XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Химический анализ популярных энергетических напитков

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Никифоров Г.Е. 1

---

1ГБОУ КШИ "Кубанский казачий кадетский корпус имени атамана М.П. Бабыча"

Кузнецова А.Г. 1

---

1ГБОУ КШИ "Кубанский казачий кадетский корпус имени атамана М.П. Бабыча"

Работа в формате PDF

513.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

1. Введение

Энергетические напитки, пользующиеся популярностью среди молодежи, вызывают немало споров. В некоторых странах они приравниваются к лекарственным препаратам и купить их возможно только в аптеках. Чтобы разобраться в вопросе их вреда или пользы, нужно узнать, из чего они состоят на практике и соответствует ли это тому, что указано на упаковке.

Вещества, входящие в состав энергетиков, известны уже очень давно.  С древнейших времён люди использовали природные стимуляторы. На Ближнем Востоке это был кофе, в Юго-Восточной Азии – чай, в Индии пили и чай, и кофе, в Южной Америке – популярностью пользовался мате - напиток из высушенных и измельчённых листьев дерева падуба парагвайского, в Африке – орехи кола. До сих пор на Дальнем Востоке, в Сибири и Монголии пользуются популярностью такие стимулирующие растения, как лимонник китайский, элеутерококк, женьшень, аралия. Использовались и сильные стимуляторы – например, хвойник (эфедра) - в Азии, и листья коки – в странах Южной Америки.

Первые напитки, стимулирующие центральную нервную систему, поступили в продажу в Японии в начале 1960 годов. Они продавались в бутылках из темного стекла, похожих на те, в которых продают лекарства, или же в алюминиевых банках, стилизованных под такие бутылки.

Еще в 1929 году в Великобритании напитки, обладающие данными свойствами, предположительно ускорявшие выздоровление, давали пациентам в больницах.

В 1982 году австриец Дитрих Матешиц, будучи в Гонконге, попробовал местный тонизирующий напиток. Уже тогда у него возникла идея основания первого в Европе предприятия по промышленному производству энергетических напитков, и в 1984 году он воплотил эту идею в жизнь.  Продукт оказался настолько успешным, что вскоре на рынке появились десятки напитков с подобными свойствами. Гиганты «питьевой» промышленности «Кока–кола» и «Пепси–кола» тоже не остались в стороне. В настоящее время продажа энергетиков осуществляется более чем в 160 странах мира.

Что же означает термин «энергетические напитки»? Энергетические напитки («энергетики», «энерготоники») – безалкогольные или слабоалкогольные напитки, в рекламной кампании которых делается акцент на их способность стимулировать центральную нервную систему человека и/или антиседативный эффект.

С помощью своей работы я хочу изучить химический состав популярных энергетических напитков и сравнить его с тем составом, что указан на упаковке, а так же выяснить, какой вред и какую пользу они могут принести организму.

Цель исследования: изучение химического состава энергетических напитков, сравнение полученной информации с данными, указанными на первичной упаковке энергетических напитков, анализ влияния компонентов энергетиков на организм человека.

Задачи исследования:

1. Изучить нормативную документацию, устанавливающую требования к энергетическим напиткам, информацию о составе энергетических напитков, влиянии компонентов энергетиков на организм человека;

2. Выбрать для анализа популярные энергетические напитки, провести анкетирование среди совершеннолетних кадет Кубанского казачьего кадетского корпуса для выявления популярных энергетиков среди молодёжи;

3. Провести сравнительный анализ выбранных энергетических напитков, опираясь на данные, полученные из первичных упаковок – банок или бутылок;

4. Провести органолептический и качественный химический анализ выбранных энергетиков с целью подтверждения или опровержения состава, указанного на первичной упаковке;

5. Сформулировать выводы по проведенной работе.

Объекты исследования:

Согласно данным, полученным на сайте https://tehcovet.ru/, а также проанализировав наличие энергетических напитков в масс-маркетах Краснодарского края, я выделил 8 наиболее популярных энергетических напитков, которые буду подвергать последующему анализу (образцы 1-8, где образец №1 – самый популярный) [1]

Согласно опросу, проведенному среди совершеннолетних кадет Кубанского казачьего кадетского корпуса, список популярных энергетиков выглядит следующим образом (диаграмма 1):

Диаграмма 1. Данные опроса среди кадет ГБОУ КШИ КККК

В опросе приняло участие 30 человек. Данные опроса и данные сайта не совпали.

