Индивидуальный проект на тему «Кофе: вред или польза»

Введение

Кофейня с напитками навынос теперь есть почти у каждой школы, и стакан латте перед первым уроком у старшеклассников уже никого не удивляет. Взрослые при этом говорят противоположные вещи: одни советуют чашку кофе перед экзаменом, чтобы лучше соображать, другие пугают больным сердцем и бессонницей. В XVII веке в Европе спорили о том же самом, а в Англии при Карле II даже пытались закрыть кофейни, так что вопросу о вреде и пользе кофе уже несколько столетий.

Для химика кофе — это раствор нескольких сотен веществ, и действуют они на организм сообща. Лучше всего изучен кофеин, но в чашке есть ещё хлорогеновые кислоты, кофейное масло, ароматические соединения, соли калия и магния. Ответить на вопрос «вред или польза» без знания этого состава нельзя, поэтому тема и выбрана для индивидуального проекта по химии.

Актуальность проекта связана с тем, что подростки получают кофеин не только из кофе, но и из энергетических напитков, колы, чая и шоколада, часто не задумываясь о его количестве. При этом для детей и подростков безопасные нормы ниже, чем для взрослых, а переизбыток кофеина нарушает сон и может вызывать сердцебиение и тревожность.

Цель проекта — выяснить, какое действие оказывает кофе на организм человека, и определить условия, при которых его употребление безопасно.

Задачи: изучить историю распространения кофе; рассмотреть химический состав кофейного зерна и напитка; описать действие кофеина на организм; сравнить содержание кофеина в разных напитках; провести качественную реакцию на кофеин; составить рекомендации для сверстников.

Объект исследования — кофе как напиток. Предмет — химический состав кофе и его влияние на здоровье человека. Гипотеза: умеренное потребление кофе здоровому взрослому человеку не вредит, а для подростка опасность связана прежде всего с суммарным количеством кофеина из разных напитков. Продукт — памятка «Сколько кофеина в твоём стакане».

Глава 1. Кофе и кофеин: теоретическая часть

1.1 Из истории кофе

Родиной кофейного дерева считается Эфиопия. По известной легенде, пастух Калди заметил, что его козы, поев красных ягод с какого-то куста, становятся необычайно бодрыми, и рассказал об этом монахам. Легенда записана гораздо позже описываемых событий, и историки к ней относятся осторожно, но достоверно известно, что к XV веку напиток из обжаренных зёрен уже пили в Йемене, в суфийских общинах, где он помогал не спать во время ночных молитв.

Из Йемена кофе распространился в Мекку, Каир и Стамбул, где в XVI веке появились первые кофейни. В Европу он попал в XVII веке через Венецию, и вскоре кофейни открылись в Лондоне, Париже и Вене. В России кофе стали пить при Петре I, который познакомился с ним в Голландии, а массовым напитком он сделался уже в XIX веке. Сегодня, по данным Международной организации по кофе, в мире ежегодно потребляется более 160 миллионов мешков кофе по 60 килограммов.

Выращивают кофе только в тропиках, в так называемом кофейном поясе между тропиками Рака и Козерога, где нет заморозков и выпадает достаточно дождей. Крупнейшим производителем уже больше ста лет остаётся Бразилия, на которую приходится около трети мирового урожая, на втором месте Вьетнам, специализирующийся на робусте, далее идут Колумбия, Индонезия и Эфиопия. В России кофе не растёт, и весь он попадает к нам в виде импортного зерна, которое обжаривают уже здесь или за рубежом.

1.2 Химический состав кофе

Сырое кофейное зерно содержит воду, углеводы, белки, жиры, органические кислоты и алкалоиды. При обжарке при температуре около 200 °C в нём идут сотни химических реакций, в том числе реакция Майяра между сахарами и аминокислотами, которая и даёт кофе его цвет, горечь и аромат. Учёные насчитали в обжаренном кофе более тысячи летучих соединений, хотя за характерный запах отвечают лишь несколько десятков из них.

