Chromatograficzne oznaczanie zawartości kofeiny w herbacie

W ostatnim czasie trochę nie bardzo miałem czas na wpisy na blogu, zwłaszcza że te dopiero przygotowywane są dłuższe i wymagają większej pracy, dlatego aby nie zaniedbać tego miejsca całkowicie, przedstawię coś wygrzebanego z archiwum notatek.

Kofeina jest naturalnym alkaloidem zawierającym azot, o właściwościach lekko zasadowych, wstępującym w wielu roślinach, głównie w krzewie kawowym i krzewie herbacianym. Napoje otrzymywane z tych roślin nie miały by dla nas wielkiej wartości gdyby nie ów związek, a to z powodu pobudzających właściwości. Kofeina zmniejsza poczucie zmęczenia, rozszerza naczynia krwionośne, pobudza wydzielanie soków żołądkowych i moczu, zwiększa wydzielanie neuroprzekaźników dając krótkotrwały efekt "jasności umysłu"; niestety jak wszystkie substancje wpływające na percepcję prowadzi do fizycznego uzależnienia, choć lekkiego. Dlatego też ludzkość spożywa ją tonami.

W ćwiczeniu jakie wykonywaliśmy na zajęciach chodziło wprawdzie o oznaczenie ilości kofeiny w herbacie, ale główną sprawą na jaką zwracano naszą uwagę, był sposób przygotowania próbki - konkretnie zaś technika SPE.

W procesie analitycznym samo badanie i interpretacja wyników stanowią dosyć krótki etap, natomiast przygotowanie próbki tak, aby można było ją zbadać niejednokrotnie okazuje się najbardziej czasochłonną częścią. W dodatku musi być to etap wykonany dokładnie, bo choćby sprzęt pomiarowy był supernowoczesny, to wynik oparty o badanie złej próbki nadaje się tylko do kosza. Dlatego też sposoby przygotowania próbek to dziedzina równie szeroka i dynamiczna jak metody analityczne. Jednym z tych sposobów jest ekstrakcja do fazy stałej czyli właśnie SPE.
W pewnym stopniu można zaliczać SPE do chromatografii, gdyż i tutaj i tu używa się kolumny wypełnionej adsorbentem, różnica jest jednak taka iż w chromatografii stosujemy ciągły przepływ rozpuszczalnika, chcąc uzyskać ruch w kolumnie, z różnymi prędkościami, składników analitu; natomiast w SPE chodzi o to, aby to co zostanie wchłonięte, pozostawało na adsorbencie tak długo jak to nam będzie potrzebne. Właściwie jest to technika mająca pomóc oddzielić to co nas interesuje od tego co nam przeszkadza, a często też mogąca zagęścić składnik występujący w śladowych ilościach.

Na przykład mamy do czynienia ze ściekami, w których chcemy oznaczyć benzen. Ścieki zawierają całe mnóstwo składników o różnorodnych właściwościach, przez co niektóre czułe detektory mogą zostać całkiem zdezorientowane, należy zatem oddzielić to co niepotrzebne, a więc sole, białka, aminokwasy, kwasy organiczne, alkohole i cokolwiek innego, od frakcji właściwej, zawierającej niepolarne rozpuszczalniki organiczne. Przepuśćmy więc nasz roztwór przez jakiś niepolarny adsorbent, który będzie takie rozpuszczalniki dobrze pochłaniał. Niepolarne substancje zostaną pochłonięte, zaś polarne będzie można wypłukać czystą wodą. Teraz przepłuczmy nasz absorbent czymś, co może wypłukać niepolarne substancje, na przykład heksanem, a otrzymamy roztwór zdecydowanie prostszy w analizie, bo zawierający wyodrębnione ze ścieków same tylko substancje niepolarne, w tym nasz benzen. Jeśli w dodatku przedtem występował w próbce w niewielkich ilościach, to po wymyciu z adsorbenta niewielką ilością rozpuszczalnika zdecydowanie się zatęży. Odwrotnym przypadkiem jest przepuszczanie próbki przez adsorbent, na którym zatrzymają się przeszkadzające zanieczyszczenia.
I to jest w zasadzie cała istota techniki.

Przemywania dokonuje się zazwyczaj w krótkich, szerokich kolumienkach, przypominających strzykawki, często przepływ przyśpiesza się podłączając wylot kolumienki pod niższe ciśnienie

W techniczne szczegóły nie będę się tu na razie wdawał, czas bowiem przejść do opisu ćwiczenia.

Na początek wzięliśmy kilka torebek herbaty ekspresowej (chyba "Minutki") i po rozerwaniu odmierzyliśmy dokładnie 0,85 g, po czym wsypaliśmy do kolby. Zaraz potem wsypaliśmy tam 2 g tlenku magnezu:

I dolaliśmy gorącej wody. Wyciąg należało zaparzać przez kwadrans. Po co tlenek magnezu? Zmieszany z wodą częściowo reagował dając wodorotlenek, i nadając roztworowi łagodnie zasadowy odczyn. W normalnej sytuacji kofeina tworzy z garbnikami herbacianymi mało rozpuszczalne połączenia, więcej jest ich w herbacie zielonej stąd też może mieć ona słabsze działanie pobudzające niż czarna. Zasadowe środowisko powoduje rozpad tych połączeń i większy stopień ekstrahowania z fusów. Ponadto w takich warunkach kofeina nie przechodzi  formę jonową, co ma znaczenie dla dalszego przebiegu ćwiczenia. Gdy nasza herbatka była już gotowa, należało ją przesączyć, oddzielając fusy i tlenek magnezu.
użyta kolumienka zawierała jako adsorbent żel krzemionkowy C-18, to jest z przyłączonymi do powierzchni osiemnastowęglowymi łańcuchami węglowodorowymi. Takie wypełnienie jest zatem bardzo niepolarne. Kofeina w formie niejonowej jest bardzo słabo polarna, mimo całkiem sporego momentu dipolowego, dlatego jest pochłaniana. Zanim jednak przepuściliśmy przez kolumienkę nasz roztwór, przepłukaliśmy ją metanolem, aby dotychczas suchy adsorbent był gotowy do pracy, zaś łańcuchy C-18 mogły się rozprostować.

