Исследовательская работа по химии на тему Вещественный образ кофе

Технология исследований

«Природа так обо всем позаботилась,

Что повсюду ты находишь, чему учиться»

I КРАСОТА И ВКУС ПОРОЖДАЮТ СТРАДАНИЕ ………..…………стр.2-5

1.1 Мотивационные предпосылки исследований………..………………стр.2

1.2 Переработка кофе ……………………………………….……………стр.3-4

1.3 Классификация кофе ……………………………………...………….стр.4-5

II. ВЕРА СДВИГАЕТ ГОРЫ ……………………………………………стр.5-16

2.1 Химический состав кофе …………………………………………….…стр.5

2.1.1 Вода………………………………………………………………………стр.6

2.1.2 Экстрактивные вещества…………………………………………..…стр.7

2.1.3 Кофеин………………………………………………………………...…стр.7

2.1.4 Тригонеллин……………………………………………………………стр. 8

2.1.5 Теобромин……………………………………………………………….стр.8

2.1.6 Теофилилин…………………………………………………………..…стр.8

2.1.7 Хлорогеновые кислоты……………………………………………..…стр.9

2.1.8 Таннин…………………………………………………………….….…стр. 9

2.1.9 Углеводы…………………………………………………………...….стр. 10

2.1.10 Аминокислоты………………………………………………..………стр.12

2.1.11 Карбоновые кислоты…………………………………………..……стр.13

2.1.12 Минеральные вещества……………………………………………стр.14

2.1.13 Эфирные масла…………………………………………………..…стр.14

2.1.14 Витамины……………………………………………………………..стр.15

2.1.15 Оценка качества кофе……………………………………….……..стр.15

III. ПРОЩЕ ПРЯМОЙ ТОЛЬКО ТОЧКА. ………………………….…стр.17-20

3.1 Технология исследования кислотно- основным титрованием….стр.17

3.2 Количественное определение карбоновых кислот. ………..…….стр.18

3.3 Хроматографическая идентификация карбоновых кислот………стр.19

3.4 Хроматографическая идентификация аминокислот. ……….……стр.20

IV. УСПЕХ - НАРАСТАЮЩИЙ ЭНТУЗИАЗМ. ………………….…стр. 21-22

4.1 Обсуждение результатов исследований…………………….…стр. 21-22

V. И НЕКОТОРЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ…………………………………стр. 22-26

5.1 Способы приготовления кофе. …………………………………..стр. 23-24

5.2 Оценка органолептических показателей……………………..……стр. 25

5.3 Определение содержания экстрактивных веществ…………стр. 25-26

5.4 Обнаружение замены натурального кофе кофейным напиткам…………………………………………………………………..…стр .26

VI. ИНФОРМАЦИОННЫЙ СЕРВИС. ……………………………….… стр. 27

I. КРАСОТА И ВКУС ПОРОЖДАЮТ СТРАДАНИЕ.

«Все яд, все есть лекарство,

И то и другое определяет лишь доза»

1.1Мотивационные предпосылки исследований.

Кофейный напиток в мире - второй после чая. Потребителей его можно делить на две группы. Одни уверяют, что выпить чашечку во второй половине дня - значит не уснуть до утра. Другие, даже обильное потребление кофе, нисколько не мешает спокойно спать всю ночь.

Информационная картина изобилует трактовками, как о первой, так и о второй группе.

Дирижируют ансамблем психологи, психотерапевты, врачи разных специальностей, и даже ученые, то есть химики.

Некоторые из этого состава веществ представляют особый интерес. Алкалоид кофеин, к примеру, первым выделил из зерен мокко немецкий химик Фридрих Рунге еще в 1819 году. И лишь в 1981 году американец Соломон Скайдер понял, почему кофеин бодрит одних и валит других.

Однако не тут-то было. Исследователи кофейной химии и физиологии человека до сих пор единого мнения так и не определили.

Нас же интересуют практические приемы по определению некоторых составных веществ кофе. Они однозначно влияют на все параметры качества сортов кофе. И, прежде всего, органические кислоты.

Кофейные зерна содержат большое количество сложных органических веществ. Эти вещества и изменения, которые они претерпевают в процессе приготовления напитка, изучаются десятками различных научно- исследовательских лабораторий мира. Цель изучения состоит не только в познании химического состава веществ и их трансформации на различных стадиях приготовления кофейного напитка, но и в выработке технологии, поиска методов, которые обеспечили бы высшее качество кофейного напитка.

Вопросы , возникающие при этом, сложны и в ряде случаев еще ждут своего решения. Природа объединила в кофе самые различные органические вещества. Новейшие методы химического анализа свидетельствуют о наличии в кофе нескольких сотен компонентов. Это сочетание и создает то, что мы называем кофейным напитком.

1.2 Переработка кофе.

Кофе-сырье, в основном транспортируется морем в зависимости от страны производителя. Для статистики принимают средний вес одного мешка равный 60 кг. Зерна зеленого, необработанного кофе ожидает еще долгая дорога и дальнейшая их обработка.

Важными составляющими хорошего кофе является, наряду с качеством зерен, прежде всего также грамотный подбор разных сортов для смеси (букета). Каждый производитель кофе стремится создавать и продвигать на рынок собственные кофейные букеты. Для этого используется преимущественно центрально- и южноамериканская арабика, смешиваемая с африканскими или индийскими сортами кофе. Кроме того, в Швейцарии в небольших количествах производятся кофейные смеси из дешевых сортов робусты. При составлении букета учитывают, какие напитки на его основе будут готовиться, например: кофе с молоком, эспрессо и т.д. Составление кофейного букета - настоящее искусство.

Признанные мастера прекрасно «знают» запах и вкус каждого сорта и имеют многолетний опыт. Различные сорта кофе из разных стран хранятся в специальных емкостях и с помощью автоматов смешиваются непосредственно во время приготовления различных букетов. При этом процентное соотношение составляющих сортов выдерживается очень точно. Составленные букеты в дальнейшем поступают в обжарочную машину.

Обжарщик - одна из ключевых фигур. Кофе приобретет великолепный аромат, превосходный запах и характерный цвет уже на этапе обжарки, при соблюдении температурного режима от 200 до 250°С, при котором испаряются содержащиеся в зернах эфирные масла.

