Кофеин: свойства, действие и источники¶

Кофеин — природный алкалоид группы метилксантинов, психоактивное вещество, содержащееся в листьях, плодах и семенах ряда растений. Химическая формула — C₈H₁₀N₄O₂, систематическое название — 1,3,7-триметилксантин. Кофеин оказывает стимулирующее действие на центральную нервную систему, временно снижает ощущение усталости и повышает работоспособность. Это наиболее широко потребляемое психоактивное вещество в мире: основными его источниками служат кофе, чай, какао, а также безалкогольные и энергетические напитки.

¶История

Кофеин в чистом виде был выделен в 1819 году немецким химиком Фридрихом Рунге, изучавшим состав кофейных зёрен. Позднее, в 1821 году, французские исследователи Пьер Жозеф Пеллетье и Жозеф Бьенэме Каванту получили вещество независимо и дали ему название «кафеин», впоследствии закрепившееся в большинстве языков. Структурная формула кофеина была установлена в конце XIX века, а его полный химический синтез впервые осуществил немецкий химик Герман Эмиль Фишер в 1895 году, за что позднее был удостоен Нобелевской премии по химии.

Растения, содержащие кофеин, использовались людьми задолго до его научного описания: упоминания о тонизирующих свойствах чая в Китае относятся к первому тысячелетию до нашей эры, а кофе начали культивировать на Аравийском полуострове примерно с XV века.

¶Химические и физические свойства

Кофеин представляет собой белый кристаллический порошок горького вкуса, плохо растворимый в холодной воде и лучше — в горячей, а также в органических растворителях. Температура плавления составляет около 235–238 °C. По химическому строению кофеин близок к другим метилксантинам — теофиллину и теобромину, которые содержатся в чае и какао соответственно и обладают сходным, но менее выраженным стимулирующим действием.

Кофеин может быть получен как экстракцией из растительного сырья, так и промышленным синтезом. В пищевой промышленности применяется кофеин, получаемый синтетическим путём или выделяемый из отходов производства кофе без кофеина.

¶Механизм действия

Основной механизм действия кофеина связан с блокировкой аденозиновых рецепторов в головном мозге. Аденозин — нейромедиатор, накапливающийся в течение бодрствования и способствующий возникновению чувства усталости и сонливости. Молекула кофеина по структуре сходна с аденозином и связывается с его рецепторами, не активируя их, но препятствуя действию самого аденозина. В результате нейроны продолжают возбуждаться активнее, усиливается выброс дофамина и норадреналина, что субъективно воспринимается как прилив бодрости.

Дополнительно кофеин оказывает влияние на сердечно-сосудистую систему: повышает частоту сердечных сокращений, незначительно расширяет бронхи и сосуды, увеличивает диурез. В высоких дозах он способен вызывать тревожность, бессонницу, тремор и учащённое сердцебиение.

¶Содержание в продуктах

Концентрация кофеина существенно различается в зависимости от продукта, сорта сырья и способа приготовления.

Содержание кофеина в чае зависит от степени ферментации листа и времени заваривания, в кофе — от сорта зерна и метода экстракции.

¶Воздействие на организм

Умеренное потребление кофеина — ориентировочно до 400 мг в сутки для здоровых взрослых — считается безопасным для большинства людей. Для беременных рекомендуемая норма ниже и обычно ограничивается 200 мг в сутки. У чувствительных людей даже небольшие дозы могут вызывать беспокойство, нарушения сна и расстройства пищеварения.

При регулярном употреблении формируется толерантность: для достижения прежнего эффекта требуются более высокие дозы. Резкое прекращение потребления может сопровождаться синдромом отмены — головной болью, сонливостью, раздражительностью и снижением концентрации, которые обычно проходят в течение нескольких дней.

В больших дозах (порядка 1 г и выше) кофеин токсичен: возможны серьёзные нарушения сердечного ритма, судороги и спутанность сознания. Летальная доза для взрослого человека оценивается в 10–15 г, что соответствует очень большому числу порций напитков, поэтому отравления обычно связаны с приёмом чистого порошка или специализированных добавок.

¶Применение

Помимо пищевой промышленности, кофеин используется в медицине. Он входит в состав комбинированных препаратов от головной боли, средств для повышения артериального давления при гипотонии, а также применяется для стимуляции дыхания у недоношенных новорождённых (кофеина цитрат). В спортивной практике кофеин рассматривается как средство, повышающее выносливость; при этом он не входит в список запрещённых допинг-средств Всемирного антидопингового агентства, хотя его употребление контролируется в отдельных видах спорта.

¶Регулирование и культура потребления

В большинстве стран кофеин не подлежит строгому регулированию как пищевой ингредиент, однако для напитков установлены требования по маркировке содержания кофеина. В ряде государств продажа энергетических напитков несовершеннолетним ограничена. Кофеин также добавляют в некоторые лекарственные и косметические средства.

Культурное значение кофеина велико: кофе и чай остаются одними из самых популярных напитков в мире и формируют устойчивые традиции потребления в разных регионах — от итальянского эспрессо до британского чаепития и японской чайной церемонии.