Nabralliśmy 2 ml naparu i przepuściliśmy przez kolumienkę, której wypełnienie zabarwiło się na brązowo:

Gdy już wszystko zostało wchłonięte, przepłukaliśmy kolumienkę metanolem z wodą amoniakalną, aby wypłukać to co nie potrzebne, a na sam koniec wysuszyliśmy złoże, to jest, pozwoliliśmy aby podciśnienie zassało przezeń powietrze.
Tak więc potrzebną frakcję substancji niepolarnych - w tym kofeiny - mieliśmy już wchłoniętą. I czym ją teraz wypłukać? Moglibyśmy użyć rozpuszczalnika organicznego, ale ten wypłukałby nam wszystko co tam jest, a już po brązowym kolorze wypełnienia można było poznać, że oprócz kofeiny jest tam wiele innych związków. Przypomnę teraz że kofeina,, jak wszystkie alkaloidy, zawiera azot o właściwościach zasadowych - a więc mogący przyjmować proton. Po przyjęciu protonu alkaloid przechodzi w formę jonową z ładunkiem dodatnim. A taka forma jest dobrze rozpuszczalna w wodzie i słabo adsorbowania na podłożach niepolarnych.
Zatem przepłukaliśmy naszą kolumienkę mieszaniną wody, metanolu i kwasu octowego, uzyskując żółtawy roztwór, zawierający kofeinę i niezbyt dużą ilość przeszkadzających zanieczyszczeń. Najwyraźniej niektóre garbniki mają na tyle zbliżone właściwości aby przechodzić przez kolejne etapy w podobny sposób.

Dalsza analiza została przeprowadzona za pomocą chromatografii cieczowej - szerzej opisuję ją w tym wpisie . Najpierw na kolumnę nastrzyknięto próbkę wzorca kofeiny, o stężeniu 0,05 µg/ml, otrzymując chromatogram z pikiem o czasie retencji 14,293 minuty. Potem wstrzyknęliśmy próbkę z przygotowanego przez nas roztworu, uzyskując podobny pik o tym samym czasie retencji, muszący być analizowanym związkiem. Pola pod pikami wynosiły 1 224 259 jednostek względnych dla wzorca i 731 882 dla próbki analizowanej. Detektor fotometryczny mierzył absorpcję w ultrafiolecie dla fali 272 nm.
Znając masę próbki, stężenia wzorców i wiedząc jaki procent pierwotnej próbki stanowiła ta ostateczna, można było wyliczyć zawartość kofeiny w herbacie na 5% suchej masy, co stanowi dość dużą wartość (źródła podają zwykle, że dla herbaty zawartość nie przekracza 4,5%), choć oczywiście w normalnym przypadka nie cała ilość przechodzi do naparu.
Nie taka zła ta herbata

Z cytryną czy bez?

Ponieważ wpis o zmianach koloru herbaty okazał się sukcesem idę za ciosem i kontynuuję wątek, a dokładniej jeden z wątków dodatkowych, jaki pojawił się w międzyczasie - mianowicie kwestię zakwaszania, dokwaszania, cytrynienia czy jak tam nazwiecie. Czy herbata z cytryną jest szkodliwa? A może zdrowsza? Krążą na ten temat sprzeczne opinie, często nie poparte faktami. Doprawdy bardzo trudno powiedzieć o tym coś konkretnego, badania na ten temat wydają się bowiem rozbieżne - jedne sugerują większą szkodliwość takiego połączenia, inne dowodzą wręcz czegoś przeciwnego. W miarę moich skromnych możliwości mogłem się więc głównie opierać na przeglądach podsumowujących ważniejsze badania, próbując wyciągnąć z tego jakieś wnioski - dla leniwych podsumowanie na samym końcu.
 Ale zanim zagłębię się w zawiłości badań, teorii i domniemywań, opowiem o samym przedmiocie dyskusji:

Herbata, to napar z liści krzewu herbacianego (Camellia sinensis (L.) Kuntze ), niedużej krzewinki z rodzaju Camellia, do którego należą także sadzone w ogrodach ozdobne kamelie, pochodzącej zapewne z górskich obszarów Azji środkowej. W dobrych warunkach urasta do rozmiarów niedużego drzewa, zwykle jednak intensywne przycinanie sprowadza krzew do formy przywodzącej na myśl niski kępiasty żywopłot. Zakwita białymi kwiatami, po przekwitnieniu tworzącymi owoce z dużą tłustą pestką, z której w regionach upraw uzyskuje się dobrej jakości olej spożywczy.
Oczywiście najbardziej cenną częścią rośliny są jej liście, szczyty pąków a nawet zielone łodyżki. Wedle jednej z chińskich legend odkrywcą herbaty miał być Cesarz Schennong - postać na pół legendarna, nosząca cechy mitycznego protoplasty-założyciela, któremu przypisuje się wynalezienie wielu przydatnych rzeczy, jak radło, całe chińskie ziołolecznictwo czy też wreszcie zwyczaj picia herbaty. Podobno gdy zatrzymał się na postój w górach, postanowił napić się przegotowanej wody. Gdy rozpalił ognisko do kociołka spadło kilka wysuszonych w cieple listków pobliskiego krzewu, zaś cesarz stwierdził że powstały napar jest doskonałym napojem. Inna buddyjska tym razem legenda opisuje jak to założyciel tej religii Budda Siakjamuni medytując w górach, zapewne jeszcze przez osiągnięciem oświecenia, tak zirytował się opadającymi ze zmęczenia powiekami, że odciął je, zaś w miejscu gdzie padły wyrósł krzew, dający napar powstrzymujący senność. Jakkolwiek by nie było ludzie już bardzo dawno odkryli właściwości herbaty. Pierwsze wzmianki w chińskich kronikach pochodzą z początków pierwszego tysiąclecia przed naszą erą. Niedługo potem zwyczaj przeniknął do Birmy, Wietnamu i Korei. W IX wieku herbata pojawiła się w Japonii gdzie już wkrótce powstał skomplikowany ceremoniał jej picia. równocześnie z herbatą spotkali się Indyjczycy a za ich pośrednictwem Arabowie. Od drugiej strony herbata zawędrowała do Rosji. Wreszcie w XVII wieku trafiła do Holandii i Wielkiej Brytanii.
Jak się wydaje zwyczaj dodawania cytryny przyszedł do nas z Rosji wraz z tanią herbatą, przedtem dostępną tylko w bogatych domach, w każdym razie jeszcze w latach 20. polskie gazety uważały to za zwyczaj rosyjski. We Włoszech także jest to popularny sposób picia. Z kolei Anglicy lubią herbatę z mlekiem, u nas nazywaną "bawarką". W Chinach i Tybecie do herbaty dodaje się masła i przypraw. W niektórych krajach, na przykład w Indiach, pije się ją na ostro, dodając pieprzu, kardamonu, goździków a nawet curry.

Liczne odmiany herbat, oprócz różnic regionalnych, wiążą się ze sposobem przetwarzania. Zasadniczo herbaty zielone składają się z listków ususzonych, zaś czarne z listków poddanych fermentacji - to znaczy formalnie jest to przemiana enzymatyczna, ale zwykło się mówić że to fermentacja, choć nie wspomagają jej drobnoustroje. Liście są najpierw lekko podsuszane a następnie ugniatane i zawijane w ruloniki. Zagniatanie, bądź ocieranie, będące uszkodzeniem tkanek roślinnych, wywołuje uwolnienie enzymów degradacyjnych - w tym znanej już nam oksydazy polifenolowej, prowokującej powstanie żółto-brunatnych kondensatów garbników, decydujących o kolorze naparu. Inne enzymy rozkładają chlorofile i karoteny, przez co liść zmienia kolor. Zależnie od stopnia sfermentowania i sposobu przygotowania listków, otrzymuje się odpowiednie odmiany. I tak herbata zielona to liście tylko ususzone, herbata "biała" to ususzone szczytowe pączki i listki osłonięte od słońca, dzięki czemu się nie zazieleniły; herbata "żółta" to listki którym pozwolono więdnąć przez dłuższy czas, przez co zdążyły zżółknąć. Herbata Oolong lub Ulung, co jest właściwie różnymi fonetycznymi odmianami chińskiej nazwy Wulong, była poddana częściowej fermentacji w stopniu zależnym od odmiany, wahając się od 20% do 80% i tym samym dzieląc się na odmiany lżejsze i mocniejsze; tego typu herbaty bywają nazywane niebieskimi. Herbata Pu-erh, u nas nazywana czerwoną, to jedna z odmian herbat zielonych poddanych "starzeniu" w stosach, gdzie pod wpływem wilgoci osiedlają się na niej kultury bakterii i grzybów, prowokując dalszą degradację i faktyczną fermentację. Proces może trwać wiele miesięcy lub lat i zależnie od stopnia przemiany a nawet składu mikroflory, powstają różne odmiany; sami Chińczycy nazywają ją herbatą ciemną lub czarną. Natomiast właściwa Herbata czarna jest poddana całkowitej przemianie, ma mocniejszy smak i aromat.

