Repositorio Institucional de Documentos

Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguán http://zaguan.unizar.es Proyecto Fin de Carrera Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas Autor Ainhoa Sancho Cubero Director Carlos Enrique Rubio Navarro Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2013 Repositorio de la Universidad de Zar ag oza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es PROYECTO FIN DE CARRERA ESTUDIO COMPARATIVO DEL CONTENIDO DE CAFEÍNA EN DIFERENTES BEBIDAS AINHOA SANCHO CUBERO DIRECTOR: CARLOS E. RUBIO NAVARRO ESPECIALIDAD: QUÍMICA INDUSTRIAL CONVOCATORIA: MARZO DE 2013 RESUMEN Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas RESUMEN II En el presente proyecto se realiza un estudio comparativo de los niveles de cafeína que se encuentran en diferentes tipos de bebidas, tales como refrescos de cola, refrescos de té y bebidas energéticas, comparando además los niveles de sacarina y ácido benzoico que están presentes en algunos de los refrescos. Entre las muestras analizadas, se encuentran las bebidas más conocidas como Coca-Cola, Pepsi, Nestea, Lipton o Red Bull. En el laboratorio se emplea un equipo cromatográfico de alta resolución (HPLC), con un detector UV/Vis a una longitud de onda fijada en los 254 nm. Para llevar a cabo la separación, se usa una columna del tipo C18, de 100 mm x 4,6 mm x 5,0 µm y elución en modo isocrático, usando una fase móvil compuesta por el 80 % de ácido acético tamponado a un pH 4,00 y 20 % en volumen de metanol; esta fase móvil atraviesa el sistema a un flujo constante de 1,00 mL/min. Este método permite cuantificar los diferentes compuestos que se encuentran en las bebidas y representar los resultados de forma estadística para comprobar las diferencias que existen entre unas marcas y otras, así como entre los diferentes grupos de bebidas. A partir de estos resultados se puede afirmar que éste es un método óptimo para este estudio estadístico. TABLA DE CONTENIDOS Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas TABLA DE CONTENIDOS IV OBJETIVO ................................................................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................................... 3 CAFEÍNA .......................................................................................................................................................................................... 4 SACARINA ........................................................................................................................................................................................ 6 ÁCIDO BENZOICO ............................................................................................................................................................................ 7 REFRESCOS DE COLA....................................................................................................................................................................... 8 REFRESCOS DE TÉ ............................................................................................................................................................................ 9 BEBIDAS ENERGÉTICAS ................................................................................................................................................................. 10 EXPERIMENTAL ....................................................................................................................................... 12 MATERIALES .................................................................................................................................................................................. 13 REACTIVOS .................................................................................................................................................................................... 14 DISOLUCIONES .............................................................................................................................................................................. 14 EQUIPOS ........................................................................................................................................................................................ 15 Cromatografía ................................................................................................................................................................................... 15 Espectrofotometría ......................................................................................................................................................................... 16 DESARROLLO Y RESULTADOS ....................................................................................................................................................... 16 Elección de condiciones ................................................................................................................................................................ 16 Justificación de la longitud de onda elegida .......................................................................................................... 16 Condiciones cromatográficas ........................................................................................................................................ 