Date asociate

Abstract

1. Introducere

Cofeina (1,3,7-trimetilxantină), teobromina (3,7-dimetilxantina) și teofilina (1,3-dimetilxantina) sunt cei mai cunoscuți compuși din familia metilxantinelor și sunt prezenți în mod natural în frunzele de ceai, yerba mate, boabe de cafea, boabe de cacao, nuci de cola și boabe de guarana. Mai mult, cofeina este probabil cel mai consumat stimulent al sistemului nervos central din lume [1,2,3].

În ultimele decenii, mulți producători au adăugat ingrediente diferite la alimente și băuturi ca ingrediente funcționale. Adăugarea de aditivi sintetici la băuturi nu este nouă, deoarece cofeina a fost adăugată mult timp la băuturile răcoritoare, în principal la băuturile răcoritoare cola ca înlocuitor al extractului de nucă de kola. Producătorii au susținut întotdeauna că la aceste băuturi se adaugă cofeină ca agent aromatizant, dar unele dovezi științifice sugerează că această afirmație poate să nu fie corectă și orice efect aromatic al cofeinei va fi o funcție a concentrației sale în băutură [4,5,6 ]. În zilele noastre, unul dintre cele mai clare exemple de adăugare de ingrediente funcționale este cazul „băuturilor energizante”, a căror piață a crescut exponențial de la introducerea lor comercială la sfârșitul secolului al XX-lea până la punctul în care există acum sute de mărci cu conținut adăugat de cofeină variind de la 85 la 1200 mg/L [7]. Printre alți factori, acest lucru a dus la un interes crescut pentru determinarea constituenților biologic activi prezenți în alimente și băuturi. Dintre acestea, metilxantinele sunt de mare interes deoarece consumul lor, în principal cofeină, este răspândit în întreaga lume [8].

Metilxantinele sunt adsorbite în tractul gastro-intestinal și pot pătrunde în sistemul nervos central, exercitând acțiuni psiho-stimulante, care sunt mai evidente în aportul acut [9]. Acești compuși și, în special, cofeina, sunt antagoniști ai receptorilor de adenozină din creier și sporesc nivelurile de excitare, dispoziție și concentrație [10,11,12]. Toxicitatea metilxantinelor la om este relativ scăzută, iar consumul moderat prezintă unele beneficii pentru sănătate [9,13,14,15,16]. Sunt necesare niveluri ridicate pentru a produce reacții adverse nedorite, cum ar fi diureza, efectele cardiovasculare și metabolice, relaxarea bronșică și secreția crescută de acizi gastrici [15,17].

SUA-FDA include cofeina în lista substanțelor care sunt recunoscute în general ca fiind sigure (GRAS) atunci când sunt utilizate în băuturile de tip cola [29], cu toleranță la 0,02% (200 mg · L -1), dar nu există limite pe cofeina care poate fi adăugată altor alimente sau băuturi. Prin urmare, nu sunt necesare alimente sau băuturi care conțin cofeină pentru a conține conținutul de cofeină în etichetele lor, doar medicamentele trebuie să conțină conținutul de cofeină [30]. Producătorii de băuturi energizante își clasifică băuturile ca suplimente alimentare lichide, deoarece conțin ierburi și alte ingrediente naturale și, prin urmare, au probleme de reglementare diferite și nu există nicio limită a cofeinei care poate fi adăugată suplimentelor alimentare. În Uniunea Europeană, o băutură este considerată a avea un conținut ridicat de cofeină atunci când conține> 150 mg/L de cofeină, cu excepția celor pe bază de cafea, ceai sau cafea sau extract de ceai, iar eticheta acestuia trebuie să indice „cofeină mare conținut ”și exprimă acest conținut în mg pe 100 ml [31]. Această reglementare impune producătorilor de băuturi energizante să își eticheteze conținutul de cofeină.

