XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Химический состав чая

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Фомина А.Е. 1

---

1МБОУ СОШ №8

Семенова И.Ю. 1

---

1МБОУ СОШ №8

Работа в формате PDF

837.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность Чай – полезный и любимый многими напиток. Сегодня его можно назвать напитком №1. Без него нельзя представить ни праздника, ни каждодневного стола. По примерным подсчетам он является основным напитком почти для 2,5 млрд. людей на земле. В России чай является самым популярным тонизирующим напитком и миллионы россиян употребляют чай в течение всего дня. Фитотерапевты многих стран утверждают, что постоянное потребление чая снижает риск возникновения онкологических заболеваний.

Чай пьем на завтрак, обед или ужин. В то же время мы редко задаемся вопросом, что содержит он и чем один вид чая отличается от другого? Может быть, зная состав различных чаев, мы использовали бы их иначе: иначе заваривали и иначе пили.

Цель работы: Изучить химический состав пакетированного и фито-чая и его влияние на организм человека.

Задачи:

1. Изучить биологическую роль чая и его влияние на здоровье человека;

2. Провести анкетирование групп различных возрастных категорий;

3. Провести химический анализ состава различных видов чая;

4. Сравнить чаи разных видов и его влияние на организм человека.

Гипотеза исследования: в обычной школьной лаборатории можно выделить компоненты чая и провести опыты по изучению химического состава чая.

Объект исследования: чай различных сортов

Предмет исследования: химические вещества, входящие в состав чая.

Методы исследования: - поиск и сбор информации; - анкетирование, сбор данных; - наблюдение; - анализ.

Ожидаемые результаты: - ежегодный сбор и сушка лекарственных растений; - применение фиточаёв в школьной столовой; - формирование здорового питания.

Глава 1. Теоретическая часть.

1. 1. Исторические сведения о лекарственных растениях.

На Земле не существует народа, который бы не использовал растений для лечения. Еще древние знахари, волхвы и ведуны знали толк в лекарственных травах и с их помощью успешно врачевали недуги. В народной памяти хранится много легенд и преданий о чудесных исцелениях, которых можно увидеть в исторических фильмах и прочитать. Из древних летописей мы узнаем, как соком травы вылечили от кровотечения внука Дмитрия Донского князя Дмитрия Юрьевича. Как девица Феврония, дочь лесника из града Китежа, травяной мазью исцелила муромского князя Петра от тяжелой кожной болезни.

Непрекращающиеся археологические исследования обнаруживают все новые данные об использовании растений для лечения шумерийцами и другими древнейшими народами мира.

Лекари Шумера из стеблей и корней растений изготавливали порошки и настои. Они считали, что груши и фиги обладают целебными свойствами, а молодые побеги ивы и сливового дерева, иглы сосны и пихты, высушенные и растертые, применяли в качестве компонента припарок и компрессов. 
Следовательно, уже не менее 80 веков назад люди применяли для лечения простейшие лечебные препараты из растений. 

Вавилоняне, пришедшие на смену шумерийцам в XI веке до н. э., а затем ассирийцы широко использовали растения в лечебных целях. 
Вавилоняне применяли сотни лекарственных растений, в том числе корень со лодки, льняное семя, дурман, белену, молодые почки различных растений. Они вывозили их и в другие страны. Вавилоняне уже тогда заметили, что солнечный свет вредно действует на лечебные свойства собранных растений, поэтому высушивали их в тени, что рекомендуется и современными руководствами по сбору и сушке лекарственных растений. Часть глиняных табличек, обнаруженных в библиотеке ассирийского царя Ассурбанипала (VII век до н. э.), содержит описание лекарственных средств с указанием заболеваний, при которых они применяются, и способа употребления. В столице Ассирии Ниневии - был сад лекарственных растений.

В современной медицине существует множество разнообразных направлений. Одно из самых распространенных на сегодняшний день - народная медицина. Веками отработаны методики лечения травами, от слова и молитвы, от прикосновения к больному месту руки знахарки поднимаются больные люди, и слава о таких народных целителях идет впереди них. 
Фитотерапия и в русской народной медицине, и в народной медицине континентов и всех времен была основным видом лечения, т.к. растительный мир предлагал человеку обширный и доступный набор лечебных средств. Эти лечебные средства можно принимать и в виде фиточая.

Само понятие «фиточай» на Западе, а теперь и в России неразрывно связано с модой на здоровое питание. Очевидно, приставка «фито-» призвана показать, что напиток состоит из лечебных трав, а название «чай» показывает, что готовить и употреблять его можно точно так же, как и обычный чай.

