Benzen w napojach

 Od roku nie mogę dokończyć tego wpisu a już dawno go zapowiadałem.

Reakcja jaką chcę teraz opisać, jest na tyle nietypowa, że każdy mający jakieś pojęcie o chemii słysząc o niej, zachodzi w głowę jak to możliwe. Benzoesan sodu pod wpływem witaminy C zamienia się w benzen.

O benzoesanie sodowym i jego właściwościach już pisałem w osobnym artykule - związek raczej nieszkodliwy, powszechny w kwaśnych produktach, chroniąc je przed powstawaniem pleśni. Również witamina C  w zasadzie jest dobrze znana.
Chemicznie rzecz biorąc jest to kwas askorbinowy, będący w zasadzie pochodną glukozy, najczęściej występującą w formie pięciokątnego laktonu, jest to też ciekawy przykład kwasu organicznego, który nie zawiera grupy karboksylowej. Stosunkowo łatwo ulega utlenieniu, będąc dobrym reduktorem a tym samym ma właściwości antyoksydacyjne. Jest dla naszego organizmu niezbędną substancją, biorącą udział w syntezie hormonów, wzmacnianiu naczyń krwionośnych i równowadze komórkowej, nie odpowiada natomiast za odporność na choroby, wbrew temu co mówią reklamy.

Natomiast trzecia substancja, benzen, jest związkiem szkodliwym. Ten najprostszy węglowodór aromatyczny ma cząsteczkę o kształcie regularnego sześciokąta. Odkryty w połowie XIX wieku w smole pozostałej po zgazowaniu węgla, przysporzył chemikom wielkich problemów w ustaleniu struktury. Jest najbardziej charakterystycznym przedstawicielem grupy związków aromatycznych - to jest zawierających sprzężone układy elektronów Pi zdelokalizowanych w całym pierścieniu. Zgodnie z nazwą wiele związków o takich właściwościach posiada  charakterystyczny aromat - benzen ma słaby zapach, określany jako słodki; z dodaną grupą aldehydową staje się migdałowym benzaldehydem, który po dodaniu naprzeciwko grupy metoksylowej staje się aldehydem anyżowym.
W tej historii jednak najistotniejsze są jego właściwości zdrowotne. Podobnie jak inne lotne rozpuszczalniki organiczne jest trujący przy wdychaniu. Ponadto już dawno temu udowodniono że jego metabolity uszkadzają szpik i prowokują rozwój białaczki. Z tego powodu jego dawniej powszechne stosowanie w przemyśle, zostało w znacznym stopniu ograniczone, jest też niedozwolony w dydaktyce szkolnej, przez co przez całe studia nie miałem okazji go nawet powąchać.

Pierwsze informacje o benzenie w napojach pochodziły z lat 80 i początku 90. lecz dotyczyły przypadków użycia do ich produkcji zanieczyszczonej nim wody. Jednak niektórych przypadków nie dawało się w ten sposób wytłumaczyć. Woda użyta do produkcji niektórych napoi była czysta, czyste były składniki, a tymczasem badania gotowych produktów wykazywało istnienie w nich śladowych ilości tego węglowodoru. Jedynym wyjaśnieniem było to, że musi w jakiś sposób powstawać w samym produkcie.
Zaczęto więc sprawdzać różne napoje pod kątem kombinacji składników, stwierdzając, że za każdym razem chodziło o połączenie: kwaśny napój + woda źródlana + witamina C + benzoesan sodu[1]. Co takiego jednak zachodziło?

Pierwsza praca z 1993[2] roku proponowała dosyć nieoczekiwany mechanizm. Na pierwszym etapie mający właściwości redukujące kwas askorbinowy, reagował z kationem metalu przejściowego, obecnego w wodzie, powodując jego redukcję do formy o niższym stopniu utlenienia. Ta z kolei reaguje z tlenem rozpuszczonym w napoju, powodując jego częściową redukcję do anionu nadtlenkowego. Ten przyjmuje pprotony z kwaśnego środowiska tworząc nadtlenek wodoru - czyli wodę utlenioną.
Nadtlenek wodoru reaguje z obecnymi w roztworze zredukowanymi kationami metalu, rozpadając się na jon hydroksylowy i rodnik hydroksylowy. Ostatni etap jest identyczny z zachodzącym w odczynniku Fentona - mieszaninie wody utlenionej i soli żelaza II, używanej do utleniania zanieczyszczeń.

