеина больше! Именно зеленый чай уверенно занял все высшие позиции рейтинга содержания кофеина в чае. Из 13 образцов зеленых чаев 8 – были лидерами и по общему процентному содержанию кофеина в пересчете на 1 пакетик. Это однозначно говорит о более высоком содержании кофеина по сравнению с черным чаем. Так, содержание кофеина в 1 пакетике зеленого чая было, как правило, больше 71 мг, а в черном чае 71 мг – это предел. Содержание кофеина в 1 чашке чая (200 мл), в миллиграммах Вид чая Торговая марка 85 Зелёный чай без ароматизаторов Heritage 84 Зелёный чай без ароматизаторов Magret 82 Зелёный чай без ароматизаторов Mabroc 80 Зелёный чай без ароматизаторов Greenfield 76 Зелёный чай с жасмином Heritage 75 Зелёный чай без ароматизаторов Edwin 73 Зелёный чай с жасмином Greenfield 72 Зелёный чай с жасмином Dilmah 71 Чёрный чай без ароматизаторов Quality 70 Чёрный чай с ароматиз. «Лимон» Heritage 69 Зелёный чай с жасмином Milford 66 Чёрный чай без ароматизаторов Lipton 66 Чёрный чай без ароматизаторов Riston 66 Чёрный чай без ароматизаторов Greenfield 65 Чёрный чай без ароматизаторов Mabcor 65 Зелёный чай с жасмином Edwin 61 Чёрный чай с бергамотом Heritage 61 Чёрный чай без ароматизаторов Akbar 60 Чёрный чай с ароматиз. «Лимон» Edwin 60 Зелёный чай без ароматизаторов Hyleys 60 Зелёный чай без ароматизаторов Quality 59 Чёрный чай с ароматиз. «Лимон» Ahmad 58 Чёрный чай без ароматизаторов Heritage 56 Чёрный чай с бергамотом Ahmad 54 Чёрный чай с бергамотом Riston 51 Чёрный чай с ароматиз. «Лимон» Майский чай 50 Чёрный чай с бергамотом Edwin 48 Чёрный чай с ароматиз. «Лимон» Принцесса Нури 46 Чёрный чай с бергамотом Аскольд 47 Чёрный чай без ароматизаторов Edwin 44 Зелёный чай с жасмином Hyleys 42 Чёрный чай с бергамотом Добрыня Никитич 40 Чёрный чай с ароматиз. «Лимон» Dilmah Все цифры приведены на чашку чая. Не сухого чайного листа, а именно на чашку чая. Самое низкое содержание кофеина было у чая DILMAH - черный, с лимонным ароматизатором чай.(40 мг) Именно этот сорт чая первоначально использовался нами в проекте для опытов и не дал желаемого выхода кофеина. Таким образом, сменив сорт чая на зелёный чай «Greenfield», мы добились получения бесцветных кристаллов кофеина. Практическую часть проекта мы выполнили, придерживаясь следующей методики. Опыт. Выделение кофеина. 1 способ. Для выгонки кофеина потребуется фарфоровый или металлический тигель, желательно не плоский, а высокий. В него положили измельченный в ступке черный чай – около чайной ложки – и примерно 2 г оксида магния. Смешали оба вещества и поставьте тигель на огонь. Нагрев должен быть умеренным, не слишком энергичным. Сверху на тигель или стакан поставили фарфоровую чашку или другой подобный сосуд и налили в нее холодной воды. В присутствии оксида магния кофеин будет возгоняться. Попадая на холодную поверхность, кофеин вновь вернется в твердое состояние и осядет на дне чашки или розетки в виде бесцветных кристаллов. Прекратили нагрев, осторожно сняли чашку с тигля и поместили кристаллы в чистую склянку. 2 способ. На часовое стекло (в фарфоровую чашку) помещают смесь чая (или кофе) и оксида магния в отношении 1:1(по массе). На электроплиту кладут асбестовую сетку и ставят на нее часовое стекло со смесью, накрывают ее другим часовым стеклом или стеклянной пластинкой. Нагревание проводят в течение 1-2 минут, не допуская обугливания. Наблюдается возгонка кофеина, при этом он образует игольчатые кристаллы. Результаты проделанной работы мы запечатлели на фото. Опыт. Качественная реакция на кофеин. Для доказательства наличия кофеина использовали качественную реакцию. Для этого