Исследование свойств чая

ГПОУ «Новокузнецкий техникум строительных технологий и сферы обслуживания»

Исследование свойств чая

Работа на конкурс «Творческий поиск»

Номинация: Математика, информатика и естественные науки

Автор: Шестакова Дарья

ИСО1-16

Руководитель: Слюсарь

Кристина Сергеевна,

преподаватель химии,

биологии и естествознания

Новокузнецк 2017

Оглавление

Стр.

Введение……………………………………………………………………….. 3

Глава 1. Общая характеристика чая …………………………………………..4

1. История открытия чая…………………………………………………...4

2. Химический состав чая..…………………………………………..…….5

3. Возрастные особенности памяти…………………………………....….7

Глава 2. Влияние чая на организм человека …………………………………10

Экспериментальная часть……………………………………………….……..14

Заключение……………………………………………………………..………16

Список литературы………………………………………………………..…...18

Введение

Трудно найти уголок Земли, где не любили бы чай. Этот напиток занимает второе место после воды. Первое упоминание о чае восходит к глубокой древности. Чай – поистине волшебный продукт. Это не только полезный и приятный напиток – очень широко чай применяется в разных, часто неожиданных целях. Чай – уникальная химическая фабрика. Первые серьезные исследования химии чая были начаты еще в начале 20 века на яванских плантациях. Однако, до сих пор точный химизм чая (а также его изготовления и заваривания) неизвестен. Сочетание веществ в чае уникально и не может быть заменено никакими другими растениями, и уж тем более – химическими препаратами.

В данной работе нам представляется интересным свойства чая и рассмотреть насколько полезно или же бесполезно, а быть может даже вредно его употребление.

Исходя из выше сказанного, целью нашей работы является исследование свойств чая и его воздействия на организм человека.

Данная цель достигается путем решения следующих задач:

1. изучить историю открытия чая;

2. рассмотреть состав и свойства чая;

3. исследовать некоторые свойства чая опытным путем;

4. дать рекомендации по рациональному использованию чая.

Объектом исследования стал чай различных сортов, а предметом – свойства чая.

В качестве рабочей нами была принята следующая гипотеза: свойства чая определяются биологически активными веществами, входящими в его состав.

В ходе работы использовались такие методы исследования как анализ литературных источников, эксперимент, наблюдение, сравнение, анализ.

Глава 1. Общая характеристика чая

1. История открытия чая

Родина чая – Юго-Западный Китай и примыкающие к нему районы Верхней Бирмы и Северного Вьетнама.

Интересно, что само слово "чай" пришло к нам через тюркские языки из северокитайского cha, в то время как источником названия в Западной Европе послужило южнокитайское te. Как это получилось, проследить так же трудно, как и установить точное время появления напитка в разных регионах.

Первое упоминание о чае восходит к глубокой древности. О том, как был обнаружен дикорастущий чай, рассказывают легенды Китая, Индии, Японии. По одной из них, чай возник во времена творения Земли и Неба, его связывают с именем Государя Солнца Янь-ди. По другой, император Южного Китая Чен Нунг (III тысячелетие до н.э.) однажды попробовал напиток, который случайно получился из листьев, нечаянно попавших в кипяток. Напиток оказался настолько ароматным и вкусным, что император приказал собрать и сохранить эти листья и издал указ о применении его по всей стране.

Исторические памятники подтверждают, что чай был известен в Китае уже в период троецарствия (220 - 280 годы). Возделывание его как культуры относится к 350 году [2, 68].

Долгое время считалось, что кусты – единственный вид этого растения. В 1763 году один шведский мореплаватель привез известному естествоиспытателю Карлу Линнею из Китая живой чайный куст. Ученый, будучи уверен в уникальности этого растения, присвоил ему в своей классификации название thea sineusis – "чай китайский". И лишь в XIX веке в индийской провинции Ассам, в Бирме и Лаосе были открыты чайные деревья. Ботаникам пришлось признать, что чай имеет и другой вид, которому было дано название thea assamica – "чай ассамский". Чем дальше на север, тем мельче чайные кусты, а ближе к экватору это уже большие деревья. Первенство и превосходство дикого китайского кустового чая по сравнению со всеми известными его разновидностями было доказано и путем биохимического анализа советским химиком К.М. Джемукадзе [1, 44].

