"Химия в чашке чая" с применением оборудования по программе "Точка роста"

        Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Благовещенская средняя общеобразовательная школа №1 имени Петра Петровича Корягина»

Благовещенского района Алтайского края

Индивидуальный проект

«Химия в чашке чая»

Выполнила: Лагоша Надежда

ученица 10А класса

МБОУ БСОШ №1 им. П.П.Корягина

Руководитель: Гаврилова Е.И.

р.п. Благовещенка 2023

                                                          Содержание

Введение

1.1 Актуальность……………………………………………………………………………………….3

1.2 Цель и задачи проекта……………………………………………………………………………...3

1.3 Этапы реализации проекта………………………………………………………………………...4

Основная часть

2.1 Обзор литературы……………………………………………………………………………….…5

2.2 Действие чая на организм………………………………………………………………………….9

3.1 Опытно-экспериментальная работа……………………………………………………………...10

3.1.1 Организация и проведение эксперимента………………………………………………….….10

3.1.2 Определение экспериментальных экземпляров путем анкетирования учащихся

старших классов………………………………………………………………………………………10

3.1.3 Практическая работа……………………………………………………………………………11

Заключение……………………………………………………………………………………………13

Использованная литература………………………………………………………………………….14

Приложения…………………………………………………………………………………………...15

                                                   Введение

1.1 Актуальность

Чай – один из самых популярных напитков на Земле. По некоторым данным, примерно для двух миллиардов людей он является основным.

С древнейших времен употребление чая неразрывно связано с национальной культурой, хозяйством и историческими традициями многих народов, но с течением времени для некоторых народов, в том числе и в нашей стране, он стал продуктом первой необходимости. Есть народы, которые ценят чай наравне с хлебом, как жизненно важный, ничем не заменимый продукт. Только в нашей стране эти народы составляют 25 млн. человек.

В литературе сложно найти какие-либо сведения о том, как правильно приготовить чайный напиток, и о том, как его пить.

Парадокс: зная, как вырастить и изготовить хороший чай, большинство людей не придают значения тому, как его употреблять. Между тем неправильным завариванием можно испортить самый наилучший сорт чая и тем самым не только свести «на нет» все усилия по созданию полезного продукта, но и изменить характер воздействия чая на наш организм. Анализ разных параметров чая может помочь разобраться, какие его характеристики будут оптимальны для вкуса.

 Актуальность проблемы: чай является полезным и любимым напитком большинства людей, но немногие знают о его составе и действии на организм.

1.2 Цель и задачи проекта

Цель исследования: изучить химический состав различных сортов чая и показать его питательную ценность. 

В связи с поставленной целью должны быть решены следующие задачи:

• Провести анализ литературы по теме исследования;
• Изучить различные сорта чая; узнать, какие сорта существуют и чем отличаются, в том числе, с точки зрения химического состава;
• Провести измерения:  

• оптической плотности;
• электропроводности;
• pH;
• температуры для чая, заваренного в различных условиях, с органолептическим контролем.

• Выявить оптимальные для вкуса параметры чая и на их основе предложить рецепт заваривания чая.

Предмет исследования: компоненты чая, некоторые его химические свойства и действие на организм.

Объект исследования:  чай разных сортов.

Гипотеза исследования: зеленый чай обладает более выраженными целебными свойствами, но его употребляют реже, чем черный.

Методы исследования:

- анализ специальной литературы по теме;

- анкетирование учащихся;

- эксперимент;

- сравнение и обобщение.

1.3 Этапы реализации проекта

Свою работу я разделила на четыре этапа:

1 этап — подготовительный

Выбор темы, постановка цели, обоснование актуальности и значимости решаемой проблемы.

2 этап — поиск

Проведение теоретического анализа по теме проекта и подготовка теоретического раздела. Поиск необходимой информации и сведений на эту тему.

3 этап — практический

За этот период времени я экспериментально изучаю состав разных сортов чая с использованием цифровой лаборатории в рамках программы «Точка роста» и качественного анализа.

4 этап — заключительный

Рекомендации по использованию чая. Защита проекта и представление результатов проектной деятельности.