Предмет исследования: химические вещества, содержащиеся в энергетических напитках.

2. Теоретическая часть

2.1 Нормативные документы, устанавливающие требования к энергетическим напиткам.

Техническим регламентом Таможенного Союза «О безопасности пищевой продукции» установлены требования к энергетическим напиткам. В данном нормативном акте сказано, что тонизирующими напитками считаются безалкогольные и слабоалкогольные напитки, содержащие тонизирующие вещества, в том числе растительного происхождения, в количестве, достаточном для обеспечения тонизирующего эффекта на организм человека. Исключением являются чай, кофе и напитки на их основе. При этом компонентами, входящими в состав таких напитков могут быть: кофеин не более 400 мг/дм3, гуарана, а также некоторые лекарственные растения (женьшень, элеутерококк).

В настоящее время нет ни одного нормативного документа, ограничивающего продажу так называемых безалкогольных «тонизирующих» напитков. Ранее не раз в Государственную Думу вносились на рассмотрение законопроекты, предусматривающие запрет продажи такой продукции детям. Но ни один из проектов так и не был принят на федеральном уровне.

Законодательными органами регионов могут быть приняты ограничения экономического оборота алкогольных и иных напитков. Так, субъектами России могут быть установлены свои правила продажи и запреты энергетической продукции.

Практически одновременно с изменениями, запрещающими продажу слабоалкогольных напитков-энергетиков, в ряде регионов были приняты законы, устанавливающие запрет реализации несовершеннолетним тонизирующих напитков, не содержащих алкоголь, но в состав которых входит кофеин в количестве выше 0,151/куб.см.

Кроме этого, в большинстве этих нормативных актов реализация взрослым запрещена в определенных местах. [2]

Согласно статье 6 Закона Краснодарского края "Об установлении ограничений в сфере розничной продажи алкогольной продукции и безалкогольных тонизирующих напитков" от 04.06.2012 N 2497-КЗ,

не допускается розничная продажа безалкогольных тонизирующих напитков:

1) несовершеннолетним;

2) в детских, образовательных и медицинских организациях;

3) в физкультурно-оздоровительных и спортивных сооружениях;

4) в местах проведения культурно-массовых мероприятий с участием подростков и молодежи. [3]

Необходимо отметить, что энергетические напитки запрещены в таких странах, как Дания, Турция, Норвегия, Исландия, в некоторых штатах США. В большинстве других стран законодательно введены ограничения продаж безалкогольных и слабоалкогольных энергетиков лицам, не достигшим 18-летнего возраста.

2.2 Анализ состава выбранных для исследования энергетических напитков по первичной упаковке и определение функций веществ, входящих в их состав :

Проведя анализ первичной упаковки энергетических напитков, я составил таблицу с указанием наличия или отсутствия в них определенных компонентов.

Таблица 1. Состав энергетических напитков, указанный на первичной упаковке

Определение функций, пользы и вреда основных веществ, входящих в состав энергетических напитков:

Таурин - сульфокислота, образующаяся в организме из аминокислоты цистеина. Таурин часто называют серосодержащей аминокислотой, при этом в молекуле отсутствует карбоксильная группа. В небольших количествах присутствует в тканях и жёлчи животных и человека. [4]

Главная функция таурина - оказание антиоксидантного эффекта. Это защищает клетки от негативного влияния свободных радикалов, тормозит окислительные процессы и ускоряет процесс регенерации на клеточном уровне. [5]

Вред таурина для здоровья, даже в случае передозировки, получить практически невозможно. Но медики и тренеры предупреждают и о том, что усиления полезных эффектов от слишком высоких доз тоже не произойдет. Так что передозировка таурина грозит лишь побочными эффектами: головной болью, общим недомоганием, тревожностью — которые самостоятельно пройдут в течение 12–24 часов. [6]

Кофеин- алкалоид пуринового ряда, бесцветные или белые горькие кристаллы. Является психостимулятором, содержится в кофе, чае, мате, входит в состав энергетиков и многих прохладительных напитков. Выпускается также в виде таблеток. [7]

Главная функция кофеина - ослабляет действие снотворных и опиатов и усиливает действие психостимуляторов, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга, возбуждает дыхательный и сосудодвигательный центры.

