II Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЧАЯ
Гушпит В.В.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение.

Чай — тонизирующий напиток, обладающий высокими вкусовыми, ароматическими свойствами, оказывающий положительное влияние на организм человека и являющийся самым распространенным на земном шаре напитком. Сегодня его можно назвать напитком №1. Без него нельзя представить ни праздника, ни каждодневного стола. Фитотерапевты многих стран утверждают, что постоянное потребление чая снижает риск возникновения онкологических заболеваний.

Чай как напиток настолько всем знаком и известен, что, казалось бы, ничего необычного в нем уже не обнаружишь. Мы решили посмотреть на чай с химической точки зрения. Целью нашего исследования является изучить химический состав различных сортов чая и показать его питательную ценность. В связи с этим поставлены следующие задачи: собрать и систематизировать литературные данные о химическом составе различных сортов чая и его влияние на организм; определить органолептические свойства чая; определить рН среды раствора чая; определить наличие красителя; выделить кофеин и доказать его наличие; выделить танин и доказать его наличие; определить содержание витаминов С и Р.

Предметом исследования являются химические вещества, входящие в состав чая. Объекты исследования:

1. Великий тигр, натуральный индийский черный чай, ООО «ГРАНД», г. Москва.

2. Лисма, индийский черный мелкий байховый чай. Московская область, г. Фрязино ОАО Компания «МАЙ»

3. Lipton., черный байховый, Московская область, г. Серпухов ООО Универсальные пищевые технологии

4. Принцесса Гита, Индия медиум, Чёрный байховый, листовой ломаный, ООО "НЕП" Ленинградская область, пос. им. Свердлова.

5. ЯВА «Каркаде», Россия, С. –Петербург.

1. Химический состав чая

Значение чая как вкусового продукта обусловлено его ароматическими, вкусовыми и тонизирующими свойствами. Чай устраняет усталость, способствует восстановлению утраченной трудоспособности и улучшает самочувствие человека. Широко используют его как потогонное средство при простудных заболеваниях, он оказывает положительное действие на пищеварительную, кровеносную и нервную системы.

Чай получают путем специальной обработки молодых верхушечных побегов (флешей) вечнозеленого чайного растения.

Чай - это сложнейшее по своему химическому составу растение. Оно содержит более 300 химических веществ и соединений.

Чайный лист состоит из воды, сухих веществ, экстрактивных веществ, алкалоидов, фенольных соединений, углеводов, азотсодержащих веществ неалкалоидной природы, гликозидов, пигментов, органических кислот, минеральных веществ, эфирных масел, альдегидов, смол, витаминов и ферментов.

Вода — главная составная часть чайного листа и та среда, в которой происходит взаимодействие веществ.

Сухие вещества можно условно разделить на растворимые в горячей воде и нерастворимые. К первой группе относятся вещества, положительно влияющие на качество чая: фенольные соединения (танин, катехины, фенолкарбоновые кислоты и т. д.), эфирные масла и альдегиды, кофеин, аминокислоты, витамины, ферменты, водорастворимые углеводы, микро- и макроэлементы и др. Ко второй группе относятся балластные вещества, т. е. отрицательно влияющие на качество чая: высокомолекулярные полимеры (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, протопектин, пектиновая кислота), хлорофиллы, нерастворимые белки и т. п.

Алкалоиды — азотсодержащие вещества, широко распространённые в растительном мире. В чайном листе содержатся также алкалоиды, которые принадлежат к гетероциклическим соединениям и представляют собой органические основания, поэтому они дают соли с кислотами (винной, яблочной, лимонной и др.). В чайном листе находятся производные пурина — кофеин, теобромин и теофиллин:

В чайном растении образуется и накапливается преимущественно кофеин, содержание которого может достигать 2-3%. Высокое содержание кофеина в чае указывает на его качество. Кофеин широко применяется в медицине как стимулятор ЦНС, вызывает повышение жизнедеятельности всех тканей организма, усиливает обмен, дыхание и кровообращение, возбуждение корковых процессов, обладает также диуретическим действием. Субъективно общий эффект от физиологического воздействия кофеина на организм человека часто связывают с подъёмом активности, бессонницей и способностью сосредоточиться на утомительных работах. Такой эффект длится примерно 30 мин. Несмотря на то что кофеин в организме не накапливается, чрезмерное потребление чая (более 600 мг кофеина в день, что соответствует примерно 6 чашкам чая) может привести к своеобразному наркологическому заболеванию — «кофеизму» (беспокойство, сердцебиение, бессонница, головная боль и т. д.).

Фенольные соединения. Эта группа составляет наиболее ценную часть зелёного чайного листа и представлена в основном катехинами и их галловыми эфирами. Фенольные соединения включают в себя свыше 30 близких по природе соединений, их содержание достигает 25% сухой массы чайного листа. На катехины приходится 60-70% всех фенольных соединений.

