Свойства кофеина

Кофеин: вещество по-английски называется Caffeine, на латинском: Coffeinum (Coffeini)

Формула: C8H10N4O2

Получение

Кофеин получают путем экстракции из чая и кофейных зерен. В промышленности кофеин получают способом синтеза, где участвуют мочевая кислота и ксантин.

Наиболее изученные так называемые пуриновые алкалоиды, к которым относится кофеин и часто сопровождающие его теобромин и теофиллин.

Они возбуждают нервную систему, что не является желательным. В зернах кофе и листьях чая содержание кофеина в зависимости от вида сырья может достигать от 1 до 4%. В напитках кофе и чая естественно количество меньше исходя из способа приготовления и дозы.

В напитке кофе до 1050 мг на литр кофеина, в напитке чая до 350 мг на литр. Напиток типа пепси-кола и coca-cola до 100 мг на литр и выше. Поэтому крепкий кофе и чай многим людям из-за возбуждения нервной системой пить на ночь не рекомендуется также, как и в любое время дня детям напитка типа пепси-кола и coca-cola.

Следует отметить что пуриновые алкалоиды при систематическом употреблении их на уровне 1000 мг в день вызывает у человека постоянную потребность в них напоминающую тягу алкоголиков к спиртному. Это ненормальная потребности по аналогии с алкоголизмом получила название кофеинизм. Безусловно такое постоянное употребление кофеина подобных алкалоидов нежелательно даже здоровых людей.

Содержится в листьях чая около 2%, в кофейных семенах 1–2%, орехах (кола).

Представляют собой белые кристаллы с горьковатым вкусом, не имеющие запах. Растворяется медленно в холодной воде, в горячей воде — легко, с трудом — в спирте. Раствор имеет реакцию нейтрального характера.

Наука научилась производить искусственный кофеиновый аналог, что применяется в пище. Он также обладает свойствами лекарства и используется как стимулятор ЦНС, который настраивает на активность и устраняет сонливое состояние. Вещество увеличивает энергию и улучшает настроение.

Содержание кофеина определено в шоколаде, в безалкогольных напитках, применяется в составе препаратов обезболивающего характера. В продуктах горчинку во вкусе, которую придает ему как раз кофеин, маскируют путем обработки.

Воздействие кофеина ограничивается не только стимулированием нервной системы, он одновременно оказывает организму множество эффектов физиологического характера. Он активизирует возбуждение в головном мозге (кора), приводит к усилению условных рефлексов и способствует физической активности, повышает работоспособность.

Кофеин извлекается путем экстракции из растений, такие как зерна кофейного дерева и листья чая.

Кроме того, он содержится в мате, в вишнях гуараны, гуаюсе, «рвотном чае». Кофеин лабораторно продуцируют также какао-бобы.

В независимости откуда он происходит, кофеин имеет неизменную структуру. Это мощный природный стимулятор, употребляемый с целью улучшения выносливости и прибавления силы. Как ноотропное вещество повышает нейроновую восприимчивость и активизирует мозгово-мыслительную деятельность.

Механизм действия

Кофеин не влияет на клетки, он блокирует лишь аденозиновый рецептор. Аденозин же оказывает седативное и расслабляющее действие через рецепторы.

Рецепторы аденозина имеются в головном мозге, в сердце и в почках. Если аденозин оказывает физиологический эффект на рецепторы в сердце и почках, который приводит к ингибированию деятельности этих органов. Кофеин, блокируя рецепторы, приводит к проявлению эффекта в виде тахикардии (увеличиваются сердечные сокращения) и полиурии (частое мочеиспускание).

В научной литературе в последнее время обсуждается влияние кофеина на нейродегенеративные нарушения: Альцгеймера и Паркинсона.

Регулярное его потребление способствует к привыканию человека. Который приводит к снижению эффективности кофеина и устранение сна превращается в единственную пользу соединения. Даже увеличение дозы не сможет остановить необратимый процесс. Однако, можно сделать перерыв в течение месяца, в результате чего организм успевает немного «отвыкнуть» от кофеина.

