Что такое кофеин Он полезен или вреден для здоровья

Кофеин. История открытия кофеина. Получение, синтез. Свойства кофеина

Кофеин

Вещество имеющее кристаллическую структуру. Кристаллы кофеина бесцветные или белые. На вкус вещество горькое. Кофеин является алкалоидом пуринового ряда. На людей и животных оказывает эффект стимуляции центральной нервной системы, увеличивает силу и частоту сердечных сокращений, расширяя при этом кровеносные сосуды.

Это уникальное по своим свойствам и масштабу распространения в мире вещество. Практически 80 % людей на планете употребляют кофеин в той или иной форме. Вещество это содержится в чае, коле, мате, гуарана, какао, ну и конечно же в кофе. Растения в процессе эволюции научились вырабатывать кофеин для отпугивания вредителей. Содержание кофеина в различных растениях и в различных частях упомянутых растений естественно разное. Лидером в списке кофеин содержащих продуцентов является кофейное дерево робуста, а именно его семена.

История открытия кофеина

Фридлиб Фердинанд Рунге в 1819 году впервые изолировал относительно чистый кофеин и назвал его «Kaffebase» (то есть, база, существующая в кофе). Рунге был немецким химиком. Он выделил кофеин по наставлению Иоганна Вольфганга фон Гете.

Согласно заметкам шведского химика Йонса Иакова Берцелиуса, в 1821 году кофеин был изолирован одновременно тремя французскими химиками Пьером Жаном Робике и парой химиков Пьером-Жозефом Пеллетье и Жозефом Бьенэмэ Кавенту. Берцелиус также заявил, что французские химики сделали свои открытия независимо от Рунге и друг от друга. Однако, позднее признал приоритетность Рунге в вопросе экстракции кофеина, заявив: «Тем не менее, на данный момент, Рунге описал тот же метод и назвал кофеин Caffeebase на год раньше, чем Робике, которому обычно приписывается открытие этого вещества, поскольку тот сделал первое общественное заявление об этом открытии на заседании Медицинского Общества в Париже». Впервые в печати термин «кофеин» был использован в статье, написанной Пеллетье. Это подтверждает запись Берцелиуса:

Немало важным, однако остается тот факт, что Робике был одним из первых ученых, которому удалось изолировать и описать свойства чистого кофеина, а Пеллетье был первым, кому удалось выполнить элементный анализ кофе. Кофеин из чая был изолирован в 1827 году М. Одри. Он назвал вещество «теином», однако Геррит Ян Малдер (или Мульдер) и Карл Джобст (или Иобст) позже доказали, что в действительности это был кофеин.

Первым человеком, которому удалось получить кофеин искусственным путем был Герман Эмиль Фишер. Немецкий химик в 1895 году впервые синтезировал кофеин из сырья (то есть, осуществил «полный синтез»), а через два года он также вывел структурную формулу соединения. Фишер был удостоен нобелевской премии в 1902 году, частично и за эти заслуги.

Получение кофеина или как делают кофе без кофеина.

Существует два способа получения кофеина:

  • Декофеинизирование;
  • Синтез.

Первый способ заключается в извлечении кофеина из растений, которые его вырабатывают. Второй способ позволяет получить кофеин из различных химических веществ, путем их взаимодействия. Рассмотрим подробнее.

Декофеинизирование

Это процесс извлечения кофеина из чайных листьев, кофейных зерен, како-бобов, плодов гуараны и др. Данный процесс является одной из стадий получения кофе без кофеина. Суть метода заключается в экстрагировании вещества с последующим его очищением. Экстрагирование (не путать с экстракцией) – это массообменный процесс извлечения одного или нескольких компонентов из твердых тел с помощью избирательных (селективных) растворителей — экстрагентов. Разделение основано на различной растворимости компонентов смеси в экстрагенте. Умело подобранный экстрагент позволяет выделить из смеси только интересующие нас компоненты.

В качестве экстрагентов для извлечения кофе возможно использовать различные вещества.

Начиная с 1903 года декофеинизированный кофе получали путем экстрагирования бензолом с предварительной обработкой зерен насыщенным соляным раствором. Так называемый процесс Розелиуса. Применялся компанией Kaffee Handels-Aktien-Gesellschaft (Coffee Trading Company). Кофе без кофеина продавался под марками Kaffee HAG, Café Sanka в Европе и под маркой Sanka в США.

Читайте также:  Исследование соскоба на энтеробиоз в лаборатории KDL

На ряду с бензолом использовались также хлороформ и трихлорэтилен. Данные органические вещества использовались на протяжении многих лет, до тех пор, пока не было доказано их отрицательно влияние на организм человека (бензол – канцероген) и окружающую среду. Помимо всего прочего вещества эти не дешевые и их применение способствует изменению вкусовых характеристик декофеинизированного кофе.