Углеводы — важная группа химических соединений, входящих в состав чайного растения.

Водорастворимые углеводы — глюкоза и фруктоза имеют одинаковую эмпирическую формулу С6H12О6. Они отличаются тем, что в глюкозе содержится альдегидная группа, а во фруктозе — кетонная. При соединении одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы образуется дисахарид — сахароза:

Со временем в чайном листе увеличивается содержание моносахаридов и сахарозы.

Среди полисахаридов в чае обнаружены целлюлоза, гемицеллюлоза и крахмал. Целлюлоза — основной структурный полисахарид клеточной стенки растения. В зависимости от вегетационного периода содержание целлюлозы составляет от 6 до 10%. По мере старения листа её количество резко увеличивается. В производстве чая её считают балластным веществом.

Гликозиды рассматривают как сложные вещества, которые состоят из двух компонентов, соединённых гликозидным гидроксилом: одного - сахара, а другого - несахара, или агликона. В гликозидах сахарами могут быть глюкоза, фруктоза, и др. В качестве агликонов могут быть различные соединения: альдегиды, спирты, кетоны, фенолы, и т. д. Все они могут принимать определённое участие в формировании качественных показателей готового чая.

Флавонолы в чайном листе представлены моно-, ди- и тригликозидами трёх агликонов — кемпферола, кверцетина и мирице-тина: обусловливают целую гамму различной окраски

Антоцианы — пигменты, объединяющие группу красящих веществ растений, которые участвуют в окраске плодов, листьев, цветков и других органов растений.

Органические кислоты. В чае содержатся такие кислоты, как лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная, а также уксусная, пировиноградная, ке-тоглутаровая, щавелево-уксусная и ряд кислот фенольной природы.

Минеральные вещества содержатся как в чайном листе, так и в готовой продукции. В состав минеральных веществ входят калий, фосфор, кальций, магний, сера, железо, марганец, фтор и др. Существует прямая корреляция между качеством чая и содержанием в нём растворимой части минеральных веществ. Его содержание калия в чайном листе составляет 50-60% от массы минеральных веществ. Ему отводится большое значение, как в общем обмене веществ, так и в синтезе углеводов и белковых соединений. Содержание фосфора в чайном листе составляет 15-20% от массы всех минеральных веществ. В почке и в первом листе этого элемента больше, чем в нижних и грубых листьях чайного побега. Магний входит в состав молекулы хлорофилла. Медь и железо - входят в состав некоторых физиологически важных органических соединений, таких, как ферменты ортодифенолоксидазы (медь) и пероксидазы (железо). Существенная роль в окислительно-восстановительных процессах принадлежит марганцу, содержание его составляет 1-4% от общей массы минеральных веществ.

Один из важнейших показателей качества чая — аромат, который обусловлен наличием эфирного масла и смолистых веществ.

Эфирное масло — сложная смесь веществ, относящихся к самым разнообразным классам соединений, растворимых в органических растворителях и обладающих способностью улетучиваться с водяным паром.

В образовании аромата чая существенную роль играют ароматические альдегиды.

С учетом специфики потребления чая в виде водного экстракта особое внимание уделено водорастворимым витаминам в составе сырья и готовой продукции.

Витамины — это группы сравнительно низкомолекулярных органических соединений разнообразной химической природы. По растворимости они подразделяются на две большие группы: растворимые в жирах и растворимые в воде. К жирорастворимым относятся витамин А, отсутствие которого связывается с нарушением роста; витамин D — антирахитический фактор; витамин К, необходимый для нормального свёртывания крови; витамин Е (токоферолы) — антигеморрагический фактор. К водорастворимым относятся витамины группы В, С, биотин, фолиевая кислота. С учётом того, что потребление чая осуществляется в виде водного экстракта, особое внимание уделено водорастворимым витаминам в составе чая.

Витамин С. Чайный лист богат витамином С (L-аскорбиновая кислота). Однако в процессе переработки чайного листа содержание этого витамина резко уменьшается, особенно при ферментации и сушке. Это происходит вследствие того, что витамин С принимает самое активное участие в окислительно-восстановительных процессах.

Витамин B (тиамин, аневрин) - содержит ядра пиримидина и тиазола. Он играет важную роль в процессах превращений углеводов, так как входит в состав пируватдекарбоксилазы. Содержание витамина В, в чае в среднем составляет 0,3-10 мг на 1 кг сухого сырья.

Витамин В2 (рибофлавин, лактофлавин) - азотистое основание жёлто-оранжевого цвета, которое содержит остаток пятиатомного спирта рибита. В процессе переработки чайного листа рибофлавин не разрушается и почти полностью переходит в готовый чай.