Самый потребляемый в мире психоактивное вещество кофеин, в противовес к другим похожим соединениям, причисляется к нерегулируемым и законным почти везде. Содержащие кофеин, прохладительные и энергетические напитки, кофе и чай очень популярны.

90% взрослого населения Северной Америки  потребляет кофеин в разном виде ежедневно. В Соединенных Штатах Америки FDA классифицирует кофеин безопасным: используемая доза (около 500 мг) гораздо меньше, чем токсичная доза (свыше 10 граммов для взрослого). Несмотря на долговременное применение, в небольшом количестве не создает риски для здоровья.

Физический эффект

Если потреблять в сутки 1000-1500 мг, то возникает состояние кофеинизма. Он проявляется в виде  кофеиновой зависимости, в результате чего появляется широкий спектр нежелательных состояний (физические и психические). Это приводит к нервозности, раздражительности, беспокойству, к бессоннице, головным болям, учащенному сердцебиению.

Передозировка

Передозировка кофеина чрезмерно стимулирует  центральную нервную систему, вызывая кофеиновую интоксикацию.

Злоупотреблением кофеином считается принятие в сутки более 300 миллиграммов, это равно четырем чашкам кофе по 150 мл. Такое количество создает следующие состояния, как тревога, беспокойство, головная боль, тремор, спутанность сознания, сердечные изменения. Новорожденные (недоношенные тоже) подвергаются (если концентрация в кровяной плазме достигает 50 мг/мл) токсическим эффектам, при  высоких концентрациях — к судорогам.

По оценкам экспертов, смертельной дозой считается прием в течение суток 150-200 мг кофеина на 1 кг веса. Такое огромное количество кофеина приводит к возникновению расстройства сознания, припадков, может быть даже смертельный исход.

Химическая структура и свойства

Кофеин по-химическому называется 1,3,7-три-метил-ксантин. То есть, ксантин соединяется с тремя метиловыми (CH3) группами, в котором ксантиновое основание прикреплено к первому, третьему и седьмому углеродам.

Теряя метиловую группу, кофеин превращается в метаболиты со похожей структурой: параксантин (при потере третьего углерода), теобромин (при потере первого углерода) или теофиллин (при потере седьмого углерода).

Дальнейшее деметилирование образует 1,3,7-метил-ксантин, если теряет все метиловые группы, происходит возврат к исходной молекуле ксантина. Метаболизм кофеина чаще всего приводит к образованию параксантина. Возможна прямая конверсия в теобромин и теофиллин, что происходит реже.

Благодаря горькому вкусу, кофеин часто используется  при сенсорном стандартном анализе пищевых продуктов. Вкус этого вещества мы воспринимаем на генетическом уровне: коэффициент наследуемости которого в ряде исследований равен 0,3 (если равен 1, свидетельствует о  полной наследуемости).

История

Китайская легенда утверждает, что император Шеннонг, правивший страной около 3000 года до нашей эры, случайно открыл чай. Он обнаружил, что листья чая, попадая в кипяток, дает ароматный напиток, восстанавливающий силу. Имя императора отмечается также в ранних работах о чае автора по имени Лу Юй Ча Цзин.

Самые ранние данные о кофе и его потреблении, знания о дереве, где растет кофейное зерно, появились в середине XY века, в южной части Аравии. Об истории кофе написано в нашей статье здесь.

Использование зерен кофе и листьев чая имеет древние корни. В западно-африканских странах орех колы жевали во время специальных церемоний для утоления голода и восстановления сил.

В 1911 году в США изъяли большое количество сиропа Coca-Cola в штате Теннесси. Правительство утверждало, что кофеин в напитке вреден для здоровья людей. Позже суд принял решение в пользу Coca-Cola.