Rodniki to takie atomy lub cząsteczki, które posiadają jeden elektron nie do pary. Każdy elektron jest obdarzony spinem - a więc momentem magnetycznym wynikłym z wewnętrznych ruchów ładunku. Spin ten może przyjmować dwie wartości: +1/2 i -1/2, odpowiadające przeciwnym zwrotom momentu magnetycznego. W takiej sytuacji elektrony zachowują się jak dwa magnesy sztabkowe, obrócone o 180 stopni - przyciągają się, mimo odpychania elektrostatycznego. Z tego powodu elektrony w powłokach wokół atomu najchętniej łączą się w pary. Powstawanie takich par jest przyczyną powstawania wiązań chemicznych.
Jeśli jednak zdarzy się taki wypadek, że jakaś para zostanie rozdzielona, osamotniony elektron poszukuje partnera - i znajdując go w innej cząsteczce doprowadza do reakcji.

Rodnik hydroksylowy należy tutaj do najbardziej agresywnych - ma bardzo dużą skłonność do odbierania elektronów innym cząsteczkom - a więc utleniania ich. Pół biedy gdy takiej reakcji poddaje się cząsteczka wody czy cukru, ale gdy rodnik taki powstanie wewnątrz organizmu, powoduje uszkodzenie białek, lipidów i cząsteczek DNA. Z tego powodu są to cząsteczki najbardziej niebezpieczne dla ustroju.

W naszym jednak przypadku reaktywność rodników jest przyczyną takiego a nie innego przebiegu dalszej reakcji. Gdy rodnik zetknie się z naszym benzoesanem, odbierze mu elektron, przez co cząsteczka ta sama staje się rodnikiem benzylowym. Jest to rodnik bardzo nietrwały - łatwo ulega przegrupowaniu z odszczepieniem dwutlenku węgla. Po tej dekarboksylacji w roztworze pozostaje jedynie nasz benzen.

Czy jednak ten efekt, symulowany w warunkach laboratoryjnych, rzeczywiście występuje w tak skomplikowanych mieszaninach, jak napoje? Skrupulatne badania pokazały, że tak.
W pewnym belgijskim badaniu [3] po sprawdzeniu 134 dostępnych na rynku napoi, benzen wykryto w 20%, z czego w kilku ilość przekraczała maksymalny dopuszczalny poziom dla wody pitnej (1 ppb dla Europy). W podobnym badaniu w USA benzen wykryto w kilkunastu procentach napoi, w czterech przekroczony został amerykański dopuszczalny poziom 5 ppb, w dwóch przypadkach norma ta została przekroczona w koncentratach owocowych aż 20-krotnie[4]. Napoje te zostały wycofane. Podobne wyniki uzyskali kanadyjczycy[5].
A w Polsce?