несколько кристаллов положили на фарфоровую или керамическую пластинку и капнули одну – две капли концентрированной азотной кислоты. (С концентрированными кислотами надо обращаться предельно осторожно!) Нагревали пластинку до тех пор, пока смесь на ней не стала сухой. Кофеин при этом окислится и превратится в заметную, оранжевого цвета, амалиновую кислоту. Нейтрализовали кислоту, добавив к ней капель десять концентрированного раствора аммиака. При нейтрализации образуется соль очень красивого, красного цвета, переходящего в пурпурный. Главный алкалоид чая - кофеин. Именно кофеин, которого содержится в чае 4%, придает чаю горечь и оказывает характерное тонизирующее воздействие. Сам кофеин содержится в чае не в свободном, а в связанном виде (вместе с танинами) и носит название теин или таннат кофеина. В своём проекте мы поставили задачу практического выделения дубильных веществ, которые называются - танины. Мы проделали работу по извлечению танина из зеленого чая сортов «Золотая чаша», «Чайная долина», «Императорский». В группе чёрных чаёв наибольшее содержание отмечалось в чаях «Липтон», затем «Принцесса Канди Медиум», «Dilmah». Описание практических действий. Пачку зеленого чая (50г) заливали 100г кипятка и кипятили на небольшом огне около часа, чтобы как можно полнее экстрагировать растворимые вещества. Раствор отфильтровывали через несколько слоев марли, осадок на фильтре промыли дополнительно горячей водой. Получили около стакана желто-зеленого раствора. Затем внесли в жидкость 15-20г ацетата свинца или соответствующее количество свинцовой примочки. Аккуратно слили жидкость, к осадку добавили стакан горячей воды, размешали, дали отстояться и слили вновь. Повторили эту операцию 3-4 раза, чтобы удалить ионы свинца. Проверили, действительно ли они удалены, взяв пробу жидкости и добавив к ней несколько разбавленной серной кислоты. Если свинец остался, раствор помутнеет; в этом случае нужно повторить промывку. Когда проба стала отрицательной, отфильтровали осадок (это – таннат свинца) и на фильтре промыли 50мл примерно 1%-ного раствора серной кислоты. Собрав раствор, нейтрализовали кислоту, добавляя по каплям 0,5%-ный раствор гидроксида натрия. Оставшийся прозрачный раствор содержит чайный танин. Для характерных реакций на танин использовали: 1) раствор хлорида железа (III) - жидкость чернеет, 2) концентрированную соляную кислоту - образуется вещество красного цвета, 3) нитрат серебра - выпадает бурый осадок, 4)подкисленный раствор ванилина – появляется оттенок малинового цвета. Последовательную результативность практической части проекта по выделению танина запечатлели серией фотографий. Проблема фальсификации чая и кофе. При выполнении практической части проекта мы столкнулись с проблемой качества образцов чаёв. Это затрудняло работу по истинному установлению содержания тонизирующих и дубильных компонентов чая. Поэтому нам пришлось корректировать плановые действия проекта и остановиться на проблеме фальсификации чая. Оказывается, фальсификация чая не исчезла и по сей день. При этом самыми распространенными являются три вида фальсифицированного чая: 1. Во-первых, это смесь настоящего чая со спитым и подкрашенным. 2. Во-вторых, смесь настоящего чая с добавлением листьев шиповника, вербы, бузины и других растений. 3. В третьем случае используют смесь настоящего чайного листа с так называемым “Капорским чаем”(листьями кипрея, больше известного у нас как иван-чай) Все три разновидности суррогатного чая содержат в себе очень небольшое количество настоящего чайного листа (не более 5% от всей смеси). Натуральное сырье в таких случаях добавляют лишь для того, чтобы обмануть наши вкусовые рецепторы. Мы провели анализ образцов чаёв на наличие в них: 1. Примесей; 2. Подкрашенного спитого чая; 3. Кипрея. Для этого использовали методику следующего содержания. ЭКСПЕРТИЗА В ЦВЕТЕ. 