Smotra istraživačkih radova u organizaciji

Gimnazije ,,Ruđer Bošković”- Kneza Višeslava 17

ODREĐIVANJE KONCENTRACIJE KOFEINA, VEŠTAČKIH ZASLAĐIVAČA I KONZERVANASA U BEZALKOHOLNIM

GAZIRANIM I ENERGETSKIM NAPICIMA

Autori:

Aleksandar Živanović i Mina Jarić

Učenici VIII razreda Osnovne škole ,,Ruđer Bošković”, Beograd

Mentor:

Vesna Novović, profesor hemije

Beograd, 2015.

1

REZIME

Cilj našeg istraživanja je određivanje koncentracije kofeina, konzervanasa i veštačkih zaslađivača u osvežavajućim bezalkoholnim gaziranim i energetskim napicima i upoređivanje sa dozvoljenim koncentracijama, zbog postojanja negativnih mišljenja o uticaju navedenih supstanci na zdravlje čoveka. Ispitivana je koncentracija kofeina, konzervanasa i veštačkih zaslađivača u napicima koji se najčešće koriste u našoj državi. Analizirano je četiri vrste bezalkoholnih gaziranih napitaka (Coca-Cola, Cockta, Pepsi, Zero-Cola) i tri vrste energetskih napitaka ( Red-Bull, Guarana, Ultra Energy). Za analizu uzoraka je korišćena metoda tečne hromatografije. Rezultati koji su dobijeni pokazuju da je sadržaj ispitivanih supstanci u navedenim uzorcima u opsegu dozvoljenih koncentracija propisanih Pravilnikom o prehrambenim aditivima (Zakon o bezbednosti hrane), kao i da su odstupanja u nekim uzorcima minimalna.

Ključne reči: kofein, konzervansi, zaslađivači, bezalkoholna gazirana pića, energetska pića, tečna hromatografija.

SUMMARY

The aim of our study is to determine the concentration of caffeine, preservatives and artificials sweeteners in refreshing non-alcoholic carbonated and energy drinks and comparison with the allowable concentrations, due to the existence of negative opinions about the impact of these substances on human health. The concentration of caffeine, preservatives and artificials sweeteners was examined in drinks mostly used in our country. Four types of refreshing non-alcoholic carbonated drinks (Coca-Cola, Cockta, Pepsi, Zero-Cola) and three energy drinks ( Red-Bull, Guarana, Ultra Energy) were analyzed. Liquid chromatography method was used for sample analysis. The results obtained show that the content of test substance in the samples is in the range of allowable concentrations specified by the Regulations on Food Additives (Food Safety Law), and that the deviations in some samples is minimal.

Key words: caffeine, preservatives, artificials sweeteners, refreshing non- alcoholic carbonated, energy drinks, liquid chromatography.

2

UVOD

Gazirana pića

Gaziranim pićem se smatra svako piće koje sadrži rastvoren ugljen-dioksid u obliku ugljene kiseline (slika 1.). Upravo ugljena kiselina je supstanca koja daje specifičan ukus ovim napicima. Gazirana pića se mogu razlikovati po boji, aromi i još nekoj supstanci koja je karekteristična za tu vrstu napitka, ali za sve je zajedničko da sadrže veštačke zaslađivače, fosfatnu kiselinu i kofein. Istraživanja pokazuju da navedene supstance imaju štetan uticaj na zdravlje čoveka.

Najmoćniji brend u celom svetu je Coca-Cola. Konzumira se dnevno dve milijarde njenih proizvoda u 207 država. Koka-kola je bezalkoholno gazirano piće koje proizvodi istoimena multinacionalna kompanija sa sedištem u Atlanti. Datum stvaranja koka kole se smatra 8. 05. 1886. kada je apotekar Džon Pemberton probao da napravi lek za glavobolju. Pomešao je kao glavne sastojke, ekstakte iz dve biljke, južno američke Koke i afričke Kole, i taj sirup pomešao sa gaziranom vodom. Kasnije je kokain izbačen kao sastojak koka-kole, ali je povećana količina kofeina. Voda i šećer su osnovni sastojci koka-kole, kojima se dodaje ugljen-dioksid, karamela, fosforna kiselina, prirodne arome i kofein, na osnovu formule koja je nepoznata javnosti. Karamela daje koka-koli tamnu boju. Fosforna kiselina ima ulogu konzervansa. Pored toga koka-kola sadrži fenilalanin, natrijum ciklamat, acesulfam-kalijum, aspartam, natrijum citrat i natrijum-benzoat. Uprkos tome što u imenu sadrži reč kola, koka-kola ne sadrži ekstrakt semena kole. Danas je u velikoj upotrebi zdravija varijanta koka-kole, a to je Zero-cola, odnosno, dijetalna koka-kola, jer sadrži manje šećera ili “nula” kalorija.