17 Bebidas de cola ................................................................................................................................................................................. 21 Refrescos de té .................................................................................................................................................................................. 25 Bebidas energéticas ........................................................................................................................................................................ 28 Muestras que contienen ácido benzoico................................................................................................................................ 31 Resumen comparativo de las muestras .................................................................................................................................. 32 CONCLUSIONES ....................................................................................................................................... 34 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 36 ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................................................. 39 ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................. 41 OBJETIVO Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas OBJETIVO 2 Este proyecto abarca en primer lugar el estudio teórico de los principales componentes que constituyen los ingredientes de distintas bebidas con cafeína y una recopilación de información de las bebidas que se analizan para determinar esta cantidad de cafeína como son las bebidas de cola, los refrescos de té y las bebidas energéticas. El objetivo de este proyecto es determinar, por medio de técnicas cromatográficas, la cantidad de cafeína en las distintas bebidas, teniendo en cuenta otras sustancias como sacarina y ácido benzoico a través de su determinación cuantitativa. Se analizarán las distintas muestras mediante el uso de un cromatógrafo líquido de alta resolución, con un detector UV/VIS. Los resultados de estos análisis serán sometidos a una comparativa estadística de las muestras, de tal forma que se comprueben los resultados con datos previamente publicados por distintos autores y comparando unas marcas con otras. INTRODUCCIÓN Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas INTRODUCCIÓN 10 Todas estas ventajas de la planta de té crean una confusión al consumidor, que considera que las bebidas a base de té aportan un valor añadido (más que otro tipo de refresco), pero los refrescos de té no se pueden comparar con la planta de té ya que el sabor es totalmente distinto, y la planta de té es una bebida más amarga y astringente. Los refrescos de té utilizan menos cantidad de té y añaden otras sustancias y aditivos de bebidas para que el sabor resulte más dulce para los consumidores, pero no para la salud.(1; 14) Una bolsita de té suele tener un peso aproximado de 2,2 g y ésta puede contener hasta 175 mg de polifenoles, aunque una parte de estos elementos se degradan cuando se prepara el té, siendo su aporte al organismo más reducido. Por otro lado, en los refrescos de té pueden llegar a 83 mg por cada 453 g de bebida, lo que muestra la diferencia entre consumir de una u otra manera el té. Para igualar los efectos de la planta de té en los refrescos sería necesario tomar varias bebidas, sin tener en cuenta los aditivos que se les añade, como la inclusión de azúcar, edulcorantes, cafeína o jarabe de maíz, esto convierte una bebida supuestamente saludable en una bebida más perjudicial. (1) En la legislación no se obliga a informar sobre el contenido de polifenoles y elementos saludables en los refrescos de té, por lo que de esta forma se desconoce la verdadera aportación de estas bebidas al cuerpo.(14) BEBIDAS ENERGÉTICAS Las bebidas energéticas, deportivas o hipertónicas son bebidas sin alcohol y con propiedades estimulantes y regeneradoras para la fatiga y el agotamiento, además de aumentar la habilidad mental y desintoxicar el cuerpo. Están compuestas principalmente por cafeína, varias vitaminas, y otras sustancias naturales orgánicas, que no eliminan realmente la fatiga muscular ni el agotamiento en general; tan solo inhiben temporalmente estas sensaciones y, por lo tanto, es normal una sensación de decaimiento una vez que acaba su efecto en el organismo.(15; 16) Estas bebidas surgen por la comercialización en el mercado mundial de bebidas ya existentes en países asiáticos o latinoamericanos, que solamente eran conocidas allí. En España este tipo de bebidas se introdujeron en el mercado mediante la famosa marca austríaca “Red Bull” que se comercializa desde los años 90, pero tiene más de 25 años de existencia.(15; 16) Las bebidas energéticas contienen los siguientes ingredientes: agua carbonatada, cafeína, glucosa y otros azúcares que aportan energía al cuerpo. Además de éstos, entre los ingredientes también se pueden encontrar una variedad de vitaminas del grupo B, como B2, B3, B4, B5, B6, B12, taurina, guaraná o extracto, aspartamo (las versiones dietéticas), L-carnitina (3-hidroxi-4-trimetilaminobutirato), vitamina C, ácido cítrico, Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas INTRODUCCIÓN 11 acidulantes, ginseng o extracto, beta-caroteno, ácido pantoténico (vitamina B5), fosfato monopotásico, D- ribosa, colorante, caramelo, etc. Todo varía según el fabricante y la variedad que se escoja.