Но в 1912 году нижняя палата Конгресса США внесла законопроекты для внесения изменений в закон о чистых продуктах и лекарствах. В них кофеин добавлялся в список вызывающих привыкание продуктов и вредных веществ. Поправки обязывали производителей указывать информацию об этом в маркировке продукта.

Остатки горшка майя, датируемые 600 годом до н.э. дали свидетельство применения какао бобов. Шоколад как горький и острый напиток, называемый Xocolatl, добавляя ваниль, перец чили и ачиоте, использовали в Северной Америке. Xocolatl считался помощником в  борьбе с усталостью. Его завезли в Европу испанцы, а  к 1700 году среди европейцев он превратился в популярный напиток. Дерево какао в Вест-Индию, на Филиппины также завезли испанцы.

Шоколад был предметом роскоши в Мезоамерике, в период до Колумба. Бобы какао использовались как  валюта. Какао также был предметом алхимии, известно было как «черный боб».

Коренные американцы использовали листья и стебли «рвотного чая» (падуба) для заваривания чая («черный напиток»). По открытиям археологов,  доказательства применения напитка уходят в древность, до времен архаики.

Открытие кофеина

Ученый химик из Германии Фредлиеб Фердинанд Рунге (Friedlieb Ferdinand Runge) в 1819 году первым  извлек кофеин в относительно чистом виде. Новое вещество он именовал «Kaffebase». Ученый утверждал, что открыл это по наказу Иоганна Гёте.

Шведский химик Йонс Иаков Берцелиус в записи отметил, что в 1821 году кофеин в чистом виде выделили французский химик Пьер Жан Робике и другая пара химиков этой же страны Пьер-Жозеф Пеллетье (Pierre Joseph Pelletier) и Жозеф Бьенеме Кавенту (Joseph Bienaimé Caventou) одновременно.

По информации Берцелиуса, все они работали независимо. Хотя потом признал, что первым экстрагировал кофеин именно Рунге. «Он описал метод и назвал вещество «Caffeebase» на год раньше, чем Робике. Обычно открытие приписывается последнему исходя из того, что он первым заявил на заседании Медицинского общества в столице Франции».

Название «кофеин» использовал в печати первым Пеллетье. Берцелиус в своей записи объясняет это так: «Кристаллы кофеина обнаружил в кофе в 1821 году Робике. В это же время, кофеин обнаружили и Пеллетье с Кавенту; однако, их исследование было направлено на обнаружение хинина. И в связи с незавершенностью  работы, они согласились отдать первенство Робике. А почему он не обнародовал анализ, неизвестно».

Таким образом, Робике первым из ученых описал характеристики кофеина, Пеллетье первым провел  поэлементный анализ.

М. Одри уже 1827 году изолировал из чая соединение под названием «теин». Позже Геррит Ян Мульдер и Карл Иобст доказали, что вещество на самом деле было кофеином.

Еще один химик из той же Германии по имени Герман Эмиль Фишер (Hermann Emil Fischer, 1852-1919) в 1895 году впервые кофеин получил с помощью синтетической реакции.

Через два года он определил формулу строения кофеина. За всю эту работу он получил Нобелевскую премию по химии в 1902 году (За эксперименты по синтезу веществ с сахаридными и пуриновыми группами).

Законность

Как психоактивное вещество, оборот кофеина регулируется в некоторых странах. В США FDA наложено ограничение на продажу напитков, содержащих менее 0,02% кофеина. Кофе запрещали по религиозным, экономическим или политическим причинам.

На кофеин через кофе налагался запрет в таких странах:

• в городе Мекке в 16-м веке и Османской Империи
• в Англии в 1676 году Карлом II
• в Пруссии Фридрих II в 1777 году
• в Швеции с 1756 по 1823 годы с перерывами.