Cockta je slovenačko gazirano piće, najpopularnije piće bivše Jugoslavije. Sedište kompanije „Kokta“ se nalazi u Sloveniji, u Ljubljani. Ovo piće nazivom i ukusom podseća na Koka-kolu, ali za razliku od nje ne sadrži kofein i fosfornu kiselinu. Ovo piće je nastalo 1952. godine, a javnosti prvi put predstavljeno 8. marta 1953. godine u mestu Planica, kada je Emerik Zelinka pomešao šipak, vitamin C, različito lekovito bilje i karamelizovan šećer.

Pepsi je gazirano bezalkoholno piće koje proizvodi američko preduzeće Pepsi-co nastalo 1898. pod nazivom Bredovo piće, nastalo u Severnoj Karolini. Naziv je dobilo po tome što je originalno piće sadržavalo pepsin (enzim probavnog trakta) i ekstrakt semena

oraha kole, ali i vanilu i šećer. Ideja tvorca ovog napitka je bila da privuče pažnju činjenicom da napitak pomaže varenju hrane i da daje energiju. Po ukusu podseća na koka-kolu. Ostali sastojci su skoro isti kao u koka-koli, karamel boja, natrijum-citrat, fosforna kiselina, kofein, šećer, prirodne arome i itd. Postoji i pepsi kola bez kofeina, a od 2013. godine i Pepsi-next, koji sadrži 30% manje šećera i steviu kao zaslađivač, koji se danas smatra najzdravijem

zaslađivačem.

3

Slika 1. Gazirana pića

Energetska pića

Energetska pića su se prvi put pojavila u Aziji i postala su popularna mnogo pre nego što su stigla u SAD i Evropu (slika 2.). Kompanija Taisho iz Japana, 1962. godine je napravila prvi energetski napitak pod nazivom Lipovitan D, s ciljem da pomogne zaposlenima da rade i preko noći. Lipovitan D je sadržavao taurin, sastojak gotovo svih današnjih energetskih napitaka. Austrijski biznismen, Dietrich Mateschitz dok je boravio u Aziji, shvatio je komercijalni potencijal energetskih napitaka i 1984. godine u Austriji osnovao firmu Red Bull sa istoimenim energetskim napitkom i upravo je Red Bull danas najprodavanije energetsko piće u svetu. U SAD se prvo energetsko piće pojavilo 1987. godine pod nazivom “Jolt Cola” i nije bilo pravo enegetsko piće već više “soft drink” sa velikom koncentracijom šećera i kofeina.

Najčešći sastojci energetskih napitaka su: šećer, kofein, taurin, vitamine B grupe, ugljen-dioksid (jer su blago gazirana), glukuronolakton, limunska kiselina, guarana(biljka).

Guarana je energetsko piće koje proizvodi Knjaz Miloš, Aranđelovac. Simbol napitka je sova a slogan koji ga prati je „Nema spavanja“ (eng. No sleep). Pored „obične“, postoji i crna guarana (sa povećanom dozom kofeina). Napitak je svoje ime dobio po biljci guarana koja raste u Venecueli i Brazilu. Sama biljka je dobila naziv po plemenu Gvarani, koje nastanjuje te predele i koje je poznato po konzumiranju (žvakanju) semena biljke. Guarana je bezalkoholno energetsko piće, čija energija dolazi iz sledećih sastojaka: kofeina, taurina, vitaminske mešavine, šećera, limunske kiseline i karamele. Glavni sastojak Guarane je kofein, koji uzrokuje pomenuto energetsko dejstvo.

Postoji danas na tržištu veliki broj energetskih napitaka, različitih brendova. Ono što je svim napicima zajedničko jeste podsticanje unutrašnje snage i izdržljivosti, kao i uglavnom isti sastojci( kofein, zaslađivači, taurin, vitamin B grupe i itd..).