1.Чай заваривали обычным способом, затем, когда настой охладился, перелили его часть в небольшую емкость. Туда же один к двум добавили 90-градусный спирт и дождались окончания химической реакции. Если содержимое стакана сделается мутным, значит, вместе с обычным чаем присутствует и “капорский”. 2.Определение наличие спитого подкрашенного чая можно определить двукратным кипячением и после остывания просмотром на просвет. Настоящий чай даст мутный настой вследствие выделения из него дубильного вещества теина. Подкрашенный спитой чай даст прозрачно окрашенную заварку! 3.Надежным способом выведения суррогатного чая на чистую воду является опыт с применением дихромата калия. Полноценный чайный лист, помещенный в раствор этого вещества, должен окраситься в черно-синий цвет. А под действием уксуснокислой меди настоящий чай даст тёмно-зелёный окрас, а суррогатный чай окраски соли не изменит. Полученные результаты мы зафиксировали фотографиями . Фото. Наличие кипрея в чае. Образец 1. «Принцесса Ява» (зелёный чай) – незначительное помутнение. Образец 2 , образец 3 «Гордон» (цейлонский крупнолистовой) и «Черный жемчуг» (чёрный листовой) – образовали муть в большей степени. Образец 4 Гранулированный индийский (низкосортный) – дал большое количество мути. Фото. Наличие спитого подкрашенного чая. Образец 1: Гранулированный индийский. Образец 2: Принцесса Канди». Образец 3: «Золотая чаша». Выведение суррогатного чая с применением: а) двухромового калия (Полноценный лист даёт чёрно - синий цвет); б) уксуснокислой меди (Настоящий чай приобретает тёмно-зелёный цвет). Исходя из проделанной работы, мы установили, что действительно встречаются случаи фальсификации чаёв различных сортов. Так что нормальное чаепитие может получиться далеко не всегда. Наличие в этом напитке суррогатов и примесей вполне может обернуться расстройством здоровья. Задачей проекта ставили выделение кофеина не только из чая, но и образцов кофе. Например, «Чёрная карта», «Арабика», которые мы приобрели в сетевом магазине «Магнит». Кофезаменители. Экспертиза качества чая и кофе на наличие фальсификации продукции. В результате нашего эксперимента было установлено, что количественное содержание кофеина в зелёном чае больше, чем в кофе. Выход кристаллического кофеина при выгонке был очень мал. Для сравнительных характеристик свойств растворов кофе изучили также свойства цикория. И оказалось, что и для кофе бывают случаи фальсификации товара. Поскольку спрос на кофе определяется уровнем заболеваний у населения и, прежде всего, нарушением углеводного обмена, а прием кофеина приводит к выбросу в кровь человека дополнительной глюкозы из резервов организма, то реализация кофе с каждым годом увеличивается. Поэтому имеется много желающих подзаработать на этой пагубной привычке больного человека и подсунуть ему фальсифицированный товар. Фальсификация включает в себя подмену натурального кофе различными кофезаменителями. Самые распространенные из всех кофезаменителей - это цикорий, желудёвый кофе, свекольный кофе, ячменный кофе, поджаренные семена баобаба. Так же кофезаменителями являются мугича, рожковое дерево, корни одуванчиков, гуарана, топинамбур, семена груши, орех бука. Подделки большинстве случаев не содержат в себе ни кофеина, ни кафеола - двух важнейших составных частей натурального кофе, и поэтому не обладают, физиологической