В современной промышленности в качестве экстрагентов применяют воду, дихлорметан, этилацетат и сверхкритический углекислый газ.

Широкое распространение получил запатентованный в 1979 году метод Swiss Water (Швейцарский способ). Основан на растворении кофеина в воде. Применяется горячая вода (93°C) только глубокой очистки. Использование кипятка запрещено, так как он, обваривая внешнюю поверхность семян, закрывает доступ к кофеину, находящемуся внутри семени. При использовании воды оптимальной температуры, зерна кофе набухают и «раскрываются».

После длительного настаивания зеленых кофейных зерен при постоянной температуре, воду сливают и пропускают через адсорбционную колонну, с угольным наполнителем. Активированный уголь позволяет отделить кофеин от других веществ, придающих кофе характерный приятный аромат и вкус. Обедненная от кофеина вода вновь поступает в емкость к зернам для настаивания. Это делается для экономии. После настаивания процесс обработки углем повторяется до тех пор, пока содержание кофеина в воде не достигнет минимальной отметки. В итоге очищенную от кофеина воду возвращают к кофейным зернам, практически не содержащих кофеина и упаривают полученную смесь, тем самым сохраняя вкусовые и ароматические характеристики декофеинизированного кофе. Считается одним из самых дорогих способов.

Помимо прямого метода часто используют непрямой. Он заключается в комбинировании Swiss Water технологии и прямого способа. Сначала зерна замачивают в горячей воде. Далее полученный кофейный экстракт отделяют от кофейных семян и обрабатывают экстрагентом. Тем самым совмещая экстрагирование и жидкостную экстракцию. При этом воду повторно используют для настаивания, а кофеин освобождают от растворителя упариванием. Экстрагент (растворитель) при этом конденсируют и также используют повторно.

Несомненным преимуществом непрямого способа является отсутствие прямого контакта зерен с растворителем.

Наиболее совершенным способом является экстрагирование кофеина с помощью сверхкритического CO2 (оксид углерода IV, углекислый газ). Недостатком способа является высокая стоимость оборудования, так как углекислый газ нагнетается в экстрактор под давлением от 73 до 300 атмосфер. Следовательно, все узлы агрегата включая запорно-регулирующую арматуру и саму емкость, должны быть герметичны и с толстыми стенками, а это всегда дорого.

При таком высоком давлении оксид углерода IV проявляет уникальные свойства, приобретая текучесть. Являясь в таком состоянии отличным неполярным растворителем СО2 избирательно (селективно) удаляет кофеин из зерен, оставляя все остальные вещества. Процесс проводят при температуре 31,1°C в течение 10 часов.

Перед обработкой углекислым газом зерна кофе проходят обработку водяным паром, для того чтобы они набухли и газ легко проник в глубь семени.

После обработки зерен в экстракторе, CO2 необходимо отделить от кофеина. Для этого используют разные методы. Можно постепенно сбросить давление и газ испариться или прогнать смесь через адсорбер с активированным углем. Также используют дистилляцию, обратный осмос и перекристаллизацию.

Экстрагирование кофеина из других растений в большинстве производств осуществляют с помощью прямого метода и с применением сверхкритического углекислого газа.

Синтез кофеина

Процесс синтеза кофеина проводят в несколько стадий. Это достаточно сложный и дорогостоящий метод получения кофеина и применяется он отнюдь не в промышленных масштабах. Синтетический кофеин чаще всего используют в научных целях, так как полученный таким способом он не содержит примесей.

Кофеин в большинстве случаев синтезируют из метилксантина путем алкилирования диметилсульфатом с последующим хлорированием, гидролизом и декарбоксилированием. Реакция имеет следующий вид:

Для людей, разбирающихся в органической химии, рассмотрим подробнее:

Кофеин

Кофеин — ксантиновый алкалоид, содержащийся в бобах кофейного дерева, в листьях чая, мате, ягодах гуараны, а также в небольших количествах в какао и орехах кола; стимулятор центральной нервной системы, компонент тонизирующих напитков и лекарственных средств для облегчения дыхания. В растениях кофеин играет роль природного пестицида, который парализует и убивает насекомых-паразитов.

Читайте также:  Нарушение осанки лечение, профилактика, ЛФК, гимнастика, упражнения

Кофеин — бесцветное с горьким вкусом кристаллическое вещество, по структурному строению гетероциклический алкалоид пуринового ряда. Впервые добыты из кофейного экстракта в 1821 году.

В природе кофеин тсодержится в разных концентрациях вместе с другими ксантиновыми алкалоидами теофиллином и теобромином, которые являются кардиостимуляторами. Кофеин может иметь различный эффект в зависимости от его происхождения, что объясняется в первую очередь разной концентрацией других стимуляторов и скоростью абсорбции.