Китайские философы говорили, что чай лучше вина, так как, укрепляя и взбадривая, он не вызывает опьянения, и лучше воды, так как не является переносчиком инфекции.

Вначале чай употребляли правители и священнослужители как целебное питье, снимающее усталость, укрепляющее силы и зрение, или в составе мазей, например от ревматизма. Использовать чай как напиток на его родине начали в V веке. Чай ценился очень высоко – императоры дарили его своим сановникам в знак поощрения. В VI веке это любимый напиток знати. Но к Х веку чай уже стал национальным напитком в Китае и, соответственно, предметом торговли. В Европу чай был ввезен в XVI - XVIII веках португальцами и голландцами. В 1793 году лорд Макартни вывез из Китая семена чая и передал их в Калькуттский ботанический сад для изучения и культивации.

На Яве, Суматре, во Вьетнаме чай начинают разводить в первой половине XIX века, во второй половине – в Африке и Южной Америке, в начале ХХ века – в Северной Италии и Южной Швейцарии. В настоящее время разведение чая освоено и в Австралии [2, 32].

1. Химический состав чая

По разным данным в чае содержится около 300 химических элементов. Но надо отметить, что в процессе роста чайных листьев, в зависимости от технологии их обработки и приготовления чая соотношение веществ, содержащихся в напитке, который мы пьем, меняется. Вместе с тем меняются и полезные свойства чая. В зеленом листе чая, который растет на дереве, содержится до 80% воды, а в сушеном – 3-5%. Все вещества, содержащиеся в чае можно условно поделить на группы: растворимые (сюда относятся витамины, белки, эфирные масла, пигменты, аминокислоты, дубильные вещества, алкалоиды) и нерастворимые (ферменты, углеводы и пектиновые вещества).

Прекрасный аромат чаю придают эфирные масла. Их в сухом чае совсем немного – примерно 0.006%. Помимо создания приятного аромата, эфирные масла несут пользу здоровью – помогают организму бороться с бактериями и останавливать воспалительные процессы. Поэтому при простуде очень полезно пить горячий чай. Больше всего эфирных масел содержится в красном (улунском) чае.

Алкалоиды стимулирую деятельность нервной системы. Среди алкалоидов,содержащихся в чае присутствуют: диуретин, аденин, теобромин, лецитин и другие, но особо стоит упомянуть кофеин. В чае кофеина содержится больше, чем в кофе или какао, но эффект, оказываемый им на сердечно-сосудистую систему и центральную нервную систему более мягкий. Это объясняется тем, что кофеин в чае соединен с танином и образует теин. Таким образом, теин улучшает умственную работоспособность и повышает активность без негативного влияния на здоровье человека. Однако, именно кофеин, не имеющий цвета и запах, придают чаю горький вкус.

Цвет чая зависит от содержащихся в нем пигментов. Основные красящие вещества, содержащиеся в чае – это теафлавины(до 2%) и теарубигены(до 10%),а также каротин, хлорофилл и ксантофилл.

В чае обнаружено 17 аминокислот, их доля около 2%. Аминокислоты помогают восстановиться нервной системе, например после стресса или изнурительной нагрузки. Кроме того, взаимодействуя с другими веществами, содержащимися в чае, аминокислоты образуют альдегиды и тоже способствуют созданию приятного чайного аромата.

Белки с учетом аминокислот составляют до 25% чайного листа. В процессе производства чая некоторые белки превращаются в аминокислоты. Наиболее богаты белковыми веществами зеленые чаи.

