CC BY
1Столыпинский вестник №9/2024
Научная статья Original article УДК 54.056
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОФЕИНА В НЕКОТОРЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКСТРАКТАХ КАЧЕСТВЕННЫМИ РЕАКЦИЯМИ
DETERMINATION OF CAFFEINE IN SOME PLANT EXTRACTS WITH
QUALITATIVE REACTIONS
Федосеев Павел Борисович, студент 4 курса, группы 21-ВС-5, факультет ветеринарии, ветеринарно-санитарной экспертизы и агробезопасности, Российский биотехнологический университет (РОСБИОТЕХ) Баймухамбетова Аделя Саметовна, кандидат химических наук, Российский биотехнологический университет (РОСБИОТЕХ)
Fedoseev Pavel Borisovich, student of Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Russian Biotechnological University e-mail: [email protected]
Baimukhambetova Adela Sametovna, Candidate of Chemical Sciences, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Russian Biotechnological University
Аннотация
В статье приводится описание поставленного опыта определения кофеина в экстрактах кофе, чая и апельсиновой настойке. Данный опыт был произведен на основе анализа литературных источников. Для его выполнения
Столыпинский вестник
использовалось разделение фаз экстрактов и настойки с помощью дихлорметана и проведение качественной реакции на кофеин.
Annotation
The article describes the experience of determining caffeine in coffee and tea extracts and orange tincture. This experiment was carried out based on an analysis of literary sources. It involved separating the phases of extracts and tinctures using dichloromethane and conducting a qualitative reaction to caffeine.
Ключевые слова: кофеин, экстракция, биологически активные вещества, дихлорметан.
Key words: caffeine, extraction, biologically active substances, dichloromethane.
Кофеин — это препарат класса метилксантинов, используемый для различных целей, в том числе при некоторых респираторных заболеваниях недоношенных новорожденных, для облегчения боли и борьбы с сонливостью [4]. Кофеин по химической структуре похож на теофиллин и теобромин. Его можно получить из кофейных зерен, но он также встречается в природе в различных чаях и какао-бобах. Кофеин также используется в различных косметических средствах. продукты и могут вводиться местно, перорально, ингаляционно или инъекционно [7,8].
Кофеин стимулирует центральную нервную систему (ЦНС), повышая бдительность, а иногда вызывая беспокойство и возбуждение. Он расслабляет гладкую мускулатуру, стимулирует сокращение сердечной мышцы и улучшает спортивные результаты. Кофеин способствует секреции желудочной кислоты и усиливает перистальтику желудочно-кишечного тракта. Его часто комбинируют в продуктах с анальгетиками и алкалоидами, облегчая симптомы мигрени и других видов головных болей.
Кофеин быстро всасывается после перорального или парентерального введения, достигая максимальной концентрации в плазме в течение от 30 минут до 2 часов после приема. После перорального приема начало действия
происходит в течение 45 минут-1 часа. Еда может задерживать всасывание кофеина. Пиковый уровень кофеина в плазме колеблется в пределах 6-10 мг/л. Абсолютная биодоступность достигает около 100% у взрослых [25].
У чувствительных людей кофеин может усилить тревожность в дозах 400 мг и более в день (около 4 чашек заваренного кофе). Большое количество кофеина может вызвать нервозность и учащение сердечного ритма — симптомы, которые также ощущаются во время приступа паники. Те, у кого есть тревожное или паническое расстройство, особенно подвержены риску чрезмерной стимуляции кофеином. Он стимулирует работу сердца, увеличивает кровоток и временно повышает давление, особенно у людей, которые обычно не употребляют его [25]. Однако в клинических исследованиях не было обнаружено сильного негативного воздействия кофеина на артериальное давление.
Основной путь синтеза кофеина можно разделить на четыре этапа, которые включают три реакции метилирования, катализируемые тремя различными типами ^метилтрансфераз, и одну нуклеозидазную реакцию, катализируемую ^метилнуклеозидазой. Специфический путь: ксантозин ^ 7-метилксантозин ^ 7-метилксантин ^ теобромин ^ кофеин, где ксантозин служит субстратом. Пуриновое кольцо кофеина в основном происходит из пуриновых нуклеотидов, а донором метила, участвующим в процессе метилирования, является S-аденозил^-метионин [23].
Для проведения экспериментальной части потребовалось изготовление кофейного, чайного экстрактов и апельсиновой настойки, дихлорметан, азотная кислота, плита и делительная воронка.
