Napoje funkcjonalne / Functional drinks

Pełny temat badawczy: Napoje funkcjonalne o zróżnicowanej osmolalności

Promotor: dr hab. inż. Grzegorz Zaguła, prof. UR

Abstrakt: Napoje funkcjonalne to określona grupa płynów dla konkretnych potrzeb żywieniowych organizmu ludzkiego. Ich skład, działanie i skutki spożywania są odpowiednio dobierane do konkretnej grupy odbiorców, a one same wykazywać powinny korzystny wpływ na określone parametry fizykochemiczne organizmy ludzkiego, działanie narządów wewnętrznych, czy ogólną równowagę fizjologiczną. Do najważniejszych grup takich napojów należą: napoje energetyczne, napoje wzbogacane np. dodatkami ziół czy witamin, a także napoje izotoniczne, hipertoniczne oraz hipotoniczne.

W stosunku do tej ostatniej grupy szczególnie istotnym parametrem jest osmolalność, która jest swoistą miarą indeksu cząstek w roztworze wodnym. Odniesienie nominalne i związane z nim nazewnictwo napojów o potencjale osmolalnym bierze pod uwagę średnią osmolalność płynów ustrojowych ludzkiego ciała, która dla organizmu w optimum fizjologicznym powinna wynosić 300 mOsm/kg H2O (mOsm - mili osmoli). I tak osmolalność płynów hipotonicznych to wartość poniżej 270 mOsm/kg H2O; hipertonicznych powyżej 330 mOsm/kg H2O; natomiast grupę pomiędzy tymi wartościami stanowią płyny izotoniczne.

Utarło się, że napoje izotoniczne w głównej mierze są spożywane przez sportowców, ludzi poddanych intensywnemu wysiłkowi fizycznemu, ale również umysłowemu. Napoje izotoniczne zostały stworzone przez naukowców, którzy opracowali najlepszy system uzupełniania elektrolitów w oparciu o wiedzę i doświadczenia naukowe. Płyny bowiem wchłaniają się w różnym tempie. Niektóre wchłaniają się szybko (np. rozcieńczone soki, herbaty ziołowe, woda mineralna i źródlana), inne powoli (np. napoje energetyczne, gęste soki). Zarówno jedna, jak i druga grupa nie stanowi dobrego sposobu nawodnienia organizmu w czasie treningu. Potrzebny jest tu napój, który zapewni optymalny poziom wchłaniania się składników mineralnych. I taką funkcję spełniają napoje izotoniczne, bo ich skład jest zrównoważony, a wypicie takiego płynu nie zaburza równowagi wodno-elektrolitowej. Stężenie elektrolitów odpowiada stężeniu krwi, zatem ciśnienie osmotyczne jest na równym poziomie.

Źródłem osmolalności tych napojów są w głównej mierze węglowodany, a w dalszej kolejności składniki mineralne w tym dwa podstawowe elektrolity: K+ i Na+ stanowiące podstawę mechanizmu transportu przez błony i nawodniania komórek ludzkiego ciała. Bardzo często bywa tak, że producenci napojów izotonicznych ograniczają się do zastosowania bazy napoju izotonicznego w formie jałowej wody (pozbawionej jonów w celu standaryzacji matrycy napoju) i dodatków w formie cukrów, słodzików, barwników, regulatorów kwasowości i stabilizatorów. Do składników dzięki którym w roztworze pojawiają się składniki mineralne (głównie sód i potas) należą: sorbinian potasu, benzoesan sodu, acesulfam K czy cytryniany potasu. Są to więc związki należące do każdej z wyżej wymienionych grup funkcyjnych napojów.

Na uwagę zasługuje fakt, że bardzo rzadko w napojach takich pojawiają się istotne ilości bardzo cennych z punktu widzenia równowagi mineralnej organizmu jony jak: magnez czy wapń. W wyniku istotnego wysiłku fizycznego czy umysłowego, ewentualnie nie zbilansowanej diety, tracimy wraz z płynami ustrojowymi nie tylko dwa podstawowe elektrolity czyli sód i potas, ale również duże ilości wapnia i magnezu, a także mikroelementy chociażby mangan, żelazo, miedź czy chrom. Wydaje się więc rzeczą oczywistą aby napoje funkcjonalne wzbogacać w te właśnie składniki.