Почти на 30% чай состоит из дубильных веществ, то есть из смеси полифенольных соединений и производных от них. Эти вещества обладают множеством полезных свойств: препятствуют развитию раковых заболеваний, снижает артериальное давление, антимикробное, дезинфицирующее, Р-витаминное свойства и другие. Дубильные вещества являются активными антиоксидантами, которые препятствуют старению клеток организма. Лидируют по содержанию дубильных веществ – белые чаи и зеленые.

Большую ценность для здоровья несут витамины, содержащиеся в чае. Согласно исследованиям, напиток содержит практически все наиболее важные витамины. Витамины группы В способствуют нормальному функционированию желез внутренней секреции, нервной системы, а также улучшают состояние кожи и волос, эти витамины полезны для растущего организма. Аскорбиновая кислота (или витамин С) известен своим антимикробным и противовоспалительным свойством, он помогает организму сопротивляться болезням. Очень важно, что в горячем чае витамин С не разрушает под действием высокой температуры, потому что находится в связи с танином. Витамин Р (или рутин) полезен для стенок сосудов и капилляров. Витамин РР (или никотиновая кислота) хорошо растворяется в воде и обладает противоаллергическим эффектом. Кроме упомянутых, в чае содержатся витамин А (полезный для зрения), витамин К (поддерживающий нормальную свертываемость крови), витамин D ( полезен для костей), витамин E (препятствует старению).

Наконец, в чае обнаружено большое количество неорганических веществ также полезных для организма человека: калий, кальций, марганец, фтор, фосфор, медь, железо, сера, йод, цинк и прочие.

Все это лишь общие знание о составе чая, до сих пор точный химический состав этого напитка учеными не изучен до конца. Именно благодаря своему уникальному химическому состав долгое время в Китае (в самом начале истории чая) этот напиток считали целебным.

И черный, и зеленый чай производят из одного и того же растения «Камелия Синенсис». Различия состоят в технологическом процессе, который проходят листья, прежде чем превратиться в конечный продукт под названием чай.

При производстве черного чая собранные зеленые листья в течение нескольких часов подвергаются процессу завяливания, для того, чтобы удалить из них влагу, и затем направляются в специальные машины – роллеры, для прохождения этапа скручивания ( разрушения тканей чайного листа). Этот процесс дает начало серии химических реакций, где катализаторами являются ферменты, содержащиеся в листьях. Данные химические реакции происходят уже на следующем этапе, так называемом этапе окисления, или ферментации. Основной реакцией является преобразование катехинов (флавонолов) – основных компонентов, входящих в состав листьев, в вещества, известные как «теафлавины» и «теарубигины» и т.д., придающие характерный вкус черному чаю.

При производстве зеленого чая, собранные зеленые листья подвергаются процессу пропаривания в специальных пропарочных аппаратах или чаефиксационных агрегатах для того, чтобы удалить содержащуюся в листьях влагу. Процесс окисления (ферментации) при производстве зеленого чая исключается, это активирует энзимы в составе чая. Таким образом, химический состав зеленого чая схож с химическим составом свежих чайных листьев. При производстве чая «Улунг» процесс ферментации допускается в течение короткого периода времени. Черный и зеленый чай содержат одинаковое количество «флавоноидов», но различаются по своей химической структуре. Зеленый чай содержит в своем составе больше простых «флавоноидов», именуемых «катехинами», в то время процесс ферментации, применяемый при производстве черного чая, преобразовывает эти простые «флавоноиды» в более сложные комбинации, называющиеся «теафлавины» и «теарубигины». Полифенолы, особенно те, которые мы называем «флавоноидами», являются сильными антиоксидантами. «Флавоноиды» содержат в своем составе катехины, теафлавины и теарубигины и, в основном, отвечают за оздоровительное и благотворное воздействия чая на организм. До недавнего времени зеленый чай считался самым эффективным антиоксидантом, содержащим катехины. Однако последние химические исследования показали, что теафлавины и теарубигины, выработанные из катехинов в процессе производства черного чая, являются столь же эффективными антиоксидантами. Оздоровительные эффекты, достигаемые при употреблении черного и зеленого чая сопоставимы, они оба способствуют укреплению здоровья и жизнедеятельности организма. Решение о том, какой вид чая пить – просто дело вкуса [5].