În cazul specific al ciocolatei și al altor alimente care conțin cacao, teobromina este metilxantina care este prezentă la niveluri superioare, de obicei de 3-10 ori mai mult decât cofeina [32,33]. Deși teobromina este un stimulent cardiac mai puternic decât cofeina [34] și este toxică pentru o varietate de mamifere precum câinii [35], testele farmacologice au demonstrat că la om, teobromina este mai puțin activă decât cofeina, cu o doză letală orală unică 50 ( LD50) la rozătoare de aproximativ 10 ori mai mare decât pentru cafeină [9]. Baggot și colab. [34] au constatat că teobromina are efecte diferențiale asupra dispoziției și comportamentului la o populație de adulți tineri sănătoși în funcție de doză, dar au fost necesare doze orale de aproximativ 1000 mg, cu mult peste aporturile normale, pentru a observa efectele negative. Ei au sugerat că efectele psihologice ale ciocolatei s-ar putea datora unui efect interactiv combinat al cofeinei și teobrominei.

metilxantină

Grafic-cutie care afișează distribuția concentrațiilor (în mg/L) detectate în probele analizate pentru diferitele mărci de băuturi răcoritoare (A), energizante (b) și ceaiuri îmbuteliate pentru cofeină (c) și pentru teobromină (d).

Singura metilxantină detectată în colas a fost cofeina, dar acest compus nu a fost niciodată detectat în cazul probelor fără cofeină. Pentru celelalte 40 de probe de cola, a existat o diferență semnificativă în conținutul de cofeină între cele trei tipuri diferite de cola evaluate (adică cola obișnuită, zero și dietă, p Figura 1 a). Metoda post-hoc utilizată pentru determinarea grupurilor cu niveluri echivalente de cofeină a arătat formarea a două grupuri: prima a fost compusă din cele trei mărci de cola obișnuite evaluate și cele două mărci de cola zero (p = 0,052), în timp ce două mărci de cola dietetice analizate au dat niveluri mai ridicate și echivalente de cofeină (p = 0,991).

Un al doilea grup de băuturi evaluate a constat din băuturi energizante; Au fost evaluate 23 de probe de la patru mărci diferite cu același conținut declarat de cofeină (320 mg/L). Rezultatele obținute indică faptul că nu au existat diferențe semnificative în conținutul lor de cofeină (p = 0,076, Figura 1 b). Când rezultatele obținute pentru fiecare marcă comercială au fost evaluate în raport cu valoarea declarată, trei dintre mărci nu au dat nicio diferență semnificativă, în timp ce una dintre ele (marca nr. 3) a avut un conținut semnificativ mai mare decât cel declarat (tcalc = 6,66, tn = 7, α = 0,05 = 2,45).

3.2. Ciocolată și băuturi cu ciocolată

Grafic-cutie care afișează distribuția concentrațiilor (în mg/g) de cofeinăA) și teobromină (b) detectate în diferitele tipuri de alimente din ciocolată analizate.

Au fost evaluate și treizeci și unu de probe de băuturi din ciocolată de la 11 mărci comerciale. Un nivel mediu de cofeină de 18,4 mg/L (deviație standard (sd) = 5,4) (mediană = 16,9 (14,9-21,5)) și un nivel mediu de teobromină de 205,7 mg/L (sd = 76,6) (mediană = 192,9 (156,3– ) 266.1)) au fost găsite. Nivelurile raportate ale conținutului de cacao pentru diferitele mărci comerciale evaluate au variat de la 0,9% la 1,5%. Prin urmare, au fost analizate și comparate cinci eșantioane noi ale mărcii comerciale cu cea mai mică cantitate raportată de cacao (0,9%) și șapte eșantioane noi ale mărcii cu cea mai mare cantitate de cacao (1,5%). O diferență semnificativă a fost obținută pentru nivelurile de conținut de cafeină (p = 0,024), care au fost de 13,3 mg/L (sd = 1,5) pentru marca cu 0,9% cacao și 23,2 mg/L (sd = 7,2) pentru marca cu 1,5 % cacao și pentru conținutul de teobromină (p = 0,007), care au fost 148,4 mg/L (sd = 13,7) și respectiv 267,2 mg/L (sd = 79,6), respectiv.

3.3. Frunze de ceai

Au fost evaluate 40 de ceaiuri comerciale diferite, analizând trei probe diferite pentru fiecare ceai. Ceaiurile au fost clasificate în patru grupuri diferite de informațiile furnizate de producători: pu-erh (n = 10), negru (n = 11), verde (n = 10) și ceaiuri parfumate (n = 9). Toate ceaiurile parfumate evaluate au fost ceaiuri aromate cu diferite procente de flori, ierburi sau condimente, variind de la 10% la 30%.

Evoluția mg de cofeină detectată în șapte fotografii consecutive de espresso colectate folosind aceeași încărcare a cafelei măcinate (n = 4, barele verticale arată abaterea standard calculată).