Na szczęście pod względem badań analitycznych, nie jest u nas tak źle. W badaniu w 2008 roku sprawdzono 60 napoi, śladowe ilości benzenu wykryto w prawie połowie, jednak tylko 11 zawierało go więcej niż dopuszcza polska norma dla wody pitnej. Najwyższe poziomy stwierdzono w "Snipp orange" i "Hoop fruti pomarańcza" a z soków owocowych w soku żurawinowym, zawierającym naturalne benzoesany[6]
 Zatem benzen istotnie pojawia się w tej reakcji. Pozostaje jednak pytanie, czy te wartości są szkodliwe?
Dzienne pobranie benzenu tą drogą oceniono na 10% pobrania z innych źródeł. Ze względu na występowanie w ropie naftowej i podobną temperaturę wrzenia, benzen występuje w benzynie. Opary rozlanej benzyny będą więc go zawierały. Stąd wraz z niespalonymi resztkami przedostaje się do spalin, będąc stale obecny w miejskim powietrzu. Jeszcze więcej benzenu zawiera dym papierosowy, zatem palenie czy też czynne czy bierne, zwiększa narażenie kilkunastokrotnie. Wobec tych ilości, to co mogą zawierać napoje stanowi tak małą ilość, że dla nawet najbardziej zanieczyszczonych trzeba by wypić 20 litrów dziennie, aby tym samym dostarczyć sobie go tyle, ile daje go nam całodzienne oddychanie miejskim powietrzem[7].
Dokładne wyliczenia pokazują, że wzrost ryzyka nowotworu w wyniku ekspozycji z tego źródła jest ledwie istotny statystycznie, i nie przekracza prawdopodobieństwa 1:1000000.[8] Oznacza to że pijąc takie napoje nie dostaniemy skrętu kiszek czy raka żołądka.

Skoro tak - zapyta ktoś - skoro to jest tak mały efekt, to o co cały ten szum? A o to, że z kancerogenami jest tak, że im ich mniej, tym lepiej. Może nie uda się nam natychmiast radykalnie poprawić powietrza w miastach ani skłonić ludzi do rzucenia palenia, ale obligując producentów aby przeciwdziałali tej reakcji robimy mały i szybki krok w dobrą stronę.

Amerykańska FDA zobowiązała producentów do działań, mających zmniejszyć występowanie tej reakcji. reakcję można zahamować przez dodatek EDTA - środka chelatującego metale, uniemożliwiając im katalizowanie produkcji rodników. Inna opcja to napełnianie butelek w atmosferze azotu, aby do środka nie dostał się tlen. Niektóre firmy, jak Coca Cola wycofują benzoesan sodu, na rzecz sorbinianu lub bardziej sterylnej linii produkcyjnej. Nie wiem natomiast czy w Polsce ten problem jest w jakiś sposób zwalczany. Nie znalazłem na ten temat żadnych informacji.
Jeśli zaś chcecie ustrzec się przed takimi napojami, to uważajcie też na żurawinę - zawiera bardzo dużo naturalnych benzoesanów, wystarczy więc zmieszać ją z sokiem pomarańczowym i...
--------
Źródła:
[1] Department of Health and Human Services. Summary of Information on Benzene Formation inFood Products. Memorandum, January 18, 1991
[2] Gardner, L., & Lawrence, G. (1993). Benzene production from decarboxylation of benzoic acid in the presence of ascorbic acid and a transition-metal catalyst Journal of Agricultural and Food Chemistry, 41 (5), 693-695 DOI: 10.1021/jf00029a001
[3] Van Poucke, C., Detavernier, C., Van Bocxlaer, J., Vermeylen, R., & Van Peteghem, C. (2008). Monitoring the Benzene Contents in Soft Drinks Using Headspace Gas Chromatography−Mass Spectrometry: A Survey of the Situation on the Belgian Market Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56 (12), 4504-4510 DOI: 10.1021/jf072580q
[4] http://www.fda.gov/Food/FoodborneIllnessContaminants/ChemicalContaminants/ucm055815.htm
[5] http://www.hc-sc.gc.ca/fn-an/alt_formats/hpfb-dgpsa/pdf/securit/benzene_follow_hra-ers-eng.pdf
[6] Małgorzata Jędra, Andrzej Starski, Halina Gawarska, Dorota Sawilska-Rautenstrauch , WYSTĘPOWANIE BENZENU W NAPOJACH BEZALKOHOLOWYCH,  BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. – XLI, 2008, 3, str. 382–388 
[7] http://www.nzfsa.govt.nz/consumers/food-safety-topics/chemicals-in-food/benzene/index.htm
[8] Haws, L., Tachovsky, J., Williams, E., Scott, L., Paustenbach, D., & Harris, M. (2008). Assessment of Potential Human Health Risks Posed by Benzene in Beverages Journal of Food Science, 73 (4) DOI: 10.1111/j.1750-3841.2008.00730.x  

O benzoesanie i tym dlaczego nie jest taki straszny Tutaj.