(15; 16) La presencia de carbohidratos, cafeína, vitaminas, carnitina o D-ribosa, hacen que supuestamente las bebidas sean regeneradoras volviéndose así famosa en deportistas, estudiantes, empleados nocturnos y cualquier otro tipo de personas. Se suele confundir este tipo de bebidas con los refrescos de tipo cola pero, las bebidas energéticas incluyen muchas vitaminas y otras sustancias que una simple cola o refresco no contienen. Su único punto en común está en la cafeína, aunque la concentración varía ampliamente de una a otra, siendo menor en las primeras. Principalmente los refrescos cola se comercializan con el fin de refrescar y las bebidas energéticas para revitalizar el agotamiento físico.(15; 16) En la Tabla 2(1; 17; 18) se recogen datos correspondientes al contenido en cafeína, determinado por distintos autores, en diferentes bebidas. Muestras Cantidad Rango de cafeína (mg) Promedio de cafeína (mg) Bebidas de cola Colas 330 mL 27 – 65 46 Colas light 330 mL 23 – 65 44 Colas zero 330 mL 23 – 65 44 Colas descafeinadas 330 mL ND ND Colas light descafeinadas 330 mL ND ND Refrescos de té Té normal 250 mL 9 – 50 30 Bebidas energéticas Bebidas energéticas 330 mL 10 10 Bebidas energéticas light 330 mL 10 10 Café Café tostado 150 mL 61 – 124 92,5 Café instantáneo 150 mL 40 – 108 74 Café tostado descafeinado 150 mL 2 – 5 3,5 Café instantáneo descafeinado 150 mL 2 – 8 5 Productos de chocolate Chocolate a la taza 28 g 18 – 118 68 Leche con chocolate 240 mL 2 – 7 5 Tabla 2. Contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 13 MATERIALES Para la realización de este proyecto se utilizaron los materiales, de uso habitual en un laboratorio, que aparecen en las siguientes figuras: Figura 5. Matraces de 10 mL Figura 6. Matraces de 25 mL Figura 7. 3 matraces de 100 mL Figura 8. Matraz de 1000 mL Figura 9. Vidrio de reloj Figura 10. Filtro de nylon Figura 11. Jeringa de 2,5 mL Figura 12. Espátula Figura 13. pH-metro Figura 14. Balanza analítica Figura 15. Ultrasonidos Figura 16. Imán magnético Figura 17. Pera Figura 18. Pipetas graduadas Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 14 REACTIVOS • Sacarina (sal sódica): Acros Organics, referencia: 223372500, lote: A015132001 • Cafeína: Sigma Aldrich, referencia: 27600100, lote: 08209BS-061 • Ácido benzoico: Scharlau, referencia: AC05650500, lote: 339564147 • Hidróxido de sodio: Carlo Erba Reagents, referencia: 480507, lote: 8M222238N • Ácido acético: Panreac, referencia: 361008, lote: 306049ES • Metanol: J. T. Baker, Baker analyzed LC-MS Reagent, referencia: 9822, lote:1135533010 • Agua desionizada, obtenida mediante el Equipo Elix 3 de Millipore, por intercambio de iones y ósmosis inversa DISOLUCIONES • Hidróxido de sodio al 10 % (m/v): Se pesan 10 g de hidróxido de sodio y se disuelven en 100 mL con agua destilada • Disolución amortiguadora de pH 4,0. Se ponen 28,5 mL de ácido acético en un matraz de 1000 mL, enrasando con agua destilada; se lleva al pH-metro y se vierten gotas de hidróxido de sodio al 10 % hasta que el pH sea 4,0 • Fase móvil. Para preparar 100 mL, se mezclan 80 mL de la disolución reguladora de pH 4,0 con 20 mL de metanol • Patrón de cafeína de 1000 mg/L: Se pesan, con exactitud, 0,1 g de cafeína y se llevan a un matraz de 100 mL, enrasando con agua destilada • Patrón de sacarina de 1000 mg/L: Se pesan, con exactitud, 0,1 g de sacarina y se llevan a un matraz de 100 mL, enrasando con agua destilada • Patrón ácido benzoico 1000 mg/L: Se pesan, con exactitud, 0,1 g de sacarina y se llevan a un matraz de 100 mL, enrasando con agua destilada Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 15 EQUIPOS CROMATOGRAFÍA • Equipo: HPLC de Jasco compuesto por un sistema de desgasificación (LG 1580–04), un sistema de bombeo (PU–1580) y un sistema de detección (UV–1575) • Longitud de onda del detector: 254 nm, a 0,04 AUFS • Columna: Scharlau Kromaphase C18/2, de 100 mm x 4,6 mm x 5,0 µm • Válvula de inyección Rheodyne, con bucle de volumen fijo (20 µL) Figura 19. Fotos de la válvula de inyección • Flujo constante: 1,0 mL/min • Modo de elución: Isocrático • Tiempo del cromatograma: 15 minutos Figura 20. Foto del equipo de HPLC Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 16 ESPECTROFOTOMETRÍA • Espectrómetro Unicam Helios Gamma: Espectrofotómetro de absorción molecular Helios Unicam Gamma UV - Visible; adecuado para trabajar a unas longitudes de onda entre 190 y 1100 nm y provisto de un paso de luz de 1 mm a 50 mm • Cubeta de cuarzo de paso óptico de 10 mm: Cubetas de cuarzo UV macro Standard, Nahita, con un paso de luz de 10 mm y un volumen de 3,50 mL Figura 21. Foto del equipo UV Unicam DESARROLLO Y RESULTADOS ELECCIÓN DE CONDICIONES Justificación de la longitud de onda elegida La espectrofotometría de ultravioleta – visible es una técnica de medición de concentración de masa de elementos y compuestos químicos (análisis cuantitativo), cuyo principio es la interacción entre la energía electromagnética con la materia. En las siguientes figuras (Figura 22(19), Figura 23(20) y Figura 24(21)), se ven los distintos espectros que absorben a unas longitudes de onda que rondan desde 200 a 300 nm. Dentro de este intervalo, los tres compuestos se cruzan en un rango que va desde 240 a 260 nm, por lo tanto cualquier longitud de onda que se seleccione dentro de este rango permitirá la separación completa de los tres compuestos para que se puedan cuantificar en el cromatograma posteriormente. Se selecciona la longitud de onda en 254 nm, de tal forma que el equipo funciona de forma óptima y los picos de los tres patrones se observen perfectamente. Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 17 Figura 22. Espectro UV de la sacarina Figura 23. Espectro UV de la cafeína Figura 24. Espectro UV del ácido benzoico Condiciones cromatográficas Para la preparación de la fase móvil que se utiliza en este experimento, se constituye con el 80 % en volumen de tampón pH 4,0 y 20 % en volumen de metanol. El tampón pH 4,0 se prepara con ácido acético diluido con agua y ajustando el pH con hidróxido de sodio al 10 % (m/v). Posteriormente se introduce la fase móvil en el equipo de ultrasonidos para desgasificarla (unos 15 minutos). Una vez se tenga todo preparado, se enciende el equipo, se purga para eliminar las posibles burbujas que se hayan quedado retenidas en los conductos y se estabiliza pasando fase móvil durante unos 15 minutos de tal forma que en el cromatograma salga una línea base perfecta. Por último, se inyectan los patrones y las muestras. Como disoluciones patrón se utiliza sacarina, cafeína y ácido benzoico puros. Se toman vidrios de reloj y de cada patrón se pesa con exactitud 0,1 g que se disuelven en 100 mL de agua, de tal forma que cada una de las concentraciones de las disoluciones patrón sea de 1000 mg/L. Para realizar un estudio comparativo cuantitativo, lo primero de todo, se basa en realizar una curva de calibrado con los patrones. Como se presentan desviaciones de la linealidad, nunca se debe fundamentar la medida de un único patrón, por lo que se toman 6 patrones con distintas concentraciones para Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 18 determinar la correspondiente recta de calibrado. En este caso se seleccionan concentraciones de 6,250; 12,50; 25,00; 50,00; 75,00; 100,0 mg/L de tal forma que las concentraciones estén repartidas de la forma más homogénea posible. Patrones Sacarina Cafeína Ácido benzoico Analito Peso Concentración Teórica (mg/L) Real (mg/L) Teórica (mg/L) Real (mg/L) Teórica (mg/L) Real (mg/L) Abril - Mayo Sacarina Cafeína Benzoico 0,1025 g 0,1037 g 0,1022 g 1025 mg/L 1037 mg/L 1022 mg/L 100,0 6,150 6,250 6,222 6,250 6,132 12,50 12,30 12,50 12,44 12,50 12,26 25,00 25,62 25,00 25,92 25,00 25,55 50,00 51,25 50,00 51,85 50,00 51,10 75,00 71,75 75,00 72,59 75,00 71,54 100,0 102,5 100,0 103,7 100,0 102,2 Septiembre Sacarina Cafeína Benzoico 0,1069 g 0,1043 g 0,1087 g 1069 mg/L 1043 mg/L 1087 mg/L 6,250 6,628 6,250 6,467 6,250 6,739 12,50 13,36 12,50 13,03 12,50 13,59 25,00 26,72 25,00 26,07 25,00 27,18 50,00 53,45 50,00 52,15 50,00 54,35 75,00 80,18 75,00 78,22 75,00 81,52 100,0 106,9 100,0 104,3 100,0 108,70 Tabla 3. Concentraciones de los patrones Estos patrones son inyectados en el equipo, y van apareciendo diferentes cromatogramas, donde aparecen los diferentes picos, se cuantifican por área y por altura y se determina la curva de calibrado. A continuación, en la Figura 25, se presenta un cromatograma de un patrón de 50,00 mg/L, donde se ven los tres picos de sacarina, cafeína y ácido benzoico. El primer pico, es el de sacarina que aparece a los 1,94 minutos; el segundo pico, a los 4,68 minutos, pertenece a la cafeína; y el último pico es el de ácido benzoico. Figura 25. Cromatograma de una disolución patrón de 50,00 mg/L Los seis patrones, una vez inyectados, se cuantifican de tal forma que se realiza una recta de calibrado. El intervalo de concentración de cafeína varía entre los valores que denota el límite de detección Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 19 que se encuentra alrededor de los 6,222 y 6,467 mg/L, según el día que se hayan analizado los patrones, y el límite de linealidad se sitúa en torno a 103,7 y 104,3 mg/L. En la Figura 26 y en la Figura 27 se representan dos ejemplos de curvas de calibrado de los patrones de cafeína; se observa que tanto cuantificando en área como altura salen los resultados bastantes óptimos. Figura 26. Curva de calibrado de patrones de cafeína (área frente a concentración) Figura 27. Curva de calibrado de patrones de cafeína (altura frente a concentración) A continuación se muestra en la Tabla 4, un resumen de los resultados de los distintos patrones que se cuantificaron cada día para la realización del proyecto, tanto en área como altura. 0,00 30000,00 60000,00 90000,00 120000,00 150000,00 180000,00 210000,00 240000,00 270000,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Área mg/L 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 Altura mg/L Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 26 Muestra Fecha de análisis Dilución (mL) Sacarina Cafeína Señal Matraz (mg/L) Muestra (mg/L) Señal Matraz (mg/L) Muestra (mg/L) Refrescos té Nestea 04/05/12 10 en 25 4411,37 4459,95 3738,00 5,38 5,45 4,50 13,46 13,62 11,26 45909,13 44908,34 45315,00 20,41 20,01 20,17 51,03 50,02 50,43 Lipton Ice Tea 27/04/12 10 en 25 4569,92 3100,09 4543,19 13,44 10,70 13,39 33,59 26,57 33,47 27919,79 28623,19 27925,03 17,51 17,85 17,51 43,77 44,63 43,78 Carrefour Té 27/04/12 10 en 25 1326,51 1804,15 1708,16 7,40 8,29 8,11 18,50 20,72 20,27 44608,49 45592,11 45041,68 25,68 26,16 25,89 64,19 65,40 64,72 Eroski Té 07/05/12 10 en 25 66888,99 70729,26 70174,30 86,15 