Городская научно-практическая конференция школьников

МОУ ''Средняя  образовательная школа №19 с углубленным  изучением экономики''

Секция ''Химия''

Определение кофеина в кофе

 
 
 

                                                Выполнили:

                                                Михеев Александр,

                                                Линьков Евгений 

                                                Руководитель:

                                                Шахова О.Б.,

                                                Учитель химии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г.Междуреченск, 2006г 

Содержание

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема: Определение кофеина в кофе.

Цель: Определить кофеин в разных видах кофе.

Задачи:

1. Выяснить состав кофе, пользуясь литературными источниками.
2. Провести эксперимент по возгонке кофеина с разными видами кофе.
3. Провести качественную реакцию на кофеин.
4. Определение массы веществ перешедших из кофе в раствор.
5. Сопоставить результаты экспериментов и осуществить оценку качества кофе.
6. Дать рекомендации по способам приготовления кофе и дозировке.  

Актуальность: На рынках города предлагается большой выбор различного кофе. И потребителю очень сложно определиться, какой кофе купить. Чтоб понять какой же вид лучше и качественнее, мы решили выяснить его состав, узнать, в чем заключается ценность этого напитка.

Объект  исследования: кофе в зернах, гранулированный, сублимированный, порошковый.

Предмет исследования: кофеин.

Введение

Ценность  кофе заключена в  кофеине.

     Главное, что делает кофе тонизирующим напитком, и чего нет в ячменном, желудевом, ржаном ''кофе'' и других суррогатах (вместо кофе использовали жареные  корни цикория, одуванчика, свеклу, морковь, горох и даже патоку) – это кофеин.

         КОФЕИН – (1,3,7-триметилксантин) применяется как тонизирующее средство при сердечно-сосудистой недостаточности, при мигрени. Входит в состав лекарственных средств: аскофен, новомигрофен, новоцефальгин, пиромеин, цитромон. Получают кофеин метилированием тиофилина из растительного сырья.

     Специфическая ценность кофе обусловлена наличием в нем алкалоида кофеина, ароматических  веществ и хлорогеновой кислоты. Содержание кофеина должно быть не менее 0,7%. Хлорогеновой кислоты обычно бывает 5-6%.

     Кофеин, как химическое вещество.

     Основной  состав кофе давно изучен химиками. Еще во времена Д.И. Менделеева было известно, что в поджаренном кофе содержится около 25% клечатки, по 14-16% белков и жиров, 4 % золы (минеральных веществ) и 3% воды. При варке кофе в домашних условиях, если это не ''растворимый кофе'', в кипяток переходит около четверти массы порошка.

     В кофе множество гетероароматических  соединений: в каждой чашке –  примерно 1 мг, почти 300 наименований. В  их циклы входят атомы N, O, S; эти соединения включают многие алкалоиды, витамины, антибиотики и служат составными частями молекул нуклеиновых кислот и белков. При этом в кофе есть вещества, способные предотвращать ряд болезней, включая диабет и катаракту.

     В кофе содержится соединения железа, магния, калия, присутствуют такие химические элементы, как сера, азот, фосфор, хлор. Эти элементы входят в состав сложных органических соединений: белков, кофеина, никотиновой, хинной, уксусной, яблочной, лимонной кислот и полисахаридов.

     Кофеин — наркотик, принадлежащий к семейству ксантинов. Хотя теофиллин (содержащийся в чае) и теобромин (содержащийся в шоколаде) также являются ксантинами, они значительно отличаются от кофеина по своей структуре и по биологическим функциям. По химическому составу эти наркотики очень сходны, но оказывают совершенно различное физиологическое воздействие на организм. Тем не менее, большинство специалистов по химии питания сходятся на том, что кофе, чай и шоколад содержат значительное количество кофеина.

     Кофеин  содержится в кофе и чае (1-3%), в орехах кола, в какао, образует бесцветные кристаллы, довольно хорошо растворимые в воде, хуже – в холодно и спирте. Кофеин в довольно больших количествах получают из отходов чайного производства: извлекают водой и затем дихлорэтаном. Из воды вещество осаждается в виде длинных, гибких, шелковистых игл. На вкус горьковато. В относительно больших дозах ядовито.

     При обжаривании кофе происходят сложные  химические превращения. Сначала испаряется вода, и частично разлагаются органические вещества. Сахара переходят в карамели, и семена приобретают коричневый цвет. Нерастворимые полисахариды распадаются на более простые растворимые углеводы. Разрушается тригонеллин, образуется никотиновая кислота. Продукты распада хлорогеновой кислоты, а также более семидесяти ароматических веществ придают кофе характерный вкус и неповторимый букет ароматов. В процессе обжаривания кофейные зерна набухают, так как в них образуется углекислый газ, он выполняет функцию консерватора аромата. 