Обжарщик - очень важный специалист. От его профессионализма, внимания и аккуратности в значительной степени зависит качество обжарки и, как следствие, конечного продукта. Он периодически во время обжарки берет пробу кофе для контроля хода и степени обжаривания. Кроме того, он на глаз, а также с помощью специальных оптических приборов, контролирует состояние зерен и сравнивает с образцами конкретного букета. Все зерна должны быть равномерно прожарены. Обычно обжарочные машины жарят кофе от 12 до 15 минут. На крупных предприятиях процесс обжарки кофе еще более ускорен и автоматизирован, длительность обжарки (в зависимости от букета) может составлять от шести минут и управляется электроникой. При обжарке кофе теряет до шестой части веса, но увеличивается в объеме до 25%. После обжарки кофе, приобретающий темно-коричневый цвет, необходимо выгрузить из обжарочной машины и, по возможности, быстро охладить, иначе зерна будут продолжать «дожариваться» под действием своей собственной температуры.

1.3 Классификация кофе

Кофе натуральный в зависимости от степени переработки подразделяется на:

♦ зеленый в зернах;

♦ жареный в зернах;

♦ жареный молотый;

♦ жареный молотый с добавлениями цикория;

♦ растворимый.

Зеленый кофе в зернах может быть высшего, первого и второго сортов. Обычно в продажу поступает очень редко. Натуральный жареный кофе в зернах может быть высшего и первого сортов. Кофе натуральный растворимый подразделяется на порошковый, гранулированный и сублимированный. Растворимый кофе в последнее время приобрел широкую популярность. По-разному можно относиться к напиткам на его основе, однако, бесспорно, у него есть свои приверженцы и своя, весьма устойчивая ниша. При изготовлении растворимого кофе решающее значение имеет качество используемых сортов.

Используются, преимущественно, букеты из бразильских, центрально-американских и африканских сортов. Прежде всего, тщательно обжариваются зерна. При достижении необходимой степени обжарки зерна сразу охлаждаются и перемалываются. Затем из порошка кофе извлекают растворимые компоненты. Для этого за основу берут процесс, аналогичный процессу приготовления кофе в домашних условиях, т.е. кофе заливается горячей водой. Последний этап приготовления растворимого кофе - извлечение кофейного концентрата. Для этого существует два метода: метод выпаривания и криогенный.

1. Выпаривание экстракта кофе. При данном способе экстракт кофе извлекается в стальной многосекционной башне под потоком горячего воздуха. При этом вода испаряется, а жидкий кофе превращается в порошок и охлаждается. В нижней секции башни остается готовый растворимый кофе.

2. Замораживание экстракта кофе (криогенный метод). Жидкий экстракт кофе быстро замораживается при температуре около - 40°С. Подаваемый на поверхность металлической чаши или металлического барабана экстракт превращается в ледяной слой, отделяется и крошится. Затем лед засыпается в чаши и вводится в камеру сушки. Здесь кристаллы льда исчезают: лед испаряется без перехода в жидкое состояние. Данная процедура происходит в вакууме и с соблюдением специальной процедуры нагрева, режимы которого поддерживаются автоматически и с высочайшей точностью. При этом появляется явно выраженные , коричневые гранулы.

II. ВЕРА СДВИГАЕТ ГОРЫ

2.1 Химический состав кофе

«И мрачен сердца образ

И снится он печальный.

Твой милый кофе-

Образ - вещественный»

Кофейные зерна содержат большое количество сложных органических веществ. Эти вещества и изменения, которые они претерпевают в процессе приготовления напитка, изучаются десятками различных научно-исследовательских лабораторий мира. Цель изучения состоит не только в познании химического состава веществ и их трансформации на различных стадиях приготовления кофейного напитка, но и в выработке технологии, поисках методов, которые обеспечили бы высшее качество кофейного напитка. Вопросы, возникающие при этом, сложны и в ряде случаев еще ждут своего решения. Природа объединила в кофе самые различные органические вещества. Новейшие методы химического анализа свидетельствуют о наличии в кофе нескольких сотен компонентов. Это сочетание и создает то, что, мы называем кофейным напитком. Каждому сорту кофе присуща своя особенная комбинация веществ.

2.1.1 Вода

Показатель влажности сырого кофе имеет существенное значение для оценки качества. Содержание влаги в сыром кофе играет важную роль при его экспорте и импорте, так как все расчеты между поставщиками и покупателями кофе производятся на основе показателя влажности, выраженного в процентах.

Содержание воды в сырых зернах кофе по норме, принятой Международной организацией кофе (МОК), должно составлять 12 ± 1%. Однако в зависимости от условий хранения и транспортирования влажность сырого кофе колеблется в пределах 9-14%.

Скорость сорбции и десорбции водяных паров зернами кофе относительно высока. Особенно интенсивно абсорбируют влагу кофейные зерна при повышенных значениях относительной влажности воздуха и температуры хранения. При относительной влажности воздуха 40-60% содержание влаги в зернах не превышает 12%. При влажности воздуха 63-65%) сырой кофе сохраняет нормальный цвет, свежесть и вкус в течение года; при влажности воздуха 65-70%) вместе с желтой окраской появляется и характерные запах, вкус залежавшегося кофе. Когда относительная влажность воздуха превышает 75%, кофе приобретает плесневелые запах и вкус становится практически непригодным для употребления.

При относительной влажности воздуха 95% и температуре 20-26°С сырые кофейные зерна достигают равновесной влажности через 25-30 суток, тогда как обжаренный кофе - через 5-7 суток, а растворимый кофе - через несколько часов.

Сырой кофе - биологический объект, содержащаяся в нем вода играет активную роль в биохимических и физико-химических процессах, которые протекают в клетках и тканях зерен.

2.1.2 Экстрактивные вещества

Содержание водорастворимых экстрактивных веществ в различных видах и сортах сырого кофе неодинаково и составляет примерно 20-29%). Наименьшее количество (19-20%) содержится в высшем сорте кофе вида Арабика. В 1-м сорте вида Арабика - 21-23%), вида Робуста - 24-27%, во 2-м сорте кофе вида Робуста -27-29%.

В состав экстрактивных веществ сырого кофе входят алкалоиды, белки, фенольные соединения, углеводы, липиды, органические кислоты.минеральные элементы и ряд других веществ, содержащихся в небольшом количестве.