Основная часть

2.1 Обзор литературы

Чай — напиток, получаемый варкой, завариванием и/или настаиванием листа чайного куста, который предварительно подготавливается специальным образом. Чаем также называется сам лист чайного куста, обработанный и подготовленный для приготовления напитка[7].

Классификация чая

Известны разные классификации чаев. Например, по степени ферментации.

Классификация чая по степени ферментации (окисления) считается основной, поскольку в ней есть единый признак, по которому можно охарактеризовать то разнообразие чаев, которое имеется в мире. В соответствии с этой классификацией чаи подразделяют на следующие категории [12].

• Неферментированные (окисление до 12% от суммы дубильных веществ исходного сырья). К ним относятся белый и зеленый чаи, которые не прошли ферментацию или прошли ее слабую степень.
• Слабоферментированные (окисление от 12% до 30% от суммы дубильных веществ исходного сырья). К ним относятся чаи, которые прошли частичную ферментацию (желтые, улуны (красные) и приготовленные тепловым методом недоферментированные черные чаи). Все эти чаи имеют разную степень ферментации: в меньшей степени окислен желтый чай, больше красный (улуны), в большей степени чаи, приготовленные тепловым методом.
• Ферментированные (окисление в пределах 35-45% от общего содержания дубильных веществ). К ним относятся черные чаи, прошедшие полную ферментацию.

По типу механической обработки чаи делятся на три основных группы [7]:

• Байховые (рассыпные). Байховые чаи самые распространённые. Такой чай представляет собой массу отдельных, не связанных между собой, чаинок. Чёрные байховые чаи делят по размерам чаинок на:

• Листовые (крупные);
• Брокен или ломаные (средние);
• Высевка и крошка (мелкие).

Зелёные байховые чаи делят по величине листа всего на две категории — листовые и брокен (резаные, ломаные). Зато они более сложно различаются по форме скрученности листа.

• Прессованные. Среди прессованных чаёв различают:

• кирпичные;
• плиточные и таблетированные.

Основное здесь не внешняя форма, а характер листа, подвергнутого прессовке. Если на прессовку кирпичного чая идёт самый грубый материал — нижние листья и даже побеги чайных кустов, то на прессовку плиточного и таблетированного — чайная крошка и пудра, образующаяся при производстве байховых чаёв.

Зелёный или чёрный кирпичный чай изготавливается из старых листьев, подрезного материала и даже веток, путём прессования, облицованный сравнительно высококачественным чайным материалом. Отличается ярко выраженным терпким вкусом с табачным оттенком и слабым ароматом, может долго храниться.

Чёрный плиточный чай, изготавливаемый из чайной крошки и пыли прессованием c предварительной обжаркой и пропариванием при температуре 95 — 100 °C, отличается высокой экстрактивностью.

К классическим прессованным чаям относится Пуэр из китайской провинции Юньнань.

• Экстрагированные (растворимые). Что касается экстрагированных чаёв, то их производят либо в форме жидкого экстракта, либо в сухой, кристаллической форме, им дают общее название быстрорастворимых чаёв. Современные растворимые чаи готовят либо непосредственной переработкой чайных листьев с выделением из них сока, либо из настоя высококонцентрированного чая. [16]

Химический состав

• Дубильные вещества – один из существенных компонентов чая и чайного настоя. Они составляют 15-30 % чая [1].

Содержание танина (рис. 1) (группа фенольных соединений растительного происхождения, содержащих большое количество групп - OH. Танины обладают дубящими свойствами и характерным вяжущим вкусом.) в зелёных чаях значительно выше, чем в чёрных (почти вдвое), т.к. в зелёных чаях танин находится почти в неокисленном состоянии, в то время как в чёрном байховом чае до 40-50 % танина окислено.

                                Рис. 1. Танин

Эфирные масла имеются как в зелёном листе, так и в готовом чае. Эфирных масел в зелёном листе чая содержится всего лишь около 0,02 %. При переработке теряется примерно 79-80%.

Наибольшее количество эфирных масел в виде растворимых ароматических альдегидов (ванилин (рис. 2)) содержится в красных чаях (улунах), наиболее ароматных из всех видов чая. Наоборот, в зелёных и жёлтых чаях ароматические альдегиды, входящие в состав эфирных масел, находятся в связанном состоянии и потому менее выходят в настой, не принимают деятельного участия в образовании аромата готового чая.