Kwasek śmierci i inne bzdury

Kwas cytrynowy należy do najczęstszych stosowanych dodatków żywnościowych, również przez nas samych w domowym zakresie. Nic więc dziwnego że znalazł się na celowników internetowych panikarzy, do wszystkiego co oznaczone literką E podchodzących jak diabeł do wody być może święconej. Co zaskakujące, dokładnie przeciwny stosunek mają do obfitujących w ten związek owoców cytrusowych, stanowiących częsty składnik mikstur detoksykacyjnych.
Swoistą kwintesencję krążących po internecie plotek stanowi artykuł z Astromarii, który będę dalej selektywnie cytował:

Kwasy hamują proces utleniania, a więc są naturalnymi konserwantami. Naturalne kwasy występują w wielu produktach spożywczych, takich jak kiszonki oraz przetwory mleczne i owocowe. Ale władza uznała, że tamte kwasy nie wystarczą, konieczny jest jeszcze jeden. Mało tego, według nich zakwaszania wymagają również te wyroby, które z natury kwaśne nie są (a więc praktycznie wszystkie). Mogliby oczywiście wybrać kwas askorbinowy, który nie dość, że jest tani, to jeszcze zdrowy (witamina C), ale dziwnym trafem wybrali nienaturalny i pozbawiony wartości zdrowotnych kwasek cytrynowy i przekonali producentów, że jest on niezbędny i trzeba go sypać wszędzie, nawet tam, gdzie jest już i tak wystarczająco kwaśno. I mimo, że ma on właściwości konserwujące (po to przecież jest dodawany) ładują do wszystkiego jeszcze różne benzoesany i inne konserwanty.
Wbrew ładnie brzmiącej nazwie kwasek cytrynowy nie ma nic wspólnego ani z naturą, ani z cytrynami, chociaż w swojej naturalnej postaci występuje w wielu owocach, w tym również w cytrynach. Spełnia on również ważną rolę w metabolizmie organizmów żywych (cykl Krebsa). Jednak ten stosowany w przemyśle spożywczym jest czysto syntetyczną substancją, otrzymywaną głównie przez fermentację cukru za pomocą kultur kropidlaka Aspergillus niger. Kropidlak ten jest bardzo niebezpieczną dla zdrowia pleśnią, powodującą wiele poważnych chorób.[1]

 A więc dla porządku:
Kwas cytrynowy to stosunkowo pospolity w przyrodzie kwas organiczny, zawierający trzy grupy karboksylowe. Zgodnie z nazwą występuje w cytrynach. Pierwsza wzmianka o kwaśnych właściwościach ich soku pochodzi z VIII wieku z pism Gebera, jednak właściwy związek za to odpowiedzialny, wyizolował dopiero w 1784 Carl Scheele. Przez długi czas produkowano go z soków owocowych, do czasu aż w 1893 roku odkryto, że powstaje jako produkt metabolizmu pewnych gatunków pleśni, podobnie jak kwasy mlekowy, octowy i propionowy w pewnych typach fermentacji. Synteza tą metodą rozpoczęła się jednak niemal trzydzieści lat później. Najczęściej stosowany jest szczep Aspergillus niger, zaś pożywką jest nierafinowany cukier, melasa, syrop kukurydziany lub nawet nieprzetworzony sok z buraków cukrowych.
Gdy stężenie kwasu w pożywce wzrasta do odpowiedniego poziomu, dodaje się do niej mleka wapiennego, wytrącając cytrynian wapnia. Po odsączeniu traktowany jest kwasem siarkowym, zaś z zakwaszonego roztworu krystalizuje czysty kwas cytrynowy.

Mojej hodowli kryształy kwasu cytrynowego, o czym pisałem tu.