2.1.3. Кофеин

Кофеин (C₈H₁₀N₄O₂)- важнейший алкалоид кофейных зерен, известный под названием 2,6-диокси-1,3,7-триметилпурин, или 1,3,7-триметилксантин:

Это вещество без цвета и запаха, в водном растворе дает горький привкус. Кофеин кристаллизуется из водных растворов в виде кристаллогидрата, имеющего форму хрупких шелковистых игл. Безводный кофеин плавится при 236,5°С, при осторожном нагревании может возгоняться. Он легко растворяется в хлороформе, метиленхлориде, ди- и трихлорэтилене. Водные растворы кофеина имеют нейтральную реакцию, с кислотами он образует соли. Кофеин в сыром кофе находится в свободном и связанном с хлорогеновокислым калием состояниях. Различные виды кофе характеризуются следующим содержанием кофеина (% в пересчете на сухое вещество): Аравийский - 0,6-1,2, Робуста - 1,8-3, Либерийский - 1,2-1,5. Количество кофеина в зернах в значительной степени изменяется и в зависимости от сорта кофе. Содержание кофеина в зернах играет очень важную роль при оценке качества сырья и установлении технических требований на него.

2.1.4. Тригонеллин

Тригонеллин (C₇H₇0₂N), или метилбетаинникотиновая кислота, в растениях образуется путем метилирования никотиновой кислоты.

Этот алкалоид в относительно большом количестве содержится в сортах кофе вида Арабика (1-1,2%). В сортах вида Робуста его несколько меньше (0,6-0,74%), а в сортах вида Либерика - всего 0,2-0,3%. Тригонеллин хорошо растворяется в воде, но термически нестабилен. При обработке кофейных зерен легко превращается в никотиновую кислоту (витамин РР), поэтому его считают основным предшественником образования никотиновой кислоты в кофейных зернах.

2.1.5. Теобромин

Теобромин является диметилксантином (C₇H₈О₂N₄). Это бесцветный мелкокристаллический порошок, труднорастворимый в воде. Теобромин плавится при 351°С, способен возгоняться, легко растворяется в едких щелочах, давая, например, натриевую соль. Содержание теобромина в сырых зернах кофе незначительное - 1,5-2,5 мг%.

2.1.6. Теофиллин

Теофиллин представляет собой 1,3-диметилксантин (C₇H₈0₂N₄), образует бесцветные шелковистые иголочки, содержащие одну молекулу кристаллизационной воды. Теофиллин труднорастворим в холодной воде, плавится при 269-272°С. Общее количество его в зернах дикорастущих кофейных растений 1-4 мг%.

2.1.7. Хлорогеновые кислоты

Хлорогеновые кислоты составляют основную часть фенольных соединений, и представляют собой моно- и диэфиры коричной и хинной кислот.

Хлорогеновые кислоты включают в себя около 10 соединений, содержащихся в кофе, а подобные им соединения обнаружены и в других соединениях. Зерна сырого кофе содержат примерно 7-10% хлорогеновых кислот. В кофе вида Робуста концентрация их больше (9-11%), чем в кофе вида Арабика (5,5-8%). Во время обжаривания содержание хлорогеновои кислоты в кофейных зернах резко снижается за счет теплового разрушения (заметно возрастает доля кофейной и хинной кислот) и участия в реакциях с аминокислотами, белками с образованием темноокрашенных продуктов. Роль хлорогеновых кислот в формировании цвета кофе во время обжаривания очевидна.

2.1.8. Таннин

В сырых зернах кофе содержание таннина варьируется в широких пределах - от 3,6 до 7,7%.

В процессе обжаривания (особенно при температуре 175-205°С) количество таннина резко уменьшается и в готовом продукте его остается 0,5-1,0%. Это весьма лабильный компонент кофе, который интенсивно окисляется за 5-8 минут тепловой обработки при температуре 80-125°С. На этой стадии активно действует полифенолоксидаза, которая способствует окислению танина. В дальнейшем протекает неферментативное превращение танина, в результате которого образуются продукты вторичного превращения - темноокрашенные пигменты.

Снижение содержания таннина во время обжаривания не считается отрицательным фактором, так как способствует формированию вкуса и цвета кофе. Однако при чрезмерном нагревании таннин полностью разлагается. Пустой или плоский вкус обжаренного кофе иногда можно частично объяснить исчезновением таннина. Поэтому, учитывая разложение и хлорогеновой кислоты, важно в готовом продукте сохранить хотя бы часть фенольных соединений.

2.1.9. Углеводы

На долю углеводов приходится 50-60% общей массы сырых кофейных зерен. В состав углеводов кофе входят сахароза С₁₂Н₂₂О₁₁(6-10%), целлюлоза (С_бН₁₀О₅)_n(5-12%), пектиновые вещества (2-3%) и высокомолекулярные полисахариды (клетчатка, лигнин и др.). Установлено, что основным водорастворимым компонентом высокомолекулярных полисахаридов сырого кофе является арабиногалактан (2-5%). Кроме того, из кофейных зерен выделены глюкогалактоманнан, галактоза, манноза и арабиноза.

Долгое время считалось, что в сыром кофе отсутствуют свободные моносахара С₆Н₁₂О₆(глюкоза и фруктоза), однако исследованиями установлено, что в зернах кофе вида Арабика преобладает сахароза, а вида Робуста - редуцирующие сахара. При жидкостной хроматографии в 80%-ных водных растворах этилового спирта сырых зерен кофе Арабика из Эфиопии и Бразилии наряду с сахарозой обнаружены и количественно определены фруктоза, а-глюкоза, b-глюкоза и два сахара не идентифицированы. В целом, общее количество редуцирующих сахаров в зернах кофе достигает 0,7-1%.

В процессе обжаривания происходят глубокие изменения в составе углеводного комплекса кофе. Например, сахароза, являющаяся основным компонентом этого комплекса, практически полностью исчезает (ее остается0,56%).

В начале обжаривания также резко падает содержание моносахаридов, но к концу процесса оно существенно возрастает: 1,25% глюкозы, 1,1% фруктозы,0,15% арабинозы и 0,1% галактозы.

