HERBATA ŹRÓDŁEM JONÓW CZYLI CHEMICZNE SPOJRZENIE NA FILIŻANKĘ HERBATY Krzysztof Wołowiec, Łukasz Jakubczyk Przedsiębiorstwo Geologiczne Sp. z o.o. w Kielcach Laboratorium Badań Środowiskowych ul. Hauke Bosaka 3A 25-214 Kielce Ewa Domagała, Anna Karyś, Kamila Łucak, Agata Pacak, Marlena Stachowicz Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego w Kielcach Instytut Chemii ul. Świętokrzyska 15G 25-406 Kielce Słowa kluczowe herbata, chromatografia jonowa, aniony Streszczenie Herbata jest jednym z najbardziej popularnych napojów na świecie. Z tego względu może ona stanowić w diecie człowieka potencjalne źródło wielu mikro i makroelementów. Wiele czynników wpływa na zawartości poszczególnych pierwiastków w naparach herbat, między innymi: rodzaj herbaty, wiek liści, sposób przygotowania liści oraz czas parzenia. Ze względu na znaczne zawartości fluoru, herbata, może być również jego źródłem w codziennej diecie. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań zawartości wybranych jonów (F -, Cl -, NO 2 -, NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3- ) w różnych rodzajach herbat dostępnych na polskim rynku. Zawartości analizowanych jonów w naparach herbat badano metodą chromatografii jonowej. Keywords tea, ion chromatography, anions Abstract Tea plant is one of the most popular beverages in the world. For the reason it would be a potentially source of micro- and macroelements in human s diet. Many factors influence the concentrations of elements in tea infusions such as: variety of tea plants, the leaf ages, the way of leaf preparation and the infusion time. Tea also has been found to contain higher concentration of fluoride, so it would be an important source of dietary fluoride. In the present work the concentration of major anions (F -, Cl -, NO 2 -, NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3- ) in different types of tea available on polish market has been measured. The concentrations of analysed anions in all infusions were determined by ion chromatography method. Wstęp
Herbata (Camelia sinensis L.) jest jednym z najpopularniejszych napojów na świecie. Jej spożycie waha się w granicach 2,07 2,24 kg/rok [7]. Liście herbaty, jak i sporządzone z nich napary odznaczają się bogactwem wielu związków mających różnorodny wpływ na organizm człowieka. Należą do nich m.in. witaminy, katechiny, kwercetyna, kwas galusowy, związki polifenolowe [13,15,16]. W literaturze istnieje wiele doniesień o koncentracji fluorków, witamin oraz związków polifenolowych w naparach rożnych rodzajów herbat, a także ich wpływie na reakcje wolnorodnikowe w organizmie człowieka [1,3,16]. W liściach herbaty, a co za tym idzie i w naparach z nich sporządzonych mogą również występować inne związki lub pierwiastki negatywnie oddziałujące na organizm, np. azotany (V), azotany (III) [12], glin [5]. Na skład liści herbaty ma wpływ wiele czynników, między innymi sposób obróbki liści, a także czas ich parzenia [9,13,14]. Celem prezentowanych badań było wykonanie analizy podstawowych anionów występujących w naparach popularnych herbat dostępnych na polskim rynku. Klasyfikacja herbat Herbata jest wiecznie zieloną rośliną z rodzaju kamelia (Camellia) uprawianą 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 (liść zwija się kilkakrotnie), dzięki czemu do tkanek liścia dostaje się więcej tlenu, co powoduje szybszą fermentację. Metoda CTC nie różni się od metody tradycyjnej niczym, aż do momentu zwijania. W metodzie CTC liście zwija się tylko raz, a później sortuje. Wszystkie dostępne na rynku herbaty można zaklasyfikować do jednej z poniższych grup [8]: Herbata Czarna produkowana głównie przez Chiny i Indonezję stanowi 98% światowej produkcji. Poddawana jest procesowi całkowitej fermentacji, co nadaje jej