Воздействия кофеина

• Активизирует желудочную секреторную деятельность;
• упреждает диабет;
• улучшает внимание, дарит бодрость;
• предотвращает сердечно-сосудистые заболевания;
• ускоряет метаболические процессы в организме;
• укрепляет воздействие обезболивающих препаратов;
• обладает мочегонным эффектом;
• возбуждает нервную систему;
• снижает риск болезни Паркинсона;
• предотвращает у женщин раннее старение и улучшает половое влечение;
• уменьшает риск развития рака печени и толстой кишки.

Кофеин: применение

Со своими свойствами как стимулирование,  обезболивание и как тоник кофеин применяется в таких отраслях, как медицина, косметология и пищевая промышленность.

Кофеин используют в комплексной терапии в случаях:

• При профилактике болезни Альцгеймера;
• при ослаблении умственной деятельности и сонливости;
• при умеренно пониженном давлении;
• для восстановления легочной вентиляции после наркоза;
• при устранении симптомов стресса и для повышения настроения;
• при накоплении в организме лишней жидкости;
• для устранения головных болей, возникших из-за спазмов сосуда, при мигрени;
• как тонизирующее средство.

Кофеин: содержание

Таблица: количество кофеина в продуктах

В кондитерской шоколадной продукции, как торт, печенье и сироп, кофеина содержание не выше 9 мг на 100 грамм продукта. Только в кофейном мороженом – 25 мг в 100 грамме.

Процесс эволюций растений привел к способности  выработке кофеина для защиты от вредоносных насекомых.

Кофеин: в кофе

Главный источник кофеина — это кофе. Количество в три раза превышает его количество в чае. В различных сортах кофе показатель различается. В среднем в смесях содержится примерно 115 мг кофеина.

Добавки влияют на концентрацию вещества. Молоко, добавленное в капучино снижает количество вещества до 70 мг на одну чашку. Длительность приготовления тоже увеличивает крепость. Согласно исследованиям,  любители бодрящего напитка страдают от депрессии редко. Кофе в меру только полезен.

Зерна кофе, выращенные в различных странах, содержат кофеин тоже по-разному. Например, кубинская арабика содержит 60 мг кофеина, тогда как колумбийская арабика — около 45 мг на чашку.

Кофеин: в чае

Кофеин в чае определяет целебные свойства напитка. Мочегонный эффект применяется при болезнях мочевых путей. Чай черный и зеленый содержат кофеин примерно в одинаковом количестве. 30 мг в 200 мл.

Кофе любят в мире миллионы. Самые знаменитые  поклонники кофе: Наполеон, Вольтер, Оноре де Бальзак, Бетховен, Виктор Гюго. В России кофе как моду популяризовал Петр I.

Химический состав кофе различный. Сорт и условия произрастания влияет на концентрацию различных веществ в кофейных зернах и на структуру зерен.

Таблица:компоненты  

 

Рекомендуемое количество

Дозировка кофеина как препарата определяется  индивидуально.

Эксперты, фитнес-тренеры и врачи-диетологи  рекомендуют кофеин принимать не в виде кофейного напитка, а таблетками Pure Caffeine, которые продаются в магазинах спортивного питания.

Согласно экспериментам, оптимальная доза кофеина в день должна быть 400 мг. Но лучше начинать с небольшого количества: 100 мг в день.

Такой показатель относится ко всем, спортсмен или простые люди.

Кофеин много раз попадал в список веществ, которых WADA считал  сильнодействующими. Однако в 2004 году дали разрешение. Кофеин в количестве выше 9 мг/кг обнаруживается в моче, что превосходит порог допинг-контроля. Алкалоид из организма выводится в течение 10 часов.

Заключение

Кофеин самая эффективная и доступная из всех  пищевая добавка. Недорогая и безопасная в использовании соединение растительного происхождения.

Исследования доказали, что кофеин улучшает  выносливость в силовом спорте и интенсивных тренировках. Для спортсменов предлагаются добавки, можно и ограничиваться приемом кофеинсодержащих напитков.

Помните, что от напитка передозировку получить невозможно, однако при приеме препаратов нарушение рекомендаций опасно для здоровья.