Колебания в составе и количестве моносахаров в кофе при его тепловой обработке объясняются расходом некоторой их части на процессы карамелизации и меланоидинообразования (в начальной и средней стадиях обжаривания), а затем, при достижении температуры 205-220°С,увеличением их концентрации за счет гидролиза клетчатки, пентозанов и других полисахаридов.

2.1.10 Аминокислоты

В сыром кофе трех основных разновидностей (Арабика, Робуста и Либерика) белковые вещества содержатся почти в одинаковом количестве (аминный азот -1,55-1,63%, общее содержание белка - 9,69-10,19%). В состав белков кофе входит 20 аминокислот. Формулы аминокислот: Моноаминомонокарбоновые кислоты:

В целом установлено, что по составу аминокислот кофе видов Арабика, Робуста и Либерика практически одинаков, а по содержанию заметно различается, что объясняется условиями произрастания.

В обжаренном кофе белки содержат тот же самый состав аминокислот, но количество многих из них существенно уменьшается (серина - в 3 раза, глицина - в 2 раза и т.д.). Общее содержание белков снижается примерно на 15%. Скорее всего, после обжаривания в кофе содержатся не белки, а белковоподобные вещества, являющиеся продуктами взаимодействия белков или их фрагментов с углеводами, фенольными соединениями и т.п.

В сырых зернах кофе обнаружено высокое содержание свободных аминокислот. Найдено свыше 1% фенилаланина, более 0,6% глутаминовой кислоты. Но в процессе обжаривания свободные аминокислоты исчезают фактически полностью, обнаруживаются, только если следы аспарагиновой и глутаминовой кислот, треонина, серина, валина. Очевидно, что свободные аминокислоты участвуют в образовании цвета и формировании аромата кофе.

2.1.11 Карбоновые кислоты.

Из органических кислот в сырых кофейных зернах обнаружены лимонная, яблочная, малеиновая, уксусная и щавелевая.

Причем для разных видов и сортов их состав и содержание различны. Кислотность сырого кофе различных ботанических видов и сортов изменяется от 2,4 до 4.При длительном (3-5 лет) хранении сырого кофе в нормальных условиях кислотность возрастает незначительно.

Содержание свободных жирных кислот в сырых кофейных зернах высших сортов составляет 0,5-3%), в зернах более низкого качества - до 20%. Преобладающими являются линолевая С₁₇H₃₁COOH, пальмитиновая С₁₅H₃₅COOH и олеиновая C₁₇H₃₃COOH кислоты.

2.1.12. Минеральные вещества

Сырые кофейные зерна содержат минеральные вещества. Содержание отдельных минеральных элементов зависит от сорта кофе, района произрастания, способа обработки, вида вносимых в почву минеральных удобрений, а также применяемых средств защиты растений. Определенной зависимости между количеством минеральных веществ и качеством напитка из кофе не существует. Однако считается, что содержание цинка, марганца и рубидия в сырых зернах обусловливает лучшие свойства готового кофе.

В сырых кофейных зернах содержание минеральных веществ составляет 3-4,5%. Преобладающим элементом является калий (около половины), затем следуют магний и кальций (примерно в 10 раз меньше), натрий, железо, марганец и др. Считается, что повышенное содержание цинка, марганца и рубидия способствует улучшению свойств напитка. Во время обжаривания кофе содержание минеральных веществ повышается до 5-7%, что связано с большими потерями сухого вещества.

Сырые кофейные зерна содержат минеральные вещества. Определен количественный состав минеральных веществ (мг):

№

Хим. элемент

Содержание, мг

№

Хим. элемент

Содержание, мг

1.

калий

1712-1750

6.

марганец

1,1-9,8

2.

магний

142-176

7.

рубидий

0,6-4,2

3.

кальций

76-120

8.

цинк

0,5-3,2

4.

натрий

2,3-17

9.

медь

0,6-2,3

5.

железо

2,1-10

10.

стронций

0,4-1,3

а также следы хрома, ванадия, бария, никеля, кобальта, свинца, молибдена, титана и кадмия.

21.13 Эфирные масла

В обжаренном кофе идентифицировано более 350 ароматических веществ. В эфирном масле кофе найдено значительное число серосодержащих летучих компонентов. Эти компоненты в сильной степени влияют на аромат - основной критерий качества кофе. В связи с этим уровень летучих ароматобразующих веществ следует рассматривать как важнейший фактор для оптимизации процесса обжаривания, контроля качества свежего кофе и оценки условий молотого кофе.

Формирование аромата кофе происходит при обжаривании. Состав летучих соединений в свежих зернах Робуста и Арабика неодинаков на различных стадиях созревания: в зеленых зернах кофе обнаружено лишь 14 соединений, а в спелых зернах обоих видов - свыше 40 летучих веществ. При высушивании зерен концентрация этих соединений снижается и появляется значительное количество продуктов их окисления.

2.1.14. Витамины

В кофейных зернах обнаружены тиамин (витамин B₁), рибофлавин (В₂), пантотеновая кислота, никотиновая кислота (РР), пиридоксин (В₆) и токоферол (Е).

2.1.15. Оценка качества кофе

Качество жареного кофе оценивают по органолептическим показателям (внешнему виду, степени обжарки зерен, их вкусу и аромату) и физико-химическим показателям: влажности (при выпуске - не более 4%, в течение срока хранения - не более 7%); массовой доли золы, в том числе нерастворимой в соляной кислоте; массовой доли экстрактивных веществ (20-30%, а для молотого с цикорием - 30-40%), кофеина (не менее 0,7%) в натуральном кофе и 0,6% в кофе с добавлениями цикория); крупности помола, наличию металлопримесей (до 5 мг на 1 кг) и других посторонних примесей.

При оценке качества кофе особое значение придают результатам органолептической оценки напитка - кофейного экстракта.

Для этого навеску кофе массой 10,0 г помещают в фарфоровый или стеклянный стакан, заливают 200 см³ горячей воды, доводят до кипения при помешивании и сразу же снимают с огня (кофе не варят, а заваривают), во избежание потери аромата стакан закрывают крышкой. После отстаивания настой сливают в дегустационные чашки и определяют его аромат и вкус, обращая внимание на полноту и гармоничность вкусовых свойств, их соответствие виду и сорту кофе, наличие посторонних привкусов и запахов.