Практическая часть данной работы была направлена на получение экстрактов и дальнейшее определение наличия кофеина в сырье. Полученные знания смогли бы послужить основой для дальнейшего изучения содержания кофеина в определенных продуктах питания. Такие знания смогли бы дать людям более детальное понимание состава пищи и хорошую базу для составления определенных диет в профилактических и лечебных целях. Более
того, эти знания смогли бы дать понимание того из каких веществ проще и более эффективно можно получить кофеин в бытовых и промышленных условиях.
Первым этапом проведения опыта практической части составило приготовление трех экстрактов. Для создания этих экстрактов были выбраны два продукта, которые предположительно содержат в себе кофеин (зерновой кофе и листья черного чая) и один контрольный продукт, в котором предположительно не содержится кофеин (апельсин) для достоверности опыта [1,5,6].
Приготовление экстрактов из кофе и чая следовало одной схеме. Для этого, были отмерены 60 грамм зернового кофе и 60 грамм листьев черного чая. Затем, были взяты две емкости, в которые были налиты по 600 мл воды в каждую. После этого, вода в емкости 1 была смешана с зерновым кофе, а вода в емкости 2 - с листьями черного чая. Обе смеси были доведены до кипения. Затем, обе смеси были оставлены на среднем огне в течении 18 минут. В конечном результате, были получены кофейный и чайный экстракты - непрозрачные темные жидкости с характерными кофейным и чайным запахами. Обе жидкости были профильтрованы с помощью марли [2].
Для приготовления экстракта из апельсина использовали технологию приготовления настойки. Для этого были взяты 300 мл 99% изопропилового спирта и два апельсина. Апельсины предварительно очистили, и их кожура была помещена в изопропиловый спирт в герметичную емкость сроком на 2 недели. По окончанию двух недель была получена оранжевая жидкость, которая была профильтрована с помощью марли [2].
Для выделения кофеина из полученных экстрактов и настойки необходимо использовать хороший растворитель, чтобы отделить нужное вещество от готовой смеси. Хорошим растворителем кофеина послужил дихлорметан. Дихлорметан связывается с молекулами кофеина в смесях, что в конечном итоге приводит к образованию двух фаз - одной с дихлорметаном и связанным с ним кофеином, и второй с остаточной смесью веществ экстракта или настойки [6].
Для проведения опыта потребовалось воспользоваться пропорцией, которая наиболее эффективно применяется для выделения кофеина - 300:15, где
300 мл - количество одного экстракта или настойки, а 15 мл - количество дихлорметана [3]. Все два экстракта из кофе и чая, а также настойку на апельсине, смешали вместе с необходимым количеством дихлорметана. Полученные смеси поочередно влили в делительную воронку и аккуратно отделили фазы с кофеином и дихлорметаном от исходных экстрактов и настойки.
Температура кипения дихлорметана составляет 39,6 градусов Цельсия. Учитывая то, что в отделенной фазе содержится только дихлорметан и растворенные частицы кофеина, можно сделать вывод, что при испарении дихлорметана, останутся только частицы кофеина.
Три полученные фазы с кофеином и дихлорметаном вливались в три разные колбы. На каждой из колб делались пометки: "кофе", "чай" и "апельсин". Все три фазы поочередно доводились до температуры кипения дихлорметана и выпаривались до полного удаления жидкостей из колб.
Рисунок 1 - Разделение фаз экстракта черного чая
Столыпинский вестник №9/2024
Рисунок 2 - Выпаривание апельсиновой настойки В первых двух колбах с фазами, полученными из экстрактов кофе и чая, после испарения жидкости наблюдалось наличие белого неравномерного налета на дне обоих емкостей. В третей же колбе с фазой из апельсиновой настойки, белого налета не было обнаружено. Вместо этого, на дне третей колбы наблюдался черный сгоревший осадок, который, по всей видимости, образовался за счет выпаривания определенных остаток апельсиновой настойки.
Для достоверного определения наличия или отсутствия кофеина в пробирках, воспользовались азотной кислотой 65%-ой концентрации. Бесцветная, концентрированная азотная кислота вступает в реакцию с кофеином и образует жидкость желтой-оранжевой окраски - амалиновая кислота [3].
