Исследовательская работа по химии «Тайны, которое скрывает кофе»

VIII Всероссийская очная ученическая конференция«Эйдос», Москва,

1 ноября – 3 ноября 2018 г.

Тайны, которые скрывает кофе

Исследовательская работа по химии

Автор: Головина Дарья, 11А класс, МАОУ СОШ №1, г. Кировград,

[e-mail]

Руководитель работы: Сафронова Екатерина Николаевна, учитель химии

МАОУ СОШ №1, г. Кировград

Почему я выбрала эту тему

В современном мире неотъемлемой частью повседневной жизни многих людей, стало кофе. Кофе самый популярный напиток в мире – в этом состоит актуальность данной темы. Для многих людей он стал почти членом семьи. Более 90% жителей Земли пьют кофе. Кофеин — самый употребляемый наркотик в мире. Чаще всего он попадает в организм именно с кофе. И я задумалась, действительно ли кофе может нанести вред организму? Есть ли какие-либо противопоказания? И из чего вообще состоит кофе?

Цели и задачи

Я поставила перед собой цель изучить проблемы, связанные с кофе. При этом выполнялись следующие задачи:

1. Анализ информации по данной проблеме.

2. Выявить отношение респондентов к кофе.

3.Провести экспериментальные исследования воздействия кофе на организм человека.

4. Предложить рекомендации, связанные с употреблением кофе

Главная идея и проблема работы

Итак, с чего же началась история кофе? Она своё берет начало в Эфиопии, где впервые были замечены его тонизирующие свойства. Существует легенда, о том, что один пастух, в давние времена, поразился необычной резвости своих коз. Понаблюдав за животными, он заметил, что “танцевать” они начинают всякий раз после того, как наедятся листьев и плодов высокого кустарника, растущего на горном склоне. Живущий поблизости, настоятель местного монастыря удивился, в свою очередь, наблюдениями пастуха и напоил своих монахов отваром из кофейных плодов и листьев.

Существует ещё одна легенда об одном шейхе-отшельнике, который лечил больных людей отваром из кофейных плодов. И лечил столь успешно, что прослыл в округе святым. Также рассказывают о воинах и путешественниках, бравших с собой в далекие края кофейные зерна. Жевать зеленые ядрышки было полезно, но очень невкусно, и со временем кто-то догадался их обжарить, а потом размолоть и сварить. С этого момента кофе триумфально шествует по свету.

Что же входит в состав кофе? Оно представляет собой семена (зерна) плодов вечнозеленого кофейного растения, произрастающего в тропических стра¬нах. Слово «кофе» происходит от арабского названия этого растения «кахва».

Химический состав кофе достаточно сложен. В его состав входит огромное количество различных химических соединений, а новые добавляются еще и в процессе обжаривания кофейных зерен. Общее количество различных веществ, содержащихся в кофе, доходит до нескольких сотен.

·         Белки и углеводы.

Что касается белков, то их в кофе не так много — максимум 9-10%, большую часть из которых составляет так называемый аминный азот (около 1,5%), то есть азот, входящий в состав аминокислот, содержащихся в кофе. Углеводов же в кофе значительно больше: до 50 и иногда даже до 60% в сырых кофейных зернах. Из углеводов, содержащихся в кофе, больше всего сахарозы и целлюлозы — в среднем 8 и 8,5% соответственно.

·         Танин

Танин или, как его нередко называют, таннин представляет собой вещество, основной функцией которого является связывание других веществ — в частности, белков и полисахаридов. Именно поэтому так важно сохранять танин в тех напитках и продуктах, в которых он содержится, ведь его разрушение может повлечь за собой и распад многих других ценных соединений. Что интересно, химический состав танина (в плане составляющих его элементов) такой же, как и у воды — он состоит из кислорода и водорода, однако структура молекулы и количественное содержание этих элементов, разумеется, совершенно другие. В сырых зернах танин может составлять достаточно большой процент — вплоть до 7,7%. Однако во время обжаривания большое количество этого ценнейшего вещества распадается или окисляется и в уже готовом кофе содержание танина составляет не более 1%. Тем не менее, именно благодаря разложению танина кофе и приобретает тот незабываемый аромат и вкус, за который так ценят его истинные поклонники. Поэтому с точки зрения приобретения нужных вкусовых качеств расщепление танина просто необходимый процесс.

·         Кофеин

О наличии этого компонента в кофе знает практически каждый. Нужно сказать, что свое название он и получил благодаря этому напитку. Химическая формула кофеина: C₈H₁₀N₄O₂, то есть состоит он, как и многие другие органические вещества, из атомов углерода, водорода, азота и кислорода. Молекулярная структура кофеина следующая: в центре располагаются атомы углерода и азота, к трем крайним атомам углерода прикреплены по три атома водорода, а еще один — к атому углерода, находящемуся в связи с двумя атомами азота. Атомы же кислорода соединены с двумя другими связанными атомами углерода и находятся, как и водород, на концах структуры. У кофеина есть и другие названия: гуарани, материн, теин, а также 1-3-7-триметилксантин и 2-6-диокси-1-3-7-триметилпурин. Больше в химическую тему углубляться не будем, а поговорим о свойствах кофеина и об особенностях его содержания в кофе.