Таблица 1. Химический состав чая

Глава 2. Влияние чая на организм человека

С древности и до наших дней человечество признает благотворное действие чая на организм. В книге "Махзан-аль-Адвия" ("Сокровищница лекарств") приведены слова таджикского врача XVIII века о том, что чай "укрепляет силы организма и дух, возбуждает, повышает настроение. Укрепляет он также желудок и половую способность у людей с холодной натурой".

Древние китайцы называли чай "огнем жизни". В начале ХVIII века медик японского императорского двора отмечал, что "чаепитие способствует очищению крови, очищает слизистую оболочку глаз, регулирует работу печени и селезенки, снимает сонливость и вялость, оживляет мышцы тела..."

Лев Толстой говорил о чае: "Я должен был пить много чая, ибо без него не мог работать. Чай высвобождает те возможности, которые дремлют в глубине моей души".

Чай оказывает тонизирующее действие на организм человека, усиливает жизненные функции, прекрасно утоляет жажду. Он позволяет человеку длительное время переносить отсутствие пищи, поэтому чай – незаменимый спутник путешественников, геологов, моряков. Во многих армиях чай является обязательным продуктом питания.

Практически в любом чае обнаруживается более 130 веществ различной сложности. Они составляют примерно 10 более или менее постоянных групп, которые и определяют качество данного вида и сорта чая. Почти половина из них относится к экстрактивным веществам, то есть способным переходить в горячую воду.

Темную, иногда красно-коричневую окраску и вяжущий терпкий вкус заваренный чай получает прежде всего благодаря дубильным веществам – танинам. В сухом чае их до 16%. Эфирные масла, содержание которых в чайном листе достигает 0,007%, придают чайной заварке неповторимый специфический аромат [4].

К дубильным веществам относятся также катехины. Все дубильные вещества, а особенно катехины, способствуют повышению эластичности стенок кровеносных сосудов и тем самым снижению их ломкости и проницаемости, что имеет исключительно большое значение в профилактике и даже лечении атеросклероза. При заболеваниях сердечно-сосудистой системы чай оказывает успокаивающее действие, расширяет сосуды, ликвидирует спазмы, облегчая тем самым кровообращение, нормализует кровяное давление. При гипертонии катехины чая снижают кровяное давление и во всех случаях снимают головную боль и шум в ушах. Катехины связывают в кишечнике ряд нежелательных для организма продуктов обмена веществ, что вместе с действием пектинов способствует оздоровлению кишечника, поддержанию тургора в тканях и является весьма полезным в комплексе мер профилактики преждевременной старости.

Тонизирующее действие заваренного чая обусловлено имеющимися в нем алкалоидами – кофеином и теобромином. В лучших сортах чая их содержится до 4%.

Кофеин чая лучше, чем такое же вещество кофейного зерна; он возбуждает сокращения сердечной мышцы, расширяя при этом кровоснабжающие артерии. Таким же образом кофеин действует на сосуды головного мозга. Отсюда и заряд бодрости от стакана хорошо заваренного свежего чая. Чай называют "эликсиром бодрости" [5].

В медицинской практике известна способность чая благоприятно влиять на функцию почек. Опыт показывает, что люди, страдающие заболеваниями почек, отлично переносят чай, он не приносит вреда даже при острых и хронических нефритах с проявлением почечной недостаточности. Благоприятное действие чая в этих случаях заключается в том, что он снимает общую слабость и отсутствие аппетита, характерные для этих заболеваний.

Известно благотворное действие чая при заболеваниях дыхательной системы. Объясняется это тем, что при чаепитии интенсивнее идет клеточный обмен в дыхательных путях. Поэтому чай является полезным потогонным и стимулирующим средством при всех простудных заболеваниях органов дыхания.