активностью, т. е. не обладают возбуждающим действием на центральную нервную систему. В процессе работы с помощью различных кофезаменителей определили случаи подмены молотого или растворимого кофе. Для этого использовали органолептические методы: оценка вкуса, аромата и цвета экстракта, при этом обращают внимание на наличие грубого вкуса и слабого кофейного аромата, чересчур темного или, наоборот, слабого цвета настоя, его непрозрачность и мутность. Для натурального кофе характерно сочетание трех вкусовых ощущений - кислого, горького и терпкого. У кофезаменителей, как правило, имеется только одно вкусовое ощущение - горечь. Вместо кофейной гущи, состоящей из отдельных частиц кофе, которые легко отделяются друг от друга, у кофезаменителей гуща имеет желеобразную консистенцию, частички связаны друг с другом слизью. Использование нами физико-химических методов позволили делать такие выводы: примеси заменителей кофе снижают прозрачность настоя, придают ему более темный цвет. При добавлении к заваренному кофе раствора соли железа (например, железистого купороса) можно определить наличие примесей. Окраска настоя при наличии цикория темно-бурая, а натурального кофе - темно-зеленая. Изученные образцы показали наличие посторонних примесей в кофе. Фото. Результат действия железистого купороса на испытуемые образцы. Добавку цикория в молотом натуральном кофе можно обнаружить несколькими простыми способами. Небольшое количество молотого кофе заливают холодной водой, перемешивают и оценивают вкус и цвет. Присутствие цикория изменяет цвет воды (выраженный коричневый) и вкус (горький). Натуральный жареный кофе почти не изменит цвета холодной воды (может появиться слабый коричневый оттенок от взвешенных мельчайших частиц) и не придает ей горький вкус. Извлечение красящих и вкусовых веществ возможно только в горячей воде. Использование этих способов подтвердило наличие примесей в кофе. Фото. Результат действия холодной воды на кофе. Использование чувствительность фотоаппарата позволило нам запечатлеть мельчайшие частицы посторонних вкраплений. Имеет место подделки жареного молотого кофе, к которому подмешиваются всевозможного рода кофезаменители в жаренном и измельченном виде. Они мало отличаются по внешнему виду от настоящего кофе. Исходя из проделанной работы и наблюдений, результаты мы свели в следующую таблицу: +вода холодная вкус запах настой +растворFeSO4 оводнён. шарик натуральный не окрашивается нет горечи кофейный аромат прозрачный зелёный не скатывается натуральный+ кофезаменитель слабое окрашивание горечь нет запаха непрозрачный тёмно-зелёный скатывается цикорий сильное окрашивание горечь нет запаха непрозрачный тёмно-бурый скатывается Проблема фальсификации кофе волнует потребителей этого продукта. И работая с материалами Интернет-ресурсов, мы столкнулись со следующей информацией. По заказу Управления госторгинспекции по Ивановской области в городе Иванове проводилось определение фальсифицированных образцов растворимого кофе на рынке. Для анализа были одновременно отобраны 15 образцов растворимого кофе различных изготовителей. Фальсификация растворимого кофе определялась методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ ВЭЖХ). В качестве опорной использовалась хроматограмма кофе «Chibo exclusive» (см.рис.1). Для этого и других образцов кофе были получены времена удерживания, площади пиков, спектральные отношения для кофеина и кофейной кислоты, а также соотношение площадей пиков кофеина и кофейной кислоты (см.таблицу 1). Рис.1. Хроматограмма образца кофе «Chibо exclusive». 