w Kielcach, 2005 w Kielcach, 2005

Transkrypt

1 Zeszyty Studenckiego Ruchu Materiały 14 Sesji studenckich Naukowego Akademii Kół Naukowych Akademii Świętokrzyskiej Świętokrzyskiej im. Jana Kochanowskiego im. Jana Kochanowskiego w Kielcach, 2005 w Kielcach, 2005 Sabina Dołęgowska Joanna Masternak Studentki IV roku chemii Studenckie Koło Naukowe KALCYT Akademia Świętokrzyska im. Jana Kochanowskiego w Kielcach Recenzent: prof. dr hab. Zdzisław M. Migaszewski Stężenia jonów fluorkowych w różnych rodzajach herbat i czynniki je kształtujące Streszczenie: Oznaczenia zawartości fluorków w różnych rodzajach herbat wykonano metodą potencjometryczną przy użyciu elektrody fluorkowej o zakresie pomiarowym mol/l i chlorosrebrowej elektrody odniesienia z płaszczem zawierającym roztwór KNO 3, z jednoczesnym użyciem konduktometru i ph metru. Łącznie zbadano 11 próbek herbaty ekspresowej i 11 próbek herbat liściastych i granulowanych. Przeprowadzono również pomiary pozwalające ocenić wpływ soku z cytryny, mleka, soku malinowego, miodu, cukru jak również czasu parzenia na zawartości jonów fluorkowych w wywarze. Koncentracje fluorków wahały się w zakresie 179 µg/l 1,01 mg/l w herbatach ekspresowych i 483µg/l 1,55mg/l w herbatach granulowanych i liściastych. Po dodaniu soku z cytryny i środków słodzących zaobserwowano obniżenie zawartości jonów fluorkowych, natomiast po dodaniu mleka oraz wydłużeniu czasu parzenia wzrost ich zawartości w wywarach. Słowa kluczowe: herbata, rodzaje herbaty, fluor, parzenie herbaty, fluoroza. Wstęp Niektóre gatunki roślin z rodziny herbatowatych (Theaceae) mogą kumulować fluor z gleby, co niekiedy prowadzi do wzrostu jego koncentracji w liściach powyżej 2000 mg kg 1. Herbata, jako jeden z najpopularniejszych napojów może być więc poważnym źródłem tego pierwiastka.

2 Herbata jest to wiecznie zielona roślina z rodzaju kamelia (Camellia), dawniej zaliczana do rodzaju Thea, pochodząca z Chin lub Indii (Asam). Jest ona uprawiana dla pączków i liści, wykorzystywanych w produkcji spożywczej. Ogólnie stosuje się dwie metody wytwarzania herbaty: tradycyjną i CTC (z ang. crushing, tearing, curling miażdżenie, rozrywanie i zwijanie). W metodzie tradycyjnej herbatę najpierw suszy się, później zwija, dzięki czemu do tkanek liścia dostaje się więcej tlenu, co powoduje szybszą fermentację. Liść zwija się kilkakrotnie. Metoda CTC nie różni się od metody tradycyjnej niczym, aż do momentu zwijania. W metodzie CTC liście zwija się tylko raz, a później sortuje. Klasyfikacja herbaty i jej rodzaje Ostatnio w polskich sklepach pojawia się wiele rodzajów herbat, co przyczyniło się do tego, że herbata w naszym kraju staje się coraz bardziej popularnym napojem. Mimo, że większość tych herbat to mieszanki tradycyjnych herbat z suszonymi owocami, często aromatyzowane, wszystkie herbaty (poza herbatami z suszu owocowego) można zaklasyfikować do jednej z poniższych grup: 1. Herbata Czarna składają się na nią listki sfermentowane. Stanowi ona 98% światowego handlu i jest produkowana głównie przez Chiny i Indonezję. Rodzaj ten dzieli się na trzy podgatunki: Liściowy herbata czarna z całych liści, najbardziej aromatyczna. Łamany rodzaj wytwarzany z połamanych kawałków liści. Pokruszony rodzaj herbaty wytwarzany z pokruszonych liści oraz pyłu liściowego. Najczęściej wykorzystywane do produkcji herbat ekspresowych i granulowanych najniższej jakości. 2. Herbata Zielona jest bardziej gorzka od czarnej i ma piękny słomkowy kolor. Nie jest ona poddawana procesowi fermentacji. 3. Herbata Żółta pośrednia pomiędzy czarną a zieloną. Poddawana jest temu samemu procesowi produkcji, co ta pierwsza, tyle tylko, że w herbacie żółtej etap fermentacji zostaje nagle przerwany. 4. Herbata Biała herbata ta nie podlega żadnemu procesowi. Zbiera się ją tylko raz w roku i tylko ręcznie. Natychmiast po zebraniu zostaje ona suszona. 5. Herbata Czerwona ulega krótkiej fermentacji, co czyni jej właściwości bliskimi do herbaty czarnej. Produkuje się je przede wszystkim w Chinach. Herbata jest najbardziej popularnym napojem na świecie. Jej spożycie waha się w granicach 2,07 2,24 kg/rok [1]. Rośliny z rodziny herbatowatych pobierają fluor z gleby i kumulują go w liściach. Zawartość fluoru w liściach młodych waha się od 0,3 do 1,0 mg g 1 i jest znacznie niższa niż w liściach starszych zawierających od 0,6 do 2,8 mg g 1 [2]. Fluor jest pierwiastkiem niezbędnym jak i toksycznym, a granica między jego stężeniem korzystnym i szkodliwym jest bardzo wąska. Występuje on we wszystkich tkankach w