Intensywny smaku i ciemny kolor. Herbata czarna dzieli się na trzy podgatunki: Liściowy wytwarzana z całych liści, najbardziej aromatyczna. Łamany wytwarzana z połamanych kawałków liści. Pokruszony wytwarzana z pokruszonych liści oraz pyłu liściowego (najczęściej wykorzystywany do produkcji herbat najniższej jakości - ekspresowych i granulowanych). Herbata Zielona powstaje z liści nie poddanych procesowi fermentacji. Natychmiast po zerwaniu liście są suszone, dzięki czemu zachowują więcej cennych składników. Herbaty zielone są delikatniejsze w smaku od herbat czarnych. Herbata Żółta pośrednia pomiędzy czarną a zieloną, jest poddawana temu samemu procesowi produkcji, co herbata czarna, tyle, że w herbacie żółtej etap fermentacji zostaje nagle przerwany. Herbata Biała nie podlega żadnemu procesowi. Powstaje z młodych pączków, które jeszcze nie zdążyły się rozwinąć. Zebranie takich pączków możliwe jest
jedynie na wiosnę. Krzewy, z których powstać ma biała herbata, są czasami chronione przed słońcem, co ma zapobiec wykształceniu się chlorofilu. Jest to najdroższy rodzaj herbaty. Herbata Czerwona ulega krótkiej fermentacji, co czyni jej właściwości bliskimi do herbaty czarnej. Jej charakterystyczną cechą jest bardzo silny zapach i ziemisty smak. Znana jest głównie ze swoich leczniczych właściwości. Metodyka pomiarów W badaniach wykorzystano 8 rodzajów herbat ekspresowych i 10 rodzajów herbat granulowanych/liściastych dostępnych na polskim rynku (Tabela 1). Stosowano pojedyncze torebki herbaty ekspresowej (stężenie wszystkich herbat przeliczono na masę 2 g), natomiast w przypadku herbat granulowanych i liściastych naważki po 2 g. Odpowiednią naważkę bądź torebkę zalewano 200 ml gorącej, ale nie wrzącej wody dejonizowanej, parzono przez 5 minut, a następnie przesączano przez sączek o porowatości 0,45 µm. Badania przeprowadzone zostały metodą chromatografii jonowej przy zastosowaniu kolumny pakowanej do separacji anionów SHODEX IC SI-52 4E (4,0x250 mm) oraz roztworu Na 2 CO 3 o stężeniu 3,6 mmol/l jako eluentu. Wyniki badań Badania obejmowały oznaczenie zawartości jonów fluorkowych, chlorkowych, fosforanowych (V), siarczanowych (VI), azotanowych (III) i azotanowych (V) w sporządzonych naparach herbat. Wyniki przeprowadzonych analiz zestawiono w tabeli 1. Typowy chromatogram naparu herbaty przedstawiono na Rys. 1. Dodatkowo dla zobrazowania wyników sporządzono wykresy: Rys. 2 zawartości oznaczanych jonów we wszystkich badanych herbatach oraz Rys. 3 zawartości oznaczanych jonów uwzględniając podział na herbaty granulowane, ekspresowe i liściaste. Oznaczane jony były obecne w analizowanych naparach na różnych poziomach stężeń. Dodatkowo, uzyskane wyniki porównano z dopuszczalnymi zawartościami określonymi w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 13 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi [10]. Fluorki Fluor i jego związki stanowią składniki kości oraz zębów, nadając im wytrzymałość. Nadmierne przyjmowanie jonów fluorkowych może powodować plamistość szkliwa [11]. Podstawową metodą oznaczania jonów fluorkowych jest metoda z wykorzystaniem jonoselektywnej elektrody fluorkowej [2,4,6]. Stosowanie metody chromatografii jonowej w danych warunkach analizy uniemożliwiło określenie zawartości jonów F - w naparach badanych herbat. Prawdopodobną przyczyną było nakładanie się piku odpowiadającego jonowi fluorkowemu z innym niezidentyfikowanym pikiem. Nakładanie to spowodowało znaczne zawyżenie otrzymanych wyników. Według wcześniejszych badań zawartości