Кофе натуральный растворимый оценивают по следующим органолептическим показателям: внешний вид, цвет, вкус и аромат. Он должен быть в виде порошка коричневого цвета, однородный по интенсивности. Вкус и аромат должны быть выраженными, с различными оттенками, свойственными натуральному кофе. По физико-химическим показателям при оценке качества определяют: массовую долю влаги, кофеина, золы, рН, растворимость, массовую долю металлопримесей и посторонние примеси. При этом влажность растворимого натурального кофе при выпуске должна быть не более 4%, в течение гарантийного срока хранения допускается увеличение до 6%;содержание кофеина - не менее 2,3%; общей золы- не менее 6% ; рН напитка - не менее 4,7 ; растворимость в воде- полная в горячей за 0,5 минут, при 20⁰С- за 3 минуты ; количество металлопримесей - не более 3 мг/кг ; а посторонние примеси не допускаются.

Органолептические показатели определяют в следующей последовательности : внешний вид и цвет, аромат и вкус. Для определения аромата и вкуса навеску кофе массой массой 2,5 г помещают в фарфоровый, стеклянный стакан или цилиндр вместимостью 250 см³ и растворяют при перемешивании в 150 см³ горячей прокипяченной воды при температуре 96-98^оС

III. ПРОЩЕ ПРЯМОЙ ТОЛЬКО ТОЧКА.

«Вещества - редкие молчуны...

Мало из них готовы к откровению.

Но по их природным мелодиям

можно составить биографию жизни:

кого, когда, как они лечили и для чего

еще их использовали: в какие периоды

были востребованы, а в какие - были

отправлены на «отдых»..

3.1. Технология исследоания кислотно-основным титрованием.

В основе метода кислотно- основного титрования лежит реакция взаимодействия ионов водорода (или гидроксаная) с ионами гидроксила, сопровождающаяся образованием слабодиссоциированных молекул воды (растворителя):

Н⁺ + ОН^-→Н₂О или Н₃О⁺ + ОН^-→ 2 Н₂О

Этот метод применяется для количественного определения кислот, оснований, некоторых солей.

В качестве рабочих растворов используют чаще всего растворы соляной и серной кислот, растворы гидроксидов натрия и калия. Их концентрация 0,01 - 0, 05 моль/л и более.

Органические кислоты можно титровать раствором щелочи по схеме:

НСООН + NаОН→ НСООNа + Н₂О

В точке эквивалентности образуется соль - формиат натрия, которая, являясь, солью слабой кислоты и сильного основания, гидролизуется:

НСООNа + Н₂О↔НСООН+NаОН

и в растворе появляется избыток ионов ОН^-

Следовательно, при титровании органических кислот щелочью, точка эквивалентности не совпадет с точкой нейтральности и будет находиться в щелочной среде (индикатор фенолфталеин).

При протекании реакции нейтрализации не наблюдается каких - либо внешних признаков, которые можно было бы наблюдать визуально.

Поэтому для фиксирования точки эквивалентности необходимо применять соответствующие индикаторы (указатели). Последние меняют окраску в зависимости от изменения величины рН раствора, вследствие чего их называют рН индикаторами.

Известно довольно большое количество веществ, обладающих этими свойствами, но не все они могут использоваться в качестве индикаторов. Вещества, которые можно применять в качестве индикаторов, должны удовлетворять определенным требованиям: окраска индикатора должна быть хорошо заметной, цвет его должен резко изменятся в небольшом интервале рН, изменение окраски должно быть обратимым.

В исследовательской работе часто прибегают к уже известным индикаторам, изменение окраски которых происходит по механизму В. Освальда (1894 г.). Согласно его воззрениям в водной среде органическое вещество диссоциирует, к примеру, лакмус, по схеме:

НInd ↔ H⁺ + Ind^-

красное синее

При добавлении раствора гидроксида натрия, то ОН^- - ионы соединяются с Н⁺ - ионами и образуют молекулы Н₂О. Потому равновесие сдвинется вправо и окраска раствора станет синей т. К. появляются ионы Ind^-.

При добавлении соляной кислоты равновесие сместится влево с образованием НInd и раствор примет красную окраску. В нейтральной среде молекулы HInd и Ind^- - ионы равны. Цвет раствора - фиолетовый. Это двухцветные индикаторы. Имеются и одноцветные индикаторы - фенолфталеин.

Окраска органических соединений зависит от наличия в их молекулах особых групп атомов, называемых «носителями цвета» - хромофорами: карбонильная группа>С=О; нитрогруппа

О= N→переходящая в нитрозогруппу НО-N=, азогруппа - N=N- переходящая в гидр азогруппу

=N- NH-, бензойная группа , переходящая в хиноидную группу , и др.

Имеются усилители окраски т.н. ауксохромные группы: гидроксильная группа - ОН, аминогруппа - NH₂ , эфирная группа - О - СН_3. Во многом на окраску веществ влияет сама структура молекул органического вещества, расположение хромофорной и ауксохромной группировок относительно друг друга. Влияют также кратные связи между атомами элементов.

В природе растения синтезируют органические вещества самой разнообразной окраски. И не всегда под рукой имеются стандартные индикаторы. Появляется необходимость поиска в окружающей среде. Внимание привлекают окрашенные плоды, овощи, ягоды и цветы. В работе воспользовались такой возможностью для выбора индикатора, извлеченного из сока красной свеклы (пищевой).

3.2. Количественное определение карбоновых кислот

В работе использовали прибор для титрования в аналитических лабораториях, состоящих из лабораторного штатива, бюретки на 10 и 25 см³, коническую колбу на 25 - 100см³, воронки, пипетки. Реагенты: фиксаналы соляной и уксусной кислот; гидроксида натрия; вода питьевая и дистиллированная; индикаторы: фенолфталеин, метиловый оранжевый; сок свекольный красный, универсальный индикатор; исследуемые растворы кофе.

Титрование проводили известным способом. Конечную точку титрования определяли по изменению окраски выбранного индикатора (фенолфталеина). Воспроизведение опытов - доказательство достоверности результатов. Обобщенные результаты титрования приведены ниже.

Суммарное определение карбоновых кислот в кофе.

Т/Т

содержание

г/100г

%

рН раствора

г/100г

№1

0,0095

0,0095

4,7

0,0096

№2

0,0093

0,0093

5,0

0,0098

№3

0, 0094

0,0094

5,3

0,0099

среднее

0,0094

0,0094

5,0

0,00975

3.3 Хроматографическая идентификация карбоновых кислот.