Рис. 2. Ванилин

• Алкалоиды (рис. 3-6) (группа азотсодержащих органических соединений природного происхождения [13]) являются существенными компонентами чая. Основной и самый известный – кофеин (рис. 3), в составе чая называемый теином. Кофеина гораздо больше содержится именно в чае (от 1 до 4 %), чем в кофе, но чайный кофеин, или теин, действует мягче, чем чистый кофейный кофеин. Помимо него, в состав чая в незначительном количестве входят теобромин (рис. 4) и теофиллин (рис. 5), аденин и гуанин (рис. 6).

           Рис. 3. Кофеин

  Рис. 4. Теобромин

    Рис. 5. Теофиллин

Рис. 6. Аденин и гуанин

• Белковые вещества вместе со свободными аминокислотами составляют от 16 до 25 % чая.

В большей степени в чае присутствуют глютелины (представители группы простых белков, присутствующие в растениях и растворимые только в разбавленных кислотах и основаниях [14]), в меньшей степени – альбумины (простые растворимые в воде белки, умеренно растворимые в концентрированных растворах соли и свёртывающиеся при нагревании [15]). В готовом зелёном чае альбуминов больше, в то время как в чёрных чаях в основном содержатся глютелины.

• Биологические пигменты отвечают за окраску чая.

Цвет настоя чая связан с двумя группами веществ: теарубигинами (рис. 7), дающими красновато-коричневые тона, они составляют 10 % сухого чая; вторые – теафлавины (рис. 8), имеющие золотисто-жёлтую гамму – 2 %.

Рис. 7. Катехин – один из теарубигинов чая

Рис. 8. Теафлавин

Также в чае содержатся вещества белковой природы – глютелины и альбумины.

2.2 Действие чая на организм

Значение чая как вкусового продукта обусловлено его ароматическими, вкусовыми и тонизирующими свойствами. Чай устраняет усталость, способствует восстановлению утраченной трудоспособности и улучшает самочувствие человека. Широко используют его как потогонное средство при простудных заболеваниях, он оказывает положительное действие на пищеварительную, кровеносную и нервную системы.

Крепкий чай можно давать при отравлениях (как средство, возбуждающее при угнетении органы дыхания и сердечную деятельность). Но нужно помнить, что крепкий чай противопоказан при сердечных заболеваниях, сопровождающихся нарушением ритма, а также при неврозах, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, при гипертонической болезни. Зеленый чай принимают при лечении дизентерии, при повышенной проницаемости и ломкости капилляров. В небольших дозах зеленый чай полезен при атеросклерозе. Чай «Каркадэ» имеет практически все витамины, полезные для человека, укрепляет стенки сосудов, стабилизирует кровяное давление, обладает спазмолитическим и мочегонным действиями, улучшает выработку желчи и защищает печень от вредных воздействий. Регулярное потребление чая «Каркадэ» гарантия от гиповитаминозов и всех связанных с ними негативных последствий. Входящий в чай комплекс витаминов и микроэлементов насыщает организм жизненной энергией, тонизируя его и повышая сопротивляемость к инфекционным заболеваниям.

Таким образом, наиболее полезным считается зеленый чай. На Востоке говорят: «Чем зеленее чай, тем крепче здоровье»! А энергетическим напитком – красный чай «Каркадэ».

3.1 Опытно-экспериментальная работа

3.1.1 Организация и проведение эксперимента

После изучения специальной литературы решили провести практическую работу с целью: изучить химический состав различных сортов чая и показать его питательную ценность. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- выявить предпочтение учащихся в употреблении чая, посредством анкетирования;

- провести опыты по изучению химического состава чая;

- разработать рекомендации о пользе чая.

Исследование проводилось с сентября 2022 года. База исследования: химическая лаборатория МБОУ БСОШ №1 им. П.П. Корягина. Исследование проводилось в 2 этапа:

- 1 этап: анкетирование учащихся с целью выявления предпочтений в употреблении и пользе чая;

- 2 этап: проведение эксперимента с использованием цифровой лаборатории в рамках программы «Точка роста» по выявлению химического состава чая.

