За визначенням Великої радянської енциклопедії «ЧАЙ - рід тропічних вічнозелених багаторічних рослин сімейства чайних, часто приєднується до роду камелія. 2 види: чай китайський (китайської та японської різновиди) - чагарник висотою до 3 м, в гірських районах Південно-Східної Азії; чай ассамский (включає цейлонський чай - природний гібрид китайського чаю з ассамським) - дерево висотою до 10-15 м, в лісах Ассама (Індія). Обидва види поширені в культурі. У Росії і Грузії на основі китайського чаю отримані селекційні сорти чаю: «Краснодарський», «Грузинський» перший, другий і ін. (Названі за місцем виробництва). «Індійський», «Цейлонський», «В'єтнамський», «Китайський» - назви імпортованих в Росію сортів чаю ».
Хоча чай вивчають протягом століть, а над розкриттям його хімічного складу вчені трудяться, щонайменше півтори сотні років, тільки за останні десятиліття стало можливим отримати порівняно повне уявлення про те, які хімічні речовини входять до складу чаю. Але і сьогодні деякі хімічні речовини залишаються в чаї нерозкритими або розпізнаними лише в найзагальнішому вигляді. ЧАЙ отримують (зазвичай Зав'ялювання, скручуванням, ферментацією, сушінням) з листя, стебел рослини чай. Випускають чай байховий (розсипний) і пресований (цегельний, плитковий). Залежно від способу обробки листа розрізняють чорний чай, зелений чай (кок-чай), жовтий чай, червоний чай (оолонг). Як показали дослідження, чай складається на 30-50% з екстрактних, т. Е. Розчинних у воді частин. На практиці розчинність ніколи не здійснюється повністю. Зелені чаї містять більше розчинних речовин (40-50%), а чорні - менше (30-45%). Крім того, чим молодша, вище якістю листя чаю, тим багатшою екстрактивними речовинами отриманий з них сухий чай. І навпаки, чим старіше, грубіше листя, тим менше виходять в настій розчинні речовини, тим менш смачний чай.
Метою нашої роботи є порівняння вмісту кофеїну і таніну в сортах зеленого і чорного чаю.
2. Теоретична частина.
З розчинних речовин перш за все слід звернути увагу на шість найважливіших груп або складових частин чаю: це дубильні речовини (дубильні речовини чаю не залишаються незмінними. Продукти їх окислення - хінони, що виникають в ході фабричного виробництва чаю, в свою чергу виробляють окислення інших речовин чайного листа і утворюють багато ароматичних продукти, які беруть участь у створенні аромату чаю. Таким чином, значення дубильних речовин в чаї величезно, і вони не роблять дубящего дії на слизову оболонку шлунка людина а, як думали за старих часів), ефірні масла, алкалоїди, амінокислоти, пігменти і вітаміни. Більшість з них було відомо давно, але старі уявлення про всіх цих групах речовин в значній мірі розширилися. Отже, навіть побіжне і неповне ознайомлення з хімічним складом чаю переконує нас в тому, що природа створила в чайному листі своєрідний хімічний склад або, вірніше, цілу хімічну лабораторію. Причому найдивніше і чудове в тому, що це постійно діюча лабораторія.
Найскладніші хімічні зміни, взаємодії, процеси окислення і перетворений одних речовин в інші відбуваються в чайному листі безперервно, не тільки поки він живий, поки він росте, не тільки тоді, коли, потрапляючи на фабрику, він підданий всіляким Зав'ялювання, скручування і ферментації, але навіть і тоді, коли він, перетворившись на маленьку суху чаїнку, здавалося б, мляво лежить з мільярдами собі подібних де-небудь на полицях магазину або в кухонній шафі.
Тут же важливо усвідомити, що хімічний склад чаю не є якась постійна і незмінна величина, він змінюється невпинно аж до того самого моменту, коли ми робимо ковток чаю. Крім того, хімічний склад чаю пов'язаний з умовами його зростання і зі способом обробки, чому чаї з різних районів зростання, різних типів і навіть різних сортів мають різний хімічний склад. Ось чому різні типи і сорти чаю неоднаково впливають на організм людини.
Але в цілому чай - скарбниця корисних для людини речовин. Недарма з найдавніших часів чай вважали дивним, чарівним напоєм. Однак стародавні не могли навіть здогадуватися про тих двох чудових властивості чаю, про які тепер знаємо ми.