91,09 90,37 215,36 227,72 225,93 32286,83 30978,26 27594,41 16,08 15,54 14,17 40,19 38,86 35,42 Refrescos té light Nestea Light 07/05/12 10 en 25 ND ND ND ND ND ND ND ND ND 40252,81 38188,47 43565,36 19,31 18,48 20,66 48,29 46,19 51,65 Super Té Light 07/05/12 10 en 25 ND ND ND ND ND ND ND ND ND 31314,38 28160,09 29098,78 15,68 14,40 14,78 39,20 36,00 36,95 Eroski Té Light 07/05/12 10 en 25 ND ND ND ND ND ND ND ND ND 44893,50 44725,51 47535,76 21,20 21,13 22,28 53,00 52,83 55,69 Hacendado Té Light 04/05/12 10 en 25 ND ND ND ND ND ND ND ND ND 45794,40 42890,59 47955,29 20,36 19,20 21,23 50,91 47,99 53,09 Tabla 7. Resultados de las muestras de té Comparando los tés se observa que en todas las muestras se detectan picos en los cromatogramas tanto de sacarina como cafeína. Comparando los resultados de sacarina, hay una gran variación de concentración, se va desde la muestra de Nestea que tiene una media de 12,78 mg/L, seguido está la marca Carrefour con una media de 19,83 mg/L, después la marca Lipton Ice con una concentración media de 31,27 mg/L. Estas tres marcas contienen concentraciones parecidas en cuanto al contenido en sacarina, pero, por otro lado, se destaca la marca blanca Eroski que contiene una concentración elevada de sacarina, que sobrepasa los 200 mg/L. En las concentraciones de cafeína, en cambio se ven que los parámetros oscilan en concentraciones similares sean marcas normales como marcas blancas, todos los tés tiene una media de 49,37 mg/L. Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 27 Figura 32. Muestras de té al limón En el otro grupo, se determina la composición de sacarina y cafeína de otras cuatro muestras de tés light. En la cuantificación de sacarina sucede lo mismo que se ha comentado en la Tabla 5. Al ser bebidas light, por lo general, no se detectan picos de sacarina. En la cuantificación de cafeína, la concentración de cafeína es muy similar en todas las marcas de refrescos té, tres de las bebidas light rondan aproximadamente la misma concentración, se sitúan Nestea, Eroski y Hacendado Light con una concentración media de 51,07 mg/L. Luego, con una concentración un poco inferior a estas tres muestras, está la marca Super Té Light que presenta una concentración media de 37,38 mg/L. Figura 33. Muestras de té light Si se compara en la Tabla 7 las muestras que tienen las misma marca pero en distinto grupo, se observa que tanto Nestea como Nestea Light prácticamente tienen la misma concentración de cafeína, y comparando la marca Eroski Té y Eroski Té Light también se parecen las concentraciones de cafeína aunque la concentración de cafeína en Eroski Té Light es algo superior que en el caso de la bebida Eroski té. De forma general, la media de concentraciones de cafeína en las bebidas tés tienen concentraciones mayores de cafeína que las muestras de tés light. Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 28 Figura 34. Gráfico comparativo de muestras de té según contenido en cafeína BEBIDAS ENERGÉTICAS Al cuantificar muestras de bebidas energéticas se tomaron un total de 8 muestras, entre ellas 6 bebidas energéticas normales y 2 muestras light. En la Tabla 8, se observan los resultados. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 50,49 37,77 56,38 38,16 48,71 37,38 53,84 50,66 Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 29 Muestra Fecha de análisis Dilución (mL) Sacarina Cafeína Señal Matraz (mg/L) Muestra (mg/L) Señal Matraz (mg/L) Muestra (mg/L) Bebidas energéticas Monster 11/05/12 5 en 25 21242,22 20076,23 18939,43 29,98 28,41 26,87 149,89 142,03 134,37 199414,30 201718,22 199878,96 83,40 84,31 83,59 417,02 421,54 417,93 Rockstar 11/05/12 5 en 25 40184,00 36199,00 39200,00 55,51 50,14 54,18 277,55 250,69 270,92 177935,00 175325,00 174703,00 74,97 73,95 73,71 374,87 369,75 368,53 Carrefour E.D. 14/05/12 2,5 en 25 1613,44 1224,92 1122,68 6,38 5,88 5,75 63,78 58,81 57,50 41098,46 42142,16 43283,87 20,80 21,22 21,69 207,95 212,21 216,86 Burn 14/05/12 2,5 en 25 18877,00 19736,00 18642,21 28,47 29,57 28,17 284,69 295,68 281,69 88303,00 91090,00 89142,00 40,04 41,17 40,38 400,36 411,72 403,78 Toro XL 14/05/12 2,5 en 25 12395,00 11421,00 12047,00 20,17 18,93 19,73 201,75 189,28 197,29 57514,00 55421,00 56478,00 27,49 26,63 27,06 274,86 266,33 270,64 Red Bull 09/05/12 2,5 en 25 44977,44 45736,12 47839,06 63,12 64,09 66,77 631,17 640,86 667,70 189027,14 178754,05 184951,94 81,30 77,26 79,69 812,95 772,61 796,95 Bebidas energéticas light Red Bull Light 09/05/12 5 en 25 21447,11 21599,20 21768,31 33,08 33,27 33,49 165,40 166,37 167,45 179977,59 183627,32 183229,85 77,74 79,17 79,02 388,71 395,87 395,09 Carrefour E.D. Light 09/05/12 5 en 25 3838,64 4497,36 4438,56 10,60 11,44 11,37 53,01 57,21 56,84 106018,36 98988,91 93882,33 48,70 45,94 43,93 243,49 229,68 219,66 Tabla 8. Resultados de las muestras de bebidas energéticas Las bebidas energéticas, tal como se comenta en la Introducción, el contenido tanto en sacarina como en cafeína es muy superior a las bebidas de cola y los refrescos de té. En cuanto a la cuantificación de sacarina, la marca Carrefour Energy Drink destaca presentando la menor cantidad de sacarina con una media de 60,03 mg/L. La segunda marca con menor sacarina es Monster con una concentración media de 142,10 mg/L. Seguido está la marca Toro XL, después están las marcas Rockstar y Burn con concentraciones de 266,39 y 287,35 mg/L. Por último se destaca la marca Red Bull con una concentración muy elevada comparando con las otras muestras, teniendo una concentración de 646,58 mg/L. Por otro lado, en las bebidas energéticas light se detectan picos de sacarina con concentraciones inferiores respecto a sus marcas con azúcar. En el caso de Red Bull Light presenta una concentración media de 166,41 mg/L, siendo una cantidad bastante inferior a Red Bull. En cambio, la marca Carrefour Energy Drink Light contiene una cantidad parecida de sacarina que en el caso de Carrefour Energy Drink. Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 30 Figura 35. Muestras de bebidas energéticas analizadas Cuantificando la cafeína, se presentan concentraciones muy elevadas siendo las cantidades menores las marcas Carrefour E.D. y Toro XL con unas concentraciones medias de 212,34 y 270,61 mg/L respectivamente. Posteriormente, en torno a los 400 mg/L, están las marcas Monster, Rockstar y Burn. Finalmente, la marca que contiene concentraciones elevadas en cuanto a cafeína igual que sucede en la cuantificación de sacarina es la marca Red Bull con una concentración media de 794,17 mg/L. En el grupo de bebidas energéticas light, Red Bull Light tiene una concentración media de 393,22 mg/L y luego Carrefour E.D. Light tiene 230,94 mg/L. Comparando estas dos bebidas con sus respectivas con azúcar, sucede lo mismo que en la cuantificación de sacarina, en el caso de la bebida Carrefour E.D. Light tiene concentraciones muy similares a la bebida con azúcar y en este caso, incluso contiene una ligera concentración mayor en cafeína. Por otro lado, con Red Bull Light pasa lo mismo que en sacarina, la concentración de cafeína es inferior respecto a Red Bull. Figura 36. Gráfico comparativo de muestras de bebidas energéticas según contenido en cafeína 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 800,00 Carrefour E.D. Monster Rockstar Burn Toro XL Red Bull Red Bull light Carrefour E.D. Light 212,34 418,83 371,05 405,29 270,61 794,17 393,22 230,94 Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 31 MUESTRAS QUE CONTIENEN ÁCIDO BENZOICO Algunas de las muestras analizadas presentaron concentraciones de ácido benzoico, si bien el número de muestras es mínimo ya que, como se ha mencionado en el apartado de Introducción, el ácido benzoico ha sido dejado de ser utilizado como conservante en muchas marcas. A continuación, en la Tabla 9, se muestra un resumen de los contenidos observados en las muestras analizadas. Muestras Fecha de análisis Dilución (mL) Ácido benzoico Señal Matraz (mg/L) Muestra (mg/L) Refrescos cola Berta Cola 25/04/12 10 en 25 22701,04 21941,00 14763,84 51,77 50,01 33,40 129,43 125,04 83,50 Refrescos té Super Té Light 07/05/12 10 en 25 1158,83 1475,16 1561,63 10,76 11,75 12,02 26,90 29,37 30,05 Bebidas energéticas Rockstar 11/05/12 5 en 25 19247,00 20234,00 19478,00 77,23 80,79 78,06 386,14 403,93 390,31 Tabla 9. Muestras con contenido en ácido benzoico Comparando las concentraciones de las muestras donde se detectan picos de ácido benzoico, se observa que hay una muestra de cola, otra muestra de té y otra de bebida energética. Como se menciona en el apartado correspondiente al ácido benzoico en la Introducción, es un conservante que puede ser considerado tóxico y, aunque su concentración es relativamente baja, como el grado de toxicidad es superior a otro tipo de conservantes, las principales marcas decidieron retirarlo de sus ingredientes y sustituirlo por otro tipo de aditivos. En cambio, como se observan en estos resultados, aún hay marcas blancas de colas y tés (como Berta Cola y Super Té Light y la bebida energética Rockstar) que presentan concentraciones de ácido benzoico en su composición. Por otro lado y de manera análoga a lo que se ha comentado en la Tabla 5, la tercera inyección de la muestra de Berta Cola no ha de ser considerada, debido a los problemas observados en la válvula de inyección: se introdujo en el sistema cromatográfico menor cantidad de muestra que en las otras dos repeticiones. Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 32 Figura 37. Concentraciones de ácido benzoico en diferentes bebidas Comparando los tres tipos de bebidas, como se ve en la Figura 37, la bebida que tiene menor cantidad de ácido benzoico es la marca Super Té Light con una concentración media de 28,77 mg/L, seguido se sitúa la bebida Berta Cola con una concentración media de 112,7 mg/L y la bebida que contiene mayor concentración de ácido benzoico es la bebida energética Rockstar con una media 393,46 mg/L. RESUMEN COMPARATIVO DE LAS MUESTRAS A continuación se muestran la Tabla 10 y la Figura 38 en las que se puede comparar de forma más visual las diferentes bebidas que han sido analizadas. Muestras Concentración media (mg/L) Sacarina Cafeína Ácido benzoico Refrescos cola Refrescos cola 42,07 75,52 112,66 Refrescos cola light 13,36 83,79 ND Refrescos cola zero ND 152,68 ND Refrescos cola sin cafeína 9,94 ND ND Refrescos té Refrescos de té 71,72 49,37 ND Refrescos de té light ND 47,65 28,77 Bebidas energéticas Bebidas energéticas 266,43 412,05 393,46 Bebidas energéticas light 111,05 312,08 ND Tabla 10. Comparación media de las muestras analizadas Esta Tabla 10, resume de forma cuantitativa los resultados promedios de las muestras en concentración de sacarina, cafeína y ácido benzoico. Comparando con la Tabla 2, los valores obtenidos experimentalmente son más elevados tanto en los refrescos cola como en las bebidas energéticas, en cambio en los refrescos té, también sale los resultados algo superiores, pero bastante similares. 