1. 2. Историческая справка о пакетированном чае.

Предшественник чайного пакетика был изобретён торговцем Томасом

Салливаном в 1904 году. Традиционно чай продавали в больших жестяных банках, но Салливан решил, что будет выгоднее использовать мелкую расфасовку, а в качестве тары применил шёлковые мешочки. Клиенты, нью-йоркские рестораторы, обнаружили, что чай в новой упаковке удобно заваривать прямо в Современный чайный пакетик был изобретён инженером компании Teekanne (Дрезден) Адольфом Рамбольдом в 1929 году. Кроме самого чайного пакетика, Рамбольд создал несколько видов машин для его автоматической упаковки. 

Главным упаковочным материалом для первых пакетиков была марля, чуть позже — особая бумага из волокон манильской конопли, но и она вскоре уступила место более совершенной фильтровальной бумаге. 

В конце 1950 года появился запатентованный фирмой Teekanne двухкамерный чайный пакетик, который закрывался металлическими скобами. Таким образом, в бумагу стало поступать больше воды, чай стал быстрее завариваться и полнее насыщаться ароматом. 

Пакетированный чай с конца 1970-х годов практически вытеснил с рынка выпускавшийся до этого прессованный таблетированный и плиточный чай.

1.3. Химический состав чая

Чай изучают на протяжении веков, а над раскрытием его химического состава ученые трудятся по меньшей мере полтораста лет, только за последние десятилетия стало возможным получить сравнительно полное представление о том, какие химические вещества входят в состав чая. Но и сегодня некоторые химические вещества остаются в чае нераскрытыми либо распознанными лишь в самом общем виде.

Если еще в конце XIX века считали, что чай состоит из четырех-пяти основных веществ, то теперь в чае насчитывают десятки одних лишь крупных групп веществ, каждая из которых включает множество сложных и простых элементов. Общее число входящих в чай химических веществ и соединений пока еще невозможно подсчитать, десять – пятнадцать лет тому назад их насчитывалось около 130, а в настоящее время обнаружено уже около 300, причем 260 из них уже удалось идентифицировать, т. е. раскрыть их формулу.

Следовательно, чай – сложнейшее и разнообразнейшее по своему химическому составу растение.

Следует обратить внимание на шесть самых важных групп или составных частей чая: это дубильные вещества, эфирные масла, алкалоиды, аминокислоты, пигменты и витамины.

Дубильные вещества – один из существенных компонентов чая и чайного настоя. Они составляют 15-30% чая и представляют собой сложную смесь более трех десятков полифенольных соединений, состоящую из танина и различных (по крайней мере семи) катехинов, полифенолов и их производных.

Ферменты, или энзимы, содержатся в чае в основном в нерастворимом, связанном состоянии. Это биологические катализаторы. С их помощью происходят все химические превращения как в живом чайном растении, при его росте, так и в процессе фабричного приготовления чая. Основных ферментов чая три, а всего свыше десяти. Главные из них – полифенолоксидаза, пероксидаза и каталаза.

Эфирные масла имеются как в зеленом листе, так и в готовом чае. Несмотря на их крайне незначительное количество, они более других веществ, привлекали внимание человека: именно им справедливо приписывали неповторимый чайный аромат. От них, следовательно, зависит и качество чаев. Теперь установлено, что эфирных масел в зеленом листе чая содержится всего лишь около 0,02%. Это значит, что для получения 100 г этих масел в чистом виде надо переработать свыше полутонны чайного листа. Хотя при переработке чайного листа потеря эфирных масел достигает 70-80%, при этом происходит и другой процесс – возникновение новых эфирных масел.

Белковые вещества вместе со свободными аминокислотами составляют от 16 до 25% чая. Белки – важнейшая составная часть чайного листа. Белками являются все ферменты. Кроме того, белки служат источником тех аминокислот, которые возникают в процессе переработки чайного листа в готовый чай. По содержанию белков и их качеству, а, следовательно, по питательности чайный лист не уступает бобовым культурам. Особенно богаты белками зеленые чаи (среди них более всего японские).

Другую группу растворимых органических соединений в чае образуют органические кислоты (около 1%), в состав которых входят щавелевая, лимонная, яблочная, янтарная, пировиноградная, фумаровая и еще две-три кислоты. В составе чая они еще слабо исследованы, но ясно, что в целом они повышают пищевую и диетическую ценность чая.