Tematyka rozprawy dotyczyć ma zagadnienia wpływu fortyfikacji dodatkami mineralnymi, bazowych form przyszłych napojów izotonicznych i budowie korelacji między ich stężeniami, a zmianami osmolalności tych matryc. Jak już było nadmienione najbardziej istotną zmianę w osmolalności matrycy wodnej powodować będą węglowodany, jednak wciąż niesprawdzoną hipotezą jest wpływ dawek w postaci dodatków mineralnych na kształtowanie się parametru indeksu cząstek w roztworze. Wydaje się wręcz oczywiste, że wpływ takich dodatków będzie rejestrowany jako zmiana parametru osmolalności. Głównym zadaniem rozprawy będzie więc udowodnienie hipotezy i zbudowanie algorytmu korelacyjnego między stężeniem dodatku mineralnego w roztworze wodnym, a potencjalną zmianą indeksu osmolalnego w interakcji w pozostałymi składnikami matrycy.

Wymagania dla kandydata: znajomość tematyki żywności funkcjonalnej, nawadniania organizmu, podstawy spektrometrii emisyjnej oraz analityki instrumentalnej.

Research Topic: Functional drinks with diverse osmolality

Supervisor: dr hab. inż. Grzegorz Zaguła, prof. UR

E-mail: [email protected]

Abstract: Functional drinks are a specific group of fluids for the specific nutritional needs of the human body. Their composition, action and effects of consumption are appropriately selected for a specific group of recipients, and they themselves should have a beneficial effect on certain physicochemical parameters of the human body, the functioning of internal organs, or the overall physiological balance. The most important groups of such drinks include: energy drinks, drinks enriched with, for example, herbal or vitamin additives, as well as isotonic, hypertonic and hypotonic drinks.

In relation to the latter group, an especially important parameter is osmolality, which is a specific measure of the index of particles in an aqueous solution. The nominal reference and the related nomenclature of beverages with osmolal potential takes into account the average osmolality of body fluids of the human body, which for the body at the physiological optimum should be 300 mOsm / kg H2O (mOsm - milli osmoles). Thus, the osmolality of hypotonic fluids is below 270 mOsm / kg H2O; hypertonic of more than 330 mOsm / kg H2O; while the group between these values are isotonic fluids.

It has been established that isotonic drinks are mainly consumed by athletes, people subjected to intense physical and mental effort. Isotonic drinks were created by scientists who developed the best electrolyte replenishment system based on knowledge and scientific experience. The fluids are absorbed at different rates. Some are absorbed quickly (e.g. diluted juices, herbal teas, mineral and spring water), others slowly (e.g. energy drinks, thick juices). Both groups are not a good way to hydrate the body during training. A drink is needed here that will ensure the optimal level of mineral absorption. This is the function of isotonic drinks, because their composition is balanced, and drinking such a liquid does not disturb the water and electrolyte balance. The concentration of electrolytes corresponds to that of the blood, so the osmotic pressure is equal.

The source of osmolality in these drinks are mainly carbohydrates, and then minerals, including two basic electrolytes: K + and Na +, which are the basis of the membrane transport and cell hydration mechanism of the human body. It is very often the case that producers of isotonic drinks limit themselves to the use of an isotonic drink base in the form of sterile water (without ions to standardize the matrix of the drink) and additives in the form of sugars, sweeteners, dyes, acidity regulators and stabilizers. The ingredients thanks to which minerals (mainly sodium and potassium) appear in the solution include: potassium sorbate, sodium benzoate, acesulfame K or potassium citrates. They are therefore compounds belonging to each of the aforementioned functional groups of beverages.

It is noteworthy that such drinks rarely contain significant amounts of ions that are very valuable from the point of view of the body's mineral balance, such as magnesium or calcium. As a result of significant physical or mental effort, or an unbalanced diet, we lose not only two basic electrolytes, i.e. sodium and potassium, along with body fluids, but also large amounts of calcium and magnesium, as well as micronutrients, for example manganese, iron, copper and chromium. So it seems obvious that functional drinks should be enriched with these ingredients.

The subject of the dissertation concerns the issues of the influence of fortification with mineral additives, the base forms of future isotonic drinks and the construction of correlation between their concentrations and changes in the osmolality of these matrices. As already mentioned, the most significant change in the osmolality of the water matrix will be caused by carbohydrates, but the still unproven hypothesis is the influence of the doses in the form of mineral additives on the shaping of the parameter of the index of particles in the solution. It seems even obvious that the effect of such additives will be registered as a change in the osmolality parameter. Therefore, the main task of the dissertation will be to prove the hypothesis and build a correlation algorithm between the concentration of the mineral additive in an aqueous solution and the potential change in the osmolal index in the interaction with other matrix components.

Requirements for the candidate: knowledge of functional food, body irrigation, the basics of emission spectrometry and instrumental analysis