1 – кофейная кислота, 2 – кофеин. Таблица 1 Название кофе Время удерживания кофеина, мин. Время удерживания кофейной кислоты, мин. Площадь пика кофеина, Sк Площадь пика кофей-ной кислоты Sкт Спектральное отно-шение ко-феина 230/210 нм Спектральное отношение кофейной кислоты 230/210 нм Отношение Sк/ Sкт «Сhibo exclusive» 15.36 12.31 62.2 6.64 0.248 0.815 9.37 «Mysore-gold» 15.34 12.21 149 13.9 0.251 0.817 10.7 «Grand» 15.02 11.95 126 8.33 0.250 0.811 15.1 «Вдохновение» 14.91 11.94 136 15.8 0.251 0.808 8.61 «Select» 14.79 11.77 145 18.3 0.250 0.814 7.92 «NescafeMatinal» 14.74 11.75 187 9.86 0.251 0.808 18.9 «Casic» 14.90 11.98 56.6 8.87 0.246 0.826 6.38 «NescafeСlassic» без кофеина 14.82* 11.46 17.6* 10.7 0.218* 0.806 - «Amazon» 15.38* - 0.55* - 0.271* - - «Nostra-damus» 15.79* - 0.29* - 0.294* - - «Acteca» - - - - - - - «Alecsa-do» 15.34 - 2.70 - 0.248 - - «Mocate» 15.31 12.01 16.9 1.51 0.248 0.800 11.2 «Negro» 15.33 12.02 7.72 0.67 0.252 0.801 11.5 «Java» 15.32 12.02 10.4 1.62 0.248 0.800 6.42 Табл.Хроматографические и спектральные характеристики кофеина и кофейной кислоты в разных образцах растворимого кофе. На банках, содержащих образцы: «Amazon», «Nostradamus», «Acteca», «Alecsado», «Mocate», «Negro» и «Java» было написано «CAFFE INSTANT». Как видно из таблицы 1, образцы: «Amazon», «Nostradamus» и «Acteca» не содержат кофе вообще. Таким же образом расположены надписи о составе продукта в образцах «Mocate», «Negro» и «Java», содержащих в своем составе не более 10% кофе. Образец «Alecsado» является полной фальсификацией кофе. Кофеина в этом образце содержится не более 5% от минимально допустимого, а кофейной кислоты нет вообще. В результате кофе имеет неприятный запах и металлический привкус. Синтетический кофеин добавляют в кофе или кофейный суррогат по двум причинам: для фальсификации кофе или для формирования у населения устойчивого спроса (кофеиновая зависимость) на кофе определенной фирмы. Заключение Известно, что общее тонизирующее действие чая начинается через полчаса после того, как он выпит, и продолжается 5-6 часов. Не случайно чай называют эликсиром бодрости. Кофе тоже бодрит, но только час или два после приема. Однако физиологическое действие кофейного отвара зависят не только от кофеина, оно обуславливается также другими экстрактивными веществами. Примеси в чае и в кофе вместо того, чтобы возбуждать бодрость, напротив, могут утомлять организм, и вызывает сонливость. С целью исключения из рациона питания некачественной продукции необходимо проводить мероприятия, которые позволяют в некоторой степени защитить любителей чая и кофе от фальсифицированной и некачественной продукции, поступающей на продовольственный рынок. Выполнив данный проект, мы надеемся, что его материалы о качестве и безопасности продовольственных продуктов для жизни и здоровья человека, видах фальсификации пищевых продуктов поможет нам самим и другим людям более внимательно относиться к потребляемому чайному или кофейному товару, тем самым оградить себя от подделок, отрицательного воздействия на организм. Использованная литература: 1. Ольгин О.М. Опыты без взрывов. Издательство «Химия». 1985. С. 65-67. 2. http://ru.wikipedia.org/wiki 3. Информатика. Задачник-практикум в 2т./Под ред. И. Г. Семакина, Е. К. Хеннера. Том 2. – Москва, Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 280 с. 4. http://referat.students.ru 5. http://www.nestu.ru 6. Николаева М.А. Партнёры и конкуренты. 2000. №4. С.23 7.Нахмедов Ф.Т. Технология кофепродуктов. М. Пищевая промышленность. 1990. 184 с. 4. 8.Российская газета от 5 октября 2007 «Мировой рынок кофе падает, российский - растет», Андрей Евпланов.