[править] Источники кофеина

Кофеин — алкалоид растительного происхождения, содержится в некоторых растениях, самые известные из которых кофейное дерево, чай, какао. Мате и гуарана как источники кофеина используются реже, в основном для приготовления чая и в последнее время энергетических напитков. Альтернативные названия кофеина — матеин и гуаранин — происходят от названий двух растений соответственно.

Главным источником кофеина являются кофейные бобы (семена кофейного дерева), из которых готовят кофе. Содержание кофеина в кофе может быть очень разным в зависимости от сорта кофейных бобов и метода приготовления, но в среднем одна порция кофе (30 мл) содержит от 40 мг кофеина для эспрессо из арабики до 100 мг для крепкого кофе. В общем, хорошо прожарены кофе содержит меньше кофеина, чем слабо прожарены. Сорт кофе Арабика обычно содержит меньше кофеина, чем сорт Робуста. В кофе также содержится небольшое количество теофиллина и нет вовсе теобромина.

Во многих культурах используют как источник кофеина чай. Чай обычно содержит примерно вдвое меньше кофеина чем кофе, в зависимости от крепости напитка. Некоторые сорта чая, например черный, содержат не больше кофеина, чем другие сорта. В чае также содержится небольшое количество теобромина и несколько больше теофиллина, чем в кофе.

Безалкогольные напитки обычно содержат от 10 до 50 мг кофеина на порцию. В отличие от них, энергетические напитки содержат около 80 мг кофеина на порцию. Гуарана, основная составляющая энергетических напитков, имеет высокое содержание кофеина и низкий теобромина и теофиллина.

Кофеин также продают как медикамент в виде таблеток.

[править] Передозировка

Передозировка кофеином приводит к кофеиновой интоксикации, или отравлению кофеином. Симптомы отравления как психологические, так и физиологические: беспокойство, нервозность, возбудимость, бессонница, диурез, подергивание мышц, непоследовательные мысли и речь, паранойя, аритмия сердца, тахикардия, повышенное кровяное давление, частый пульс. В исключительных случаях наблюдаются мания, депрессия, дезориентация, галлюцинации, психозы.

Кофеин

Кофеин — алкалоид, вызывающий привыкание и содержащийся в таких растениях, как кофейное дерево, чай (кофеин, содержащийся в чае или экстрагированный из него иногда называют теин), мате (кофеин, содержащийся в мате или экстрагированный из него иногда называют матеин), гуарана, кола, и некоторых других. Также производится синтетически. Содержится в различных напитках, оказывает стимулирующее действие на нервную систему.

Химическое строение Править

Химическое название кофеина — 1,3,7-триметилксантин. Соединяясь с водой, даёт кофеидин C7H12N4O. По строению и фармакологическим свойствам кофеин близок к теобромину и теофиллину; все три алкалоида относятся к группе метилксантинов. Кофеин лучше действует на ЦНС, а теофиллин и теобромин — в качестве стимуляторов сердечной деятельности и лёгких мочегонных средств.

Правка: кофеин также используется как мочегонное средство. Спортсмены с его помощью выгоняют влагу из мышц практически без потери их силы.

Физические свойства Править

Белые шелковистые игольчатые кристаллы или белый кристаллический порошок горьковатого вкуса, без запаха. Плохо растворим в воде (1:60), легко — в горячей (1:2), трудно растворим в спирте (1:50). Растворы имеют нейтральную реакцию; стерилизуют при +100°С в течение 30 мин. Т пл. 234 C°

Получение Править

Кофеин экстрагируют из отходов чая, кофейных бобов. В промышленности кофеин синтезируют из мочевой кислоты и ксантина.

Определение методами химического анализа Править

Качественной реакцией на кофеин служит образование соединений темно-коричневой окраски под действием концентрированной соляной кислоты на аммиачный раствор анализируемого образца.