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 Berta Cola Super Té Light Rockstar 112,7 28,77 393,5 Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas EXPERIMENTAL 33 A continuación, en la gráfica siguiente que se muestra en la Figura 38, se puede observar de forma más visual un resumen de los grupos de bebidas que han sido analizadas, comparando los contenidos de sacarina, cafeína y ácido benzoico. Figura 38. Gráfico comparativo en contenido de cafeína en todas las muestras analizadas En este gráfico, se ve un gráfico resumen de todos los grupos de bebidas, los cuatro primeros son los que pertenecen a los refrescos de cola, los siguientes a los refrescos de té y los dos últimos las bebidas energéticas. Se puede observar que las bebidas energéticas contienen un contenido elevado tanto en cafeína, como sacarina y ácido benzoico. Por otro lado, los refrescos de té, por lo general son los que visualmente tienen el menor contenido en cafeína y ácido benzoico. Cafeína Sacarina Ácido benzoico 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 Cafeína Sacarina Ácido benzoico CONCLUSIONES Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas CONCLUSIONES 35 En este proyecto, la determinación de los distintos compuestos de sacarina, cafeína y ácido benzoico se ha realizado por el método cromatográfico de HPLC, de tal forma que se ha podido cuantificar sin problemas todas las muestras de una forma rápida y sencilla. • Las bebidas energéticas son las que tienen los niveles superiores en cuanto a sacarina, cafeína y ácido benzoico. • Por lo general, las bebidas normales tienen concentraciones más elevados que las bebidas light en todos los aspectos. Se encuentra una excepción, como es el caso de los refrescos cola light y cola zero que tienen unas cantidades superiores de cafeína respecto a las bebidas cola normal. • Por lo general, las bebidas light y zero tienen concentraciones muy pequeñas en la cuantificación de sacarina, o ni siquiera se detectan picos. • Se presentan picos de otros aditivos en los cromatogramas de las bebidas light y zero que sustituyen a la sacarina (como por ejemplo, aspartamo). • Tanto en la cuantificación de cafeína como de ácido benzoico, las bebidas energéticas son las que mayor concentración tienen, seguido de los refrescos de cola y por último los refrescos té; en cambio, en la cuantificación de sacarina los que tienen menor concentración son los refrescos cola. • Solamente se han detectado concentraciones de ácido benzoico en una marca de cada grupo de bebidas, destacando que tanto la marca de los refrescos cola, como la marca de refrescos té eran marcas “blancas”. • Como curiosidad, no se han encontrado refrescos de té ni bebidas energéticas que sean del tipo zero o sin cafeína. • Se debería de informar y advertir a los consumidores de este tipo de bebidas los peligros que puede conllevar el consumo excesivo. • Se debería de controlar este consumo, sobre todo entre niños y adolescentes, para evitar problemas de salud. Estudio comparativo del contenido de cafeína en diferentes bebidas ÍNDICE DE FIGURAS 42 Figura 1. Molécula de cafeína ..................................................................................................................................................................................... 5 Figura 2. Molécula de sacarina ................................................................................................................................................................................... 6 Figura 3. Formación del ácido benzoico a partir de benceno ....................................................................................................................... 7 Figura 4. Semilla de Cola Acuminata ....................................................................................................................................................................... 9 Figura 5. Matraces de 10 mL .................................................................................................................................................................................... 13 Figura 6. Matraces de 25 mL .................................................................................................................................................................................... 13 Figura 7. 3 matraces de 100 mL .............................................................................................................................................................................. 13 Figura 8. Matraz de 1000 mL ................................................................................................................................................................................... 13 Figura 9. Vidrio de reloj .............................................................................................................................................................................................. 13 Figura 10. Filtro de nylon .......................................................................................................................................................................................... 