Виды кофе:

На Земле произрастает несколько основных видов кофе: первый из них – Арабика. Арабика (70% мировых продаж) произрастает на высоте от 600 до 2000 метров над уровнем моря,  лидирует по многим показателям. Например, по количеству сортов, по доле продаж в мировой торговле, по производству кофейных зерен в мире; второй – Робуста - 28%. Является быстрорастущим и более устойчивым к вредителям, чем арабика, и произрастает примерно от 0 до 600 м над уровнем моря. Он был обнаружен только в середине 18 века. Лидер по производству Робуста – Африка; считается менее изысканным кофе с точки зрения аромата. В то же время он содержит больше кофеина. Третий вид кофе – Либерика - 2%. Либерика отличается очень низкими урожаями, большой прихотливостью и отсутствием спроса.

Производящийся в Азии (Индонезия, Филиппины, южная Индия) сорт «Копи Лювак» или «Капе Аламид», является самым дорогим кофе (около 750 рублей за чашку), поскольку для правильного приготовления должен пройти пищевую цепочку, включающую желудочно-кишечный тракт мусанга  (Paradoxurushermaphroditus) — небольшого зверька семейства виверровых. Без последнего звена вкус и аромат этого кофе весьма посредственные.

План работы

1.                      Изучала историю кофе

2.                      Анализировала теоретические аспекты отрицательного и положительного воздействия кофе на организм человека.

3.                      Провела социологический опрос среды учащихся и педагогов, употребляющих кофе.

4.                      Создала рекомендации, связанные с употреблением кофе.

5.                      Создала проектный продукт – буклет.

Описание хода работы и ее результатов

Практическая часть исследовательской работы была посвящена изучению химических свойств различных видов  кофе и выяснение отношения человека к кофе – проведение анкетирования среди людей, пьющих кофе.

Методами исследования были выбраны: эксперимент, наблюдение, анализ, анкетирование. Для экспериментального исследования кофе были взято различных 9 видов  кофе:

1. OriginalArabica (кофе натуральный жареный молотый средне-обжаренный, сорт премиум);

2. Egoistecafé (растворимый, гранулированный кофе,Германия)

3.  Egoistecafé (растворимый, гранулированный кофе, Швейцария)

4. NescafeGOLD( натуральный кофе, гранулированный, растворимый)

5. Jacobsmonarch (кофе натуральный растворимый в молотом,);

7. NERO Maximus ( кофе сублимированный)

8. Nobile (натуральный жареный  кофе в зёрнах, Германия)

9. Чёрная карта GOLD (растворимый, гранулированный кофе)

Экспериментальные исследования кофе включали:

·         Изучение химических свойств кофе:               

o   Опыты с кофеином: выделение кофеина, качественная реакция на кофеин;

v  Опыт №1:   Возгонка кофеина с MgO.

Кофеин возгоняется при 180оС, и в растворах находятся в виде моногидрата, устойчивого до 100оС. 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:

Наблюдается возгонка кофеина, при этом он образует игольчатые кристаллы.

Количество выделившихся кристалликов говорит о предполагаемом выделившимся кофеине. Кофеин оказывает стимулирующее влияние на центральную нервную систему, облегчает восприятие, улучшает функции органов чувств, повышает двигательную активность, умственную и физическую работоспособность, уменьшает усталость и сонливость. Кофеин стимулирует сосудодвигательный центр и оказывает сосудосуживающее действие.

v  Опыт №2:   Качественная реакция на кофеин

Оборудования и вещества: стеклышко с выделившимися на нем кристалликами, концентрированная азотная кислота.

Ход работы:

1. Каплю концентрированной азотной кислоты прилили к выделившемуся предполагаемому кофеину. В результате окисления образуется амалиновая кислота (тетраметилаллоксантин) желтого цвета.  

2. Добавили каплю концентрированного раствора аммиака и наблюдали красное окрашивание, образование пурпурата аммония.

Результат:

Качественная реакция на кофеин дает нам право говорить о его присутствии в виде кристалликов на стенках колбочек.

o   Результаты анкетирования учащихся школы

В анонимном – интернет анкетировании приняли участие 50 человек.

На вопросы анкеты учащиеся  дали следующие ответы:

·         пьют по одной чашке кофе в день: 28 человека (56%), по 2 чашки 9 (18%), от 3 чашек кофе 8 человек (16%), не считали 4 человек (8%);

·         предпочитают пить кофе: молотый – 21 человек(42%), растворимый – 32(64%), в зернах  9 человек (18%), а в гранулах всего лишь - 1 человек (2%)

·         обычно пьют кофе: утром 28 человек (56%), вечером 6 человек (12%), днем 10 человек (20%) и перед сном всего лишь 1 человек (2%), в любое время суток пью кофе – 5 человек(10%);

·         кофе не считают вредным: большая часть опрошенных 38 человек (76%), не задумывались о вреде кофе 12 человек (24%);

·         отказаться от употребления кофе могут – 34 человека(69,4%), остальные не готовы пока пойти на данный шаг.