3 ilościach rzędu X X00 mg kg 1, a największe jego nagromadzenie rejestruje się w kościach i zębach. Zawartość fluoru w kościach wzrasta z wiekiem organizmu [3]. Dzięki swoim biochemiczno fizycznym właściwościom i małym rozmiarom, przenika on przez błony komórkowe, łatwo też penetruje tkanki twarde i miękkie tkanki narządowe. Pierwiastek ten posiada zdolność wiązania jonów magnezowych, niezbędnych w wielu reakcjach biologicznych. Zbyt duża zawartość fluoru powoduje fluorozę kości. Prowadzi to do bólów i zesztywnienia kręgosłupa oraz niektórych stawów, a kość staje się krucha i podatna na złamania [4]. Biologiczny efekt działania fluoru zależy od wieku (tab. 1). Nadmierne wchłanianie fluoru w dzieciństwie powoduje marmurkowatość i odbarwienie emalii zębów [5]. Fluor w pożywieniu nie jest na ogół szkodliwy dla człowieka. Już dawno stomatolodzy zwrócili uwagę na znaczenie fluorków w zwalczaniu próchnicy zębów, a ortopedzi wykazali dobre skutki leczenia fluorkami osteoporozy. Wprowadzono do użytku liczne leki będące pochodnymi fluoru [4]. Dzienna dawka fluoru z pożywieniem wynosi 0,3 0,5 mg, natomiast toksyczna powyżej 20 mg. Dla dorosłego człowieka nieszkodliwa dzienna dawka fluoru wynosi około 1 mg, a dawka około 5 mg może powodować fluorozę. Pierwiastek ten akumuluje się w organizmie człowieka, jeżeli dzienna dawka przekracza 3 mg [3]. Tabela 1. Zapotrzebowanie na fluor w zależności od wieku Niemowlęta Od urodzenia do 6 miesiąca życia 0,1 mg dziennie. Od 6 miesiąca do 12 miesiąca życia 0,5 mg dziennie. Dzieci Od 1 do 3 lat 0,7 mg dziennie 4 do 8 lat 1,1 mg dziennie 9 do 13 lat 2,0 mg dziennie Mężczyźni Od 14 do 18 roku życia 2,9 mg Od 19 wzwyż 3,1 mg dziennie Dorośli dziennie Kobiety Od 18 lat i poniżej 2,9 mg dziennie 19 i wzwyż 3,1 mg dziennie Metodyka pomiarów Do pomiarów stosowano pojedyncze torebki herbaty ekspresowej (około 2 g), a w przypadku herbat granulowanych i liściastych naważki po 2 g. Do analizy pobrano 11 rodzajów herbat ekspresowych i granulowanych/liściastych. Naważkę bądź torebkę zalewano 200 ml gorącej, ale nie wrzącej wody destylowanej i parzono przez 5 minut, a następnie przesączano. Ponadto na przykładzie herbaty Saga badano wpływ czasu parzenia na zawartość jonów fluorkowych w wywarze po czasie 10 i 15 minut. Mierzono również wpływ