Витамин Р - участвует в окислительно-восстановительных процессах, а также тормозит действие гиалуронидазы. Повышается концентрация гиалуроновой кислоты, которая увеличивает эластичность капилляров и снижает их проницаемость. Кроме того,обладает антиоксидантными свойствами и, в частности, предохраняют от окисления аскорбиновую кислоту и адреналин.

Таким образом, знакомство с химическим составом чая показывает, что природа создала в чайном листе своеобразный химический склад.

2. Исследование состава чая - химический эксперимент

Опыт №1. Органолептические свойства.

Все виды чая помещали на фильтровальную бумагу и определяли внешний вид чая. В течении 5 минут заваривали чай, затем вынимали пакетики и производили сравнение аромата чая в парах, вкусовых характеристик, степени терпкости и наличия посторонних привкусов.

Таблица 1. Внешний вид.

Наменование чая

Аромат в парах

Вкус

Степень терпкости

Посторонний привкус

1

Великий тигр

терпкий сильный

горький

высокая

нет

2

Лисма

Средний сладковатый

приятный

слабая

нет

3

Lipton

средний

Слабая горечь

средняя

нет

4

Принцесса Гита

терпкий

горький

высокая

травянистый

5

ЯВА «Каркаде»

Сильный

Слабая горечь

средняя

есть

Опыт №2. Определение рH раствора чая.

В пробирки помещали разные сорта чая, добавляли горячей воды, затем опускали индикаторную бумажку для определения рH, а затем сравнивали ее с эталоном. Все сорта чая показали нейтральную среду.

Опыт №3. Изменение окраски чая в зависимости от рН среды. Определение флавоноидов в чае.

Заваренный чай имеет различную окраску. Особенно насыщенным цветом обладает чай « Каркадэ», т.к. он приготовлен из ярких цветков растения гибискус (суданской розы).

Окраска зависит от содержания антоцианов - красящих веществ клеточного сока цветов, 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. Разные сорта чая помещали в стаканчики и заливали кипятком. Затем в каждый из стаканчиков по каплям добавляли кислоту или щелочь и наблюдали за изменением окраски относительно чистого чая и средой раствора.

Таблица 2. Окраска чая при различных рН среды.

Наименование чая

Кислота

Щелочь

Великий тигр

светлее

темнее

Лисма

светлее

темнее

Lipton

светлее

темнее

Принцесса Гита

не меняется

не меняется

ЯВА «Каркаде»

светлее

не меняется

Опыт №4. Наличие красителя.

В химические стаканы приливали по 50 мл дистиллированной воды и в каждый из них опускали по пакетику чая, пакетики затем вынимали и сравнили степень окрашиваемости холодной воды, а также с цветом воды, в которую был помещен листовой чай. В емкостях заварили по одному пакетику чая в течении 5 минут (100 мл кипятка), затем вынимали пакетик переливали каждый чайный напиток по 50 мл в 2 химических стакана. В один из химических стаканов помещали по кусочку лимона массой 2 г, через 10 минут сравнили цвет чая до и после внесения лимона. Результаты заносили в таблицу.

Таблица 3. Наличие красителя.

Наименование чая

В холодной воде

В горячей воде

1

Великий тигр

Цвет не насыщенный

Насыщенный

2

Лисма

Цвет светлый

Цвет достаточно насыщенный

3

Lipton

Светлый

Насыщенный

4

Принцесса Гита

Наиболее яркий

Яркий

5

ЯВА «Каркаде»

Цвет достаточно яркий

Насыщенный

Опыт №5. Выделение кофеина.

В фарфоровый тигель помещали одну чайную ложку измельченного в ступке черного чая и примерно 2 г оксида магния (это вещество продают в аптеках под названием «жженая магнезия»). Смешали оба вещества и нагрели на спиртовке. Нагрев должен быть умеренным. Сверху на тигель поставили фарфоровую чашку с холодной водой. В присутствии оксида магния кофеин возгоняется, т.е. превращается в пар, минуя стадию жидкости. Попав на холодную поверхность, кофеин оседает на дне чашки в виде бесцветных кристаллов. Нагрев прекращали, осторожно снимали чашку с тигля и соскребали кристаллы в чистую склянку. Наличие кофеина было обнаружено во всех сортах чая.

Опыт №6. Выделение танина.

50 г разного сорта чая заливали половиной стакана кипятка и кипятили на небольшом огне около 1 ч для более полной экстракции растворимых веществ. Смесь профильтровывали через несколько слоев марли; осадок на фильтре промыли горячей водой. Получается около стакана желто-зеленого раствора, в который вносили 15 г ацетата свинца. Образовался осадок таната свинца. Жидкость аккуратно слили. К осадку добавляли стакан горячей воды, размешивали, дали отстояться и надосадочную жидкость вновь слили. Эту операцию повторили три раза, для удаления из осадка ионов свинца. Чтобы проверить, действительно ли они удалены, отобрали в пробирку пробу жидкости и добавили к ней несколько капель разбавленной серной кислоты. При наличии в растворе ионов свинца образовался белый осадок PbSO4.

