Kemískt koffín–hvað er málið?

Ég rakst á pistil eftir Röggu Nagla inni á vefsíðunni H-magasín undir titlinum „Koffín… Karbamíð eða kaffibaun?“ sem birtur er 19. mars 2019.

https://www.hmagasin.is/heilsa/ragga-nagli-koffin.-karbamid-eda-kaffibaun

Um leið og ég sé svona pistla í dreifingu sem innihalda efnafræðileg orð má ég til að renna yfir þá því oft leynast þar rangfærslur. Því miður átti það við hér, og ég segi því miður því að mér finnst Ragga oft vera með áhugaverða og gagnlega pistla um sjálfsímynd og heilbrigðan lífsstíl . Pistillinn er eflaust ádeila á mikla neyslu á koffeinbættum vörum sem vinsælar eru hjá ungmennum og á sú umræða algjörlega rétt á sér, að mínu mati. En mín gagnrýni á þennan pistil er að mestu á þá röngu mynd sem dregin er upp um koffein og uppruna þess í efnafræðilegum skilningi. Ég hefði tæklað þessa umræðu á annan hátt, því það er vel hægt að setja góð rök fyrir því að upprunamerkja koffein í neysluvörum. Ég mun rökstyðja þá skoðun mína með þessum skrifum.

Mín fyrsta gagnrýni á þennan pistil er að hann er tekinn að mestu frá Jill Ettinger, sem er blaðamaður á vefsíðunni Organic Authority.

https://www.organicauthority.com/health/need-a-lift-or-a-jolt-the-important-differences-between-natural-and-synthetic-caffeine-natural-caffeine-vs-synthetic-why-the-difference-is-important

Sá pistill vísar ekki í ritrýndar heimildir, ekki frekar en Ragga gerir, en þær heimildir sem Jill vísar í eru aðrar greinar sem hún hefur skrifað sjálf á sömu síðu. Maður veit því í raun ekki hvaðan margar þessar fullyrðingar eru að koma og hversu lögmætar þær eru. Við snöggt “gúggl” þá sér maður að mikið af þessum fullyrðingum eru teknar af vafasömum síðum sem eiga það mjög oft til að skella í æsifréttir og hræðsluáróður. Það var fyrsta viðvörunarbjallan sem hringdi í mínum kolli.

Förum yfir eina málsgrein í einu úr pistli Röggu

“En til að rugla okkur aðeins í skallanum þá er allt koffín ekki skapað eins. Náttúrulegt koffín kemur úr plönturíkinu eins og telaufum, guaranakjörnum og auðvitað kaffibaunum. Síðan er það kemískt gervikoffín framleitt í fabrikku.”

Í grunninn er þessi fullyrðing rétt hjá Röggu. Hún fellur samt í þá gildru að nota lýsinguna “kemískt gervikoffín.” Orðin “kemísk efni” eru oft notuð til að láta innihald hljóma óhugnalega og jafnvel hættulegt. Hvort koffein sé efnasmíðað segir ekkert til um gæði og hreinleika. Hvernig það er efnasmíðað og hvar skiptir meira máli.
Hreinasta form koffeins er neysla á plöuntuafurðinni sjálfri eins og á við þegar við hitum te og kaffi. En viðbætt koffein er alltaf unnið. Í grunnin eru tvær leiðir til að fá hrátt koffein til að nota í matvæli:

  1. Með því að taka plöntuafurðir eins og te, kaffibaunir, guarana, mate lauf, og svo framvegis, og “draga út” koffeinið með leysum eða fljótandi CO2. Þetta skilur eftir sig hrákoffein (e. crude caffeine) sem inniheldur koffein ásamt öðrum lífrænum olíum og efnum úr plöntunni (Peker et al., 1992) Með frekari vinnslu er koffeinið svo venjulega um 95% hreint. Þetta ferli er dýrara en efnasmíðaferlið og krefst ræktunar á plöntum. Þá vakna spurningar um hvort skordýraeitur sé notað á plönturnar, hvaða skordýraeitur, magnast það í styrk við einangrunina á koffeininu, og svo framvegis.
  2. Með því að framleiða koffein í verksmiðju, svipað og lyf eru framleidd. Upphafsefnin geta verið mismunandi, en algeng upphafsefni eru dímetýlurea, urea (þvagefni, karbamíð), uracil, uric sýru, theobromine, ásamt fleirum (Gonzáles-Calderón et al, 2015)(Zajac et al, 2003). Kostir þess að framleiða hreint koffein í duftformi er möguleiki skölunar. Í okkar heimi reyna fyrirtæki að auka afköst en á sama tíma lækka framleiðslukostnað. Þetta getur haft í för með sér verri endaafurð, en það fer alfarið eftir framleiðsluferli og aðstæðum verksmiðjunnar.
Mynd 1. Efnasmíði koffeins frá 1,3-dímetýlureu. (John, S., Baizer, M.M., (1954)

Þetta sýnir að hvorug upprunaaðferðin er “hrein” eða “náttúruleg.” Viðbætt náttúrulegt koffein getur verið mjög mikið unnið. En koffeinsameindin úr plöntunni og koffeinsameindin sem framleidd er í verksmiðju lítur nákvæmlega eins út, sjá mynd 2. Við finnum átta kolefni, tíu vetni, fjögur nitur og 2 súrefnisatóm í hverri sameind.

Mynd 2. Koffein sameindin, hvort sem hún kemur úr náttúrunni eða úr efnasmíði.

En hvernig virkar koffein? Koffein frásogast inn í líkamann í munninum en að mestu frásogast koffein í meltingarveginum. Koffein bindst sama viðtaka og adenósín og virkar þar af leiðandi sem samkeppnishindri. Aukin binding á adenósíni veldur þreytu (Committee on Military Nutrition Research Food and Nutrition Board, 2001). En þegar koffein er bundið viðtakanum getur adenósín ekki bundist honum og við finnum ekki fyrir sömu þreytueinkennum, sjá mynd 3. Þess vegna hefur kaffi þessi örvandi áhrif á okkur. Það er bygging koffeins sem veldur þessum bindieiginleika og er náttúrulegt koffein og efnasmíðað koffein með nákvæmlega sömu byggingu.

Í raun eini munnurinn sem er greinilegur á náttúrulegu koffeini og efnasmíðuðu koffeini er hlutfall samsæta eins og 13C/12C. Plöntur sem framleiða koffein mynda koffein með ólíkt hlutfall af 13C/12C heldur en efnasmíðaleiðin. Mögulega er hægt er að nota þennan mismun til að greina uppruna, og hafa rannsóknir sýnt fram á getu til að upprunagreina koffein í neysluvörum með 13C/12C hlutfalli, sjá mynd 4. Þar hópast saman efnasmíðað koffein og náttúrulegt koffein. (Zhang et al, 2012)

Mynd 4. Munur á hlutfalli 13C í efnasmíðuðu koffeini og koffeini úr C3 plöntum (Zhang et al., 2012)

Þessi aðferð getur þar af leiðandi gefið til kynna uppruna koffeinis og hvort að umbúðir neysluvara séu mögulega ranglega merktar eða ekki hvað varðar koffeinuppruna. Sömu rannsakendur könnuðu 38 vörur sem voru mertkar að þær innihéldu koffein frá náttúrulegum uppruna. Af þessum 38 voru 4 vörur mögulega rangt merktar. Fölsk markaðssetning brýtur á neytendum og á ekki rétt á sér. En hvort að heilsu neytenda sé stefnt í hættu með þessari blekkingu í þessu tilfelli er ólíklegt, að mínu mati. Það fer alfarið eftir gæðum og hreinleika efnasmíðaða koffeinsins. Vörur skulu samt vera rétt merktar.