Postavlja se pitanje: šta je istina, a šta zabluda kad su energetski napici u pitanju? Proizvođači tvrde da

dve konzerve na dan ovih napitaka nisu štetne. Međutim, zdravstvo smatra da je dozvoljena jedna konzerva dnevno i to ne svakodnevno. Ova pića već nakon par dana svakodnevnog konzumiranja stvaraju zavisnost zbog velike količine kofeina, koja se manifestuje kroz hiperaktivnost, razdražljivost, ubrzan rad srca. Stručnjaci ističu da se konzumiranje ovih napitaka ne preporučuje osobama mlađim od 16 godina.

4

Slika 2. Energetska pića

Konzervansi

Konzervansi su supstance koje produžavaju trajnost namirnica i štite ih od kvarenja prouzrokovanog mikroorganizmima. Među klasične konzervanse, koji nisu aditivi, ubrajamo kuhinjsku so, etil alkohol i sirćetnu kiselinu, dok se od konzervansa koji se svrstavaju u grupu aditiva najviše koristi sorbinska kiselina i njene soli, pa benzoeva kiselina i njene soli, natrijum nitrat, itd.

Današnja istraživanja povezuju nastanak benzena, dodavanjem benzoeve kiseline u osvežavajuća bezalkoholna pića i sa dodatkom vitamina C (askorbinske kiseline) ili čak sa dodatkom limunske kiseline. Za sada ne postoje određene najveće dopuštene granice za benzen u toj vrsti napitaka, ali je predloženo proizvođačima osvežavajućih bezalkoholnih pića da menjaju sastojke koji su moguće opasni za zdravlje potrošača.

Natrijum-benzoat

U Srbiji se natrijum-benzoat ili E 211 slobodno prodaje u samoposlugama kao konzervans (slika 3.), dok stručnjaci apeluju na građane da moraju biti veoma pažljivi prilikom njegovog doziranja jer može biti štetan po zdravlje. Natrijum-benzoat je so benzoeve kiseline (slika 4.), koja je inače prirodni sastojak mnogih biljaka (brusnice, kupine, maline, ribizle). Najviše se koristi u proizvodnji gaziranih pića, voćnih sokova, ukiseljenog povrća, kiselih krastavaca, marmelada i začina. Kao dodatak hrani se dodaje zbog fungistatičnog i

bakeriostatičnog dejstva. Kod čoveka može izazvati alergiju i astmu, te opteretiti mehanizam razmene materija. Jedna britanska studija je pokazala da natrijum benzoat kao konzervans u nekim pićima, u kombinaciji sa drugim dodatnim materijama može izazvati ADHS (poremećaj hiperaktivnosti i deficita pažnje). Sumnja se da u kombinaciji sa vitaminom C u gaziranim pićima može nastati i kancerogena supstanca(derivati benzena). Međutim, neka druga istraživanja pokazuju da je koncentracija natrijum-benzoata u pićima izuzetno mala i da ne može biti opasna po zdravlječoveka.

Slika 4. Formula natrijum-benzoata

5

Slika 3.Konzervans

Kalijum-sorbat

Kalijum-sorbat je so sorbinske kiseline ili E 202. Prirodno se nalazi u voću, ali ne i u dovoljnoj količini da bude u funkciji konzervansa. Koristi se za sprečavanje razvoja buđi i gljivica u sirevima, jogurtu, vinu, suhomesnatim proizvodima, osvežavajućim napitcima, voćnim sokovima, pekarskim proizvodima.

Ljudi skloni kožnim alergijama ili iritacijama kože  trebalo bi da izbegavaju konzerviranu hranu koja sadrži ovaj konzervans. U korama za pite i testima ga ima i do 10 puta više od potrebne količine, jer važno je da traje.

Slika 5. Formula kalijum-sorbata

6

Kofein

Kofein je prirodni alkaloid, koji se dobija iz zrna kafe (slika 4.), iz listova čaja, biljke guarana ili iz kakaovih zrna. Izolovan u čistom obliku, kofein je bele boje, bez mirisa i gorkog ukusa. Termički je veoma stabilan. Kofein je otkrio nemački hemičar F. F. Runge godine 1819. Na slici 5. je prikazana strukturna formula kofeina (C8H10N4O2).