     Физические  свойства кофеина.

     Ф.Рунге  выделил из кофейного экстракта  бесцветные кристаллы вещества слабогорького  вкуса, без запаха. Водный раствор  этого вещества по своему возбуждающему  действию во много раз превосходил  кофейный отвар. Расшифровать состав и  структурную формулу соединения, названного кофеином, удалось в 1897 г. другому немецкому химику Э. Фишеру. Он получил кофеин синтетическим путем. Это и подтвердило правильность его суждений.

     Чтобы напиток обладал тонизирующими  свойствами, он должен содержать 0,1-0,2г  кофеина, что находится в ложке натурального растворимого кофе  Максимальная доза допустимая на один прием, - 0,3г. Действие кофеина кратковременно 1-3 часа. Некоторые, желая продлить этот эффект, пьют кофе несколько раз в день. Это вредно: может появиться чрезмерная возбудимость, бессонница, сердцебиение. Кофеин действует на кору головного мозг, повышая умственную работоспособность и снимая усталость. Активизируется работа сердечной мышцы, что способствует расширению коронарных сосудов сердца. Кофе возбуждает секреторную функцию пищеварительных желез. Хлорогеновая кислота дает вяжущий вкус. Она биологически активна.

     Максимальный  срок хранения для кофе, упакованного в бумажные коробки, - 6 месяцев.

     Медленно  растворим в воде (1:60), легко –  в горячей (1:2), трудно растворим в спирте (1:50).

     Растворы  имеют нейтральную реакцию. Одна чашка натурального кофе может содержать  до 100-200 мг кофеина.

     При поджаривании кофейных зерен они  приобретают красновато-коричневый цвет, сильно, почти наполовину увеличиваются  в объеме и теряют в массе 17-20%. При этом из зерен удаляется не только большая часть воды, но происходит пиролиз сахаров, клечатки и разложение других органических веществ, образуются пальмитиновая кислота, уксусная кислота, гидрохинон метиламин, пиррол.

     Применение:

     Средняя доза кофеина для взрослых: 0,05 – 0,1г на прием два раза в день.

     Старше  двух лет - 0,03 - 0,075г на прием в зависимости от возраста. Учитывается индивидуальность.

     До  двух лет - не назначают.

     Можно применять кофеин при инфекционных и других заболеваниях сопровождающихся угнетением функций ЦНС (Центральной Нервной Системы) и сердечно-сосудистой системы, при отравлениях наркотическими и другими ядами, угнетающими ЦНР при спазмах сосудов головного мозгов, для повышения психической и физической работоспособности, для устранения сонливости. При энурезе у детей.       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основная  часть

 

Существует  несколько методик выделения  кофеина /ПРИЛОЖЕНИЕ №1/

Для проведения экспериментов нам понадобилось несколько видов кофе:

1. Жокей традиционный (в зернах): шоколадного цвета, запах мягкий;
2. Жокей классический (в зернах):  незначительно темнее, запах резкий;
3. Max Well House (молотый): светло-коричневый, запах очень слабый.
4. Platinum Elite (сублимационный): Светлее чем кофе в зернах, но темнее порошкового, запах мягкий;
5. Nescafe Montego (гранулированный): Цвет схож с ''Platinum Elite'', запах немного сильнее. 
6. Американский (в зернах): самый темный, ароматизированный (запах Амаретто, миндаля);

Примечание: ''Американский'' – кофе, привезенное из Америки. К сожалению, название нам не известно. 
 

Опыт  №1:   Возгонка кофеина с MgO.

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: стеклышко, фарфоровая чашка, MgO (оксид магния), электроплита, колбы, кофе, асбестовая сетка.

Ход работы:

1. В колбы мы пометили перемолотый кофе и оксид магния в пропорциях 1:1 (по массе);
2. На электроплиту мы положили асбестовую сетку и поставили на нее колбу со смесью, прикрыв ее стеклышком. 
3. Подогревание проводилось в течение 9-10 минут.

 

Результат:

Сорта расположены  в порядке убывания по количеству выделения кофеина: 

1. Жокей традиционный;
2. Жокей классический;
3. Max Well House;

4. Nescafe Montego;

5. Американский;

6. Platinum Elite;

 
 
 
 

Опыт  №2:   Возгонка кофеина. 

Оборудования  и вещества: стеклышко, фарфоровая чашка, электроплита, колбы, кофе, асбестовая сетка.