Ég vil taka það fram að ég tek rannsókn Zhang og félaga samt sem áður með miklum fyrirvara því að mér finnst textinn hjá höfundum full brattur, eða allavega ekki nægilega vandaður. Þar kemur til dæmis fyrir eftirfarandi setning í innganginum þeirra:

“…the naturally caffeinated drinks are generally assumed to be healthier than energy drinks containing high levels of synthetic caffeine(1, 3-5) that can lead to adverse effects, such as anxiety and insomnia.(6, 7)”

Þeir vitna svo í tvær heimildir en ef þessar heimildir eru skoðaðar kemur ekkert fram um efnasmíðað vs náttúrulegt koffein heldur aðeins um almenn áhrif koffeins á líkamann. Því tel ég að lykilorðið í setningunni þeirra hafi átt að vera “high levels” en ekki “synthetic.” Hér er t.d. texti úr annari heimildinni sem þeir vísa í:

“The literature suggests that caffeine can produce anxiety or exacerbate anxiety in adults with preexisting anxiety disorders; however, the doses associated with these effects are large (1–2 g caffeine per day) and would likely be consumed only by a small segment of caffeine consumers.”

Ég sé einmitt mikið vitnað í texta Zhang hvað varðar kvíða og svefnleysi vegna efnasmíðaðs koffeins inni á vafasömum síðum, og því hefur þetta óvandaða orðaval Zhang og félaga sannarlega undið upp á sig. Því miður kemst svona texti í gegnum ritrýni af og til. Þetta er einmitt ástæðan fyrir því að birting heimilda skiptir svo miklu máli! Þá getur óháður lesandi farið í heimildina og séð hvort að sá sem ritar er að draga rangar ályktanir út frá heimildinni eða fara full frjálsum orðum, eins og í þessu tilfelli. En aftur að pistlinum hennar Röggu…

Fyrirtækið Monsanto þróaði gervikoffein eftir seinni heimsstyrjöldina úr efninu karbamíð og getur innihaldið hörð kemísk efni eins og carbondioxide og ethyl ester.“

Hér eru lykilorðin “Monsanto,” “gervikoffein,” “karbamíð,” “hörð kemísk efni,” “carbondioxide,” og “ethyl ester.” Þessum sprengjum er öllum slegið saman í eina setningu til að vekja óhug lesenda, því allir vita að Monsanto er vonda fyrirtækið sem framleiðir hið umdeilda glýfosat. Ég átta mig heldur ekki á því hvað “hörð kemísk efni” eru. Eru það hættuleg efni? lífrænir leysar? fastefni? Ég veit ekki.

Allavega er “carbondioxide” ekki hættulegt efni, nema þú sért inni í lokuðu rými sem er fullt af því, því þá kafnaru. Þetta er hið lífsnauðsynlega efni CO2. Við öndum CO2 frá okkur, svo skaðlaust er það. (Hins vegar er CO2 gróðurhúsalofttegund og það er allt önnur umræða). Þegar CO2 er notað sem leysir þá er það ein hreinasta einangrunaraðferð sem hægt er að nota. Sé annar leysir notaður, eins og díklórómetan (methylene chloride), þá er alltaf hætta á að smávægilegt magn (e. trace amounts) af leysinum verði eftir í afurðinni (Dwivedi, 2002).

CO2 undir réttum hitastigs- og þrýstingsaðstæðum hegðar sér sem súperkrítískur vökvi, þ.e. flæðir um fastefni eins og gas en leysir upp efni eins og vökvi. Helsti kosturinn við að nota CO2 er sá að CO2 er gas við stofuhita. Því er einfaldlega hægt að láta súperkrítískt CO2 flæða um plöntuhráefni sem inniheldur koffein. Koffeinið, ásamt öðrum lífrænum olíum og efnum leysist upp og er dregið úr plöntuleifunum. Því næst er CO2 einfaldlega látið gufa upp og eftir er duft sem hægt er að hreinsa betur. Með þessari aðferð er koffeinlaust kaffi framleitt.