Углеводы в чае содержатся разнообразные – от простых сахаров до сложных полисахаридов. Чем выше в сахаре процент содержания углеводов, тем ниже его сорт. Поэтому углеводы являются своего рода балластом для чая. К счастью, большинство их нерастворимы. Причем нерастворимы как раз ненужные человеку полисахариды – крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза, составляющие от 10 до 12% чая. Зато полезные углеводы – сахароза, глюкоза, фруктоза, мальтоза (их в чае от 1 до 4%) – растворимы.

Пигменты, входящие в состав чая, играют также немаловажную роль. Способность чайного настоя принимать разную окраску, давая всевозможные оттенки, от светло-зеленого до темно-оливкового и от желтоватого и розоватого, до красно-коричневого и темно-бурого, давно была замечена людьми и связывалась с наличием в чае различных красителей. Более тщательные исследования последних лет показали, что цветность настоя связана главным образом с двумя группами красящих веществ – теарубигинами и теафлавинами.

Первые, дающие красновато-коричневые тона, составляют 10% сухого чая; вторые, золотисто-желтую гамму, - лишь 2%.

Пектиновые вещества – это коллоидные вещества со сложным составом. Содержание их в чае колеблется от 2 до 3%. В присутствии сахаров и кислот они могут образовывать студенистые массы – желе. Пектины имеют немаловажное значение для сохранения качества чая: с ними связано такое физическое свойство чая, как его гигроскопичность.

При недостатке в чае пектиновой кислоты его гигроскопичность резко повышается, а, следовательно, чай портится быстрее. Дело в том, что пектиновая кислота покрывает каждую чаинку тонкой, слабопроницаемой для влаги желатиновой пленкой и таким образом играет для чая роль «дождевого плаща».

В чае присутствует чуть ли не весь алфавит витаминов. В нем имеется провитамин А – каротин, важный для нашего зрения. В чае представлена и обширная группа витамина В. Имеется и витамин С. В свежем чайном листе его в 4 раза больше, чем в соке лимона и апельсина. Но основным витамином чая является витамин Р. Витамин Р (или С2) в комплексе с витамином С резко усиливает эффективность аскорбиновой кислоты, способствует ее накоплению и задержанию в организме.

1.4. Классификация чая.

Выделяют несколько видов чая, которые отличаются степенью ферментации (окисления чайного листа). Среди них — чёрный, зелёный, белый и улун.

Черный

Полностью ферментированный. Листья становятся тёмно-коричневыми или чёрными, настой — насыщенным. 

Особенности производства:

• Листья собирают вручную, обычно срывают только верхние молодые листочки.

• Ферментацию проводят при определённом режиме температуры и влажности.

• После ферментации листья обжаривают, чтобы остановить ферментационные процессы.

Зеленый

Почти неферментированный. Листья обрабатывают паром, чтобы уберечь от окисления. 

Особенности производства:

• После сбора листья подвяливают и сушат на открытом воздухе, затем скручивают.

• Из сильноскрученных листьев получаются более насыщенные и крепкие чаи, а из слабоскрученных — более мягкие и душистые.

 Белый

Имеет невысокую степень ферментации (примерно на 5–7%). Название получил по виду чайной почки, которая густо покрыта белым ворсом. 

Особенности производства:

• Сбор — только ручной, ранней весной. Берут верхние почки («типсы») и 1–2 молодых листа, покрытых белым ворсом.

• Подвяливание — листья раскладывают на бамбуковых подносах под солнцем на 1–3 дня, что запускает естественную ферментацию (5–12%).

• Сушка — без высоких температур, сырьё досушивают в тени или хорошо проветриваемых помещениях.

 Улун

Полуферментированный. Ферментация продолжается от двух до трёх дней, достигая 30–70%. 

Особенности производства:

• Улуны производят из сочных зрелых листьев, собранных со взрослых кустов. 

• Условно улуны можно разделить на светлые (слабоферментированные 20–30%) и тёмные (более 50%). 

Вкус улуна варьируется от цветочного, растительного до древесного, карамельного в зависимости от места произрастания и степени ферментации. 
1.5. Воздействие чая на организм человека

Полезные свойства чая:

• тонизирует и стимулирует нервную систему, снимает усталость и сонливость;

• способствует нормализации обмена веществ;

• помогает при отравлении и расстройстве желудочно-кишечного тракта;

• укрепляет стенки сосудов;

• снижает риск онкологических заболеваний;

• замедляет процесс старения;

• уменьшает риск гипертонии, атеросклероза и возникновения тромбов;

• делает суставы более подвижными;

• снижает вес;

• улучшает состояние кожи;

• положительно влияет на зрение;

• предотвращает различные бактериальные инфекции.