Читайте также:  Физиотерапия при беременности – что можно делать

Фармакологические свойства Править

Физиологические особенности действия кофеина на ЦНС были изучены И. П. Павловым и его сотрудниками, показавшими, что кофеин усиливает и регулирует процессы возбуждения в коре головного мозга; в соответствующих дозах он усиливает положительные условные рефлексы и повышает двигательную активность. Стимулирующее действие приводит к повышению умственной и физической работоспособности, уменьшению усталости и сонливости. Большие дозы могут, однако, привести к истощению нервных клеток. Действие кофеина (как и других психостимулирующих средств) в значительной степени зависит от типа высшей нервной деятельности; дозирование кофеина должно поэтому производиться с учётом индивидуальных особенностей нервной деятельности. Кофеин ослабляет действие снотворных и наркотических средств, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга, возбуждает дыхательный и сосудодвигательный центры. Сердечная деятельность под влиянием кофеина усиливается, сокращения миокарда становятся более интенсивными и учащаются. При коллаптоидных и шоковых состояниях артериальное давление под влиянием кофеина повышается, при нормальном артериальном давлении существенных изменений не наблюдается, так как одновременно с возбуждением сосудодвигательного центра и сердца под влиянием кофеина расширяются кровеносные сосуды скелетных мышц и других областей тела (сосуды головного мозга, сердца, почек), однако сосуды органов брюшной полости (кроме почек) сужаются. Диурез под влиянием кофеина несколько усиливается, главным образом в связи с уменьшением реабсорбции электролитов в почечных канальцах.

Кофеин понижает агрегацию тромбоцитов.

Под влиянием кофеина происходит стимуляция секреторной деятельности желудка.

По современным данным, в механизме действия кофеина существенную роль играет его угнетающее влияние на фермент фосфодиэстеразу, что ведёт к внутриклеточному накоплению циклического аденозинмонофосфата (АМФ). Циклический АМФ рассматривается как медиаторное вещество (вторичный медиатор), при помощи которого осуществляются физиологические эффекты различных биогенных лекарственных веществ. Под влиянием циклического АМФ усиливаются процессы гликогенолиза, стимулируются метаболические процессы в разных органах и тканях, в том числе в мышечной ткани и в ЦНС. Полагают, что стимуляция кофеином желудочной секреции тоже связана с увеличением содержания циклического АМФ в слизистой оболочке желудка (см. также Теофиллин, Циметидин) .

В нейрохимическом механизме стимулирующего действия кофеина важную роль играет его способность связываться со специфическими («пуриновыми», или аденозиновыми) рецепторами мозга, эндогенным лигандом для которых является пуриновый нуклеозид — аденозин. Структурное сходство молекулы кофеина и аденозина способствует этому. Поскольку аденозин рассматривается как фактор, уменьшающий процессы возбуждения в мозге, замещение его кофеином приводит к стимулирующему эффекту. При длительном применении кофеина возможно образование в клетках мозга новых аденозиновых рецепторов и действие кофеина постепенно уменьшается. Вместе с тем при внезапном прекращении введения кофеина, аденозин занимает все доступные рецепторы, что может привести к усилению торможения с явлениями утомления, сонливости, депрессии и др.

Применение Править

Из-за полезного возбуждающего свойства кофеина и физического привыкания к нему, многие люди употребляют кофеиносодержащие продукты (напитки) для взбадривания. Кофе чаще всего пьют утром для быстрого восстановления после сна. Чаи (чёрный, зелёный) пьют в любое время дня, обычно после еды. Поскольку чай часто пьют из-за вкуса или для утоления жажды, производятся чаи без кофеина, не имеющие (порой нежелательных) свойств возбуждения ЦНС и повышения кровяного давления. Выпускается и декофеинизированный кофе.

В медицине кофеин (и кофеин-бензоат натрия) применяют при инфекционных и других заболеваниях, сопровождающихся угнетением функций ЦНС и сердечно-сосудистой системы, при отравлениях наркотиками и другими ядами, угнетающими ЦНС, при спазмах сосудов головного мозга (при мигрени и др.), для повышения психической и физической работоспособности, для устранения сонливости. Применяют также кофеин при энурезе у детей.

Кофеин является действующим компонентом большинства «энергетических напитков».

Есть данные о том, что кофеин снижает уровень инсулина в крови, препятствует отложению жировой ткани. [источник?]

Противопоказания Править

Кофеин, как и другие стимуляторы ЦНС, противопоказан при повышенной возбудимости, бессоннице, выраженной гипертензии и атеросклерозе, при органических заболеваниях сердечно-сосудистой системы, в старческом возрасте, при глаукоме.

Ссылка на основную публикацию
Что произойдет с телом, если ходить каждый день и много
Ходьба пешком: виды, польза, расход калорий Ходьба пешком – такое простое и естественное для каждого человека движение. Ходьба может принести...
Что находится справа в животе краткое описание строения внутренних органов человека, их назначение,
Боль в правом боку: что болит в животе справа покажет УЗИ Боль в правом боку — один из самых частых...
Что нейтрализует алкоголь в организме человека
6 фактов о биохимии этанола 6 фактов о биохимии этанола Люди с давних времен тесно связаны с алкоголем. Об опьяняющих...
Что происходит в организме бросившего курить
Что происходит после отказа от курения в организме курильщика Зависимость от курения это огромная проблема человечества. Как помочь заядлому курильщику...
Adblock detector