Одна з чудових здібностей чайної рослини полягає в тому, що воно витягує з грунту і синтезує найрізноманітніші і рідкісні, до того ж корисні для людини речовини. Природа не зупинилася на цьому і щедро обдарувала готовий чай інший, не менш дивну здатність - віддавати в розчин свою найкращу, найціннішу, найкориснішу для людини частину.
Ось чому і тепер, знаючи хімічний склад чаю, ми з ще більшим правом, ніж древні, можемо захоплюватися цим напоєм і так же, як стародавні, маємо всі підстави дивитися на чай як на диво.
У чаї є кілька тонізуючих речовин - вітаміни, ефірні масла і т. Д. Але провідна роль належить кофеїну, з класу алкалоїдів (це великий клас азотосодержащих органічних сполук; в нього входять також нікотин з тютюну, папаверин з маку і т. Д.) . Кофеїн - це речовина, яка піднімає життєвий тонус і бадьорить.
Кофеїн - один з головних винуватців тяги людей до чаю як тонізуючого напою. У чистому вигляді він являє собою безбарвне, що не має запаху, але гірке на смак речовина, що міститься, втім, не тільки в чаї, але і в каві, какао, горіхах кола, мате і деяких інших тропічних рослинах. Кофеїн надає збудливу дію на центральну нервову і серцево-судинну системи. Застосовується як стимулюючий засіб, при отруєнні наркотиками і ін. Кофеїн чаю володіє ще однією чудовою властивістю: він не затримується, не накопичується в організмі людини, що виключає небезпеку отруєння кофеїном при частому вживанні чаю.
Ми будемо виділяти з чаю дубильні речовини - таніди, а з них отримаємо танін, суміш речовин, які використовуються для дублення шкір, протруювання тканин перед фарбуванням, в медицині - як в'яжучий засіб; згадайте терпкий смак міцного чаю (танін чаю, або Теотанін, неравнозначен фармацевтичному таніну або галлотанінов. Теотанін являє собою складний хімічний комплекс, склад якого тепер повністю розшифрований. Уявлення про те, що танін надає чаю гіркоту, невірно. Якщо в свіжому чайному листі танін дійсно володіє гірким смаком, то після фабричної обробки ця гіркота зникає, і танін в чаї набуває приємну терпкість, що надає основний смак настою чаю). Дубильні речовини - один з істотних компонентів чаю і чайного настою. Вони складають 15-30% чаю і являють собою складну суміш більше трьох десятків поліфенольних сполук, що складається з таніну і різних (принаймні, семи) катехінів, поліфенолів і їх похідних. Колишні уявлення про чайному танін як про просте дубильними речовині, якому приписували гіркий смак, були істотно змінені завдяки роботам академіка А. Л. Курсанова і здаються зараз, щонайменше, наївними.
3. Практична частина.
3. 1. Отримання кофеїну і таніну.
Ми провели наступні досліди з виявлення кофеїну в зеленому і чорному чаї.
Для досвіду потрібні були порцелянові тиглі (можна використовувати будь-які металеві посудини, бажано не плоскі, а високі, на зразок склянки). У них поклали по 2 г (близько чайної ложки) подрібненого з ступці чорного і зеленого чаю і по 2 г оксиду магнію. Змішали обидві речовини і поставили тигель на вогонь. Нагрівання повинен бути помірним, не дуже енергійним. Зверху над тиглем закріпили перевернутий стакан і поставили на нього стаканчик зі снігом. У присутності оксиду магнію кофеїн переганяється, т. Е. Перетворюється на пару, минаючи стадію рідини. Потрапляючи на холодну поверхню, кофеїн знову повертається в твердий стан і осідає на дні склянки у вигляді безбарвних кристалів.
Після припинення нагрівання відзначили, що в склянці над чорним чаєм утворилося більшу кількість кристалів кофеїну. Отриманий кофеїн використовували для проведення якісних реакцій, описаних нижче.
Якщо цей досвід ми можна провести вдома, то подальші досліди з чаєм краще проводити в хімічній лабораторії: вони вимагають хороших навичок і таких речовин, яких вдома немає.