Godišnja potrošnja kofeina je oko 120000 tona, a najveći deo se troši na proizvodnju energetskih napitaka. Najviše kofeina je u šoljici kafe, slede čaj i kola.

Dokazano je da ako se kofein umereno unosi u organizam ima pozitivno dejstvo na čovekov organizam. Kao na primer: bolja pažnja, bolje pamćenje, porast očnog pritiska, smanjenje rizika srčanih oboljenja, bolje fizičke performanse, brži oporavak mišića, smanjen rizik oboljenja

jetre.

Međutim, preterano konzumiranje kofeina, može imati negativne posledice po čoveka. Kao na primer: zavisnost, razdražljivost, anksioznost, uznemirenost, glavobolja, nesanica, prekomerno grčenje mišića, drhtanje, ubrzano disanje, nepravilan i ubrzan rad srca, bolovi u stomaku, mučnina, povraćanje, dehidratacija, učestalo mokrenje i itd.

Energetski napici i većina ostalih bezalkoholnih napitaka sadrže kofein upravo iz razloga koje osoba koja ih konzumira, doživljava kao stanje budnosti, odsustvo umora i povećanu aktivnost organizma. Kofein počinje da deluje 15 minuta po unošenju, a izlučuje se iz organizma nakon 12 sati. Energetski napici u proseku sadrže između 25-35 mg kofeina na 100ml. Ipak, ima i ekstremnih slučajeva.

Slika 6. Zrna kafe

Slika 7. Strukturna formula kofeina

7

Veštački zaslađivači

Veštački zaslađivači su sintetičke zamene za šećer, ali se mogu dobiti i proizvodnjom iz nekih biljaka koje prirodno sadrže šećere (slika 8. i 9.). Svi veštački zaslađivači su mnogo puta slađi od običnog šećera i potrebna je samo mala količina veštačkog zaslađivača da zameni kašiku šećera. Oni nemaju kalorijske vrednosti.

Veštački zaslađivači su najčešći sastojak svih vrsta bezalkoholnih napitaka. Postoji više vrsta ovih zaslađivača, od kojih su neki dozvoljeni, a neki nisu kao aditivi u hrani i piću.

Dozvoljeni veštački zaslađivači su: kalijum-acesulfam, aspartam, neotam, saharin, sukraloza(splenda). Nisu svi zaslađivači isti, pa tako i nemaju iste osobine.

Navedeni veštački zaslađivači su bili predmet stotine studija o tome koliko su bezbedni i šta se dešava u ljudskom organizmu čestim konzumiranjem. Uopšteno, može se reći da su

bezbedni u dozvoljenim koncentracijama prema Pravilniku o upotrebi aditiva u hrani i pićima. Najveći problem je što ove supstance izazivaju lučenje insulina, pa povećavaju apetit, što dovodi do raznih oboljenja, gojaznost, dijabetes, pa čak i kancer debelog creva i itd. Postoji teorija po kojoj svi zaslađivači koji ostavljaju gorak ukus u ustima imaju uticaj na oslobađanje insulina.

Veštački zaslađivač koji je u upotrebi još uvek u našoj državi i Evropskoj Uniji je natrijum-ciklamat, dok se u Americi nalazi na listi zabranjenih zaslađivača. S obzirom da Evropska Unija ima najstriktnije zakone što se tiče bezbednosti hrane, ova zabrana se može pripisati jakom američkom lobiju proizvođača drugih zaslađivača.

Slika 9. Zaslađivači

Slika 8. Zaslađivači

8

MATERIJAL I METODE RADA

Eksperimentalni deo ovog rada podrazumeva određivanje koncentracije kofeina, veštačkih zaslađivača i konzervanasa primenom uređaja za tečnu hromatografiju. Analizirano je sedam vrsta uzoraka ( Guarana, Red Bull, Ultra Energy, Zero Cola, Cocta, Pepsi Cola, Coca-Cola) (slika 10.).

Potrebni reagensi: Standardni rastvor smeše aditiva.

Instrumenti i oprema: Erlenmajeri od 100 ml, špricevi za uzimanje uzorka(slika 11.), kivete, ultrazvučni aparat za degaziranje uzoraka(slika 12.), uređaj za tečnu hromatografiju (HPLC) ( slika 13).

