Ten straszny benzoesan!

W trakcie przygotowywania dłuższej notki o pewnej ciekawej reakcji zachodzącej w niektórych napojach musiałem opowiedzieć o jednym z jej substratów - kwasie benzoesowym. Jednak, jak już zdążyliście zapewne zauważyć, moje niewinne uwagi wstępne częstokroć rozwlekają się w formę dłuższych chemiko-historycznych dygresji, wprawdzie tworzących z właściwym tematem intrygującą opowieść objaśniającą wiele rzeczy, ale przecież gubiącą właściwy wątek. Tak też stało się i tym razem. Gdy objętość tekstu o benzoesanach przekroczyła trzy akapity zorientowałem się, że albo stworzę długaśną notkę nie wiadomo o czym, albo tak dobrze się zapowiadający "wstęp" przerzucę do oddzielnej notki, do której potem będę we właściwym wpisie linkował i odnosił się. A temat jest przecież ciekawy, i ma pewne powiązania z tym co stanowi o charakterze bloga. Ale najpierw o wonnościach i alchemikach:

Kwas benzoesowy to pospolity związek, występujący naturalnie w wielu roślinach, będący najprostszym aromatycznym kwasem karboksylowym (choć przychodzi mi jeszcze do głowy kwas furanokarboksylowy), w którym do pierścienia sześcioczłonowego doczepiona jest grupa karboksylowa. Może być traktowany jako pochodna toluenu z którego powstaje w wyniku utleniania - i tak też może być otrzymywany. Inna metoda to reakcja Canizarro, w której benzaldehyd potraktowany zasadą zamienia się w alkohol benzylowy i kwas benzoesowy - a zatem jedna część substratu jest redukowana a druga utleniana. Benzaldehyd otrzymuje się hydrolizując dichlorotoluen, po czym oddziela się go i poddaje reakcji, dzięki czemu unika się zanieczyszczenia chloropochodnymi.

O wonnościach i alchemikach:

Związek ma dosyć ciekawą historię, której nie omieszkam tu zreferować. Od wieków w świątyniach i miejscach zgromadzeń palono kadzidła i wonności. W Indiach po dziś dzień pali się patyczki z trocin aromatycznego drzewa sandałowego, nazywane trociczkami - których odległym odpowiednikiem są nasze kadzidełka. Inne aromatyczne rośliny dostarczały podobnych materiałów - z żywicy olibanowej kadzidłowca powstawało prawdziwe kadzidło, z żywicy krzewu balsamowca powstawała Mirra. Wszystkie te materiały były bardzo cenne, stąd zwyczaj dawania ich w darze władcom, utrwalony w nowotestamentowej opowieści o królach czy mędrcach przybyłych do Betlejem. Ich spalanie w świątyniach miało zatem formę cennej ofiary bóstwom, było nawet określone ile kadzidła trzeba spalić przy konkretnych obrządkach. Zastanawiające, że w takiej formie - a więc właśnie ofiary dla Boga, przedostało się kadzidło do Chrześcijaństwa, choć dziś o takiej celowości obrządku kadzenia się wprost nie mówi*
Z celów bardziej praktycznych, wonności oczyszczały atmosferę a ta, w ciasnych budynkach, napełnionych tłumem przybyłych pątników mogła być w dawnych czasach bardzo ciężka. Jednym z tych kadzidlanych materiałów był Styraks, używany do dziś w kościołach obrządku wschodniego.
Arabowie nazywali go "lubān jāwī" (لبان خاوي ) czyli Kadzidło z Jawy - stamtąd bowiem po raz pierwszy go przywieziono. Nazwa w czasach mauretańskich trafiła do Hiszpanów, którzy przekazali ją w zmienionej formie jako Benjawi, z nimi handlowali Włosi, którzy usłyszeli nazwę jako benjuì lub bensui co ostatecznie stało się łacińskim benzoë - stąd dawna nazwa żywicy benzoinowej. Wcześniejsza hiszpańska forma musiała się jednak jeszcze gdzieś zachować, skoro w zupełnie zniekształconej postaci funkcjonuje w języku angielskim jako guma Benjamina[1]
W XVI wieku próbowano otrzymać ze styraksu olejki eteryczne, lecz podczas suchej destylacji otrzymywano jedynie biały proszek, o lekkich właściwościach kwasowych, nazwany kwasem benzoesowym - co ciekawe, jednym z pierwszych alchemików którzy opisali ten proces, był Nostre Dame czyli Nostradamus. W późniejszym czasie znaleziono ten związek jeszcze w migdałach, jako jeden z produktów rozkładu glikozydów cyjanogennych - amigdaliny, zaś pod koniec XIX wieku odkryto, że ma właściwości przeciwgrzybicze i zaczęto używać go do konserwacji owoców.
Wcześniej używano tu chemicznego krewniaka - kwasu salicylowego. Zakodowany w głowach obraz domowych przetworów, jako wekowanych słoików obwiniętych u góry papierem, wiąże się ze praktyką zakrywania słoików, przed zamknięciem wieczka, arkuszem papieru salicylowego nasączonego tym związkiem, zaś jeszcze przed wojną domowe przepisy obejmowały też dodawanie do dżemów "proszku salicylowego", który jako konserwant zabezpieczał przed zapleśnieniem. Jeszcze Stobiński w latach 70. w swej wspaniałej "Chemii i życiu" podaje takie przedwojenne przepisy, już jednak zastrzegając, że dodatek taki może źle odbić się na zdrowiu - jak wspominałem w notce o aspirynie, kwas salicylowy powoduje krwawienia z przewodu pokarmowego i zaburzenia żołądkowe.
Kwas benzoesowy okazał się więc zamiennikiem, o tyle bezpiecznym, że nie wywołującym takich skutków. I rzeczywiście, używa się go dziś, w formie soli, jako konserwantu żywności. Ma właściwości grzybobójcze i bakteriobójcze, a niektóre pochodne są używane jako fungicydy lub leki w grzybicach skóry. Sam kwas benzoesowy, rzadziej używany w stanie czystym, to E 210, sól sodowa to E 211, potasowa E212 a wapniowa E213.