·         не считают, сколько тратят денег на кофе в месяц: 66% опрошенных, остальная часть: 10% тратят до 100 рублей в месяц, а 300 рублей тратят 11%, и выше 700 рублей - 2%;

·         кофе оказывает возбуждающее действие у 46%, бодрость у 4%, вялость у 8%, не действует у 34% и 8% человек засыпают после употребления кофе.

Главные выводы работы, её назначение и применение

Для многих людей утренний кофе – это то, без чего начало утреннего дня немыслимо. Иногда только предвкушение вкуса и аромата этого замечательного напитка заставляет бодро покинуть тёплую уютную кровать.

Этому напитку посвящались симфонии и стихи. Философ Вольтер в день выпивал 50 чашек кофе. Анна Ахматова именно про кофе говорила: «Без необходимого – могу, а  без роскоши – не могу! Без хлеба легче, чем без кофе!»

В тяжелые времена люди придумывали замену кофе – всяческий суррогат. Кофе делали из цикория, моркови!

 Сейчас кофе может позволить себе каждый. Но не каждый может позволить себе не заботиться о здоровье. Существует мнение, что кофе вреден. Кофеману отказаться от любимого напитка очень сложно. С точки зрения современной медицины теория о вреде кофе сильно преувеличена. Кофе пить можно, другое дело, что если человеку не нравится этот напиток – не надо заставлять, не надо рассматривать кофе как источник здоровья.

     Кофе оказывает одновременно и оздоравливающее, и ослабляющее воздействующее на организм.

 Содержащийся в кофе, кофеин – алкалоид, оказывающий стимулирующее действие на организм, особенно на центральную нервную систему.

Сейчас кофеин с успехом применяется в медицинской практике при многих заболеваниях. Он входит в состав более двадцати наименований различных лекарственных препаратов, способствующих восстановлению нарушенных функций некоторых органов человека.

В кофе содержится восемь витаминов из группы В. Они регулируют течение многих биохимических процессов в организме и этим предупреждают возникновение ряда тяжёлых заболеваний. При умеренном потреблении кофе скорее выявляет, чем вызывает какие-то нарушения в работе пищеварительного аппарата (изжога, гастриты и т.д.), а при потреблении в больших дозах он содействует выведению из организма с мочой кальция и снижает усваиваемость пищи. Кофе – это пищевой продукт, но он гораздо ближе к лекарствам.

Рефлексия

Я выполнила исследовательскую работу «Тайны, которое скрывает кофе» потому что это очень актуальная тема в наши дни т.к. жизнь многих людей сегодня практически не возможна без употребления этого напитка.

            Самооценка

Особых трудностей при выполнении работы у меня не возникло. В целом работа, на мой взгляд, получилась наглядной, обширной и интересной. Я постаралась как можно подробнее изучить вопрос о составе кофе и о влиянии его на организм человека. В ходе написания проекта, приобрела такие навыки как: структурирования информации, построения диаграмм и проведение опытов. Для себя я узнала много нового, хотелось бы поделиться результатами моей работы с более обширной аудиторией.

Рецензия

на проектную работу  Головиной Дарьи «Тайны, которое скрывает кофе»

МАОУСОШ №1, 11-й класс, Кировградский городской округ

Научный руководитель проекта Сафронова Екатерина Николаевна

учитель химии.

Данный проект направлен на расширение своих знаний по органической химии. Ученица проявляет интерес к предмету химии, может находить интересную информацию, классифицировать и обобщать теоретический материал. Научно-исследовательская работа имеет четкую структуру и написана грамотным научным языком. При написании проекта была проанализирована доступная литература по данной теме и использованы Интернет-ресурсы. Дарья объяснила актуальность своей работы, чётко сформулировала цель, выдвинула ряд конкретных задач, провёла эксперименты в школьной лаборатории, и сделала заключительные выводы. Оформление работы в целом соответствует предъявленным требованиям. Материалы и выводы проектного исследования могут быть использованы на элективных курсах и уроках химии.

Краткое описание документа:

Данный проект направлен на расширение своих знаний по органической химии. Ученица проявляет интерес к предмету химии, может находить интересную информацию, классифицировать и обобщать теоретический материал. Научно-исследовательская работа имеет четкую структуру и написана грамотным научным языком. При написании проекта была проанализирована доступная литература по данной теме и использованы Интернет-ресурсы. Дарья объяснила актуальность своей работы, чётко сформулировала цель, выдвинула ряд конкретных задач, провёла эксперименты в школьной лаборатории, и сделала заключительные выводы. Оформление работы в целом соответствует предъявленным требованиям. Материалы и выводы проектного исследования могут быть использованы на элективных курсах и уроках химии.