Slika 10. Uzorci pića

Slika 11.Uzorkovanje Slika 12. Ultrazvučni aparat

9

I faza : Priprema uzoraka

Uzorci se sipaju u erelenmajere od 100 ml i degaziraju se (oslobađanje ugljen-dioksida) pomoću ultrazvuka. Degazirani uzorci se pomoću šprica prenesu u kivetu za analizu.

II faza: Uređaj za tečnu hromatografiju

Na tečnom hromatogramu se uradi prvo analiza smese standarda aditiva, a zatim pripremljenih uzoraka. Komponente iz uzoraka se razdvajaju na osnovu razlike u rastvorljivosti u mobilnoj fazi, brže se kreću one komponente koje su bolje rastvorljive. Komponente detektuje UV detektor koji meri apsorbanciju na konstantnoj talasnoj dužini ili određenom rasponu talasnih dužina(zasnovano na apsorpciji zračenja iz UV i vidljive oblasti elektromagnetnog spektra).

U detektoru nastaje električni signal saglasan koncentraciji ispitivane komponente koji se pojačava (oslabljuje) i zatim zapisuje potenciometrijskim pisačem ili se analogni električni signal prevodi u digitalni i zatim mu je put, odnosno obrada, definisana digitalnim hardverom i softverom (računarskom tehnikom), pri čemu su dominantne funkcije merenja vremena izlaska pikova (maksimuma) i merenja površine pikova (integracija). Softver preko dobijenih hromatograma, pravi kalibracione krive preko kojih se očitava koncentracija.

U našem radu nisu prikazani hromatogrami i kalibracione krive zbog preglednosti rezultata.

Slika 13. Uređaj za tečnu hromatografiju (HPLC)

10

REZULTATI I DISKUSIJA

U tabeli 1. prikazani su dobijeni rezultati za bezalkoholna gazirana pića, gde je vršeno poređenje sa maksimalno dozvoljenom koncentracijom analiziranih supstanci prema Pravilniku o prehrambenim aditivima (Zakon o bezbednosti hrane).

Uzorci/supstance

Zero-cola

Coca-cola

Cockta

Pepsi-cola

Maksimalno dozvoljene koncentracije (mg/l)

Kofein (mg/l)

95,698,

36-

108,58

150

Natrijum-benzoat (mg/l)

- -117

,04- 180

Aspartam (mg/l)

184,76

- - - 600

Kalijum-acesulfam (mg/l)

143,60

- - - 350

Kalijum-sorbat(mg/l)

- - - - 300

Tabela 1. Koncentracije aditiva u bezalkoholnim gaziranim napicima

Na osnovu prikazanih rezultata možemo primetiti da sadržaj ispitivanih suspstanci varira od uzorka do uzorka. Koncentracije supstanci dobijene analizom pokazuju da su njihove vrednosti u granicama dozvoljenih koncentracija. Prateći tabelu možemo uočiti da je Zero-cola najštetnija, usled prisustva većeg broja aditiva, nasuprot mišljenju da Coca-cola u tim kategorijama prednjači. Naše istraživanje je pokazalo da je Cocta ,,najzdraviji’’ bezalkoholni gazirani napitak, jer ne sadrži veštačke zaslađivače, kao ni kofein.

Coca-cola i Pepsi cola ne sadrže nijedan veštački zaslađivač, kao ni konzervans, ali to ne znači da ti napici nemaju uticaj na zdravstveno stanje čoveka koji ih često konzumira (zbog sadržaja drugih supstanci koje nismo ispitivali, kao npr.fosfatna kiselina).

Interesantno je da u uzorku Coca-cole nije pronađen aspartam, kalijum-acesulfam, natrijum-benzoat i natrijum-ciklamat, a prema deklaraciji te supstance bi trebale biti prisutne.

11

U tabeli 2. prikazani su dobijeni rezultati za energetska pića, gde je vršeno poređenje sa maksimalno dozvoljenom koncentracijom analiziranih supstanci prema Pravilniku o prehrambenim aditivima (Zakon o bezbednosti hrane).