Opisany już Styraks zawiera do 20% kwasu benzoesowego i co najmniej drugie tyle połączeń estrowych o intensywnym zapachu. Uzasadniałoby to skądinąd użyteczność styraksu w kadzidłach - kwas łatwo sublimował i w postaci stałych cząstek osiadał na podłodze, ścianach i pątnikach, zapobiegając rozprzestrzenianiu się w takiej ciżbie chorób bakteryjnych. Inne kadzidła jak mirra czy drzewo sandałowe, też mają takie właściwości, tym samym zalecenia pisarzy starożytnych, aby używać styraksu na rany w formie tynktur czy nasączonych płatków tkaniny, wydają się bardzo trafne.

Zatem benzoesany są obecne w żywności od stu lat. Jednak ostatnio coraz więcej słyszy się o wątpliwościach co do ich używania. Po słynnej reklamie wody smakowej, gdzie aktorka po przeczytaniu składu na etykiecie produktu konkretnej firmy, stwierdziła "wkrótce będziemy świecić" (po czym polecała produkt jakoby pozbawiony żadnych dodatków) benzoesan sodu stał się wręcz symbolem "chemii" w żywności a tym samym dostał się na języki internautów:

Gwiazdami w konserwowaniu żywności są dwa związki: benzoesan sodu i sorbinian potasu. Ten pierwszy, mający oznaczenie E 211, wzmacnia naturalny smak pożywienia, a zarazem niszczy drożdże, pleśnie i wirusy. Chętnie dodaje się go do napoi gazowanych, majonezu, marynat, konserw owocowych i warzywnych. Niestety, ma poważne wady. Jest kancerogenny, a także ma szkodliwy wpływ na procesy zachodzące w naszym mózgu,

Na początku lat 90 ograniczono w Polsce zastosowanie benzoesanu. Do publicznej wiadomości podano, że to z powodu jego znaczenia dla procesów przemian aminokwasów, zachodzących w mózgu (nie podano konkretnie, jakie jest to znaczenie).

Na stronie internetowej jednej z większych firm spożywczych możemy znaleźć informację, że benzoesany spożywane w nadmiarze mogą powodować uczulenia u astmatyków i alergików, a u osób wrażliwych na aspirynę zaburzenia w funkcjonowaniu przewodu pokarmowego (co to znaczy "w nadmiarze", nie podano).[2]

Lista szkodliwych konserwantów

E 210 rakotwórczy (benzoesan, syntetyczny, dodatek do napoi gazowanych, majonezów, marynat, konserw owocowych i warzwynnych, sałatek)
E 211 rakotwórczy (benzoesan sodu, syntetyczny)
E 212 rakotwórczy (benzoesan potasu, syntetyczny)
E 213 rakotwórczy (benzoesan wapnia, syntetyczny)
E 214 rakotwórczy (benzoesan etylu, p-hydroksybenzoesan etylu i pochodne, [3]