Jak się wydaje głównie zastrzeżenia wiążą się właśnie z procesem produkcji. Pleśnie rodzaju Aspergillus znane są jako szkodliwe, mogące wytwarzać rakotwórcze mykotoksyny, nie oznacza to jednak że szkodliwe jest wszystko co od nich pochodzi. Warunki hodowli i dalszego przetwarzania powodują, że do końcowego produktu nie przedostają się strzępki, zarodniki ani toksyny pleśni. Równie dobrze można by mieć zastrzeżenia do octu winnego produkowanego przy udziale drożdży.
Dlaczego dodaje się go do jedzenia? Głównie dla uzyskania odpowiedniego smaku, w czym jest o tyle lepszy od octu, że nie posiada własnego zapachu. Zakwaszając produkt przedłuża jego trwałość, i to na dwa sposoby - większość bakterii nie rozwija się w kwaśnym środowisku. Poza tym niskie pH zasadniczo przeszkadza reakcjom utlenienia, a właśnie one odpowiadają za większość reakcji rozkładu żywności. Dodatkowo w przypadku produktów nieprzetworzonych zakwaszenie unieczynnia enzymy degradujące, o czym każdy się nieraz przekonał, próbując powstrzymać brązowienie ziemniaków lub jabłek.
No dobra - a kwas askorbinowy? Witamina C to cenny przeciwutleniacz, w większości przypadków dodaje się ją nie jako środek wzbogacający, ale właśnie dla przedłużenia trwałości, ma jednak dwie wady - jest słabym kwasem i za łatwo się utlenia. Z tego powodu niektóre produkty mogą szybko ją utracić, co zmniejszy ich wartość zdrowotną. Można jednak spowolnić ten proces stwarzając dogodne warunki. Na przykład przez zakwaszenie.
Natomiast co do kwestii naturalności związku - producent który go dodaje może potem napisać na opakowaniu, że produkt nie zawiera sztucznych konserwantów. Związek syntetyczny to taki, który otrzymano drogą przemian chemicznych z prostych substratów, na przykład w tym przypadku z propanu, tymczasem tutaj mamy do czynienia ze związkiem wytworzonym przez pewne organizmy żywe. Nie są to może cytryny ale fabryka chemiczna też nie.

I proszę mi nie mówić, że cytryny są zdrowe. Oczywiście, że są. Zawierają kwas cytrynowy, ale naturalny, a oprócz niego witaminy, enzymy, sole mineralne i inne zdrowe składniki, które razem działają zbawiennie na nasze zdrowie. Owoce są dziełem natury, są harmonijną całością, a zawarte w nich składniki chemiczne są doskonale przyswajane przez nasze organizmy[2]

 Tylko czymże naturalny kwas, wytworzony przez taki organizm żywy jaki cytryna, różni się od kwasu rzekomo syntetycznego, wytworzonego przez organizm żywy kropidlaka? Związek ten nie ma odmian prawo i lewoskrętnej ani jakiejś unikalnej struktury, na co niekiedy powołują się producenci różnych suplementów.

Dlaczego jest szkodliwy? Z prostej przyczyny – kwas cytrynowy zakłóca przewodnictwo elektrochemiczne w naszych komórkach mózgowych i zmienia w nich reakcje chemiczne. Dodając kwasek do potraw i napojów (również dla niemowląt i małych dzieci) ktoś sprytnie zmienia nas w bezmyślne baranki. Wiemy nie od dziś, że władza nie lubi inteligentnych obywateli, bo takimi trudno jest rządzić, szczególnie, że władza sama nie grzeszy inteligencją i doskonale zdaje sobie z  tego sprawę.[3]