4. Discutie

4.1. Băuturi și băuturi cu ciocolată

Băuturile răcoritoare, inclusiv băuturile energizante, au fost probele care au dat cea mai mică variabilitate (deviație standard relativă, RSD, Figura 1 c), cu niveluri medii de cofeină de 43,5 și 55,5 mg/L pentru cele două ceaiuri cu gheață neagră evaluate și 35,3 mg/L pentru băutura cu ceai verde. Aceste rezultate indică faptul că ceaiurile îmbuteliate din comerț au între 2-3 ori mai puțin conținut de cofeină decât băuturile răcoritoare din cola.

Băuturile cu ciocolată au prezentat cea mai mică concentrație de cofeină (medie = 18,4 mg/L) dintre toate băuturile evaluate. Ca și în cazul ceaiurilor îmbuteliate, sursa de cofeină pentru aceste probe este de origine naturală (boabe de cacao), ceea ce duce, de asemenea, la o mare variabilitate între probe (RSD = 29,3%). În ciuda faptului că metilxantina prezentă la cea mai mare concentrație în cacao este teobromina (de aproximativ 10 ori mai mult decât cofeina din probele evaluate), acest compus produce efecte subiective foarte mici în comparație cu cofeina [44]. Prin urmare, luând în considerare doar concentrațiile de cofeină, băuturile din ciocolată sunt băuturile care ar fi de așteptat să prezinte cea mai mică activitate psiho-stimulantă.

4.2. Alimente

Toate alimentele solide evaluate au prezentat o variabilitate mare a conținutului de metilxantină datorită originii lor naturale. Rezultatele indică faptul că produsul cu cel mai mare conținut de cofeină în greutate uscată a fost cafeaua instant cu un procent mediu de 36 mg · g -1 (variind de la 18 la 44 mg · g -1, Figura 3), ceea ce este de acord cu studiile anterioare în care s-a obținut un conținut mediu de cofeină în cafele instantanee de 33 mg · g -1 (variind de la 16 la 44 mg · g -1) [45,46,47]. Conținutul ridicat de cofeină uscată în cafele instantanee este rezultatul utilizării boabelor de cafea cu o proporție mare de cofeină (de exemplu, soi de robusta) pentru producția sa și că după o etapă de extracție sub presiune cu apă la temperaturi foarte ridicate ° C) obțineți un extract de cafea cu aproximativ 15% solide, cafeaua preparată este filtrată și concentrată la un conținut solid de 25-70% [48]. După deshidratare, se obține o formă uscată cu un conținut mai mare de cofeină decât cafeaua măcinată inițială. În cazul cafelelor instant decofeinizate, procentele de cofeină obținute (1,6 și 2,8 mg · g -1) sunt conforme cu legislația UE [49], care impune ca cafeaua instantaneu decofeinizată să aibă un conținut de cafeină care să nu depășească 3 mg · g -1 .

În ciuda cafelei instant care prezintă cea mai mare cantitate de cofeină din greutatea uscată și chiar dacă 100% din cofeină este extrasă cu apă fierbinte din această pulbere, cantitatea convențională de produs utilizată pentru a prepara o cafea instant standard este de doar 2 g pulbere (ca vândute în bastoane individuale). Aceasta înseamnă că cantitățile de cofeină din băuturile cu cafea instant pot varia de la 36 la 87 mg.

Există două tipuri principale de varietăți pentru boabele de cafea, Coffea arabica și Coffea canephora (cunoscută și sub numele de cafea robusta). Conținutul de cofeină diferă între cele două soiuri: în robusta, fasolea variază de obicei între 1,7% și 4,0% (greutate/greutate), în timp ce în arabica variază între 0,8% și 1,4% [48]. Așa cum arată Organizația Internațională a Cafelei [50], prețul boabelor arabica este în mod normal cu aproximativ 40-50% mai mare decât boabele robusta. Datorită prețurilor mai atractive, cele mai multe cafele standard din supermarket și practic toate cafelele instant sunt exclusiv sau în principal robuste și este necesar să mergeți la magazine de specialitate sau să cumpărați mărci mai scumpe pentru a obține cafele 100% arabice. Rezultatele obținute la diferitele mărci evaluate au dat procente de cofeină variind de la 1,3% la 2,6%. Doar două dintre eșantioanele evaluate au fost clar indicate de producători ca fiind 100% arabică, iar acestea au dat cele mai mici procente de cofeină (1,3% și 1,4%). Toate celelalte cafele măcinate (n = 21) au dat procente de cofeină ≥1,6%, care sunt în principal în intervalul așteptat pentru soiul de robusta sau amestecuri cu procentaje ridicate de robusta. Aceste rezultate confirmă faptul că cafelele măcinate standard vândute în supermarketurile evaluate sunt compuse în principal din soiul robusta.