Rodzaje herbat. Od lewej: zielona, żółta, Oolong i czarna

Wszystkie herbaty są bogate w polifenole, czy flawonole - na przykład kwercetynę znaną nam już jako barwnik do pisanek z łupin cebuli - i inne garbniki, głównie w formie katechin i pochodnych kwasu galusowego. Jak to już objaśniałem związki tego typu mogą występować w dwóch odmianach - chinonowej i fenolowej. Przemiana z jednej w drugą jest zależna od odczynu środowiska i zawartości utleniaczy; ponieważ zaś jedna odmiana przechodzi w drugą bardzo chętne, polifenole łatwo reagują z wolnymi rodnikami, zarówno kationo- jak i anionorodnikowymi, będąc ich "wymiataczami". Herbata zawiera też dużo kofeiny - w suchych liściach może jej być tyle samo lub nawet więcej niż w suchej kawie, jednak zwykle nie cała jest uwalniana podczas zaparzania, na co pewien wpływ mają przeszkadzające garbniki. Z innych substancji można wymienić aminokwas L-teaninę , będący analogiem kwasu glutaminowego, której przypisuje się właściwości uspokajające. Często można się spotkać z informacjami, że samo tylko zażycie teaniny wprowadza w stan relaksu i skupienia, że automatycznie wywołuje w mózgu fale alfa a więc niejako stan medytacji bez medytowania. Moim zdaniem to raczej wymysł suplemenciarzy, bo oczywiście teanina jest już dostępna w drogich tabletkach, i nawet reklamuje się ją jako szybki i prosty sposób na osiągnięcie medytacji bez potrzeby żadnych tam ćwiczeń duchowych, oczyszczania umysłu czy innych trudnych czynności, jakich się człowiekowi sukcesu wykonywać nie chce. Jedyne badanie na ten temat, miało za cel potwierdzenie założonej tezy i polegało na badaniu aktywności mózgu w stanie odpoczynku, wobec czego jeśli teanina na działanie uspokajające, to zwiększona aktywność fal charakterystycznych dla odprężenia powinna być oczywista.[1]


Glin
Glin, znany powszechnie pod techniczną nazwą aluminium, to pierwiastek chemiczny w grupie borowców, będący lekkim, srebrzystym metalem o dużej aktywności chemicznej, zazwyczaj bezpieczny w użytkowaniu za sprawą cienkiej warstwy tlenku, zabezpieczającej metal przed korozją. Choć występuje na ziemi powszechnie, stanowiąc blisko szóstą część masy, odkryto go dopiero na początku XIX wieku.
Nie od dziś wiadomo, że różne rośliny mają skłonność do akumulacji określonych składników mineralnych, na przykład marchew kumuluje azotyny a owies kumuluje mangan. Krzewy herbaciane chętnie rosną na glebach kwaśnych, gdzie często uwolniony z minerałów glin występuje w dużych ilościach. Ponieważ zaś może łatwo tworzyć kompleksy z garbnikami, liście herbaty kumulują go dosyć dużo. Dane na ten temat są różnorodne, ale zasadniczo najmniej zawierają go herbaty z listków młodych, a najwięcej ze starych, wedle jednego z ostatnich badań osiągając stężenia odpowiednio 380 μg/1g dla młodych i aż 6866 μg/1g dla starych[2]. Jeszcze wyższe wartości stwierdza się w herbatach zawierających części gałązek, w tym w herbatach prasowanych typu "cegła" bardzo popularnych w Tybecie.
Zawartości aluminium w herbacie czarnej i zielonej są podobne - nic dziwnego, to w końcu te same liście - czasem podaje się trochę wyższą zawartość w czarnej ale to zapewne wynik mniejszej masy tej odmiany, przez co na tą samą masę przypada nieco więcej listków. Najniższą zawartość glinu ma herbata biała właśnie dlatego, że robi się ją z listków najmłodszych.

Na szczęście nie całe obecne w liściach aluminium przechodzi do naparu, zwykle będąc związane w kompleksach garbników i białek. Nie znalazłem artykułów gdzie stopień ługowania określono liczbowo, ale przeliczając dane z pewnego Kenijskiego badania wychodzi, że do naparu przechodzi 17-23% metalu a dodatek kwasu cytrynowego zwiększał te wartości o ok. 1%[3]

Ciekawe jest tu pewne meksykańskie badanie, gdzie badano wpływ cukru i kwasu askorbinowego na stopień ługowania. Różnice były tu niewielkie, jednak po posłodzeniu ługowało się nieco więcej aluminium a po dodaniu witaminy C ługowało się trochę mniej, przy czym rzecz zastanawiająca - z herbaty zielonej do naparu zaparzanego krótko przedostawało się więcej metalu niż z czarnej w tym samym czasie, co może być wynikiem różnej wielkości agregatów garbnikowych[4]

Jednak co ten cały glin, który przejdzie do naparu, ma do naszego zdrowia?
 Zasadniczo toksyczność związków glinu jest niska. Zdaje się że dawka śmiertelna ałunu dla dorosłego człowieka to prawie pół kilograma. Wchłanialność z przewodu pokarmowego jest słaba. Badanie sugerują biodostępność rzędu 0,3% z wodą pitną i 0,1-0,3% z jedzeniem. W przypadku herbaty biodostępność glinu z naparów wynosiła ok. 0,37% [5] Kwas cytrynowy, dzięki możliwości tworzenia rozpuszczalnych kompleksów, zwiększa wchłanianie, dla preparatów zobojętniających dwukrotnie[6] Zastanawiającą sprawą wynikającą z tej pracy jest to, że przyjmowanie samego tylko kwasu cytrynowego także zwiększało wydalanie glinu, co sugeruje że w jakimś stopniu może on przyspieszyć usuwanie jego nadmiaru z organizmu.
 Cały glin wchłonięty w jelicie cienkim, trafia żyłą wrotną do wątroby, która wydala go z żółcią do jelita grubego, skąd wydostaje się na świat z kałem.
To w połączeniu z niską wchłanialnością powodowało, że glin uznano za bezpieczny dopuszczając jego stosowanie w kosmetykach i lekach. Z drugiej strony było wiadomo że bardzo duże dawki związków tego pierwiastka mogą uszkadzać nerki i układ nerwowy. Ponadto ponieważ co do wchłaniania konkuruje on z wapniem, zażywanie jego soli może przynieść negatywne skutki u osób z osteoporozą lub u dzieci w okresie dojrzewania, które powinny przyjmować dużo wapnia. Ponieważ zaś glin jest bardzo często spotykany zaczęto zastanawiać się, czy aby przewlekła ekspozycja na małe dawki, nie przynosi aby jakiegoś nieprzewidzianego, długofalowego skutku.