Чай богат витаминами. Содержащийся в чае витамин В2 способствует повышению эластичности кожи, делает ее более упругой и красивой.

В чае содержится много фтора. Поэтому он является средством защиты зубов, препятствующим возникновению кариеса. Беда лишь в том, что большинство людей пьют чай со сладостями, существенно снижая благотворное действие чая.

С древних времен известно влияние чая на нервную систему человека. Под действием чая увеличивается приток кислорода к клеткам мозга, усиливается его деятельность, улучшается дыхание, увеличивается газовый обмен.

Чай способен выводить из организма вредные вещества, в том числе тяжелые металлы, оздоравливая желудок, почки и отчасти печень.

Но все, что мы сказали о полезных свойствах чая, справедливо только в тех случаях, когда приготовление его основано на знании сортов и типов чая и их действия. Иначе возможно отрицательное и даже противоположное действие напитка. Высокая концентрация настоя может вызвать состояние повышенной возбужденности, бессонницу, если его выпить непосредственно перед сном. Сверхвысокая концентрация чая может вызвать быстрый и глубокий сон. В старых книгах можно найти указание на чай как на снотворное средство. Обычно такое воздействие оказывает более чем 10-кратная доза чая [2, 11].

Основательно подпортить здоровье можно так называемым чифирем, который готовят путем длительного кипячения и выпаривания сухого чая. Чифирь ничего общего не имеет с чайным напитком, хотя его и готовят из сухого чая.

Некрепкий чай можно пить всем. Крепкий же чай может привести к усилению сердцебиения, повышению кровяного давления, усилению нервной возбудимости, раздражительности. Не показан крепкий чай маленьким детям. Неумеренное употребление чая может повредить. Сколько же пить чаю? Может быть, вспомнить древнюю мудрость: "Одна чашка – удовольствие, две – утоление жажды, а три пьют только ослы"?

Каждый народ, каждый регион и даже семья имеют свои традиции приготовления и употребления этого замечательного напитка. Предельно усложнен и усовершенствован японский ритуал чаепития. Здесь и особый сценарий, и специальная посуда, и даже пространство: нередко церемония проводится в так называемом чайном домике. Она сродни культовому действу и имеет философско-эстетический характер.

Экспериментальная часть

Качественные реакции на свойства чая

В качестве исследуемого вещества нами были использованы следующие образцы чая:

Образец № 1 – зеленый чай «Greenfild»

Образец № 2 – черный чай «Lipton»

Образец № 3 – красный чай «Беседа»

Опыт №1 Выделение танидов

Чтобы выделить таниды, водный экстракт образцов №1,2,3 по 300 г обработали ацетатом свинца 35 г и на осадок танида свинца действовали разбавленной серной кислотой, взятой в недостатке. Отфильтровав осадок сульфата свинца, упарили раствор танидов.

Количество выделенных танидов в образцах: образец №1 – 7 г, образец№2 – 5 г, образец№3 – 5 г.

Вывод: таким образом, зеленый чай содержит больше танидов.

Опыт№2 Хроматография чая

Для эксперимента взяли 3 полоски фильтровальной бумаги размером 20х1,5 см. На один конец нанесли каплю чайного раствора танида в спирте каждого из образцов и опустили в 2%-ный раствор уксусной кислоты. Полученные хроматограммы высушили и обрызгали 1%-ным раствором хлорида железа (III).

Хроматограммы покрылись синими и зелеными пятнами. Хлорид железа проявил ее: катехин и эпикатехин дают с этой солью соединение, окрашенное в зеленый цвет, а эпикатехингаллат – в синий.

Вывод: таким образом, танин- это смесь веществ, а не одно вещество.

Опыт№3 Качественная реакция на танин

В три пробирки поместили 0,3 г ванилина в 2%-ном растворе соляной кислоты, добавили по 0,1 г танина образцов №1,2,3. Появилось ярко малиновое окрашивание во всех образцах.

Вывод: таким образом, все образцы содержат танин в своем составе.