Вред кофеина для здоровья: в больших количествах кофеинможет вызвать возбуждение, тревогу, тремор, учащенное сердцебиение, повышение давления. Существует мнение, что регулярное употребление кофе препятствует усвоению и вымывает из организма кальций, магний, калий. [8]

Женьшень и гуарана – естественные экстракты, которые очищают печень и способствуют выведению молочной кислоты из клеток. Эти составляющие оказывают бодрящее действие подобно кофеину. В небольших количествах полезны, однако в составе энергетика при условии его регулярного употребления могут вызывать бессонницу и раздражительность.

Витамины группы В- стабилизируют нервную систему.  Эти ингредиенты часто присутствуют в напитках в количествах, многократно превышающих дневную норму. Как бы то ни было, вреда в составе энергетиков они тоже не принесут: излишки выводятся из организма.

L-карнитин - вещество, которое окисляет избыточный жир в клетках. Некоторые исследования показывают, что это вещество работает как мягкий жиросжигатель и вместе с физическими упражнениями помогает быстрее сбросить вес и увеличить объем мышц. Поэтому L-карнитин часто принимают спортсмены, он входит в состав спортивного питания. L-карнитин считается безопасной и нетоксичной добавкой, однако согласно ряду исследований он может повышать риск развития атеросклероза. [9]

Сахар - компонент энергетика, играющий роль стимулятора. Когда человек получает большую дозу простых углеводов, он испытывает прилив бодрости. В случае с энергетиками этот эффект дополняет и усиливает стимулирующее действие кофеина. Как и другие сладкие газированные напитки, энергетики не рекомендуются людям с диабетом и болезнями желудка [10]

Ароматизаторы - вещества, которые используют для придания продуктам или изделиям определённых запахов, создания или улучшения аромата. Вред для организма человека может заключаться в том, что некоторые виды ароматизаторов могут вызвать аллергию.

Карамель,сахарный колер – пищевые красители.Возможный вред от них такой же, как и от обычного сахара – могут провоцировать аллергические реакции и противопоказаны для диабетиков. Людям с лишним весом и проблемами в работе желудочно-кишечного тракта их употребление продуктов с ними в составе лучше ограничить.

Ортофосфат калия – стабилизатор и регулятор кислотности. Соотношение кальция и фосфора в организме составляет где-то 2 к 1. Они взаимосвязаны друг с другом и находятся оба в большом количестве в костях и зубах. Давно известно разрушительное воздействие на зубную эмаль ортофосфорной кислоты. Ее же калийные соли, наоборот, предотвращают развитие кариеса и способствуют укреплению костей. Однако нарушение баланса кальция и фтора, при увеличении первого, часто является причиной остеопороза. Ученые университета штата Иллинойс в Америке связывают сильную хрупкость костей у детей и подростков с употреблением ими повышенных доз пепси-колы или других сладких газированных напитков. А в этих продуктах содержание фосфатов значительно велико. Также злоупотребление данной пищевой добавкой и отклонение ее норм в большую сторону приводит к образованию атеросклеротических бляшек, за счет повышения уровня холестерина в крови. Это, в свою очередь, является причиной возникновения почечной недостаточности и инфарктов.[11]

2.3 Влияние энергетических напитков на организм человека

Совокупность всех веществ, находящихся в энергетических напитках, оказывает отрицательное влияние на отдельные органы и системы нашего организма, а также происходят необратимые изменения на уровне центральной нервной системы.

Влияние энергетиков на организм человека изучено. Первый эффект - это бодрость, которая сохраняется несколько часов, но последствиями может стать резкое ухудшение. Это бессонница, подавленность, мигрень, потеря ориентации. Газированный энергетический напиток, провоцирует кариес, увеличивает уровень сахара к крови, понижает защитные силы иммунной системы организма.

Вред энергетических напитков заключается в следующем:

1. Частое их употребление повышает артериальное давление.