Peter Peiper, biolog molekularny z Sheffield University, twierdzi, że benzoesan sodu (E211) jest szkodliwy dla kodu genetycznego. Ten związek chemiczny jest w stanie poważnie uszkodzić mitochondria – mówi Piper. To z kolei powoduje tak wielką degenerację komórek, że z czasem może doprowadzić do choroby Parkinsona czy marskości wątroby. Piper ostrzega, że typ uszkodzenia powodowany przez benzoesan sodu jest powiązany z wieloma chorobami neurodegeneracyjnymi, które pojawiają się w późniejszym wieku. Co więcej, benzoesan sodu w połączeniu z witaminą C tworzy benzen, związek rakotwórczy.[4]

Jeszcze nie tak źle w porównaniu z innymi dodatkami. Znam takie listy E gdzie szkodliwość przypisano wszystkim 1200 substancjom, włącznie z tymi które występują naturalnie w żywności, w tym kwaskowi cytrynowemu (E 330) witaminie C (E 300), pektynom owocowym (E 440) czy azotowi (E 941).

Na początek może rozprawię się z informacją o zabijaniu bakterii jelitowych - benzoesan owszem, jest bakteriobójczy, ale w środowisku kwaśnym (pH w zakresie 2-5). Niszczy bakterie w ten sposób, że jego forma kwasowa jest wchłaniana do komórki i zwiększając kwasowość wewnątrz hamuje metabolizm komórek. Słabo radzi sobie natomiast z bakteriami nawykłymi do kwaśnego środowiska, a więc z bakteriami fermentacji octowej, a prawie w ogóle nie rusza bakterii mlekowych, uważanych powszechnie za korzystne. Po przejściu przez żołądek trafia do jelit, gdzie dzięki obecności żółci panują warunki zasadowe. A w tych kwas benzoesowy traci swoje właściwości.

A jak jest z tymi alergiami? Jego struktura chemiczna jest zbliżona do kwasu salicylowego, dlatego u osób nadwrażliwych na salicylany wywołuje objawy podobne do astmy aspirynowej, jedynie trwające krócej ze względu na szybszy metabolizm. Z tego samego powodu może wywoływać alergie u osób wrażliwych, objawiające się wysypkami i podrażnieniami, choć w szerokich badaniach objawy pojawiały się zaledwie u 0,5-0,8% ludzi.

Co do rakotwórczości, nie wiem skąd autorzy takich stron biorą informację, ale gdy tylko grzebię po różnych pracach i artykułach, to za każdym razem związek okazywał się nierakotwórczy i mało szkodliwy. Weźmy choćby takie badania: sześciu mężczyzn zażywało w diecie 0,2-0,4 g kwasu benzoesowego przez dwa miesiące - nie stwierdzono pogorszonego samopoczucia, zmian obrazu krwi, czy składu moczu; albo studenci zażywali związek wedle planu, że najpierw przez pięć dni brali 1 g, potem część przez następne 5 dni brała 1,5 g, potem 2 g i na koniec trzech studentów brało 2,5 g, łącznie przez dwadzieścia dni przyjąwszy dawkę 35 g - stwierdzono takie objawy jak nudności, podrażnienia żołądka czy bóle głowy, objawy zanikły po skończeniu badania.[5] Związek jest też niekiedy używany w leczeniu osób z wrodzonymi zaburzeniami cyklu mocznikowego, aby wraz ze sprzęganą z nim glicyną usuwać nadmiar azotu alternatywną drogą. I tu podawanie dawek rzędu 200-500 mg przez kilka lat nie wywoływało negatywnych skutków. Obecnie ustalona maksymalna dopuszczalna dawka 5 mg/kg masy ciała na dobę została oparta na badaniach nadwrażliwości u alergików, uznając że poniżej tej dawki nie wystąpią u nich żadne objawy.

Wrażliwość zwierząt jest zróżnicowana - dawka toksyczna dla kotów to tylko 450 mg/kg kota, u gryzoni LD50 to prawie 2g/kg szczura. Nie stwierdzono niekorzystnych skutków podawania 500 mg/kg czterem kolejnym pokoleniom szczurów. W innych badaniach nie wykazano działania rakotwórczego w pięciu pokoleniach szczurów i myszy. U ciężarnych szczurzyc uszkodzenia płodu następowały dopiero przy zastosowaniu dawki toksycznej dla matki, w dawkach niższych uszkodzeń nie zanotowano.