Опыт №4 Определение кофеина

Измельчили чай образцов №1,2,3 с 2 г оксида магния и перенесли в фарфоровой тигель, поставили на тигель фарфоровую чашечку с холодной водой, осторожно нагрели тигель. На чашке при возгонке кофеин осел в виде блестящих бесцветных кристаллов. Кристаллы собрали в чистый сосуд. Кристаллы кофеина всех образцов перенесли на фарфоровую пластинку и добавили 2 капли концентрированной азотной кислоты и выпарили до суха. В результате окисления кофеина образовалась амалиновая кислота оранжевого цвета во всех трех образцах.

Вывод: таким образом, все образцы чая содержат кофеин.

Заключение

Таким образом, в ходе проделанной работы мы изучили историю открытия чая, рассмотрели его состав и свойства, исследовали некоторые свойства чая опытным путем;

В результате можно сделать следующие выводы:

• выдвинутая нами гипотеза подтвердилась: свойства чая действительно определяются биологически активными веществами, входящими в его состав.

• оздоровительные эффекты, достигаемые при употреблении черного и зеленого чая сопоставимы, они оба способствуют укреплению здоровья и жизнедеятельности организма.

• учитывая, что большинство из нас является потребителями чая, мы предлагаем следующие рекомендации по его употреблению:

1. Вода для заваривания чая должна быть без запаха, чистой, прозрачной, не иметь взвешенных частиц. Не следует брать минеральную воду, так как в ней много минеральных солей. Очень хороша вода горных источников.

2. Чайник должен быть прогрет. Это можно сделать, ополоснув его несколько раз кипятком, подержав минуты две в струе горячего воздуха (например, в духовке) или опустив чайник в кипяток. Перед тем, как положить в чайник заварку, его необходимо обсушить. Затем в чайник кладут заварку и наливают воду, только что кипевшую "белым ключом". Чайник заполняется не полностью, а лишь наполовину (для черного чая), на две трети (для смеси черного и зеленого чая) или на одну четверть (для зеленого чая). Чайник закрывается салфеткой, так, чтобы она прикрывала носик и отверстие в крышечке, и чай настаивают от 3 до 15 минут, в зависимости от сорта. Потом чайник доливают кипятком, но так, чтобы до верха оставалось 1 - 1,5 см (чтобы пена не осела на крышке). Затем чай перемешивают ложечкой или наливают в чашку и опять выливают в чайник. Вот теперь напиток можно считать готовым.

3. Заваривая чай, брать по одной чайной ложке заварки на чашку чая плюс одна чайная ложка на чайник.

4. Ароматизированные чаи заваривают в уменьшенной дозе или даже добавляют к заварке чистого черного чая, чтобы аромат был не слишком резким.

5. Время заварки зависит от качества чая и воды. Черный чай заваривают в течение 4 - 6, не более 8 минут. Для низкосортных чаев время заварки увеличивается. Но больше 10 минут заваривать чай нецелесообразно. Ароматизированные чаи заваривают вообще в течение 2 - 3 минут.

Список литературы

1. Анашвили, К. Э. Ваше здоровье [Текст]: научно-популярное издание / Анашвили, К. Э.- СПб.: Питер, 2012. – 370 л.

2. Бобровский, Л.И. Химия в жизни [Текст]: научно-популярное издание / Бобровский, Л.И.. – М.: Триумф, 2009.- 150с.

3. Ималина, А.А. Химия вокруг нас здоровье [Текст]: научно-популярное издание / Ималина А.А.. – М.: АСТ, 2009. – 152 с.

4. Лиуц, Н.Е. Еще раз о чае [Текст]// Вестник последипломного медицинского образования.- 2007.- №8. С. 15-16.

5.Перов, О.И. О пользе бесполезных вещей [Текст]//Здоровье. – 2009.-№4. – С. 12-13

6.Смиртов, Д.Н. Опыты с чаем [Текст]//Химия в школе. – 2015.-№11. – С. 62-65