Uzorci/supstance

Guarana

Red Bull

Ultra Energy

Maksimalno dozvoljene koncentracije (mg/l)

Kofein (mg/l)253,50

325,57

288, 68

320

Natrijum-benzoat (mg/l)

100, 36 -180,

02180

Aspartam (mg/l)

- - - 600

Kalijum-acesulfam (mg/l)

- - - 350

Kalijum-sorbat(mg/l)

- -262,

15300

Tabela 2. Koncentracije aditiva u energetskim napicima

Vodeći se temeljno urađenom analizom, baziranom na upoređivanju više uzoraka (dati u tabeli), došli smo do otkrića sledećih činjenica : sve supstance izuzev Red Bull-a imaju dozvoljen sadržaj kofeina , dok ga Red Bull sadrži malo više (325,57 od dozvoljenih 320). Po sadržaju kofeina prati ga Ultra Energy (288,68) , pa Guarana sa 253,50 mg/l .

Red Bull sa druge strane (za razliku od ostalih energetskih napitaka) ne sadrži nijedan zaslađivač , kao ni konzervans. Iz priloženog možemo videti da se najviše natrijum-benzoata, kao i kalijum-sorbata nalazi u napitku domaće proizvodnje – Ultra Energy-ju , dok statistike pokazuju da Guarana uopšte ne sadrži kalijum-sorbat.

Po našem mišljenju, a sumiranjem svih podataka, izvodimo sledeće činjenice : Cockta je od gaziranih napitaka najmanje opasna po zdravlje čoveka , dok je Zero-cola najštetnija.

Od energetskih pića, ako bi poredili na osnovu naše analize, najmanje opasan je Red Bull (izostanak aditiva), dok je najopasniji Ultra Energy. Međutim, sve to treba uzeti sa rezrvom, jer postoje druge opasnosti koje vrebaju ako se preteruje u konzumiranju ovihnapitaka.

12

ZAKLJUČAK

Određivanje koncentracije kofeina, konzervanasa i zaslađivača u energetskim i bezalkoholnim gaziranim pićima primenom metode tečne hromatografije je jednostavno i pouzdano. U radu je vršeno određivanje koncentracije navedenih aditiva u uzorcima: Guarana, Red Bull, Ultra Energy, Zero Cola, Cocta, Pepsi Cola i Coca-Cola. Uočeno je da sadržaj kofeina, zaslađivača i konzervanasa u analiziranim uzorcima ne odstupa značajno od vrednosti datih na deklaracijama i da se nalaze u opsegu dozvoljenih koncentracija prema Pravilniku o prehrambenim aditivima (Zakon o bezbednosti hrane).

Može se zaključiti da sva analizirana pića sadrže kofein, izuzev Cocte. Energetski napici sadrže veću koncentraciju kofeina, što je i logično imajući u vidu njihovu ulogu. Veštačke zaslađivače od analiziranih uzoraka najviše sadrži Zero-cola, zbog čega i spada u napitke ,,bez kalorija”, jer je šećer zamenjen zaslađivačima koji nemaju kalorijsku vrednost. Od energetskih pića najviše konzervanasa sadrži Ultra Energy.

Uočeno je da ni u jednom uzorku nije pronađen saharin, kao ni natrijum-ciklamat (iako se nalazi na deklaraciji Zero cole i Coca-Cole).

Uzimajući u razmatranje finalne rezultate , nakon kompletiranja našeg istraživanja , možemo zaključiti da su upravo ,,najpopularnija’’ i najkomercijalizovanija gazirana i energetska pića ona najštetnija, zbog sadržaja više vrsta veštačkih supstanci.

13

LITERATURA

1. Julijana Petrović, Smiljana Velimirović, Hemija za četvrti razred gimnazije, zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, 2006.

2. K. Peter C.Vollhardt, Organska hemija, Kalifornijski univerzitet, Berkli, Hajdigraf, Beograd, 1996.

3. Vladimir Pavlović,Rade Marković, Organska hemija, zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, 1991.

4. Internet sajt: www. healthclub.rs/dodaci-ishrani

5. Internet sajt: www.stetoskop.rs

6. Internet sajt: www.stajedemo.com

14

ZAHVALNOST

Zahvalnost laboratoriji opšte upotrebe gradskog zavoda za javno zdravlje na podršci oko izrade eksperimentalnog rada, naročito gospođi Gorici Vuković.

Slika 14. Učenici, Mina i Aleksandar

15