Când frunzele de ceai au fost comparate cu cafeaua măcinată, s-a constatat că pu-erh (p Figura 3), în timp ce cafeaua măcinată și frunzele de ceai verde și parfumate au dat niveluri echivalente (p = 0,912). Conținutul mai ridicat de cofeină din greutatea uscată a unor tipuri de frunze de ceai în comparație cu cafeaua măcinată a fost observat și în studiile anterioare [45].

Cantitatea de metilxantine ingerată din cafele și ceaiuri nu este cantitatea totală de greutate uscată, deoarece aceste produse sunt consumate sub formă de extract apos și, de obicei, se extrage mai puțin de 100% din totalul metilxantinelor, cu excepția cazurilor de cafea instantanee. În prezentul studiu, au fost studiate cafele espresso, deoarece acesta este cel mai convențional mod de preparare a băuturilor din cafea în Spania. Procentul de cofeină extras în fotografii convenționale de espresso a variat între 64-76%, ceea ce a dat cantități de cofeină în fiecare espresso variind de la 88 la 116 mg (Figura 4). Acest lucru este de acord cu studiile anterioare în care s-au găsit valori medii între 73 și 140 mg cofeină/porție pentru cafele espresso [47,51,52]. Aceste rezultate indică faptul că cafele espresso au o cantitate mai mare de cofeină decât cafele instant și sugerează că, dacă nu se consumă altă băutură sau alimente cu cofeină, 4-5 cafele espresso pe zi ar putea fi considerate sigure, având în vedere că această cantitate oferă o cantitate de cofeină care este sub limita de 400 mg propusă de EFSA [21].

În cazul frunzelor de ceai, eficiența în extragerea metilxantinelor este de obicei> 80% folosind apă fierbinte la temperaturi ≥80 ° C [39]. Deși conținutul de greutate uscată din frunzele de ceai este egal sau mai mare decât în ​​cafeaua măcinată, cantitatea de frunze folosită pentru prepararea băuturilor de ceai (1,5-2,0 g) este mai mică decât greutatea cafelei măcinate folosită pentru fotografiile espresso (6- 8,5 d). Prin urmare, maximum 44-60 mg de cofeină (presupunând 100% extracție) pot fi obținute în cazul ceaiurilor pu-erh și negre evaluate în prezentul studiu și 33-45 mg pentru ceaiurile verzi. Datorită diferitelor modalități de preparare a extractelor apoase, băuturile de ceai tind să prezinte cantități de cel puțin 2-3 ori mai mici de cofeină decât cafele espresso, dar cantitatea de cofeină prezentă în extractele de ceai negru și pu-erh este comparabilă cu cea a instantaneului băuturi cu cafea. În cazul ceaiurilor verzi, cantitatea de cofeină din extractul apos este similară cu cantitatea prezentă într-o porție convențională de băuturi răcoritoare cola (adică, 330 ml).

5. Concluzii

Rezultatele obținute în prezentul studiu arată câteva tendințe semnificative. În raport cu conținutul lor de greutate uscată, frunzele de ceai au același conținut de cafeină sau mai mare decât cafeaua măcinată. Cu toate acestea, diferitele moduri de preparare a extractului duc la conținutul de cofeină în cafele espresso fiind de cel puțin 2-3 ori mai mare decât în ​​ceaiuri. Deși cafele espresso prezintă o concentrație foarte mare de cofeină datorită volumului mic de băuturi preparate, cantitatea totală de cofeină din espresso este mai mică decât în ​​alte metode convenționale de preparare a cafelei, cum ar fi cafeaua preparată prin picurare, atunci când se utilizează cantități similare de cafea măcinată în pregătirea lor, deoarece eficiența extragerii fotografiilor espresso este limitată (35% dintre consumatorii de băuturi energizante declară că măresc numărul de consumuri și combină băutura cu alcool în timpul petrecerii [61,62], ceea ce pare să crească rata alcoolului -vătămare legată [7].

Mulțumiri

Acest studiu a fost susținut de Universitatea din Girona (MPCUdG2016/100). Autorul dorește să mulțumească studenților din cadrul Biotehnologiei Universității din Girona pentru ajutorul acordat în analiza eșantioanelor și lui A. Hughes pentru ajutorul acordat în scrierea și citirea corectă a manuscrisului.