Aluminium a Alzheimer
Cała ta sprawa jest bardzo niejasna - niektóre badania sugerowały korelację między narażeniem na aluminium a Alzheimerem a inne nie. Pierwsze doniesienia o neurotoksyczności aluminium dotyczyły wstrzykiwania soli do mózgu lub krwi zwierząt badanych, a więc nie za bardzo zgadzały się z sytuacją rzeczywistą.  Podobne były badania które wykazały podwyższoną zawartość glinu w zmienionych chorobowo tkankach mózgu, zaraz jednak ktoś inny stwierdził że podobne poziomy rejestruje się u osób zdrowych. Częściej obserwowano choroby otępienne u pacjentów dializowanych, narażonych na zatrucie glinem, ale były to głównie encefalopatie toksyczne a zachorowalność na Alzheimera nie wzrastała. Ostatnio pojawiło się kilka metaanaliz wskazujących na przewagę badań potwierdzających związek Al z Alzheimerem, choć nie jest to związek zdecydowany (w sensie - istnieje pewien wpływ ale nie wykazano że glin jest przyczyną bezpośrednią) [7],[8]
Równocześnie Federalny Instytut Oceny Ryzyka w Niemczech opublikował raport w którym korelacja jest uznawana za nieudowodnioną[9]

Jeszcze ciekawiej wyglądają badania między wpływem aluminium przyjmowanego z herbatą na ryzyko tej choroby; kanadyjskie badanie trybu życia nowo zdiagnozowanych chorych nie stwierdziło korelacji zachorowania z piciem herbaty[10] z kolei w badaniu australijskim stwierdzono słaby związek, zarazem nie potwierdzając go dla narażenia na glin w preparatach zobojętniających na zgagę[11] na dokładkę pojawiło się kilka badań wykazujących, że zawarte w herbacie polifenole zmniejszają ryzyko dzięki właściwościom ochronnym [12].

Fluor
Niestety herbata gromadzi w sobie także fluor. Jest to pierwiastek chemiczny z grupy VII Fluorowców, pierwszym w tej grupie, skąd nazwa, będący bliskim krewniakiem chloru. Jego rola w organizmie sprowadza się właściwie do wzmacniania szkliwa zębów, oraz w pewnym stopniu kośćca. Pomaga on wapniowi w przenikaniu do wnętrza szkliwa, tym samym wspomagając odbudowywanie kryształów hydroksyapatytu decydujących o jego twardości. Zatem niedobór fluoru sprzyja uszkodzeniom zębów, ale jak to często bywa, to co w pewnych dawkach pomaga w zbyt dużych szkodzi. Zalecane spożycie wynosi 1 mg/dzień dla dzieci i 4mg/dzień dla dorosłych.
Nadmierna ilość fluoru zmienia strukturę szkliwa, powodując powstanie białych plamek, w których jest ono znacznie bardziej kruche, w ciężkich przypadkach plamki stają się brązowe. Bardziej poważne są skutki na kości - duże ilości fluoru wychwytują wapń z organizmu, odkładając go w kościach w formie fluorku. Kości stają się przez to twardsze i bardziej sztywne, co u dzieci u których kości są zwykle elastyczne może doprowadzać do deformacji w okresie szybkiego wzrostu. Równocześnie takie utwardzone kości stają się bardzo kruche, przez co u dorosłych i ludzi starszych wywołuje to skutki podobne do osteoporozy - częstsze i trudniejsze w leczeniu złamania mimo dużej gęstości tkanki kostnej.
Za maksymalną dopuszczalną dawkę, powyżej której może rozwijać się fluoroza, uważa się 10 mg/dzień[13]

Po świecie od dłuższego czasu krąży plotka, że fluor ogłupia, że powoduje osłabienie woli i większą podatność na manipulację. Powtarza to nawet, bez źródeł, polska Wikipedia. Wszyscy powołują się tu na doświadczenia nazistów, którzy mieli dodawać fluor do wody w obozach koncentracyjnych i gettach aby uczynić Żydów bezwolnymi - problem w tym że nigdzie nie da się znaleźć dla tej informacji potwierdzenia. Były owszem, doświadczenia typu zakażania bakteriami, wstrzykiwania nafty, kwasu siarkowego, ropy i masy innych chemikaliów do krwi, mięśni, otrzewnej - wszystko pod nadzorem nieczułego doktora Mengele. Więźniów gazowano na różne sposoby, sprawdzano jak duże grupy reagują na brak snu przez kilka dni z rzędu, wycinano narządy i sprawdzano jak więźniom się żyje, ale jakoś tak o fluorycznym otępianiu i chemicznych manipulacjach umysłem nic a nic książki historyków opisujące takie eksperymenty nie wspominają. Bodaj po raz pierwszy opowieść pojawiła się w mało wiarogodnym piśmie Nexus, w artykule opartym o zeznania anonimowego szpiega, który nie chce się ujawniać i podać źródeł swych informacji [14] ładne pół wieku po wojnie i od tego czasu mit rozszedł się po świecie. Jak się wydaje jest to tylko przeróbka wcześniejszych mitów mówiących, ze fluoryzacja wody w USA wprowadzona w latach 50. była wynikiem spisku komunistów chcących ogłupić amerykanów i łatwiej skłonić do wprowadzenia marksistowskiej ideologii - gdy jednak czas "polowania na czarownice" w Ameryce się skończył i mówienie o komunistycznych spiskach zaczęło być odbierane jako dziwactwo, zamieniono komunistów na nazistów[15].
Analogiczny mit opowiada się o rosyjskim wojsku i gułagach - fluor dodany do wody miał tłumaczyć wierność Armii Czerwonej i ekscesy jakich się dopuszczała po "wyzwoleniu", z kolei w gułagach miał wywoływać u więźniów schizofrenię, dzięki czemu można ich było zamknąć w odpowiednim zakładzie. Niektórzy powołują się tu na fakt, że fluor jest składnikiem Prozacu - co ma akurat tyle samo sensu co wywodzenie szkodliwości soli z faktu, że zawarty w niej chlor jest składnikiem Domestosu, mimo że pierwiastek i jego związki to dwie różne substancje.