Если реакция отрицательная, осадок таната свинца на фильтре промывали 1%-м раствором серной кислоты (расход кислоты примерно ~50 мл). Собрали раствор, добавили по каплям 0,5%-й раствор гидроксида бария, после чего выпавший осадок сульфата бария отделяли фильтрованием:

Ва(ОН)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O.

Оставшийся прозрачный раствор содержит чайный танин. Раствор упаривали досуха на водяной бане. Полученный таким образом танин соскребли со дна и измельчили в порошок. Танин был обнаружен во всех сортах чая.

Опыт №7. Определение витамина С в чае.

Техника определения основана на том, что молекулы аскорбиновой кислоты легко окисляются иодом. Как только иод окислит всю аскорбиновую кислоту, следующая же капля, прореагировав с иодом, окрасит иод в синий цвет.Это определение проводим с помощью йодометрического метода.

Помещали в колбу 2 г чая и добавляли воду до объёма 10 мл, а затем немного раствора крахмала. Далее по каплям добавляли раствор йода до появления устойчивого синего окрашивания, не исчезающего в течении 10-15 с. В результате витамин С не был обнаружен в чае Принцесса Гита.

Опыт №8. Определение витамина Р.

Витамин Р (рутин) определяют методом титрования. Титрование – один из методов определения концентрации, основанный на измерении объемов растворов, вступающих в реакцию веществ. Для титрования в бюретку наливали раствор известной концентрации (в нашем случае это 0,05Н раствор перманганата калия) и устанавливали бюретку в рабочее положение. Пипеткой отбирали точный объем раствора, концентрацию которого нужно определить, и переносили его в коническую колбу (в нашем случае это экстракты чая).

После по каплям приливали раствор с известной концентрацией из бюретки в колбу с анализируемым раствором, который непрерывно перемешивали. Конец титрования устанавливали по изменению цвета индикатора. Витамин Р был обнаружен во всех сортах чая, но большее кличество в чае Лисма и Липтон.

Подведение итогов.

Результаты всех исследований соотносили и заносили в общую таблицу результатов.

Таблица 4. Общая таблица всех показателей.

Внешний вид

Органолептические свойства

рН среды

Изменение окраски чая в зависимости от рН среды

Наличие красителя

Выделение кофеина

Выделение танина

Витамин С

Витамин Р

1

+

-

+

-

+

+ -

+ -

+ -

+ -

2

+ -

+

+

+

+

+

+

+ -

+

3

+ -

+

+

+

+

+

+

+

+

4

+

-

+

-

-

+ -

+ -

-

+ -

5

+ -

+

+

+-

+

+ -

+

+

+ -

Условные обозначения:

«+» - положительный показатель,

«+-» - средний показатель,

«-» - отрицательный показатель.

Заключение.

В ходе химического исследования мы смогли выяснить следующее:

1. Лучшие показатели органолептических свойств у образцов Лисма, Липтон и Каркаде.

2. Все образцы чая имеют нейтральную среду (рН = 7,0).

3. Большое содержание красителей содержит чай Великий тигр.

4. Кофеин обнаружен во всех образцах.

5. Наибольшее содержание танина содержится в чае Лисма и Липтон.

6. Витамин С не обнаружен в чае Принцесса Гита.

7. Витамин Р в наибольшем количестве содержится в чае Лисма и Липтон.

Список использованной литературы:

  1. Жукова Н.И Химический практикум с экологической направленностью: Учеб. пособие. – Уссурийск: Изд-во УГПИ, 2001.

  2. Николаев Я. А. Химия жизни. М.: Химия, 1986.

  3. Ольгин О. Опыты без взрывов. М.: Химия, 1986.

  4. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. — М.: Дрофа, 2002.-432 с. Васильев В.П.Аналитическая химия.

  5. Тепел А. Пищевая промышленность. Москва, 1979. 624с.

  6. Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А.. Практикум по общей биохимии: Учеб. Пособие для студентов хим. спец. ин-тов / Под общ. Ред. Ю. Б. Филипповича. – 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1982. – 311 с., ил.

  7. Цоциашвили И.И., Бокучава М.А.. Химия и технология чая. М.: ВО «Агропромиздат», 1989.- с.348

  8. Шевченко В. Товароведение и экспертиза потребительских товаров. Уч.— М.: Инфра-М, 2009.- 752 с.

  9. Щербаков В.Г. Биохимия. Учебник для вузов. СПб.: Гиорд, 2005. – 472 с.

  10. Я познаю мир: Дет.энцикл.: Растения (Сост. Л.А. Багрова; Под общ.ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО «Издательство АСТ-ПТД», 1997. – 512с.

  11. https://ru.wikipedia

  12. www.xumuk.ru

0