4 dodatku soku z cytryny, mleka, soku malinowego, miodu, cukru na koncentrację jonów F uwzględniając 10 minutowy czas parzenia, przy jednoczesnym pomiarze przewodnictwa elektrolitycznego i ph. Po schłodzeniu do temperatury pokojowej (około pół godziny), mierzono zawartość jonów fluorkowych w roztworach za pomocą elektrody fluorkowej (zakres pomiarowy 1x10 6 mol/l) i wielofunkcyjnego przyrządu komputerowego CX 742 firmy Elmetron. Pomiarów dokonywano z wykorzystaniem metod potencjometrycznych, opartych na pomiarach siły elektromotorycznej (SEM), czyli różnicy potencjałów półogniw (elektrod) ogniwa elektrochemicznego, w sytuacji, gdy prąd płynący przez ogniwo jest znikomo mały. Do pomiarów przewodnictwa elektrolitycznego i ph użyto przenośnego konduktometru i ph metru Elmetron. Wyniki Wyniki badań przedstawiono na rycinie 1 oraz w tabelach 2 4. Ryc 1. Wpływ czasu parzenia na zawartość jonu F w herbacie Saga zawarto ść F (ug/l) t (min.) Tabela 2. Stężenie jonów fluorowych w różnych rodzajach herbat dostępnych na polskim rynku Lp. Nazwa herbaty Rodzaj herbaty Stężenie jonów fluorowych

5 1. Saga 2. Minutka 3. Sekrety herbaty (Indian tea) 4. Pu Erh (cytrynowa) 5. Jones tea 6. Eternal Ceylon tea 7. Dilmah English breakfast 8. Dilmah Earl Grey 9. Dilmah Ceylon Supreme 10. Tee Fix Teekane (herbata zielona) 11. Posti Milton (Earl Grey) ekspresowa 532 µg/l 892 µg/l 850 µg/l 179 µg/l 364 µg/l 276 µg/l 256 µg/l 195 µg/l 222 µg/l 1.01 mg/l 956 µg/l 12. Assam (Stoptex) liściasta 1.28 mg/l 13. Golden leaf (Indian tea) liściasta 1.08 mg/l 14. Kaya (Celmar) liściasta 1.37 mg/l 15. Yunnan (Zas Pol) liściasta 1.06 mg/l 16. Vitax liściasta 1.55 mg/l 17. Hiltop granulowana 775 µg/l 18. Lipton liściasta 417 µg/l 19. Gingko liściasta 483 µg/l 20. Yunnan Green (Oskar) liściasta 669 µg/l 21. Pu Erh liściasta 765 µg/l 22. Tesco ( Consumer Serwis ) granulowana 1.26 mg/l Tabela 3. Wpływ dodatków: soku z cytryny, mleka, soku malinowego, miodu, cukru na stężenie jonu F w herbacie Saga Lp. Rodzaj dodatku do herbaty Saga Ilość Zawartość F 1. Sok z cytryny 5ml 103 µg/l 2. Mleko 5ml 1,87 mg/l 3. Sok malinowy 10ml 157 µg/l 4. Miód 1 łyżeczka 554 µg/l 5. Cukier 1 łyżeczka 596 µg/l Tabela 4. Wartości przewodnictwa i ph w herbacie Saga Lp. Sposób parzenia ph Przewodnictwo 1 bez dodatku 4, µs cm 1 2 Z sokiem z cytryny 3, µs cm 1 3 Z sokiem malinowym 3, µs cm 1