2. Сам напиток не дает бодрящей энергии организму, он работает за счет личных запасов, которые организм берет сам у себя же.

3. Последствия приема энергетиков - раздражительность, расстройство сна, депрессия.

4. Кофеин способен вызывать привыкание.

5. Повышенное содержание витамина В в энергетиках увеличивает сердечный ритм и провоцирует дрожь конечностей.

6. Высокая калорийность.

Если без энергетических напитков человек обходиться не может, то стоит позаботиться о мерах предосторожности. Употреблять разрешается не более 2 баночек в день, но лучше совсем от них отказаться. Никогда нельзя смешивать энергетики с алкоголем. Это усилит отравляющий эффект спиртных напитков на организм. Нельзя употреблять энергетики после физических занятий, чтобы не давить на сердце, которое уже и так работает на высоких частотах. Чем больше энергетиков было употреблено, тем больше времени нужно для восполнения резервов организма.

Употребляя энергетические напитки, человек должен отдавать себе отчёт в том, что таурин, содержащийся в них, в несколько десятков, а то и сотен раз, превышает суточную норму, с которой здоровый организм способен справиться. Энергетик содержит огромное количество других вредных компонентов, которые вкупе с таурином способны привести к передозировке, и стать причиной: болей в животе, резких скачков температуры тела, приступов гастрита, аритмии, нарушений работы сердечно-сосудистой системы, обострения язвенной болезни, частых мочеиспусканий и проблем с мочеполовой системой как таковой, рвоты, диареи, спутанного сознания, обморочных состояний. [12]

3. Практическая часть

3.1 Органолептический анализ энергетических напитков

Результаты проведенного органолептического анализа представлены в таблице 2. Максимальный балл в каждом показателе – 10. Данные усредненные, в анализе принимало участие 30 совершеннолетних кадет Кубанского казачьего кадетского корпуса.

Таблица 2. Органолептическая оценка качества энергетических напитков

По результатам органолептической оценки наибольшее предпочтение отдается образцу № 6, он разительно отличается от других как цветом, так и вкусом. На втором месте образец № 8, из отрицательных его сторон – неприятное послевкусие. Аутсайдером является образец № 2, имеющий специфический химический привкус.

3.2 Химический анализ состава энергетических напитков

Оборудование: датчик рН (Releon Point), химические стаканы с дистиллированной водой, колбы, штатив с пробирками, спиртовка, держатель для пробирок, прибор для собирания газов, химические стаканы, фильтровальная бумага, стеклянные воронки, стеклянные палочки.

Реактивы: гидроксид натрия, сульфат меди (раствор), хлорид железа (III), азотная кислота, активированный уголь.

1. Анализ состава исследуемых напитков.

Анализ состава исследуемых напитков проводился методом изучения информации о составе на банках (таблица 1).

2 . Определение рН - среды напитка

Для определения реакции среды раствора напитка использовался датчик рН (Releon Point). Для проведения работы необходимо было откалибровать датчик следующим образом: в два стакана объемом 250 мл добавили два калибровочных порошка с pH 4,01 и 6,86 соответственно, добавили 250 мл воды и тщательно перемешали. Подключили электрод к персональному компьютеру, запустили программу Releon Lite. В меню общих настроек перешли в режим «Калибровка» и нажали напротив датчика pH кнопку «Калибровать». Далее в появившемся окне ввели пароль «5102». В открывшемся в меню «Количество этапов» выбрали 2. Данный пункт означал, что калибровку мы проводим по двум точкам. Далее я поместил электрод pH в раствор со значением pH 4,01. Дождался установления стабильных показаний в окне «Текущее показание» и в поле «Введите число» указал 4,01, потом нажал кнопку «Применить» и следом «Далее». Аналогичную процедуру проделал с раствором, pH которого составляет 6,86. Далее измерял pH каждого образца и между измерениями промывал датчик дистиллированной водой.

3. Определение наличия глюкозы

Проводил реакцию с раствором гидроксида натрия и раствором сульфата меди (II). Полученную смесь нагревают в пламени спиртовки. На наличие глюкозы указывает появление красно-бурого осадка оксида меди (I).

4. Определение таурина

Реакцию проводил с раствором гидроксида натрия и раствором медного купороса. При наличии таурина появляется устойчивое сине-фиолетовое окрашивание.