Mynd 4. Hvernig súperkrítískt CO2 virkar sem leysir
Heimild: https://pdfs.semanticscholar.org/d576/548c6950adac3048d8990b7261c3e62ed6a6.pdf

„Gervikoffín frásogast hraðar í gegnum meltingarveginn en náttúrulegt koffín og fer því eins og eldur í sinu um æðarnar sem gírar orkuna lengst upp í rjáfur á núlleinni. En Adam er sannarlega ekki lengi urlandi ferskur í paradís því túrinn keyrist á formúluhraða aftur niður. “Krassbúmmbang” með tilheyrandi gjaldþroti og bugun í orku.“

„Náttúrulegt koffín hefur að auki andoxunaráhrif því þú færð allan regnbogann úr plöntunni sjálfri og vítamínin úr plöntunum sjálfum hjálpa við að koma jafnvægi á viðbrögð líkamans við koffíninu og hindra svefnleysi, hjartsláttatruflanir, kvíða og ógleði sem eru algengar aukaverkanir af gervikoffíni.“

Í fyrsta lagi, er ekki sjálfgefið að hrákoffein (crude caffeine) sem er einangrað úr plöntum innihaldi þau næringarefni og vítamín sem plantan inniheldur. Það fer alfarið eftir því hversu mikið unnið koffeinið er. NPR var með ágætis samantekt um vinnslu og sölu hrákoffeins.

https://www.npr.org/sections/thesalt/2016/02/26/467844829/inside-the-anonymous-world-of-caffeine

Í öðru lagi, þessi mismunandi áhrif náttúrulegs koffeins og efnasmíðaðs koffeins sem Naglinn lýsir eiga ekki uppruna sinn að rekja til koffeins. Ólík efni sem er að finna í orkudrykkjum eða te/kaffidrykkjum væru líklegri til að valda þessum mismunandi áhrifum, eins og mismunandi sykurinnihald. Margir orkudrykkir og gosdrykkir innihalda mikinn sykur. En hér er ekki vitnað í neina heimild svo ekki er hægt að staðfesta hvort þessi fullyrðing sé einu sinni rétt. Þetta gæti þess vegna verið huglægt mat Jill Ettinger.

Í þriðja lagi, þá sýna eftirfarandi tvær rannsóknir engan marktækan mun á frásogi og niðurbroti koffeins hvaðan sem það kemur, þvert á það sem Naglinn heldur fram. Fyrri rannsóknin eftir White Jr et al. (2016) bar saman upptöku koffeins eftir að sjálfboðaliðar drukku heitt kaffi, kalt kaffi eða orkudrykk. Einnig báru þeir saman hvort það skipti máli hvort að drykkurinn var drukkinn á 2 mínútum eða 20 mínútum. Mynd 5 hér að neðan sýnir að hámarksstyrkur í blóði og niðurbrot koffeins var nánast eins fyrir alla flokkana. Þeirra orð eru eftirfarandi:

“Taken together these findings run contrary to the belief/concern that “rapid” consumption of energy drinks might provide inordinately rapid and/or high concentrations of caffeine relative to more slowly consumed hot beverages such as coffee. In fact, trends in the data suggest that caffeine contained in hot coffee may be more rapidly absorbed and produce higher plasma concentration levels than the caffeine ingested at the same rate via cold coffee.“


Mynd 5. Styrkur koffeins í blóðplasma yfir tíma (White et al., 2016)

Seinni rannsóknin eftir Liguori et al. (1997) bar saman inntöku á kaffi, kóla og koffein í hylki. Koffeinið í hylkinu frásogast ekki í munni að hluta eins og kaffi og kóla heldur aðeins í smágirni. Því er gildið við 0.5 klst ekki eins hátt fyrir hylkin og drykkina. Svo jafnast dreifingin um líkamann eftir því sem tíminn líður og gildin verða líkari. En þetta sýnir að munurinn á kóladrykk með viðbættu koffeini og kaffi er ekki marktækur.