Kwestia szkodliwego wpływu na mózg, pojawia się w tego typu tekstach co i rusz, nigdzie jednak nie podano kto to zbadał, jak i kiedy. Astromaria powołuje się na jakichś dwóch lekarzy, tylko nie chce podać jakich. Musiałem więc sam grzebnąć.
Wedle raportu SIDS z 2000 roku toksyczność związku jest bardzo niska, LD w badaniach na szczurach wyniosła 1200mg/kg/dzień, czyli 1,2 grama na kilogram masy ciała. Dla człowieka ważącego 60 kg odpowiada to całkowitej dawce 80g związku. Nie wykazano w jego przypadku rakotwórczości ani nie jest o to podejrzewany. To samo tyczy się mutagenności i teratogenności. Nie stwierdzono aby był alergenem, choć wywołuje podrażnienia błon śluzowych i oczu. U osób zawodowo stykających się na co dzień z tym związkiem, podrażnienia mogą rozwinąć się w zapalenie skóry. W dwóch kolejnych pokoleniach szczurów zażywających karmę z 1% związku, nie stwierdzono deformacji. Nefrotoksyczności nie potwierdzono. [4] Jak to już opisywałem, kwas cytrynowy zwiększa wchłanianie aluminium z pożywienia, wygląda jednak że może to działać też w drugą stronę - zażywanie większych dawek prowokuje zwiększone wydalanie glinu z organizmu[5]. Stała obecność kwasu w diecie zapobiega kamicy nerkowej związanej z solami wapnia[6]
Zresztą kwas cytrynowy występuje naturalnie w naszym organizmie. Powstaje podczas metabolizmu jako jeden z elementów Cyklu Krebsa, mającego wytworzyć energię komórce. Każdy go ma w sobie.

Co ciekawsze, obecność kwasu wcale nie przeszkadza wielu specjalistom od alternatywnej medycyny polecać częste spożywanie cytryn. Jest elementem kuracji oczyszczającej Tombaka, podczas której w ciągu dwóch tygodni spożywa się sok z łącznie 200 cytryn[7]. Sam Tombak pisze coś o unikalnych właściwościach soli cytrynowych, ale jak to zwykle u niego, nie wiadomo skąd mu to wiadomo. Inna wersja to zażywanie mieszanki oliwy z sokiem cytrynowym. W dodatku sok z cytryny ma w jakiś paradoksalny sposób sprzyjać powstawaniu w organizmie odczynu zasadowego, co podobno też przynosić jakieś tam korzyści. A to wszystko za sprawą tego całego okropnego kwasu cytrynowego....

Jak się wydaje całe zamieszanie ma swe źródło w krążącej po świecie od połowy lat 70. "liście z Villejuif" - anonimowego tekstu ostrzegającego przed szkodliwymi dodatkami do żywności. Najgorszym, silnie rakotwórczym, miał być E 330 czyli właśnie kwas cytrynowy. Lista, w formie listów-łańcuszków rozlała się na cały świat, rozprzestrzeniana w formie zaraźliwego, bardzo wiarygodnie brzmiącego memu. Wkrótce zresztą objawiła się siła obaw zdrowotnych w społeczeństwie - gdy lekarze zaczęli wydawać oświadczenia, że lista jest fałszywa, wiele osób zaczęło bardziej w nią wierzyć uznając, że gdyby coś nie było na rzeczy, nikt by się tym tak bardzo nie przejmował. Podobne listy można spotkać w polskim internecie, niejednokrotnie poszerzone na wszystkie 1200 dodatków z listy E. Można się tam zresztą spotkać z zabawną niekonsekwencją - za rakotwórczy uznany jest tam kwas cytrynowy, ale jego sole już nie. Nawiasem mówiąc tak wychwalany kwas askorbinowy, znajduje się na tej liście pod nazwą E 300...
-------
[1],[2],[3] http://astromaria.wordpress.com/2009/09/23/kolejna-podstepna-trucizna/
[4]  http://www.inchem.org/documents/sids/sids/77929.pdf
[5] Yong‐Hua Yang^a & Hong‐Yan Zhang^a  Effect of citric acid on aluminum toxicity in the growth of mungbean seedlings, Journal of Plant Nutrition Volume 21, Issue 5, 1998
[6]  Kang DE , Sur RL , Haleblian GE , Fitzsimons NJ , Borawski KM , Preminger GM .
Long-term lemonade based dietary manipulation in patients with hypocitraturic nephrolithiasis. J Urol. 2007 Apr;177(4):1358-62; discussion 1362; quiz 1591
[7]  http://cudownediety.blogspot.com/2012/03/kuracja-cytrynowa-m-tombaka.html

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