Однако у чая есть и противопоказания:

Например, во время беременности чрезмерное употребление зелёного чая способствует угнетению усвоения фолиевой кислоты. Людям с повышенной кислотностью желудочно-кишечного тракта вредно пить зелёный чай, так как он увеличивает кислотность. При употреблении чая происходит сужение кровеносных сосудов, поэтому им опасно злоупотреблять при гипертонии и атеросклерозе.

Также чай способствует вымыванию из организма магния и кальция, что может привести к снижению плотности костной ткани и обострению заболеваний суставов.

Глава 2. Практическая часть.

Перед началом работы я изучила информацию на упаковках: дату изготовления, срок хранения, рекомендации по завариванию.

В соответствии с рекомендациями на упаковке заварила образцы.

2.1 Определение рН чая.

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.

В организме необходимо постоянно поддерживать строго определенный уровень рН. При нарушенном балансе могут возникнуть множество серьезных заболеваний.

В пробирку с чаем, опускали индикаторную бумагу для определения рН, а затем сравнивали её с эталоном. Данные приведены в Табл. 1

Таблица 1. Уровень рН в исследуемых образцах чая

Вывод: образец - 1 (красный) имеет наиболее кислую среду, образец – 2 (зеленый чай) имеет слабокислую среду, образец-3 (мелисса) имеет слабощелочную среду (см. Приложение 1. фото 1).

2.2 Определение изменения окраски в зависимости от среды.

Заваренный чай имеет различную окраску (см. табл. 2) (см. Приложение 2. фото 2).

Таблица 2­. Цвет исследуемых образцов в заварке

К пробам добавили небольшое количество раствора щелочи(сода) и кислоты (уксусная кислота) и наблюдали за изменением окраски. Результаты приведены в Табл.3.

Таблица. 3. Изменение окраски образцов в заварке в зависимости от среды.

Вывод: В кислой среде все образцы остались без изменения или посветлели. (см. Приложение 2. фото 3).

В щелочной среде чай образец -1 (красный) приобрел черный цвет, остальные остались без изменения или приобрели более насыщенный цвет.

2.3 Определение содержания танинов

К 1 мл раствора чая добавляли 1-2 капли хлорида железа (Ш). При наличии танина в чае наблюдали появление тёмно-фиолетового окрашивания. Содержание танина в чае определяли визуально-колориметрическим методом [2-3,6].

Вывод: Все сорта чая в той или иной степени содержат танин. В образце – 4 (зеленый чай с лимон, имбирь) танины, практически, отсутствуют. (см. Приложение 2. фото 4).

2.4 Определение содержания кофеина

В колбочки поместили примерно 1 мг исследуемого образца чая, добавили 2-3 капли концентрированной азотной кислоты. Смесь осторожно выпарили. В результате окисления кофеина образуется тетраметилаллоксантин оранжевого цвета. При реакции с концентрированным раствором аммиака это вещество превращается в пурпурат аммония.

Вывод: Все сорта чая содержат кофеин примерно в одинаковом количестве. (см. Приложение 2. фото 5).

2.5 Определение содержания витамина С

Определение содержания витамина С проводится с помощью йодометрического метода.

Он основывается на взаимодействии витамина С с йодом. Раствор йода способен окислять аскорбиновую кислоту с образованием бесцветной дегидроаскорбиновой кислоты, ионов водорода и иодид-ионов.

Анализ выполняется методом титрования: постепенное добавление известного количества одного из реагентов к другому до тех пор, пока определяемое вещество не прореагирует полностью. В этот момент происходит изменение цвета.

Для исследования в пробирки поместили 2 мл исследуемого чая, добавили воду до объёма 10 мл, а затем 10 капель 10% суспензии крахмала.

Далее медленно по каплям добавляем раствор йода к анализируемому раствору, постоянно его взбалтывая. Добавляем, пока не достигнем последней точки титрования: синяя окраска устойчива более, чем 15-20 сек.

Известно, что в 1 мл содержится 30 капель йода. Зная объём одной капли, можно довольно точно определить объём раствора йода, израсходованного на титрование аскорбиновой кислоты. Концентрация раствора йода нам известна: 1 мл его 5%-ного раствора соответствует 35 мг аскорбиновой кислоты. Результаты определения витамина С в образцах чая приведены в Табл. 8.