Прибор представляет собой высокий стеклянный цилиндр, снабженный резиновой пробкой, в которую вставлен изогнутый стеклянный стержень для подвешивания полос фильтровальной бумаги. В цилиндр наливают раствор этилового спирта, к которому добавлен разбавленный аммиак (к смеси 80 см³ спирта и 15 см³ воды добавляют 3 см³ концентрированного аммиака, разбавленного до 5 см³ водой). С помощью зажима закрепляют бумажную полосу (ватман №1,60×5 см) на стеклянном стержне, так, чтобы при вставленной пробке нижний конец бумаги был погружен в жидкость. Затем пробку вынимают, закрепляют на штативе и проводят карандашом на бумаге линию на 3-4 см выше уровня жидкости. Тонкой пипеткой наносят на бумагу раствор кофе (0,2 г в 100 см³ воды) так, чтобы образовалось пятно диаметром в 1 см. Полосу сушат в токе горячего воздуха, затем помещают на ночь в цилиндр для появления хроматограммы.

Колебания температуры обуславливают неравномерное проявление хроматограммы. Для защиты от воздушных потоков цилиндр помещают в какой - либо большой сосуд.

На следующий день полосу бумаги вынимают и сушат в сушильной камере или в токе холодного воздуха. Сухую бумагу слегка опрыскивают из хорошо распыляющего распылителя спиртовым раствором бромкрезолового зеленого (профильтрованный раствор, 100мг/100см³) и тотчас же после этого 3%-ным раствором ацетата свинца (II) (ч. д. а.). Затем бумаге дают высохнуть или сушат ее током теплого воздуха из воздуходувки. Положение кислот определяют по положению желтоватых пятен, появившихся на синем фоне. Записывают величину R_ɬ (R_ɬ - отношение расстояния, на которой продвинулась кислота e=4,6 к расстоянию, пройденному растворителем, (вода, спирт и др.) S=10: например, R_ɬ = e: S= 4,6:10=0,46). Значение R_ɬ для данного вещества меняется в зависимости от растворителя и качества фильтрованной бумаги.

При этом, однако, наблюдается определенная закономерность. R_ɬ (величина фронта) возрастает с увеличением молекулярной массы алкильной группы (радикала) и приближается к скорости движения растворителя. Между R_ɬ и М_ч имеется линейная зависимость ( если не прямая линия, то стремящееся к прямой).

Идентификация карбоновых кислот

Карбоновая кислота

название

формула

R_ɬ

М_ч

1

Уксусная кислота

СН₃СООН

0,48

60

2

Щавелевая кислота

С₂Н₂О₄

0,51

90

3

Лимонная кислота

С₆Н₈О₇

0,60

192

4

Пальмитиновая кислота

С₁₅Н₃₅СООН

0,72

260

5

Линолевая кислота

С₁₇Н₃₁СООн

0,77

280

6

Олеиновая кислота

С₁₇Н₃₃СООН

0,75

282

7

Стеариновая кислота

С₁₇Н₃₅СООН

0,80

284

З.4 Хроматографическая идентификация аминокислот.

На полоску фильтрованной бумаги (для хроматографии) наносят 2 капли исследуемого раствора кофе. Высушивают ее и слегка опрыскивают водным раствором, содержащим 1% перманганат калия и 2% карбонат натрия. На розовом фоне сразу же появляется желтое пятно. Их очерчивают карандашом, и бумагу немедленно отбеливают сернистым ангидридом, помещая ее на короткое время под часовое стекло над стаканом, в котором проходит реакция бисульфита натрия с соляной кислотой.

После удаления избытка сернистого газа бумагу опрыскивают раствором нингидрина с коллидином и высушивают. Перманганат окисляет атомы серы аминокислоты (метионина, цистеина), а также фенольные группы (тирозина), но реакция восстановления сернистого газа указывает на то, что исходные аминокислоты все же остаются. Природа желтого пигмента пока еще неизвестна.

Идентификация аминокислот

№

Название

Формула

R_ɬ

М

1

Глицин

СН₂(NH₂) COOH

0,42

75

2

Аланин

CH₃CH(NH₂)COOH

0,60

89

3

Валин

(CH₃)₂CHCH(NH₂)COOH

0,73

117

4

Лейцин

(CH₃)₂CHCH₂CH(NH₂)COOH

0,80

131

5

Фенилаланин

C₆H₅CH₂CH(NH₂)COOH

0,83

165

6

Серин

HOCH₂CH(NH₂)COOH

0,45

105

7

Тирозин

HOC₆H₄CH₂CH(NH₂)COOH

0,60

181

8

Глутаминовая

HOOC(CH₂)₂CH(NH₂)COOH

0,40

147

IV УСПЕХ - НАРАСТАЮЩИЙ ЭНТУЗИАЗМ.

Не стоило дел невыполнимых,

Нет сил дежурно улыбаться.

Но жизнь конвейером бегущим

Все время движется вперед

К нам идет день грядущий

Жить надо кофе -

Вещества тебя создающие.

4.1. Обсуждение результатов исследования.

Горсть родной земли, путник всегда берет с собой в края далекие. Каждый это делает , как бы по традиции. А ведь это действо имеет глубокий смысл. Потому что тут, там, далеко - близко он впитал вещества уже при рождении все содержимое, родное вместе с материнским молоком. Кофе - один из своеобразных продуктов , созданный природой, проник во все уголки планеты Земля . Его используют и по поводу и без него.

Так уж завелось, что потребитель думает не только о вкусе, но и качестве продукта, иначе о полезности кофе. Мнения, как упомянуто в первой главе, сильно разнятся. На противоположные . Есть мнения , что не продукт , кофе, виновен в этом . Американский ученый Соломон Снайдер утверждает, что действие кофе на людей двояко из-за физиологии самого человека. Даже на генетическом уровне. Возможно нано технологические исследования ответ на двойственное действие кофе на человека дадут конкретный ответ.