Liście herbaty gromadzą fluor podobnie jak glin - starsze liście zawierają go więcej, młodsze mniej. Jest tutaj ciekawe polskie badanie, sprawdzające zawartość obu pierwiastków w 16 dostępnych na rynku herbatach czarnych, dla fluoru stwierdzono poziomy 30-340 ppm ze średnią 141 +/- 81 ppm, a dla glinu maksymalne poziomy nie przekraczały 1500 ppm, co wobec poziomów z innych badań nie jest tak dużą ilością[16] Spotkałem się też z informacją że zielone herbaty mogą zawierać o połowę więcej fluoru niż czarne, ale nie mogłem znaleźć twardego dowodu. Zawartość fluoru w naparach waha się zwykle w zakresie 0,5-2 mg/l wobec czego 4-5 szklanek odpowiada dziennej zalecanej dawce. Najwyższe poziomy fluorków stwierdza się w herbatach prasowanych "cegła" bardzo popularnych w Tybecie, gdzie sięgają 7 mg/l naparu. Herbata z masłem jest tam bardzo popularna a fusy bywają zjadane z innymi potrawami, w efekcie zaawansowana fluoroza jest tam zjawiskiem częstym - fluoroza zębów dotyczy 51% dzieci poniżej 16 lat, a fluoroza szkieletu 31%. Dzienne pobranie dla osób dorosłych może przekraczać w Tybecie może zatem znacznie przekraczać maksymalny dopuszczalny poziom[17] Wobec faktu że ten typ herbaty zawiera też najwyższe notowane stężenia glinu pozostaje zastanowić się jak to wpływa na umysłowość tybetańskich mnichów. Zważywszy na trwającą od pół wieku cichą walkę z Chińczykami i opór przed zchińszczeniem, jakiegoś osłabienia woli i zwiększonej podatności na manipulację to ja u nich nie widzę.

Z tego co znalazłem wynika, że dodatek cytryny nie większa przenikania fluoru z liści herbacianych do naparu ani biodostępności. Pewien wpływ ma natomiast twardość wody - w twardej wodzie do naparu może przenikać aż o jedną czwartą mniej fluoru[18], co skądinąd uzasadniałoby praktykowane przez niektórych wykorzystywanie do napojów wyłącznie wód źródlanych

Polifenole
Kwestii czy dodatek cytryny do herbaty wpływa na stopień ekstrakcji polifenoli nie udało mi się ustalić, znalazłem jednak informacje że kwaśne środowisko i obecność witaminy C chroni je przed degradacją podczas trawienia, kilkukrotnie zwiększając biodostępność[19], jednak w soku z cytryny jest raczej mało kwasu askorbinowego.Spotkałem się też z informacją, że biodostępność katechin znacznie się zwiększa, jeśli pić herbatę z pieprzem co w niektórych krajach jest popularne[20]

Z innych substancji herbata zawiera też dość dużo manganu, jednak nie przekracza żadnych poziomów toksycznych. Nie znalazłem też informacji aby stwierdzono w niej jakieś szczególnie duże ilości metali ciężkich.

Podsumowując:
Liście herbaty zawierają dużo glinu, pierwiastka wprawdzie nie trującego ale podejrzanego o wpływ na rozwój chorób neurodegradacyjnych. Większość glinu nie przechodzi do roztworu, zaś z tej części jaka się rozpuści 99% nie zostanie wchłonięte. Dodatek cytryny do wody w której zaparza się herbata powoduje nie zbyt duży wzrost rozpuszczalności pierwiastka, jednak ta część jaka znajdzie się w naparze będzie blisko dwukrotnie lepiej wchłanialna.
To czy glin wywołuje chorobę Alzheimera nie jest wciąż jednoznaczne, zatem nie ulegajmy panice gdy ktoś nam wmawia, że to absolutnie pewny związek; jeśli jednak ktoś chce się zabezpieczyć może postarać się ograniczyć codzienną dawkę tego metalu, przez wyeliminowanie naczyń aluminiowych. Jak jednak zaparzać herbatę aby móc jakoś ograniczyć ekspozycję tą drogą?
Wszystkie badania jednoznacznie pokazują, że najwięcej aluminium mają herbaty z liści starych zwłaszcza te z kawałkami gałązek, lepiej więc unikać tanich, gorzkich herbat z grubych listków, a już tym bardziej tanich herbat granulowanych w których na dobrą sprawę nie wiadomo co z listkami jeszcze zostało zmielone. Uwalnianie omawianych pierwiastków do naparu jest stopniowe, dlatego najlepiej jest zaparzać krótko 3-5 minut i oddzielać fusy od naparu - w przypadku herbat w torebkach można po prostu wyjąć torebkę, dla sypanych można zaparzyć w jednym naczyniu i odlać do kubka przez sitko; są też takie wynalazki jak perforowane kapsułki na sznureczku, gdzie sypie się herbatę, zaparza i wyjmuje, albo specjalne dzbanki w przegrodą, którą można oddzielić fusy od napoju. Cytrynę najlepiej dodać po zaparzeniu, dzięki czemu w napoju nie znajdzie się więcej glinu niż zwykle. Można też zastąpić cytrynę innymi dodatkami, na przykład jeśli ktoś ma dostęp, plasterkami pigwy, wprawdzie zawiera ona także kwasy organiczne, ale również pektyny które zasadniczo zmniejszają wchłanianie metali. Ja często dodaję plasterki świeżego korzenia imbiru - świeżo przekrojony korzeń ma lekko cytrynowy zapach i nadaje napojowi intrygujący, piekący smak, a ponadto korzystnie wpływa na krążenie.
Nie wierzmy gdy zapewnia się nas, że dana herbata jest wolna od chemii, bo jest "organiczna" i "ekologiczna" - kumulacja pierwiastków jest jej właściwością gatunkową, nie związaną z rodzajem produkcji ani z tym czy uprawiają ją biedni rolnicy czy wielkie korporacje.

