Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул

Триметилксантин – или кофеин – белый порошок без запаха с горьким вкусом. В природе кофеин можно найти в кофейных зернах или в чайных листьях, поэтому мы очень редко встречаем его в виде порошка. При приеме кофеина внутрь он начинает действовать как психотропный препарат (то же самое воздействие на организм оказывает морфин или никотин), а это означает, что кофеин нарушает работу мозга, а также влияет на поведение человека. Некоторые психоактивные вещества могут просто изменять ваше настроение, однако особенно сильные способны даже оказать воздействие на ваше сознание. Кофеин – это «мягкое» вещество: он почти не влияет на центральную нервную систему (мозг и спинной мозг).

Но как это работает? Что происходит, когда кофеин попадает в человеческий организм? Как одна простая молекула может дать нам столько «энергии»? И почему это влияет на поведение людей?

Давайте начнем с основ. Кофеин имеет молекулярную формулу C₈H₁₀N₄O₂ и является производным пурина. Это значит, что молекула кофеина состоит из пятичленного кольца, соединенного с шестичленным кольцом. В каждом кольце содержится по два атома азота. (Под «пятичленным кольцом» я имею в виду то, что пять атомов углерода образуют круг. То же самое относится к шестичленному кольцу.)

Большую роль играет структура молекулы, ведь благодаря ей кофеин может связываться с определенными рецепторами в вашем мозгу. Обычно эти рецепторы соединяются с молекулой аденозина, которая содержится в организме человека. Но иногда рецепторы путаются, из-за чего они могут соединиться с молекулой кофеина. И это проблема, ведь аденозин используется для производства молекулы РНК, необходимой для жизни человека. К счастью, образованные между кофеином и рецепторами связи недолговечны, так что это практически не отражается на работе аденозина.

Когда аденозин соединяется с рецепторами в нашем мозгу, мы чувствуем сонливость и усталость. Следовательно, кофеин предотвращает возникновение сонливости, поскольку аденозин в этот момент не может соединиться с рецепторами. То есть кофеин просто блокирует вызывающие сонливость молекулы, а не «дает вам энергию».

Кофеин прямо как вышибала в ночном клубе, только он работает в вашем мозге.

Со временем у человека может развиться кофеинизм – состояние, возникающее после регулярного употребления 1–1,5 грамма кофеина в день на протяжении длительного времени. Подобных людей очень легко определить: они постоянно раздражены, у них повышенная тревожность и их часто беспокоят головные боли. Человек может получить передозировку, если он употребит более 10 грамм (или 10 000 мг) в день. Но, по правде говоря, вам придется постараться, чтобы ваш организм получил такую дозу кофеина. Вам придется выпить около пятидесяти чашек кофе или чуть больше двухсот банок диетической колы.

В чае и кофе содержится больше кофеина, чем в газированных напитках. В одной чашке кофе его примерно 100 мг, однако в определенных условиях (в зависимости от зерен и техники приготовления) содержание кофеина может достигать 174 мг. Весь процесс обработки и приготовления кофе очень увлекателен. Например, большую дозу кофеина можно получить в том случае, если вы пьете кофе из слабо обжаренных зерен, приготовленный в эспрессо-машине. Если вы используете капельный метод заваривания, то кофе с большим содержанием кофеина можно получить из сильно обжаренных зерен. В принципе, количество кофеина в одной кружке практически не зависит от степени обжарки зерен, ведь количество молекул вещества будет примерно одинаковым в любом кофе (кроме эспрессо).

Давайте разберемся, почему так происходит. Все зависит от процесса обжарки кофейных зерен. При их нагревании происходит эндотермический процесс (зерна поглощают энергию). Однако, когда температура достигает отметки 175°C (347°F), процесс становится экзотермическим. Это значит, что зерна поглотили так много тепла, что начали отдавать его обратно обжарочной машине. Когда это происходит, необходимо перенастроить оборудование, чтобы не пережарить зерна (у такого кофе вкус подгоревших зерен). Некоторые профессионалы по несколько раз обжаривают кофейные зерна при разных температурах (из-за чего эндотермический и экзотермический процессы многократно сменяют друг друга), добиваясь разных вкусов напитка.

Со временем обжаренные зерна меняют цвет с зеленого на желтый, а затем – на различные оттенки коричневого. От темноты зерен зависит обжарка; сильно обжаренные будут намного темнее слабо обжаренных зерен (сюрприз!). Цвет зерен зависит от температуры обжарки. Чтобы добиться слабой обжарки, зерна обрабатывают при температуре до 200°C (392°F), а чтобы добиться сильной обжарки – при температуре 225–245°C (437–473°F).

Но перед тем, как зерна начинают обжариваться, они должны слегка растрескаться. При температуре 196°C (385°F) раздается «первый треск». Во время этого процесса зерна поглощают тепло, а также увеличиваются в размере. Однако, так как при высоких температурах вода из зерен выпаривается, их масса уменьшается примерно на 15 %.