5. Определение наличия угольной кислоты

5 мл исследуемого напитка наливал в пробирку и нагревал в пламени спиртовки, выделившийся газообразный продукт по газоотводной трубке пропускал через известковую воду – она мутнеет, что является свидетельством наличия угольной кислоты в исследуемых напитках.

6. Качественная реакция на витамин В₆

К 1 мл исследуемого раствора приливал равное количество 1 %-ного раствора FeCl₃, перемешивал. Образовывалась комплексная соль типа фенолята железа красного цвета при наличии витамина.

7. Определение красителей

Для эксперимента необходимо было измельчить 5 таблеток активированного угля. В пробирку наливал 20 мл энергетического напитка, добавлял к энергетическому напитку активированный уголь, полученную смесь нагревал и после охлаждения раствор фильтровал. Активированный уголь поглощал красители, входящие в состав энергетических напитков, и раствор становился прозрачным.

3.3Результаты исследования химического состава энергетических напитков.

Результаты качественного анализа приведены в таблице 3:

Таблица 3. Результаты качественного анализа

Анализ состава исследуемых напитков на первичной упаковке был напечатан мелким шрифтом, это значительно затрудняло чтение. Это указывает, что не каждый потребитель будет изучать состав напитка перед его употреблением, многие ограничатся «громкими» заявлениями рекламы энергетических напитков. Напитки содержат сходный набор компонентов, наибольшей калорийностью из всех представленных обладают следующие образцы: 5, 6, 8 . Все напитки содержат консерванты, способствующие сохранности продукта, красители и ароматизаторы, которые придают напиткам нужную окраску и аромат, но могут оказывать отрицательное влияние на организм человека.

Во всех исследуемых образцах энергетических напитков достаточно высокий уровень кислотности, что может привести к нарушению работы пищеварительной системы. В каждом исследуемом напитке присутствует угольная кислота, которая разлагается с выделением СО₂, присутствие которого доказали помутнением Са(ОН)₂.

В состав всех энергетических напитков входит витамин «В6». Но данные исследований показали, что витамин В6 в напитках не выявлен.

Все энергетические напитки содержат красители, которые могут изменять окраску зубов.

Содержание глюкозы выявлено во всех образцах, кроме номера 6. Содержание таурина выявлено во всех образцах. Самая интенсивная окраска, и, как следствие, наибольшее количество таурина в образце 3.

4. Заключение.

1. В качестве компонента оказывающего тонизирующий эффект используется кофеин и витамины.

2. Входящий в состав таурин синтезируется организмом человека в достаточном количестве, поэтому добавление его в энергетические напитки считается нецелесообразным.

3. На упаковках энергетических напитков внесена информация о тонизирующем эффекте и влиянии на умственные способности, которая может ввести в заблуждение потребителя. Информация же о составе энергетических напитков напечатана очень мелким шрифтом.

4. По итогам опроса среди кадет лидером стали 5, 8, 7, но ни один из вышеперечисленных не в ходит в топ-3 популярных энергетиков по мнению сайта.

5.По данным исследования наибольшей кислотностью обладает образец 6, а наименьшей - образец 7.

6. По данным органолептического контроля лидером является образец 6.

5. Список использованных источников и литературы

1. https://tehcovet.ru/reitingi/produkty/luchshiy-energetik.html

2. http://juresovet.ru/zapret-prodazhi-energetikov-nesovershennoletnim/

3. Закон Краснодарского края "Об установлении ограничений в сфере розничной продажи алкогольной продукции и безалкогольных тонизирующих напитков" от 04.06.2012 N 2497-КЗ

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Таурин

5. https://nutrix.com.ua/ru/blog/health/taurine

6. https://belok.ua/blog/taurin-polza-i-vred/

7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Кофеин

8. https://theblueprint.ru/beauty/wellness/coffee-pros-and-cons

9. https://jissn.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12970-020-00377-2

10. https://style.rbc.ru/health/612b7c9c9a794722f96cd8cb

11. https://foodandhealth.ru/dobavki/fosfaty-kaliya-e340/

12. http://42.rospotrebnadzor.ru/content/777/99238/