Наши исследования привели к тому, что позволили обратить внимание на основной компонент напитка. На самое загадочное вещество - вода. Кофе различных сортов содержит ее в пределах 12-14%. Независимо от способа переработки, от его сорта, при приготовлении напитка используем воду наших местностей. А ведь она отличается везде: от Востока до Запада; от Юга до Севера. Имеются стандарты. Однако не всегда и не везде соблюдаются. Поэтому каждому потребителю, любителю кофейного напитка, можно и нужно учитывать, прежде всего, качество потребляемой воды. Оптимальный вкус кофе приобретает тогда, когда рН воды находится в пределах 7 единиц. Это легко можно определить универсальным индикатором. При прочих равных условиях.

В работе систематизированы и описаны все классы веществ. Примечательно то, что научно - исследовательские лаборатории мира довольно подробно изучают всесторонне алкалоиды. На самом деле тот же кофеин больше содержится в чае, а не в кофе. А винят кофейный продукт, обходя чай. Как-то не вполне это оправдано. Естественно ставить вопрос: почему тогда в странах производителей кофе меньше ссылаются на негативное его действие.

Вероятно, следует обратить внимание на остальные классы веществ, образующиеся на стадии переработки кофейных зерен. Какие они изменения претерпевают, во что они превращаются. И как они влияют на либидо потребителя. Этим занимаются другие специалисты. Нас же привлекает способ идентификации и разделения отдельных компонентов готового продукта , поступающего на прилавки магазинов.

В наших скромных условиях сельских школ весьма доступен титриметрический метод исследования с применением реакции нейтрализации. Данный метод позволил определить суммарное содержание карбоновых кислот. Однако их содержание настолько мало в кофе, что не всегда удается точно фиксировать момент окончания реакции. Колориметрические индикаторы имеют сравнительно широкий предел рН изменения окраски. Попытки использовать обычные природные красители(антоцианы) сока красной свеклы к успеху не привели. Возможно, в этом направлении необходимы дальнейшие исследования.

Интерес представляет метод хроматографии. Сложные органические вещества типа карбоновых кислот, аминокислот, сахаристых веществ могут быть идентифицированы и разделены хроматографически. С использованием фильтровальной бумаги специального назначения (для хроматографии). Метод настолько прост в выполнении, что не каждый и не всегда удачно его использует. Требует тонкой, тщательной работы, идеальной чистоты растворителей (воды, спиртов и др.) веществ - проявителей хроматограмм, соблюдение аккуратности при подготовке растворов кофе. Полученные результаты приведены в сводных таблицах. Внимание привлекает закономерность зависимости скорости движения фронта исследуемой кислоты от ее молекулярной массы. Играет роль природа растворителя и строение вещества.

V. И НЕКОТОРЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ.

« Вы торопитесь,

желающих открытия делать - много.»

В школе уже много лет успешно ведут исследовательскую работу по химии ученики старших классов. Их интерес проявляется во многих, разнообразных направлениях. Им не безразлична экологическая обстановка родного края. На республиканском конкурсе отмечена работа Багаевой Марии в 2009 году.

«Какую воду мы пьем». Не лишена была вниманием работа Белой Екатерины в 2011 году « Ацетилсалициловая кислота: лицо и маска», посвященная химии самых распространенных медицинских препаратов.

Нынешняя работа косвенно или прямо объединяет первые две. Она посвящена пищевому продукту, который создает прекрасное настроение, улучшает здоровье, обеспечивает работоспособность человека. Изучать состав кофе и научиться технологии тонкого приготовления напитка перспектива весьма заманчивая. Всем удачи.

5.1 Способы приготовления кофе

Кофе черный натуральный варят в кофейниках, специально предназначенных для этой цели. Для получения крепкого душистого и вкусного напитка необходимо знать следующее: кофейник должен быть чистым, перед варкой кофе его необходимо сполоснуть кипящей водой, затем налить по норме кипяток (из расчета 100 см³ на чашку); всыпать молотый кофе из расчета 8 г на порцию, поставить на огонь, довести до кипения и прокипятить в течение 2-3 минут. В процессе кипячения следят за тем, чтобы кофе не сбежал, после чего дают отстояться 6-8 минут.

Разливают кофе в кофейные чашки емкостью до 100 см³, затем чашку ставят на блюдце, куда кладут кофейную или чайную ложку. Кофе можно подавать и в стаканах. Стакан ставят на блюдце или в подстаканник, а затем на блюдце. Сахар кусковой подают отдельно, в сахарнице или в розетках.

Кофе черный натуральный молотый заваривают следующим образом: вскипятив воду, вливают ее в кофейник, добавляют молотый кофе, варят, дают отстояться, разливают в чашки.

Сахар кусковой подают отдельно, в сахарнице или в розетке. Лимон, нарезанный на пластинки, подается отдельно, на малой тарелке или в розетке.

Продуктов на порцию: кофе - 1 чайная ложка, сахара - 2-3 чайных ложки, кипятка - 100 см³, лимон - по вкусу.

Кофе с молоком. Вскипятив в чайнике воду, вливают в кофейник, добавляют молотый кофе из расчета 8 г кофе на 60-70 см³ воды на порцию, варят, дают отстояться, кладут в стакан чайную ложку, разливают порциями по 50-60 см³, добавляют 75 см горячего молока, доливают кипятком, устанавливают стаканы в подстаканники, после чего их ставят на блюдца. Сахар кусковой подают отдельно, в сахарнице или в розетке. Продуктов на порцию: кофе - чайная ложка, сахара - по вкусу, молока - 75 см³ и кипятка - 125 см³.

Кофе на молоке. Вскипятив в чайнике воду, вливают в кофейник, добавляют молотый кофе, варят, дают отстояться, сливают через ситечко в кастрюлю, вливают горячее топленое молоко, кладут сахар, размешивают и снова дают вскипеть. Подают напиток в стакане, установленном в подстаканнике и на блюдце. При розливе в стакан можно положить немного молочной пенки, полученной при кипячении молока. Молоко топят в духовом шкафу, кастрюлю крышкой не накрывают. Сахар кусковой подают в сахарнице или в розетке. Продуктов на порцию: кофе - 1 чайная ложка, молока - 125 см³, сахара - по вкусу, кипятка - 60-70 см³.

Кофе черный натуральный растворимый. Вначале кипятят в чайнике воду. Затем в кофейную чашку емкостью 100 см³ всыпают 3-5 г растворимого кофе, заливают кипятком, чашку устанавливают на блюдце. На блюдце кладут кофейную ложку. Сахар кусковой подают в сахарнице или в розетке. Продуктов на порцию: кофе растворимого-3-5г, кипятка - 90 см³, сахара - по вкусу.