jonów fluorkowych w naparach herbat, mierzone przy użyciu elektrody jonoselektywnej wahały się w zakresie 0,179 mg/l 1,01 mg/l dla herbat ekspresowych i 0,483 mg/l 1,55mg/L dla herbat granulowanych i liściastych [2]. Wyniki uzyskane metodą chromatografii jonowej nie korelowały z danymi pochodzącymi z pomiarów potencjometrycznych. Zagadnienie to wymaga przeprowadzenia bardziej szczegółowych badań. Chlorki Jony chlorkowe w organizmie człowieka odpowiadają za równowagę płynów ustrojowych oraz równowagę kwasowo-zasadową [11]. Zawartość jonów chlorkowych w badanych herbatach mieściła się w zależności od rodzaju herbaty w granicach od 11 do 18 mg Cl - /L z wartością średnią 15,5 mg/l. Porównując wyniki dla poszczególnych rodzajów herbat można zauważyć niższe wartości dla herbat liściastych (średnia 13,4 mg/l) niż ekspresowych (średnia 17,5 mg/l). Stężenie jonów Cl - znacznie odbiegające od średniej zarejestrowano w przypadku ekspresowej herbaty Real Earl Grey (34,5 mg/l). Nie stwierdzono istotnych różnic pomiędzy herbatami czarnymi i zielonymi. Dopuszczalna zawartość jonów chlorkowych w wodzie pitnej wynosi 250 mg/l [10]. Azotany (III) i azotany (V) Azot jest niezwykle ważnym pierwiastkiem w diecie każdego człowieka. Stanowi m. in. budulec białek, kwasów nukleinowych, ATP, hemoglobiny [11]. W przypadku wszystkich badanych herbat nie zlokalizowano na chromatogramie pików odpowiadających jonom azotanowym (III) (NO 2 - ). Nie stwierdzono również znaczących zawartości jonów azotanowych (V). Otrzymane wartości wahały się od 3,2 do 5,4 mg NO 3 - /L (średnia 3,8 mg/l), podczas gdy rozporządzenie określa dopuszczalne zawartości w wodzie pitnej do 50 mg/l [10]. Wyższe zawartości odnotowano dla herbat ekspresowych (średnia 4,5 mg/l) niż liściastych (średnia 3,3 mg/l). Fosforany (V) Fosforany pełnią w organizmie istotną rolę; stanowią składnik budulcowy kości, przenoszą i magazynują energię (składnik ATP), biorą udział w reakcjach metabolicznych. Nadmiar fosforu w diecie może zakłócać wchłanianie wapnia, żelaza, magnezu i cynku w jelitach [11]. Dzienne zapotrzebowanie na fosfor wynosi 800 mg dla zdrowych osób i 1200 mg dla kobiet w ciąży i karmiących matek. Fosforany czerpane są głównie z pożywienia i napojów. W wodzie pitnej obecność fosforanów jest niepożądana ze względu na duży rozwój glonów już przy stężeniach ok. 5 mg/l. Ilość fosforanów (V) w herbatach mieściła się w granicach od 10,3 (herbata Vitax zielona, ekspresowa) do 33,6 mg/l (Sir Roger ASSAM czarna, liściasta). Średnia zawartość jonów fosforanowych wynosiła 23,0 mg/l. Herbaty ekspresowe charakteryzują się niższą zawartością fosforanów niż liściaste. Porównując wartości średnie daje się również zauważyć wyższe stężenia jonów PO 4 3- w herbatach czarnych niż zielonych (średnio 25,1 mg/l wobec 13,1 mg/l).
Siarczany (VI) Siarka jest komponentem białek (insulina), jej obecność jest niezbędna do prawidłowej aktywności metabolicznej [11]. Obecność jonów siarczanowych (VI) w badanych herbatach utrzymywała się na poziomie 11,8 31,9 mg/l. (średnia 19,8 mg/l). Więcej siarczanów stwierdzono w herbatach ekspresowych (średnia 22,5 mg/l) niż w liściastych (średnia 17,4 mg/l). Dopuszczalna zawartość siarczanów (VI) w wodzie pitnej zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia wynosi 250 mg/l [10]. Wnioski Badane herbaty charakteryzowały się znacznymi różnicami w stężeniach rozpatrywanych jonów. Największe różnice zanotowano w przypadku jonów chlorkowych i fosforanowych (V). Herbaty ekspresowe charakteryzowały się z reguły wyższymi zawartościami analizowanych jonów niż herbaty liściaste. Metoda chromatograficzna nie pozwoliła natomiast na oznaczenie zawartości jonów fluorkowych w badanych naparach. Przeprowadzone badania pokazują, że herbata nie stanowi znaczącego źródła oznaczanych jonów w organizmie. Istotnym jest dodanie, że zawartości poszczególnych jonów w naparach mogą się zmieniać w zależności od czasu parzenia czy stosowanych dodatków. Zagadnienie to nie było jednak przedmiotem prowadzonych badań.