Zastanawia mnie jak na zawartość tych metali wpływa stosowane w tradycji chińskiej krótkotrwałe przepłukiwanie listków herbaty niewielką ilością wrzątku - najwięcej aluminium jest w zewnętrznych warstwach liścia więc powinno być spłukiwane. Badań na ten temat nie znalazłem.

Jako ciekawostkę dodam że nie tylko herbata kumuluje omawiane pierwiastki - bardzo dużo glinu gromadzą też rośliny z rodzaju Symplocos, w tym gatunek Symplocos Racemosa nazywany nawet przez tubylców drzewem ałunowym i wykorzystywanym jako źródło zaprawy do farbowania tkanin. Roślinę jako jedno z górskich azjatyckich ziół dodaje się do kosmetyków i mieszanek ziołowych (na przykład w serii Himalaya).

Uff...! Trzy tygodnie nie mogłem skończyć tego wpisu.
-------------
Źródła:


[1] Gomez-Ramirez, M., Higgins, B., Rycroft, J., Owen, G., Mahoney, J., Shpaner, M., & Foxe, J. (2007). The Deployment of Intersensory Selective Attention Clinical Neuropharmacology, 30 (1), 25-38 DOI: 10.1097/01.WNF.0000240940.13876.17
[2] Carr, H. P.; Lombi, Enzo; Küpper, Hendrik; McGrath, Steve P.; Wong, Ming H. "Accumulation and distribution od aluminium and other element in tea (Camellia silesins) leaves" Agronomie 23 (2003) , pp. 705 710
[3] Njogu Paul Mwangi, Determination of heavy metals in tea leaves, their infusions and effects of citric acid on thei extraction, praca na stronach Kenyatta Uniwersity
[4] Diego Armando Bárcena-Padilla, Marisela Bernal-González, Amalia Panizza-de-León, Rolando Sal-vador García-Gómez, Carmen Durán-Domínguez-de-Bazúa (2011). Aluminum Contents in Dry Leaves and Infusions of Commercial Black and Green Tea Leaves: Effects of Sucrose and Ascorbic Acid Added to Infusions Natural Resources, 2, 141-145 DOI: 10.4236/nr.2011.23019
[5] Yokel RA , Florene RL (2008). Aluminum bioavailability from tea infusion Food Chem Toxicol DOI: 10.1016/j.fct.2008.09.041
[6] Slanina P, Frech W, Ekström LG, Lööf L, Slorach S, & Cedergren A (1986). Dietary citric acid enhances absorption of aluminum in antacids. Clinical chemistry, 32 (3), 539-41 PMID: 3948402
[7] Krewski D , Cham RA , Nieboer E , Borchelt D , Cohen J , Harry J , Kacew S , Lindsay J , Mahfouz AM , Rondeau V (2007). Human health risk assessment for aluminium, aluminium oxide, and aluminium hydroxide. J Toxicol Environ Health B Crit Rev DOI: 10.1080/10937400701597766
[8] Ferreira PC , Piai Kde , Takayanagui AM , Segura-Muñoz SI (2008). Aluminum as a risk factor for Alzheimer's disease Ap Lat Am Enfermagem. DOI: 10.1590/S0104-11692008000100023
[9] http://www.bfr.bund.de/cm/343/keine_alzheimer_gefahr_durch_aluminium_aus_bedarfsgegenstaenden.pdf
[10] Rogers MA , Simon DG . A preliminary study of dietary aluminium intake and risk of Alzheimer's diesease , Age Ageing. 1999 Mar; 28 (2) :205-9.
[11] Broe GA , Henderson AS , Creasey H , Mccusker E , Korten AE , Jorm AF , Longley W , Anthony JC . A case-control study of Alzheimer's disease in Australia, Neurology. 1990 Nov; 40 (11) :1698-707
[12] Bastianetto S, Yao ZX, Papadopoulos V, & Quirion R (2006). Neuroprotective effects of green and black teas and their catechin gallate esters against beta-amyloid-induced toxicity. The European journal of neuroscience, 23 (1), 55-64 PMID: 16420415