Кофе растворимый на молоке. Кипятят в чайнике воду, в стакан всыпают растворимый кофе, заливают горячим молоком, размешивают, доливают кипятком и подают на стол. Сахар кусковой подают в сахарнице или в розетке. Продуктов на порцию: кофе растворимого - 3-5 г, кипятка - 60-70 см³ и молока - 125 см³, сахар - по вкусу.

«Золотые правила» для получения хорошего кофе:

• для приготовления кофе необходимо использовать только свежую, холодную, некипяченую воду;

• вода для приготовления кофе должна быть некипящей, иначе кофе будет

слегка горчить, и потеряет часть аромата;

• кофеварки, в которых приготавливают кофе, должны содержаться в чистоте; кофеварки также необходимо тщательно очищать каждый раз после их использования, это оправдывает затрачиваемые усилия еще и тем, что остатки старого кофе и жмыха оказывают негативное влияние на получаемый напиток;

• посуду необходимо выбирать такую, чтобы она не аккумулировала запахи и не смешивала их с ароматом кофе;

• кофе не следует долго хранить в тепле, это снижает его аромат;

• правильными считаются следующие пропорции кофе: 1 полная кофейная ложка (около 6-10 г) свежемолотых зерен кофе на чашку 50-70 г воды.

5.2 Оценка органолептических показателей

Отмерили около 8 г кофе (1 ст. ложка с горкой) в расчете на 150 мл воды. Понюхали сухие образцы и записали впечатления от разных сортов. (Рекомендуется все образцы пробовать в порядке очередности, оставляя те, у которых предположительно самый сильный вкус, под конец).

Налили одинаковый объем только что вскипевшей воды в чашки с молотыми образцами, не перемешивая. Подождали примерно две минуты, затем наклонились над каждой чашкой и понюхали запах у поверхности напитка (на ней будут плавать крупинки кофе).

Разбили плавающую корку при помощи дегустационной ложки, наклонились над чашкой и понюхали напиток у самой его поверхности, зачерпнули воду со дна вместе с гущей и вновь оценили аромат кофе. После этой операции гуща обычно оседала. Удалили ложкой плавающие на поверхности частички кофе, перенеся их в дополнительную пустую чашку. Каждый раз погружали ложку в стакан с чистой водой, чтобы кофе разных сортов не перемешивался.

Набрали половину ложки напитка, поднесли к губам и быстро втянули жидкость в рот, захватывая с шумом как можно больше воздуха. Постарались, чтобы часть кофе как можно быстрее оказалась у задней стенки ротовой полости. Спустя несколько секунд выплюнули жидкость. Записали свои ощущения, необходимые для дальнейшего сравнения образцов. Сполоснули ложку и приступили к дегустации следующего сорта.

Старались пробовать все виды кофе при одинаковой степени нагрева воды и как можно быстрее один после другого. Когда образцы остыли, вновь продегустировали их, так как вкусовые качества при другой температуре изменяются.

№

Наименование образца

Вкус

Аромат

Оценка

1.

Кофе натуральный жареный молотый «Черная карта»

Приятный насыщенный

Ярко выраженный

Отлично

2.

Кофе натуральный растворимый «Якобз Монарх»

Приятный выраженный

Выраженный

Отлично

5.3. Определение содержания экстрактивных веществ.

Содержание сухих веществ в натуральном кофе не менее 20%. В сухую коническую колбу отфильтровали напиток: кофе, через бумажный фильтр.

Рефрактометр установили на показатель преломления дистиллированной воды при 20°С 1,3330, что соответствует 0% сухих веществ. Призмы рефрактометра вытерли чистой сухой марлей и нанесли 1-2 капли фильтрата на чистую призму рефрактометра РЛУ. Опустили верхнюю призму и через 2-3 минуты произвели замер трижды и рассчитали среднее арифметическое. По шкале рефрактометра определили коэффициент преломления. По приложению VI «Определение содержания сухих веществ по показателю преломления» в учебнике «Аналитическая химия и технохимический контроль в общественном питании» на стр. 259-261 нашли массовую долю сухих (экстрактивных) веществ.

В связи с отсутствием ультратермостата внесли температурную поправку (приложение VII стр. 261). Результаты измерений заносят в таблицу:

№

Наименование

Показатель преломления

Содержание сухих в-в

t°C

Поправка

Конечный результат

1.

Кофе натуральный молотый «Черная карта»

1,3902

35,00

15

0,35

34,65

2.

Кофе натуральный растворимый «Якобз Монарх»

1,3811

30,00

15

0,35

29,65

5.4. Обнаружение замены натурального кофе кофейным напитком.

В состав кофейных напитков входят зерновые продукты: ячмень, рожь, овес. Содержащийся в них крахмал можно обнаружить специфической реакцией его с йодом. На этом основан метод обнаружения замены натурального кофе кофейным напитком. В колбу коническую прилили 1 мл профильтрованного напитка, разбавили 5 мл дистиллированной воды, перемешали стеклянной палочкой, добавили 2-3 капли раствора Люголя. В пробирке №1 - появившаяся желтоватая окраска постепенно исчезла. Значит, это натуральный кофе. В пробирке №2 -жидкость окрасилась в фиолетово-синий цвет. Следовательно, кофе был приготовлен с добавлением кофейного напитка.

VI Информационный сервис

1.В.П. Черных и др. Органическая химия. Харьков ,2007 г.

2. М.Д. Машковский. Лекарственные средства . Кишинев . 1990 г.

3. Г.В. Пичугина. Химия и повседневная жизнь человека . М. 204 г.

4. Химия в школе. М.,2001-2012 гг.

5.А.И. Врублевский и др. Химия элементов , Минск 2002г.

6. wikipedia.ru.

7. xumuk.ru

8. alhimik.ru

9.Химическая энциклопедия.1988г. М.т.1.

10. ГОСТ Р 52088 -2003 . Кофе натуральный жареный . 2003г.

11. ГОСТ Р 51881 -2003. Кофе натуральный растворимый . 2002г.

12. coffeetea.ru

13. coffeetea.ru/coffee

14. Наука и жизнь. М. 2000-2012 гг.

15. Химия и жизнь. М. 2000 -2012 гг.

29