Potencjał erozyjny napojów funkcjonalnych

Konsumpcja napojów bezalkoholowych stale rośnie, choć nie brakuje opinii, że nie jest to pozytywne zjawisko, gdyż może ono wywoływać wiele problemów zdrowotnych. Wcześniejsze badania naukowe sugerowały, że konsumpcja napojów słodzonych prowadzi do wzrostu liczby kalorii w diecie, a to prowadzi do problemu otyłości. Ostatnio udokumentowano również, że częste spożywanie kwaśnych napojów wiąże się z nadmierną erozją zębów. Głównym środkiem zapobiegawczym jest w tym przypadku zmniejszenie lub wręcz wyeliminowanie spożycia kwaśnych napojów. Jednak powodzenie takiej drastycznej strategii jest trudne. Dlatego praktycznym sposobem na zminimalizowanie potencjału erozyjnego popularnych kwaśnych napojów bezalkoholowych może być ich recepturowa modyfikacja.

dr hab. inż. Dorota Kręgiel

Politechnika Łódzka

Procesy erozyjne

Chemiczne rozpuszczanie twardych tkanek zęba wywołane obecnością kwasów, bez udziału mikroorganizmów, zostało zdefiniowane i powszechnie przyjęte jako erozja dentystyczna lub korozja zębów. Za erozję odpowiedzialne są kwasy, które uważane są za główny czynnik etiologiczny procesu. Zmiany erozyjne prowadzą do ekspozycji zębiny, powodując jej nadwrażliwość, a w skrajnych przypadkach dochodzi nawet do ekspozycji miazgi zębowej. Potencjał erozyjny jest miarą szkodliwego wpływu substancji kwasowych na zmineralizowane tkanki zęba. Warto podkreślić, że nie tylko zależy on od składu chemicznego i właściwości fizycznych produktu, ale także od naturalnego środowiska jamy ustnej (czynniki biologiczne) oraz indywidualnych nawyków konsumpcyjnych (czynniki behawioralne).

Obecnie podejmowane są wysiłki w celu zmniejszenia ilości substancji chemicznych uszkadzających zęby, poprzez opracowanie nowych środków przeciwerozyjnych. Środki zapobiegawcze mogą również obejmować ograniczenie lub wyeliminowanie kwaśnych napojów z diety. Jednak sukces takich strategii jest trudny do osiągnięcia, ponieważ w dużej mierze zależy to od odpowiedzialnego przestrzegania zaleceń stomatologicznych. Dlatego praktycznym sposobem zmniejszenia szkodliwego wpływu popularnych kwaśnych napojów może być modyfikacja ich składu chemicznego.

Wśród parametrów chemicznych, silnie skorelowanych z szybkością erozji, jest stopień nasycenia napoju w odniesieniu do minerałów dentystycz

nych (hydroksyapatyt, fluoroapatyt). Stężenie wapnia, fosforanu, fluoru oraz pH roztworu uważa się za podstawową termodynamiczną siłę napędową wszystkich procesów erozyjnych. Jednak dwa źródła kwasowe, nawet przy podobnym stopniu nasycenia, mogą bardzo różnicować potencjał erozyjny napoju. Dotyczy to m.in. stosunku molowego Ca:P, rodzaju kwasu, oraz rodzaju chelatorów wapnia. Te parametry należy zawsze brać pod uwagę przy tworzeniu formulacji napojów o zmniejszonym potencjale erozyjnym.

Modyfikacja kwasem?

Kwa sy organiczne to je den z podstawowych składników wielu napojów bezalkoholowych. W napojach owocowych dominują kwas cytrynowy

[E330] i kwas jabłkowy [E296]. Soki handlowe zawierają około 0,3% kwasu cytrynowego, w świeżych sokach pomarańczowych i jabłkowych występuje on w stężeniu 1%, a jego stężenie w soku z cytryny może sięgać nawet jest ściśle związana z procesami psucia. Napoje bezalkoholowe typu cola zawierają głównie kwas fosforowy [E338], czasem kwas askorbinowy [E300], kwas mlekowy [E270] lub, w przypadku napojów gazowanych,

Obecnie podejmowane są wysiłki w celu zmniejszenia ilości substancji chemicznych uszkadzających zęby