Отже, ми спробували витягти танін із зеленого і чорного чаю. Для досвіду взяли по 50 г зеленого і чорного чаю, залили їх в каструльці половиною склянки (100 г) окропу і кип'ятили на невеликому вогні близько години, щоб якомога повніше екстрагувати розчинні речовини. Розчини відфільтрували через кілька шарів марлі; осад на фільтрі промили додатково гарячою водою (півсклянки). В результаті отримали близько склянки жовто-зеленого розчину.
Потім внесли в рідину 15-20 г ацетату свинцю і перемішали. Акуратно злили рідину, до осаду додали стакан гарячої води, розмішати, дали відстоятися і злили знову. Повторили цю операцію 3-4 рази, щоб видалити іони свинцю. Для того, щоб перевірити, чи дійсно вони віддалені, взяли пробу рідини і додали до неї в пробірці кілька крапель розведеної сірчаної кислоти. Про залишку іонів свинцю свідчить помутніння розчину; в цьому випадку потрібно повторити промивання.
Коли проба виявилася негативною, відфільтрували осад (це - танат свинцю) і на фільтрі промили 50 мл 1% -ного розчину сірчаної кислоти. Зібравши розчини, нейтралізували кислоту, додаючи по краплях 0,5% - ний розчин гідроксиду барію, після чого відфільтрували випав осад сульфату барію.
Решта прозорі розчини містять чайний танін. Упарити їх насухо на водяній бані.
Отриманий танін подрібнили в порошок і використовували для проведення якісних реакцій.
3. 2. Якісні реакції на виявлення кофеїну і таніну.
Можна провести кілька гарних якісний реакцій і переконатися що перед нами кофеїн. Кілька кристалів поклали на керамічну пластинку (згодиться осколок від кахельної плитки) і капнули кілька крапель (одну-дві) концентрованої азотної кислоти. Нагрівали пластинку до тих пір, поки суміш на ній не стала сухою. Кофеїн при цьому окислився і перетворився в помітну, оранжевого кольору, амаліновую кислоту.
Потім ми нейтралізували кислоту, додавши до неї крапель 10 концентрованого аміаку (НЕ аптечного, а такого, який продається в господарських магазинах). При нейтралізації утворюється сіль дуже красивого, червоного, що переходить в пурпурний, кольору. Така сіль носить назву мурексиду, а реакція - мурексидної.
Реакції з таніном не менше красиві.
0,5 г таніну розчинили в 40 мл води. Як тільки ми додали розчин хлориду заліза (III) (можна використовувати будь-яку іншу сіль тривалентного заліза), рідина відразу почорніла. Це - старовинні чорнила, тільки танін для них добували з дубових (чорнильних) горішків, наростів на листках і молодих пагонах дуба.
Ще один яскравий досвід: 0,3 г таніну поклали в маленьку пробірку і капнули три краплі концентрованої соляної кислоти. Утворився флобафен - речовина червоного кольору.
Далі додали трохи таніну до розчину нітрату срібла (ляпісу) (годиться і ляпісний олівець з аптеки). На цей раз випадає осад Таната срібла. У нього бурий колір.
І останній досвід з таніном. У 2% - ном розчині соляної кислоти розчинили 0,3 г ваніліну (можна використовувати відповідну кількість ванільного цукру) і додали втричі менше таніну. Малинове забарвлення не забарилося з'явитися. Це характерна реакція не тільки на танін, а й взагалі на речовини з класу катехінів, до яких належать багато дубильні речовини.
Чай доніс до наших днів свою високу репутацію напою-цілителя. Ми визначилися, що важлива роль в цьому належить кофеїну, одному з головних винуватців тяги людей до чаю як тонізуючого напою, і таніну, гіркота якого після фабричної обробки зникає, і він набуває приємну терпкість, що надає основний смак настою чаю.
Крім того, слід зазначити, що кофеїн з таніном виступають в чаї не ізольовано, а в комплексі, утворюючи з'єднання танат кофеїну, який діє більш опосередковано, більш пом'якшено на серцево-судинну і центральну нервову систему.
У нашій роботі ми експериментально визначили, що в зеленому чаї таніну більше, ніж в чорному чаї, а кофеїну, навпаки, менше.
Проведення якісних реакцій запропоновано використовувати в позакласній роботі в 7-8 класах з метою прищеплення інтересу учнів до вивчення хімії.
Залишилися непорушними, але дуже цікавими, питання про вітамінний, білковому і амінокислотним складом різних сортів чаю, а також про зміст в чаї мінеральних, неорганічних, смолистих речовин, а також органічних кислот.