6 4 Z mlekiem 5, µs cm 1 Omówienie wyników Badania wykazały, że najwyższymi zawartościami fluorków charakteryzują się herbaty tańsze, mało znanych firm, co może związane z wykorzystaniem do ich produkcji starszych liści, w większym stopniu wzbogaconych w fluor. Niepokój może budzić wysoka zawartość fluorków w herbacie zielonej, która zyskuje coraz większą popularność na polskim rynku. Zaobserwowano, że zwiększenie czasu parzenia herbaty powoduje wzrost koncentracji jonów fluorkowych, przy czym wzrost ten jest znaczny, około 200 µg/l. Dodatek soku z cytryny i soku malinowego powoduje obniżenie stężenia jonu fluorkowego w wywarze, gdyż przy ph<5,5 występuje on głównie w postaci kompleksów z glinem, który również jest pierwiastkiem kumulowanym przez herbatę. Wartości przewodnictwa elektrolitycznego wskazują na obecność jonów w roztworze, przy czym zaznacza się odwrotna proporcjonalność między ph i przewodnictwem elektrolitycznym właściwym w zakresie ph 3,21 4,88. Dodatek miodu, cukru jest przykładem wprowadzenia dodatkowych jonów do roztworu powodujących zwiększenie siły jonowej a tym samym zmniejszenie współczynników aktywności zgodnie ze wzorem: a z I = 2 a = f c gdzie: a aktywność jonów, z ładunek jonów, f współczynnik aktywności, c stężenie molowe Powoduje to unieruchomienie ruchów jonów fluorkowych i zmniejszenie ich aktywności na elektrodzie [7]. Dodatek mleka przyczynia się do znacznego zwiększenia koncentracji fluoru, co wynika ze wzrostu ph, a tym samym wskazuje na obecność nie związanego fluoru. Potwierdza to wysoka wartość przewodnictwa elektrolitycznego. 2 Wnioski Zawartość jonu fluorkowego w wywarze jest uzależniona od takich czynników jak: rodzaj herbaty(czarna, zielona, czerwona), postać w jakiej występuje(granulowana, liściasta, ekspresowa), czasu parzenia, ph roztworu, koncentracji Ca, Fe, Al, P [6], dodatków, jakie stosuje się do parzenia herbaty, zawartości F w wodzie pitnej.

7 Podsumowując większość ludzi w Polsce wypija dziennie około cztery szklanki herbaty, przez co dzienna dawka fluoru przyjęta tą drogą wynosi około 1,24 mg. Ta wartość nie przekracza dopuszczalnej dawki fluoru szkodliwej dla człowieka. Jednakże należy uwzględnić fakt, że spożywana herbata nie jest jedynym źródłem fluoru jest nim również pasta do zębów, ryby, żelatyna, woda pitna (zwłaszcza, że w niektórych krajach wprowadzono proces fluorowania). Nasze badania wykazały, ze nie tylko czas parzenia, ale również dodatkowe elementy smakowe, tak popularne w naszych domach, dodawane do herbaty, mają wpływ na koncentracje jonów fluorkowych w wywarze. Wnioski nasuwające się z doświadczeń pokazują, że najtańsze, a zarazem najpopularniejsze gatunki herbat spotykane na naszym rynku wykazują największą zawartość fluoru. Literatura [1] King and Tsang, 1987 The fluoride content of Chinese and black teas available in Hong Kong. Fluoride., 20(1): [2] Fung K.F., Zhang Z.Q., Wong J.W.C., Wong M.H., 1999 Fluoride contents in tea and soil from tea plantations and the release of fluoride into tea liquor during infusion. Environ. Pollut., 104: [3] Kabata Pendias A., 1999 Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wyd. Nauk. PWN. Warszawa. [4] Machoy Z., 1990 Fluor i jego wpływ na zwierzęta i człowieka. [W:] Szkodliwość zanieczyszczeń chemicznych dla człowieka i zwierząt. Wybrane zagadnienia. Zeszyty Naukowe Polskiej Akademii Nauk. Wyd. PAN. Wrocław Warszawa Kraków. S: [5] Harper H.A., Rodwell V.W., Mayes P.A., 1983 Zarys chemii fizjologicznej. PZWL. Warszawa. [6] Wong M.H., Fung K.F., Carr H.P., 2003 Aluminium and fluoride contents of tea, with emphasis on brick tea and their health implications. Toxicology Lett., 137: [7] Szmal Z.S., Lipiec T., 1988 Chemia analityczna z elementami analizy instrumentalnej. PZWL. Warszawa.