Самое известное вещество кофе — кофеин, алкалоид с формулой C₈H₁₀N₄O₂. По строению он относится к производным пурина и называется 1,3,7-триметилксантином. В чистом виде кофеин впервые выделил немецкий химик Фридлиб Рунге в 1819 году. Это белое кристаллическое вещество горького вкуса, хорошо растворимое в горячей воде, поэтому при заваривании оно почти полностью переходит в напиток.

Количество кофеина зависит прежде всего от сорта кофе. В зёрнах арабики, которая занимает большую часть мирового рынка, кофеина в среднем около 1–1,5 %, а в зёрнах робусты примерно вдвое больше, около 2–2,5 %. Робусту чаще добавляют в недорогие смеси и в растворимый кофе, у неё более резкий и горький вкус. Влияет и способ приготовления: чем дольше вода соприкасается с молотым кофе, тем больше кофеина успевает перейти в напиток, поэтому в маленькой чашке эспрессо его меньше, чем в большой кружке фильтр-кофе.

Существует и кофе без кофеина. Чтобы его получить, зелёные зёрна до обжарки обрабатывают водой, растворителем или сжиженным углекислым газом, который извлекает кофеин и почти не затрагивает другие вещества. Полностью кофеин при этом не удаляется, но его остаётся немного, обычно несколько миллиграммов на чашку, и такой кофе подходит тем, кому врачи советуют ограничить кофеин.

Кроме кофеина, на здоровье влияют и другие компоненты кофе. Основные из них и их действие приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Основные биологически активные вещества кофе

Из таблицы видно, что действие кофе неоднородно: в нём есть вещества и с полезными, и с нежелательными свойствами. Многое зависит от способа приготовления. Например, кафестол почти полностью остаётся на бумажном фильтре, поэтому фильтр-кофе на уровень холестерина влияет слабее, чем кофе, сваренный в турке или во френч-прессе.

1.3 Как кофеин действует на организм

Кофеин быстро всасывается в кровь и уже через 30–60 минут достигает максимальной концентрации. Его бодрящее действие объясняется тем, что он блокирует в головном мозге рецепторы аденозина, вещества, которое накапливается за время бодрствования и вызывает чувство усталости. Мозг перестаёт «замечать» утомление, внимание и скорость реакции на время улучшаются. Период полувыведения кофеина у взрослого человека составляет в среднем около пяти часов, поэтому чашка кофе, выпитая вечером, может помешать заснуть.

В больших дозах кофеин вызывает нежелательные эффекты: учащённое сердцебиение, повышение давления, тревожность, дрожь в руках, бессонницу, изжогу. Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) в 2015 году признало безопасным для здоровых взрослых потребление до 400 мг кофеина в сутки и до 200 мг за один приём. Для детей и подростков рекомендован ориентир не более 3 мг на килограмм массы тела в сутки, то есть для подростка весом 50 кг около 150 мг. Сколько кофеина содержится в разных напитках, показано на рисунке 1.

У того, кто пьёт кофе каждый день, постепенно развивается привыкание: число аденозиновых рецепторов в мозге растёт, и прежняя доза бодрит всё слабее. Если такой человек резко откажется от кофе, на день-два у него может появиться головная боль, вялость и раздражительность. Это состояние проходит само, но оно показывает, что кофеин, хотя и мягко, всё же влияет на работу нервной системы и злоупотреблять им не стоит.

Рисунок показывает, что одна банка энергетика или кружка кофе уже дают подростку половину суточного ориентира, а если к ним добавить чай и колу, предел легко превысить. При этом крупные обзоры исследований, например опубликованный в 2017 году в журнале BMJ, связывают умеренное потребление кофе взрослыми, около трёх-четырёх чашек в день, со снижением риска сахарного диабета второго типа и болезней печени. Получается, что вопрос «вред или польза» во многом сводится к вопросу о дозе и о том, кто именно пьёт кофе.