Nie stwierdzono aby związek kumulował się w organizmach ani w glebie.[6]

Piotr Pieprz

Najciekawsza kwestia wiąże się z cytowanymi tu wnioskami biologa Petera Pipera, którzy przestrzegał przed piciem napojów, twierdząc że kwas benzoesowy uszkadza mitochondria, w związku z czym uszkadza tkanki, w związku z czym wywołuje Parkinsona i marskość wątroby.
W polskim internecie natykam się tylko na zeszłoroczne kopie wzajemne, w internecie anglojęzycznym znajduję dosłowne kopie aż do 2007 roku, nigdzie jednak nie znalazłem odniesienia do badań jakie przeprowadzał Piper. Nie mogłem znaleźć nic na ten temat w takich miejscach jak PubMed i innych w związku z czym zacząłem podejrzewać, że ktoś taki może nie istnieć - Peter Piper, czyli Piotr Pieprz to bohater starego angielskiego wierszyka - łamacza języka.** Potem oczywiście okazało się, że jest ktoś taki jak prof Peter W. Piper, czyli że wszyscy źle cytowali.
Wydaje się że źródłem jest artykuł z sobotniego dodatku do The Independent "Some soft drinks may seriously harm your health" w którym pan profesor opiera się na wynikach swoich badań z 1999 roku. Oryginalnego artykułu nie mogę znaleźć na stronach gazety, a po kliknięciu na odpowiednie linki wyskakuje mi, że takiej strony nie ma. Mamy zatem ustną opinię opartą na jakiś nieznanych badaniach własnych. Wreszcie okrężną drogą znalazłem pierwotny artykuł.
Co też takiego badał pan profesor? Drożdże.

Drożdże w kroplach.
Powiększenie ok. 400 razy.

Pan Pieprz potraktował drożdże na szalce Petriego roztworem benzoesanu sodu i sprawdzał jak sobie radzą. Dobrze wiadomo, że związek ten jest grzybobójczy, dlatego nie powinno być niezwykłe, że drożdże rozwijały się źle. W dodatku były to specjalne drożdże-mutanty, nie wytwarzające enzymu dysmutazy ponadtlenkowej, która ma za zadanie usuwać z komórki wolne rodniki, dlatego użyto ich jako organizmu modelowego, mającego sprawdzić wpływ związku na wytwarzanie rodników. No i stwierdzono że kwasy organiczne, w tym benzoesowy, sorbowy i propionowy, używane jako konserwanty, uszkadzają mitochondria zmutowanych drożdży z powodu wytwarzania wolnych rodników. Autor pracy wyrażał w związku z tym obawy o możliwy wpływ tych substancji na stres oksydacyjny komórek nabłonka przewodu pokarmowego. Tyle. [6]
Nie wiem jak natomiast odnieść te wyniki do zdrowia człowieka. Ludzkie komórki wytwarzają dysmutazę, więc bronią się przed rodnikami. Skoro tak, to ich mitochondria są chronione. Zatem kwas benzoesowy może dodać od siebie nieco więcej rodników, ale nie musi to przesądzać o uszkodzeniu komórek. Zresztą najwięcej enzymu zawierają komórki wątroby o którą tak się pan Pieprz obawiał. Co do Parkinsona, to aby wywołać jakieś zmiany w mózgu, kwas benzoesowy musiałby być wchłonięty, rozprowadzony we krwi i jeszcze przejść przez barierę krew-mózg, niestety jednak jak wiadomo, po wchłonięciu z przewodu pokarmowego w całości trafia do wątroby, gdzie traktowany jest glicyną i jako pochodna hipurowa wydalany wraz z moczem. Jest nawet używany do badań funkcji wątroby.
Zatem wnioski przedstawione w artykule prasowym były w najlepszym razie nadinterpretacją

Kolorowe napoje

Innym zarzutem stawianym temu związkowi, mającym trochę lepsze moim zdaniem oparcie w faktach, jest możliwość wzmagania nadpobudliwości u dzieci. Takie badania przeprowadzono na zlecenie Brytyjskiej Agencji Standardów Żywności (FSA) i dotyczyły wpływu mieszanek dodatków na stan dzieci nadaktywnych. Popularne media nie zauważyły jednak niuansów pracy i napisały, że dodatki w kolorowych napojach ową nadpobudliwość wywołują. Tymczasem badanie dotyczyło wpływu mieszanek barwników i konserwantów na aktywność dzieci które już są nadaktywne. Badanie polegało na podaniu dzieciom ze stwierdzonym ADHD roztworów czterech barwników i benzoesanu sodu, a następnie obserwacji czy ich zachowanie się zmieniło. Dla porównania części dzieci podano słodzoną wodę. U części dzieci stwierdzono wzrost aktywności, jednak wyniki były nie miarodajne - zależności nie pojawiały się we wszystkich grupach wiekowych, nie u wszystkich dzieci z takim samym natężeniem, u niektórych powtórne dawki nie wywoływały efektu. Uznano zatem, że choć nie jest to pewny dowód, to coś na rzeczy jest.[8] Dlatego też w 2008 ogólnoeuropejska FSA wezwała producentów aby dobrowolnie wycofali podejrzane barwniki z produktów spożywanych przez dzieci - gum, cukierków i napojów[9].