3.1.2 Определение экспериментальных экземпляров путем анкетирования учащихся старших классов

Из литературных источников выяснили, что зеленый чай обладает более выраженными целебными свойствами, чем черный. Чтобы выяснить предпочтение школьников в употреблении чая и его пользе провели анкетирование учащихся 8 классов нашей школы.

В 8А классе приняло участие 26 человек, из них большая часть в своем рационе употребляет чай в разное время суток. Так же большинство предпочитает зеленый чай. Учащиеся употребляют чай разных марок: Lipton, Greenfield, TESS, Принцесса Нури, Азерчай, Curtis, RICHARD, Пиала, а кому-то марка не важна. По крепости: крепкий 1 человек, средний 20 человек, слабый 5 человек. Желающие узнать о химическом составе чая: желающие 21 человек, все равно 5 человек.

В 8Б классе приняло участие 16 человек, из них половина пьет чай часто, а другая половина редко, в разное время суток. Из них 8 человек пьют чай часто, 7 редко, 1 не употребляет вообще. Большинство предпочитает черный чай. Марки чая: Lipton, Greenfield, TESS, Принцесса Нури, AKBAR, И 1/3 марка не важна. По крепости: крепкий 3 человека, средний 10 человек, слабый 2 человека.  Желающие узнать о химическом составе чая: желающие 8 человек, все равно 8 человек.

В 8В классе участие приняли  22 человека. Из них большая часть в своем рационе употребляет чай, в разное время суток. Вид чая предпочитают: зеленый 8 человек, черный 10 человек, красный 4 человека. Марки чая: Lipton, Greenfield, TESS, Принцесса Нури, RICHARD, Curtis, Лисма. И 3-м учащимся марка не важна. По крепости: крепкий 6 человек, средний 15 человек, слабый 1 человек. Желающие узнать о химическом составе чая: желающие 17 человек, все равно 5 человек.

 В 8Г классе участие приняли 19 человек. Большинство в своем рационе употребляет чай, чаще всего вечером. Больше половины класса предпочитают черный чай. Марки чая: Lipton TESS, Принцесса Нури, JAVA. И 5 учащимся марка не важна. По крепости: крепкий 6 человек, средний 12 человек, слабый 1 человек. Желающие узнать о химическом составе чая: желающие 12 человек, все равно 7 человек. Результаты опроса представлены в таблице (см. приложение 1 табл. 1).

3.1.3 Практическая работа

Приготовление образцов. Заваривание чая проводилось при температуре 80˚С. После каждого заваривания мы охлаждали чай до температуры 29-30˚С. Время заваривания составляло: 2,5 мин; 5 мин; 7,5 мин и 10 мин. Объем воды – 100 мл. Масса завариваемого чая равна 1 г ±0,05 г.

Измерения количественных параметров. Измерения рН проводили с использованием цифровой лаборатории в рамках программы «Точка роста» [22].

Был измерен pH буферных растворов, и по результатам построена калибровочная кривая (рис. 9). На вертикальной оси показаны реальные значения pH  буферных растворов, а на горизонтальной – показания датчика в данной среде.

Рис. 9. Калибровочная кривая

Для изучения мы выбрали 4 сорта чая:

1. Красный чай

2. Черный байховый чай

3. Чай из ромашки

4. Зелёный чай

Мы измерили pH чаев в зависимости от времени заваривания (см. приложения 2-3).

Результаты внесли в табл. 1.

Таблица 1. Зависимость рН чаев от времени заваривания

Кислотность черного чая при любом времени заваривания выше, чем остальных сортов чая, у которых значение близко к 7,00, что говорит о нейтральной среде раствора чая. Это может зависеть от состава чаев,  от воды, которая используется для заваривания чая, от посуды, в которой заваривают. Если сравнить, например черный и зеленый чаи, то они отличаются друг от друга по составу. Например, содержание танина в зелёных чаях значительно выше, чем в чёрных (почти вдвое), т.к. в зелёных чаях танин находится почти в неокисленном состоянии, в то время как в чёрном байховом чае до 40-50 % танина окислено [1]. Танины и катехины представляют собой полифенолы. Фенолы легко окисляются с образованием хиноидных структур (рис. 10). Наличие в молекуле атомов кислорода, не входящих в ОН-группы, увеличивает кислотность оставшихся ОН-групп.