13 Figura 11. Jeringa de 2,5 mL .................................................................................................................................................................................... 13 Figura 12. Espátula ...................................................................................................................................................................................................... 13 Figura 13. pH-metro .................................................................................................................................................................................................... 13 Figura 14. Balanza analítica ...................................................................................................................................................................................... 13 Figura 15. Ultrasonidos .............................................................................................................................................................................................. 13 Figura 16. Imán magnético ...................................................................................................................................................................................... 13 Figura 17. Pera ............................................................................................................................................................................................................... 13 Figura 18. Pipetas graduadas .................................................................................................................................................................................. 13 Figura 19. Fotos de la válvula de inyección ....................................................................................................................................................... 15 Figura 20. Foto del equipo de HPLC ..................................................................................................................................................................... 15 Figura 21. Foto del equipo UV Unicam ................................................................................................................................................................ 16 Figura 22. Espectro UV de la sacarina .................................................................................................................................................................. 17 Figura 23. Espectro UV de la cafeína..................................................................................................................................................................... 17 Figura 24. Espectro UV del ácido benzoico ........................................................................................................................................................ 17 Figura 25. Cromatograma de una disolución patrón de 50,00 mg/L ...................................................................................................... 18 Figura 26. Curva de calibrado de patrones de cafeína (área frente a concentración) ...................................................................... 19 Figura 27. Curva de calibrado de patrones de cafeína (altura frente a concentración) ................................................................... 19 Figura 28. Algunas muestras de cola que se han analizado ........................................................................................................................ 22 Figura 29. Muestras de cola zero............................................................................................................................................................................ 24 Figura 30. Muestras de cola sin cafeína ............................................................................................................................................................... 24 Figura 31. Gráfico comparativo de concentración de cafeína en muestras de cola .......................................................................... 25 Figura 32. Muestras de té al limón ........................................................................................................................................................................ 27 Figura 33. Muestras de té light ............................................................................................................................................................................... 27 Figura 34. Gráfico comparativo de muestras de té según contenido en cafeína ............................................................................... 28 Figura 35. Muestras de bebidas energéticas analizadas............................................................................................................................... 30 Figura 36. Gráfico comparativo de muestras de bebidas energéticas según contenido en cafeína .......................................... 30 Figura 37. Concentraciones de ácido benzoico en diferentes bebidas .................................................................................................. 32 Figura 38. Gráfico comparativo en contenido de cafeína en todas las muestras analizadas ......................................................... 33