Mynd 6. Styrkur koffeins í munnvatni yfir tíma (Liguori et al., 1997)

Að lokum langar mig að benda á að það er hægt að taka fyrir flókin efni eins og koffein ef maður vandar sig og vitnar í ritrýndar heimildir til að styðja við fullyrðingar. Þessi orsakasambönd sem Naglinn notar í sínum pistil hafa lítið sem ekkert að gera með uppruna koffeins. Líkurnar á að einhver nenni að lesa þessa grein mína eru talsvert minni heldur en grein um æsispennandi hættulega kemíska koffeinið, því mín grein er talsvert fræðilegri. Hennar grein er nánast beinþýðing af enskum pistli inni á síðu sem ítrekað birtir gervi-vísindi. Það getur verið erfitt að framsetja raunveruleikann á spennandi og markaðsvænan hátt sem selur auglýsingar og smelli.

Að eitthvað sé framleitt þarf ekki að þýða að það sé slæmt. En það er vissulega hægt að setja spurningamerki við uppruna efnasmíðaðs koffeins. Því mikið af koffeini er framleitt í Kína og þar eru gæðastaðlar ekki endilega eins strangir og í flestum vestrænum ríkjum. Og fyrirtæki sem þegar ljúga um uppruna koffeins, þ.e. merkja vöruna sýna þannig að hún innihaldi náttúrulegt koffein, eru alveg eins líkleg að stytta sér aðrar leiðir og nota verri gæði af koffeini. Það má því alveg færa rök fyrir að upprunamerkja koffein, en sömu staðlar þurfa að gilda fyrir náttúrulegt koffein og efnasmíðað koffein. Því báðar vörurnar eru unnar og hreinsaðar. En upprunavottun kostar pening, rannsóknir og tíma og það skilar dýrari vöru fyrir neytendur sem er ekkert endilega heilbrigðari eða hollari.

Heimildir

  1. Peker, H. et al. (1992) Caffeine extraction rates from coffee beans with supercritical carbon dioxide. AlChE Journal. 38(3), 761-770.
  2. González-Calderón, D. et al. (2015) Synthesis of caffeine from theobromine: Bringing back an old experiment in a new setting. Educación Química. 26(1), 9-12.
  3. Zajac, M.A. et al., (2003) A novel method of caffeine synthesis from uracil. Synthetic communications. 33(19) 3291-3297.
  4. John, S., Baizer, M.M. (1954) Process for the formylation of a 5-nitrosouracil. US2785162A. Fengið af vefsíðu:
    https://patents.google.com/patent/US2785162
  5. Committee on Military Nutrition Research, Food and Nutrition Board (2001) Caffeine for the Sustainment of Mental Task Performance: Formulations for Military Operations. Washington, D.C., The National Academies.
  6. Zhang, L. et al. (2012) Caffeine in your drink: Natural or Syntehtic? Anal Chem 84, 2805-2810.
  7. Dwivedi, A.M. (2002) Residual solvent analysis in pharmaceuticals. Pharmaceutical Technology Europe. 14(12), fengið af vefsíðu:
    http://www.pharmtech.com/residual-solvent-analysis-pharmaceuticals-0?id=&pageID=1&sk=&date=.
  8. White et al. (2016) Pharmacokinetic analysis and comparison of caffeine administered rapidly or slowly in coffee chilled or hot versus chilled energy drink in healthy young adults. Clinical Toxicology, 54, 308-312.
  9. Liguori et al. (1997), Absorption and Subjective Effects of Caffeine from Coffee, Cola and Capsules. Pharmacology Biochemistry and Behaviour, 58, 721-726.

Advertisements