Literatura [1] Chlubek D., Fluoride and oxidative stress, Fluoride, 36, 217-228 (2003) [2] Dołęgowska S., Michalik A., Masternak J., Fluoride contents in different types of tea available on the Polish market, Annals of the Polish Chemical Society, III: 1258-1261 (2004) [3] Fik M., Zawiślak A., Porównanie właściwości przeciwutleniających wybranych herbat, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 3, 98-105 (2004) [4] Fung K.H., Zhang Z.Q., Wong J.W.C., Wong M.H., Fluoride contents in tea and in their infusion, Environ. Poll., 104, 197-205 (1999) [5] Horie H., Kohata K., Analysis of tea component by high-performance liquid chromatography and high-performance capillary electrophoresis, J. Chromatogr. A, 881, 425-438 (2000) [6] Kaczmarek U., Wartości ph i stężenia fluorków w wybranych herbatach, Annal. Acad. Med. Stetin., 50, 58-61 (2004) [7] King, Tsang, The fluoride content of Chinese and black teas available in Hong Kong, Fluoride, 20, 18-23 (1987) [8] Kłodka D., Telesiński A., Bońkowski M., Bromat.. Chem. Toksykol., 4, 957 963 (2008) [9] Pasha C., Reddy G., Nutritional and medicinal improvement of black tea by yeast fermentation, Food Chem., 89, 449-453 (2005) [10] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 13 marca 2007 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi [11] Solomon E.P, Berg L.R, Martin D.W, Ville C.A, Biologia, MULTICO, 1998 [12] Śmiechowska M., Przybyłowski P., Dmowski P., Newerli-Guz J., Określenie zawartości azotanow(v) i (III) oraz garbników w herbatach czarnych importowanych, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2, 98-105 (2003) [13] Wang H., Provan G.J., Helliwell K., Tea flavonoids: their functions, utilisation and analysis, Trends Food Sci. Technol., 11, 152-160 (2000) [14] Wu C.D., Wei G.-H., Tea as functional food or oral health, Nutrition, 18, 443-444 (2002) [15] Yao L., Liang Y., Datta N., Singanusong R., Liu X., Duan J., Raymont K., Lisle A., Xu Y., HPLC analyses of fl avanols and phenolic acids in the fresh young shoots of tea (Camelia sinensis) grown in Australia, Food Chem., 84, 253-263 (2004) [16] Yen G., Chen H.Y., Peng H.H., Antioxidant and pro-oxidant effects of various tea extract, J. Agric. Food Chem., 45, 30-34 (1997)
Lp. Tabela. 1. Zawartości oznaczanych jonów w naparach badanych herbat Rodzaj Stężenie jonów [mg/l] Nazwa herbaty herbaty Cl - - 3- NO 3 PO 4 SO 4 2-1 Minutka - czarna ekspresowa 17,7 5,0 33,3 28,5 2 Saga - czarna ekspresowa 15,7 4,6 17,2 17,9 3 Saga - czarna granulowana 13,9 3,3 23,3 18,2 4 Tetley - czarna granulowana 18,2 3,6 19,9 20,0 5 Tetley earl grey - czarna ekspresowa 13,4 3,5 28,1 18,6 6 Tetley earl grey - czarna liściasta 11,9 3,5 24,1 15,9 7 Lipton - czarna ekspresowa 13,5 3,3 22,8 17,2 8 Lipton - czarna CTC granulowana 12,4 3,2 22,3 17,1 9 Lipton - czarna liściasta 15,5 3,4 19,7 20,5 10 Lipton earl grey czarna liściasta 13,4 3,3 23,8 21,2 11 Lipton - zielona ekspresowa 17,1 5,4 15,7 28,5 12 Lipton White tea zielona ekspresowa 14,0 4,1 13,3 16,6 13 Sir Roger ASSAM - czarna liściasta 14,3 3,2 33,6 20,6 14 Sir Roger MADRAS - czarna liściasta 15,6 3,2 32,4 20,1 15 Zas Yunnan - czarna liściasta 10,9 3,2 24,5 12,0 16 Yunnan - czarna liściasta 12,3 3,5 25,1 11,8 17 Real earl grey czarna ekspresowa 34,5 5,3 24,9 20,4 18 Vitax - zielona ekspresowa 14,4 4,4 10,3 31,9
Rys. 1. Chromatogram herbaty saga (1 niezidentyfikowany pik, 2 - chlorki, 3 azotany (V), 4 fosforany (V), 5 siarczany (VI), 6, 7 piki niezidentyfikowane) kolumna - SHODEX IC SI-52 4E (4,0x250 mm) eluent - 3,6 mmol/l Na 2 CO 3 przepływ eluentu - 0,8 ml/min detekcja - konduktometryczna z supresją
40 35 30 mg/l 25 20 15 chlorki azotany (V) fosforany (V) siarczany (VI) 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Rys. 2. Zawartości oznaczanych anionów we wszystkich badanych herbatach (oznaczenie herbaty wg tabeli. 1)
40 35 30 25 mg/l 20 15 10 chlorki azotany (V) fosforany (V) siarczany (VI) 5 0 3. 4. 8. 1. 2. 5. 7. 11. 12. 17. 18. 6. 9. 10. 13. 14. 15. 16. Rodzaj herbaty Rys. 3 - Zawartości oznaczanych jonów w poszczególnych rodzajach herbat, odpowiednio: 3.4.8.- granulowanych; 1.2.5.7.11.12.17.18. - ekspresowych i 6.9.10.13.14.15.16. liściastych (oznaczenie herbat wg tabeli 1)