Таблица 8 – Содержание витамина С в исследуемых образцах

Вывод: Большое количество витамина С содержат чаи образец- 3 (мелисса) и образец - 5(зеленый чай): Чай черный, красный и зеленый с лимоном и имбирем содержат витамина С в 2 раза меньше. (см. Приложение2. фото 6).

2.6 Социологический опрос

В опросе приняло участие 60 человек разного возраста. Были опрошены ученики и работники школы.

Участники анкетирования должны были ответить на следующие вопросы:

1. Любите ли Вы чай?

2. Какой чай предпочитаете (черный, зеленый, красный, чай, белый, фиточай)?

3. Знаете ли вы про фиточай?

4. Полезен ли чай (полезен, вреден, затрудняюсь ответить)?

Анкетирование показало, что чай любят практически все опрошенные. Большинство предпочитают черный чай (в основном, мальчики 30 чел.), девочки отдают предпочтение зеленому чаю (20 чел.) и травяному (10 чел.). На вопрос о знание про фиточай 50 человек ответили - знают, а 10 человек- не знают. На вопрос о пользе чая большинство ответили положительно (40 чел.). Затрудняются с ответом преимущественно представители мужского пола (20 чел.).

Заключение

В результате проведенного исследования нами были изучены пять видов чая: образец - 1 (красный), образец - 2(черный), образец - 3(мелисса), образец -4 (зеленый чай с лимон, имбирь), образец – 5 (зеленый чай).

При проведении химического анализа мы убедились, что все изученные нами образцы соответствуют стандартам.

Установленное нами незначительное содержание синтетических красителей не должно препятствовать покупке и использованию этих марок.

Чай полезный и вкусный напиток, если соблюдать простые правила:

1. Не пить чай натощак – это может быть вредно для пищеварительной системы.

2. Не пить слишком горячий или слишком холодный чай.

3. Не пить чересчур крепкий чай. Высокая концентрация кофеина в таком напитке плохо влияет на самочувствие человека. Особенно, не рекомендуется пить крепкий чай людям, страдающим гипертонией, глаукомой, при обострении язвы желудка.

4. Не заваривать чай слишком долго – это ухудшает его вкусовые и питательные качества.

5. Не запивать чаем лекарства, так как они могут плохо усваиваться. Лекарства вообще лучше всего запивать чистой водой.

6. Не заваривать многократно черный чай.

7. Не пить вчерашний чай – он не только не содержит полезных веществ, но и может навредить организму.

Список литературы

1. Бартан О.О. Тувинские национальные блюда и лекарственные растения. - Кызыл, 1997.

2. Джессика Худрэт. Целительные травяные чаи. Рецепты для крепкого здоровья и долголетия.

3. Почиков О.П. Ваш доктор чай. Травяной чай.

4. СБиологический энциклопедический словарь / Гл. ред. М. С. Гиляров. — 2-е изд., испр. — М.: Советская энциклопедия, 1989. — 863 с. — 150 000 экз. — ISBN 5-85270-002-9.

5. Кролевец, А.А. Не попить ли нам чайку? // Химия в школе: Научно-методический журнал/ гл. ред. ред. Л. С. Левина.– Москва : Центр Химпресс- 2008, №9, с. 7-13- ISSN 0368-5632.

6. Яковишин, Л.А. Химические опыты с ферментами и чаем каркаде // Химия в школе: Научно-методический журнал / гл. ред. ред. Л. С. Левина.– Москва : Центр Химпресс- 2011, №6, с. 67-68- ISSN 0368-5632

В работе также использованы источники интернет-ресурсов:

7. http://cstea.ru/

8. http://www.tea.ru/272-2383.html

9. http://www.tea4you.ru/useful3.html

10. https://school-science.ru/6/13/36344

11. https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2022/01/23

танислав Серенот. Тыва улусчу эмнээшкин. – Кызыл, 2009 г.

Словари:

Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка

Приложение.1. Фото 1 показатель рН в исследуемых образцах

Приложение. 2.

Изменение окраски образцов в заварке в зависимости от среды

Фото 2. Изменение окраски раствора в кислотной среде

Фото 3. Изменение окраски в щелочной среде

Фото 4. Содержание танинов в образцах чая

Фото 5. Содержание кофеина в образцах чая

Фото 6. Определение содержание витамина С