Рис. 10. Окисление катехина

При увеличении времени заваривания кислотность возрастает. Вероятно, это обусловлено более полным переходом веществ, содержащихся в чае, в раствор.

Качественный состав чая

Заваренный чай, который использовали для определения рН раствора, исследовали на содержание         карбонат, сульфат, хлорид ионов. Результаты представлены в таблице и в приложении (см. приложение 4)

Таблица 2. Качественный анализ на ионы

По результатам  проведенного качественного анализа на некоторые ионы, которые могут содержаться в растворе, определили, что содержание всех ионов, на которые был проведен анализ, наблюдается в черном байховом чае, незначительное содержание карбонат ионов в ромашковом чае и хлорид ионов в красном чае. В зелёном чае содержание карбонат и хлорид ионов незначительно.  Вода и посуда для всех сортов чая была использована одинаковая.

На основании проведенного исследования даны рекомендации (см.приложение 6)

Заключение

Изучив, специальную литературу по теме, выяснили, что:

1. Химический состав чая очень сложен и его биологическое действие на организм многогранно.
2. Учащиеся восьмых классов предпочитают черный (большинство из опрошенных), крепкий чай, так как он «бодрит» и «стимулирует».
3. Экспериментально выделили составные компоненты чая и провели с ними опыты: рН среды чая, качественный состав на карбонат, хлорид, сульфат ионы.
4. Кислотность черного чая при любом времени заваривания выше, чем зеленых сортов.
5. Содержание хлорид, сульфат, карбонат ионов незначительно в зелёном, красном, травяном чаях.
6. Результаты данной работы могут быть использованы для проведения бесед о пользе чая, а также в качестве дополнительного материала на уроках химии и биологии.

Таким образом, гипотеза нашего исследования подтвердилась: зеленый чай более полезен, но его употребляют реже, чем черный.

Использованная литература

1. Жукова Н.И Химический практикум с экологической направленностью: Учеб. пособие. – Уссурийск: Изд-во УГПИ, 2001.
2. Николаев Я. А. Химия жизни. - М.: Химия, 1986.
3. Ольгин О. Опыты без взрывов. - М.: Химия, 1986.
4. Ольгин О.М. Давайте похимичим! Занимательные опыты по химии. - М.: Детская литература, 2002, - 67с.
5. Пашинский В.Г. Растения в терапии и профилактике болезней. - Томск: Томский университет, 1989, - 183с.
6. Стёпин Б. Д., Аликберова Л. Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. — М.: Дрофа, 2002, - 432 с.
7. Тепел А. Пищевая промышленность.- М.: Химия, 1979, - 624с.
8. Филиппович Ю.Б., Егорова Т.А., Севастьянова Г.А.. Практикум по общей биохимии: Учеб. Пособие для студентов хим. спец. ин-тов / Под общ. Ред. Ю. Б. Филипповича. – 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1982. – 311 с., ил.
9. Цоциашвили И.И., Бокучава М.А.. Химия и технология чая.- М.:  Агропромиздат, 1989, - 348с.
10. Шевченко В. Товароведение и экспертиза потребительских товаров. Уч.— М.: Инфра-М, 2009,- 752 с.
11. Щербаков В.Г. Биохимия. Учебник для вузов. - СПб.: Гиорд, 2005. – 472 с.
12. Ужегов Г.Н. Основные лекарственные растения. - М.: АСТ, 2000, - 294 с.
13. Я познаю мир: Дет.энцикл.: Растения (Сост. Л.А. Багрова; Под общ.ред. О.Г. Хинн. – М.: АСТ-ПТД, 1997. – 512с.
14. https://ru.wikipedia
15. www.xumuk.ru
16. https://okeydoc.ru/karkade-polza-i-vred/
17. http://kivahan.ru/chaj-karkade/
18. http://budu-zdorov.net/voda-i-zdorove/nastoi-i-otvary/polza-i-vred-zelenogochaya.html#ixzz5RSFyKAhd

Приложение 1

Таблица 1. Отношение учащихся школы к чаю