Podsumowując:
Wszystkie panikarskie stwierdzenia, że benzoesany są rakotwórcze, okropnie niebezpieczne, że dostaniemy po nich impotencji, łysienia i skrętu kiszek są bezpodstawne. Doniesienia o genotoksyczności wydają się nadinterpretacją. Jak na razie wszystko wskazuje, że benzoesan sodu należy do najbezpieczniejszych konserwantów, zabezpieczających żywność przed rozwojem bakterii a zwłaszcza wytwarzających rakotwórcze mykotoksyny pleśni.
Jeśli wolicie go unikać, bardzo proszę. Nigdy nie sądziłem aby takie przekąski jak cukierki czy gazowane napoje są zdrowe i mogą stanowić znaczący składnik diety. Ale wybierajcie z rozmysłu a nie z przestrachu. jeśli zaś przerzucicie się na zdrową, ekologiczną, naturalną żywność, to pamiętajcie że od benzoesanów i tak nie uciekniecie, występują bowiem naturalnie w całkiem pokaźnej grupie produktów:

Naturalne benzoesany: Styraks, żurawina i cynamon

Najwyższe stężenia naturalnych benzoesanów występują w owocach żurawiny, aż do 1300mg/100 g suszonych owoców. Z tego powodu jej jagódki nie psują się i zwierzęta wygrzebują je spod śniegu aż do wiosny. Między innymi dzięki nim żurawina ma właściwości zapobiegające zakażeniom pęcherza.
Niewiele mniej mają ich inne owoce leśne, a więc czarne borówki, czerwone jagody, jeżyny, poziomki, a maliny zawierają je pomieszane z salicylanami, co tłumaczyłoby ich wykorzystanie przy przeziębieniach. Całkiem sporo benzoesanów, głównie w formie estrów, zawiera anyżek i fenkuł, oraz ich olejki. Z innych przypraw mają ich całkiem sporo przyprawy korzenne w tym cynamon. Ponadto pojawiają się w serach i grzybach jako produkty fermentacji. Znaczyłoby to, że nasi przodkowie, jedzący wyłącznie naturalne nieprzetworzone jedzenie też często stykali się z tym związkiem, więc dla ludzkości to nie pierwszyzna.

A jak to jest z benzoesanem, witaminą C i benzenem? No cóż, o tym już miałem opowiedzieć, ale zacząłem zbytnio rozwlekle. Jak to z tą reakcją jest, a jest ciekawie, opowiem, ale w następnym wpisie.
-------
*żeby nie zaśmiecać wątku jeszcze bardziej dodam tu na końcu, że ciekawy ślad wonności, jako zastępczej, bo nie krwawej ofiary, znajdujemy w opowieści o Marcie. Gdy do domu Łazarza przybył Jezus, gospodarze oczywiście ugościli go chętnie, zaś jedna z sióstr Łazarza, skropiła gościowi stopy cennym olejkiem i otarła włosami. Opowieść była potem różnie interpretowana, ale ogólny sens jest taki, żeby dawać Panu co się ma najcenniejszego. Zapewne w późniejszych wiekach powoływano się na tą opowieść, aby uzasadnić potrzebność drogich wotów i złota w świątyniach.
**Peter Piper picked a peck of pickled peppers;
A peck of pickled peppers Peter Piper picked;
If Peter Piper picked a peck of pickled peppers,
Where's the peck of pickled peppers Peter Piper picked?!

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Benzoic_acid
[2] http://www.klinika-zdrowia.com/prasa.php?o=czytaj&p_id=10
[3] http://merlin-zdrowie.pl/?id=drobnoustroje
[4] http://www.roik.pl/benzoesan-sodu-e211-szkodliwy-dla-kodu-genetycznego/
[5] http://toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/search/a?dbs+hsdb:@term+@DOCNO+704
[6] http://www.inchem.org/documents/cicads/cicads/cicad26.htm - tu całościowy przegląd badań

[7] Piper, P. (1999). Yeast superoxide dismutase mutants reveal a pro-oxidant action of weak organic acid food preservatives Free Radical Biology and Medicine, 27 (11-12), 1219-1227 DOI: 10.1016/S0891-5849(99)00147-1

[8] http://www.myomancy.com/2007/09/food-colorings-and-hyperactivity/
[9] http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/7340426.stm