6%. Profil kwasowy soków zależy od odmiany owoców, klimatu oraz miejsca ich produkcji, a także czasu i warunków ich przechowywania. Obecność innych kwasów organicznych, np. kwasu fumarowego i mlekowego kwas węglowy tworzący się z dwutlenku węgla [E290] w roztworach kwaśnych. Niektóre napoje bezalkoholowe, np. Sprite, zawierają głównie kwas cytrynowy, natomiast kwas winowy [E334] dominuje w produktach winiarskich,

a w mniejszych ilościach występuje tam również kwas jabłkowy, kwas cytrynowy i kwas bursztynowy [E363]. Obecność kwasów w napojach bezalkoholowych daje produktom odświeżający smak, a także ich stabilność mikrobiologiczną i chemiczną w czasie przechowywania. Dlatego całkowite wyeliminowanie kwasów jest niemożliwe i niepraktyczne.

Rozpuszczanie tkanki zęba może być spowodowana zarówno przez jony H + (H 3 O + ) jak i aniony zdolne do wiązania lub kompleksowania jonów wapnia. Dwa najczęściej występujące kwasy: cytrynowy i fosforowy, jako kwasy trójprotonowe, dysocjują w trzech etapach, co oznacza w praktyce obecność jonów wodoru, anionów kwasowych i niezdysocjowanych kwasów. Z teoretycznego stosunkowo wyższym pH (3,9–6,0). Mniejsza erozyjność kwasu fosforowego jest spowodowana dysocjacją tego kwasu i powstawaniem jonów fosforanowych, które mogą nieznacznie zmniejszać procesy rozpuszczania hydroksyapatytu. Sugeruje się, że w niektórych napojach kwas cytrynowy lub fosforowy można zastąpić kwasem jabłkowym o znacznie mniejszej zdolności erozyjnej.

Ostatnio udokumentowano również, że częste spożywanie kwaśnych napojów wiąże się z nadmierną erozją zębów

punktu widzenia oba kwasy są bardzo erozyjne, ponieważ całkowita dysocjacja jednej cząsteczki powoduje utworzenie aż trzech jonów wodoru. Większość badań in vitro wykazała, że kwas cytrynowy jest bardziej erozyjny niż kwas fosforowy, chociaż wyniki badań bywają też odmienne. Większy potencjał erozyjny kwasu cytrynowego może być wytłumaczony zwiększoną zdolnością kompleksowania wapnia ze względu na orientację przestrzenną cząsteczki i obecność trzech grup karboksylowych. Tworzenie silnych wiązań z wapniem może nawet prowadzić do usuwania wapnia z krystalicznej struktury hydroksyapatytu. Należy jednak podkreślić, że chelatowanie jonów wapnia występuje głównie przy z napojami niezmodyfikowanymi, których pH osiąga wartość 3,0 - 4,2. Jednak takie modyfikacje nie są korzystne z przyczyn technologicznych (krótszy okres trwałości) i sensorycznych (utrata charakterystycznego ostrego, orzeźwiającego smaku). Tu warto zaznaczyć, że zwiększenie poziomu pH produktu nawet do wartości 7,0 nie czyni napoju całkowicie bezpiecznym dla zębów, gdyż niektóre aniony kwasowe (cytrynian> mleczan> fosforan) nadal utrzymują zdolność do wiązania wapnia.

Modyfikacja napojów poprzez zwiększenie wartości pH (> 3.8) może spowodować znaczne zmniejszenie potencjału erozyjnego. Funkcjonalne napoje dla sportowców, zmodyfikowane poprzez zwiększenie poziomu pH w zakresie od 5,5 do 5,6 wykazują znacznie słabszy wpływ na rozpuszczanie hydroksyapatytu w porównaniu

Modyfikacja sacharydami i wapniem

W napojach bezalkoholowych występuje znaczna zawartość sacharydów (glukozy, sacharozy, fruktozy, maltodekstryny). Zastąpienie sacharydów maltodekstryną powoduje, że napój charakteryzuje się niskim poziomem glukozy, zmniejszoną kwasowością, a tym samym zredukowanym potencjałem próchnicowym. Sama sacharoza obecna w soku grejpfrutowym nie wpływa na erozję, ale może zwiększyć procesy próchnicy. Sztuczny słodzik - aspartam [E951], zawarty w wielu napojach o zmniejszonej kaloryczności, może przyczynić się do nieco niższej erozyjności napoju Coca-Cola Light w porównaniu do tradycyjnej Coca- -Coli. W jamie ustnej, w środowisku śliny, hydroliza aspartamu prowadzi bowiem do tworzenia fenyloalaniny, która prawdopodobnie działa jak układ buforowy.