В три колбы влили 2-3 капли концентрированной азотной кислоты. Затем, азотную кислоту равномерно распределили по дну колбы путем покачивания. В первых двух колбах, где были фазы кофейного и чайного экстрактов, наблюдалось желто-оранжевое окрашивание. При этом, окрашивание содержимого третьей колбы, где до этого находилась фаза апельсиновой
настойки, не наблюдалось. Азотная кислота в третьей пробирке смешалась вместе со сгоревшим осадком и стала мутной.
Рисунок 3 - Результат качественной реакции на кофеин в кофейном экстракте Таким образом было подтверждено наличие кофеина в первых двух колбах и его отсутствие в третьей. Более того, цвет в колбе кофейного экстракта был более насыщенным чем в колбе чайного экстракта, что может свидетельствовать о большем количестве кофеина в ней.
Было произведено определение наличия кофеина в кофейном, чайном экстракте и апельсиновой настойке. По результатам эксперимента сделан вывод о том, что кофеин содержится в первых двух экстрактах, а в настойке отсутствует. При этом, наибольшее количество кофеина было зафиксированно в кофейном экстракте.
1. Берковиц, А. К вопросу о действии кофеина и его солей / А. Берковиц. -Москва: Высшая школа, 1994. - 280 а
Список литературы
2. Как сделать экстракт в домашних условиях // Cosmetic Kitchen: сайт.- 2023
- URL: https://mylo.by/recipes/rastitelnye-ekstrakty/chast-1-kak-sdelat-ekstrakt-v-domashnih-usloviyah.html (дата обращения: 19.12.2023).
3. Качественная реакция на кофеин // Chemical-el.ru: сайт.- 2023. - URL: http://www.chemicals-el.ru/chemicals-3747-1.html (дата обращения:
19.12.2023).
4. Фикшн, А. Биография кофеина: история его открытия, употребления и зависимости / А. Фикшн. - Москва : Альпака Фикшн, 2023. - 270 с.
5. Caffeine // DrugBank: website. - 2023. -URL: https://go.drugbank.com/drugs/DB00201 (date of treatment: 28.12.2023).
6. Caffeine // Harvard T. C. Chan: website. - 2023 - URL: https://www.hsph.harvard.edu/nutritionsource/caffeine/ (date of treatment:
02.01.2024).
7. Jesse, R. Caffeine / R. Jesse - Москва: Книга по Требованию, 2012. - 128 c.
8. Ryan, G. Caffeine / G. Ryan - М.: Книга по Требованию, 2011. - 340 c.
Literature
1. Berkovicz, A. K voprosu o dejstvii kofeina i ego solej / A. Berkovicz. - Moskva: Vy sshaya shkola, 1994. - 280 c.
2. Kak sdelaf e'kstrakt v domashnikh usloviyakh // Cosmetic Kitchen: sajt.- 2023
- URL: https://mylo.by/recipes/rastitelnye-ekstrakty/chast-1 -kak-sdelat-ekstrakt-v-domashnih-usloviyah.html (data obrashheniya: 19.12.2023).
3. Kachestvennaya reakcziya na kofein // Chemical-el.ru: sajt.- 2023. - URL: http://www.chemicals-el.ru/chemicals-3747-1.html (data obrashheniya: 19.12.2023).
4. Fikshn, A. Biografiya kofeina: istoriya ego otkry'tiya, upotrebleniya i zavisimosti / A. Fikshn. - Moskva : ALpaka Fikshn, 2023. - 270 s.
5. Caffeine // DrugBank: website. - 2023. - URL: https://go.drugbank.com/drugs/DB00201 (date of treatment: 28.12.2023).
6. Caffeine // Harvard T. C. Chan: website. - 2023 - URL: https://www.hsph.harvard.edu/nutritionsource/caffeine/ (date of treatment: 02. 01. 2024).
7. Jesse, R. Caffeine / R. Jesse - Moskva: Kniga po Trebovaniyu, 2012. - 128 c.
8. Ryan, G. Caffeine / G. Ryan - M.: Kniga po Trebovaniyu, 2011. - 340 c.
© Федосеев П.Б., Баймухамбетова А. С., 2024 Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник» №9/2024.
Для цитирования: Федосеев П.Б., Баймухамбетова А. С. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОФЕИНА В НЕКОТОРЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКСТРАКТАХ КАЧЕСТВЕННЫМИ РЕАКЦИЯМИ //Научный сетевой журнал «Столыпинский вестник» №9/2024.