 F
[13] http://en.wikipedia.org/wiki/Dental_fluorosis

[14]  http://www.politifact.com/florida/statements/2011/oct/06/critics-water-fluoridation/truth-about-fluoride-doesnt-include-nazi-myth/
[15] http://onespeedbikerpolitico.blogspot.com/2010/05/debunking-fluoride-use-by-nazis.html
[16]  Nabrzyski M, & Gajewska R (1995). Aluminium and fluoride in hospital daily diets and in teas. Zeitschrift fur Lebensmittel-Untersuchung und -Forschung, 201 (4), 307-10 PMID: 8525696
[17] Cao J, Bai X, Zhao Y, Liu J, Zhou D, Fang S, Jia M, & Wu J (1996). The relationship of fluorosis and brick tea drinking in Chinese Tibetans. Environmental health perspectives, 104 (12), 1340-3 PMID: 9118877
[18] Şükrü Kalaycı, Güler Somer,  Factor affecting the extraction fluoride  from tea, Vol. Fluoride. 36 nr 4 267-270 research from 2003 r. report 267 
[19] Peters CM, Green RJ, Janle EM, & Ferruzzi MG (2010). Formulation with ascorbic acid and sucrose modulates catechin bioavailability from green tea. Food research international (Ottawa, Ont.), 43 (1), 95-102 PMID: 20161530
[20] http://inhumanexperiment.blogspot.com/2009/01/how-black-pepper-increases.html
 
- Opinia organizacji zajmującej się chorobą Alzeimera:
http://alzheimers.org.uk/site/scripts/documents_info.php?documentID=99
- obszerny przegląd w pracy:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2449821/
- przegląd badań na temat herbaty:
http://lpi.oregonstate.edu/infocenter/phytochemicals/tea/
- rośliny akumulujące glin:
 http://findarticles.com/p/articles/mi_hb3474/is_2_68/ai_n28945288/

Kiedyś w laboratorium... (11.)

Podczas praktyk zawodowych miałem parę chwil wolnego czasu aby móc się pobawić. Wycisnąłem torebkę czarnej herbaty do zagłębień porcelanowej płytki i dodałem do jednego zasady sodowej a do drugiego kwasu siarkowego:

Niestety wyciśnięty napar był dosyć mocny i dlatego różnica odcieni nie jest tak dobrze widoczna jak przy słabszym, co każdy ma możliwość obserwować zakwaszając herbatę cytryną.

W liściach herbaty zawarte są garbniki, będące polifenolami - najczęściej są to pochodne katechiny, w zielonych liściach występujące w słabo zabarwionej frakcji niskocząsteczkowej. Podczas fermentacji te drobne cząsteczki ulegają enzymatycznemu utlenieniu pod wpływem oksydazy polifenolowej do bardzo reaktywnych chinonów a następnie polimeryzacji tworząc duże agregaty o kolorze od żółtego do brązowego, odpowiadające za czarny kolor herbaty i odcienie jej naparów[1] Dodatkowo część chinonów, tworzy z pozostałymi fenolami kompleksy z przeniesieniem ładunku, często o żywej barwie o czym każdy mógł się przekonać podczas zbierania podgrzybków - sinoniebieski kolor uszkodzonego miąższu owocnika tego grzyba, z powodu którego czasem mówi się na nie "siniaki" to właśnie wynik powstawania barwnych kompleksów CT głównie dla kwasu kserokomowego (xerocomic acid).[2] Za brązowienie pieczarek odpowiada atromentyna. Spotykam się z błędnym twierdzeniem, że niebieszczenie grzybów jest oznaką ich halucynogenności.
 Podobna reakcja zachodzi po mechanicznym uszkodzeniu (krojenie, rozcieranie) w wielu owocach i warzywach - to właśnie tworzenie wielkocząsteczkowych polifenoli odpowiada za brązowienie jabłek, bananów, ziemniaków, a nawet krewetek i homarów[3] a nie, jak to się już spotkałem, utlenienie żelaza. Po zakwaszeniu lub sparzeniu enzym przestaje być aktywny i owoce nie ciemnieją. Garbniki te nadają herbacie właściwości przeciwbakteryjne, przeciwzapalne i ściągające.
Katechina i jej pochodne zawierają pierścienie aromatyczne z grupami hydroksylowymi - w takim układzie pojawia się równowaga między formą fenolową a chinonową, zależna od pH środowiska. W środowisku zasadowym garbniki oddają proton i przeważać zaczyna forma chinonowa o silniejszym zabarwieniu, w środowisku kwaśnym przeważa forma fenolowa o kolorze mniej intensywnym. W zasadzie można więc taki napar potraktować jako niezbyt precyzyjny wskaźnik kwasowości. Ot i cała tajemnica - niektórzy do dziś sądzą, że zakwaszona herbata robi się słabsza i dlatego jest jasna.

 Gdy do naparu dodałem stężonego kwasu, wytrącił mi się pomarańczowy osad - zapewne były to niezdysocjowane garbniki.

ps. Ponieważ zainteresowanie wpisem planowanym na krótką migawkę jest zaskakująco duże, dopisałem trochę jeszcze
-------
*  http://en.wikipedia.org/wiki/Polyphenol_oxidase
[1] Przemysław Dmowski, Maria Śmiechowska, Beata Deja Wpływ warunków zaparzania na zawartość garbników oraz wybranych parametrów barwny herbaty, Zeszyty Naukowe AM
[2]  Stephen F. Nelsen, Bluing Components and Other Pigments of Boletes,  fungimag.com
[3]  Brązowienie enzymatyczne, food-info.net