Procesy erozyjne można ograniczyć poprzez obniżenie kwasowości dodatkiem wapnia. Zgodnie z prawem chemii, szybkość rozpuszczania hydroksyapatytu można spowolnić, jeśli roztwór zawiera produkty reakcji rozpuszczania: jony wapnia i jony fosforanowe. Zjawisko to zostało potwierdzone w kwaśnych produktach mlecznych (jogurt, kefir, pH ~ 4,0) z ich naturalnie wysokim poziomem wapnia i fosforanów, który nie wywołuje procesów erozyjnych. Jednak sztuczna modyfikacja składu napoju funkcjonalnego poprzez dodatek jonów wapnia może spowodować nieprzyjemne doznania smakowe oraz może być niemożliwa do zastosowania w procesie technologicznym (tworzenie kamienia, trudności w prowadzeniu skutecznych procesów higienizacyjnych). Oczywiście, dodatek wapnia może odgrywać ważną rolę w zapobieganiu osteoporozie, ale konsumpcja napojów o zwiększonej zawartości wapnia wiąże się z ryzykiem przekroczenia maksymalnego poziomu spożycia tego pierwiastka (2,5 g dziennie), w wyniku czego mogą wystąpić u konsumentów działania niepożądane (nudności, wymioty, zaparcia, obniżenie

wchłaniania jelitowego innych minerałów: cynku, magnezu lub fosforanów i zwiększone ryzyko kamieni nerkowych). Zatem, biorąc pod uwagę bezpieczeństwo zdrowia konsumentów, najlepiej jest ustalić optymalne działanie przeciwerozyjne i dopuszczalny poziom wapnia dla danego napoju. Wybierając modyfikację należy wziąć pod uwagę rozpuszczalność związku wapnia, gdyż działanie przeciwerozyjne zależy od stopnia dysocjacji związku. Np. fosforan triwapniowy w stężeniu 2% dodany do soku z grejpfruta prawie całkowicie zmniejszył jego właściwości erozyjne w odniesieniu do szkliwa i zębiny, jednak zmodyfikowany napój charakteryzował się nieakceptowalnym, metalicznym smakiem. Ze względu na to ograniczenie, zastosowano kompleks fosfopeptydu kazeiny oraz amorficznego fosforanu wapnia, zwany w skrócie CPP-ACP. W badaniach in vitro wykazano, że CPP-ACP zmniejsza właściwości erozyjne kwaśnych napojów równie skutecznie bez zmiany ich walorów sensorycznych. Udowodniono, także w warunkach in vitro, że można skutecznie zmniejszyć efekt erozyjny soku pomarańczowego, dodając dostępne w handlu preparaty wapnia w postaci tabletek musujących. Rozpuszczenie jednej takiej tabletki (500 mg wapnia jako węglanu wapnia) w 200 ml soku daje takie stężenie wapnia, które hamuje wypłukiwanie tego pierwiastka z materiału zębów.

Potencjał erozyjny większości kwaśnych napojów bezalkoholowych może być zredukowany przez modyfikację ich składu. Obecnie najlepiej udokumentowana badaniami naukowymi jest strategia polegająca na suplementacji wapnia. Należy jednak zauważyć, że produkty modyfikowane mogą charakteryzować się niższymi walorami sensorycznymi, zmniejszoną dostępnością innych składników odżywczych, skróceniem czasu ich przechowywania lub wytrącaniem z nich modyfikatora. Biorąc pod uwagę bezpieczeństwo zdrowia konsumentów, konieczne jest ustalenie maksymalnych ilości substancji modyfikujących na podstawie ich dopuszczalnych poziomów, naukową ocenę ryzyka oraz różne stopnie wrażliwości poszczególnych grup konsumentów.

Literatura 1. Brown C.J., Smith G., Shaw L., Parry J., Smith A.J. The erosive potential of flavoured sparkling water drinks. International

Journal of Paediatric Dentistry, 2007, 17(2), 86-91. 2. Stefański T., Postek-Stefańska L. Possible ways of reducing dental erosive potential of acidic beverages. Australian Dental Journal, 2014, 59(3), 280-288.