Table of Contents
Kto zaczyna dzień bez solidnej dawki 1,3,7-trimetyloksantyny? Zdaje się, że mało kto.
Według danych EFSA (European Food Safety Agency) dzienna konsumpcja kofeiny w Europie wynosi wśród osób dorosłych między 22 a 417mg. Niezależnie od tego, czy przyjmujemy ją w postaci kawy, herbaty, mate, coli czy energetyków nie da się zaprzeczyć, że jest popularna. Co widać również po zabawnych memach i hasłach, z którymi identyfikuje się wiele osób. Poranek dzieli się przecież na ten przed i po dawce kofeiny ;P
Ja sama preferuję moją 1,3,7-trimetyloksantynę w postaci kubka ciepłej herbaty, mniejsza o rodzaj, żadną liściastą nie pogardzę. Oczywiście, jak się domyślacie 1,3,7-trimetyloksantyna to jedna z nazw na kofeinę i dzisiejszy wpis jest poświęcony właśnie tej substancji.
Odkrycie kofeiny
Odkrycie (wyizolowanie) kofeiny przypisuje się niemieckiemu chemikowi Friedlieb Ferdinand Rung’owi, który identyfikacji dokonał w 1819 roku. Podobno zainspirowany został przez pisarza Johann Wolfgang von Goethe’go, który zachęcił chemika do głębszych eksperymentów nad właściwościami ziaren kawowca (kawy).
Kilka lat później, w roku 1827 substancja pod nazwą teina została wyizolowana z liści herbaty przez francuskiego chemika Alphonse Oudry’a.
Początkowo sądzono, że są to odrębne substancje. Dopiero po kilku kolejnych latach, w 1938 roku potwierdzona została teoria, że de facto teina i kofeina to ta sama substancja, i przyjęto dla niej nazwę kofeina.
Rung jest celebrowany jako odkrywca kofeiny, jednak ja jestem bardziej wdzięczna tej nieznanej osobie, która jako pierwsza zerwała czy to liście herbaty, czy to owoce kawy i postanowiła je skonsumować. Stymulujące właściwości kofeiny znane były przecież na tysiące lat przed jej naukową identyfikacją.
Czy w herbacie jest kofeina? Tak!
Teina i kofeina to ta sama substancja, różnią się tylko pochodzeniem (teiną nazywamy kofeinę z herbaty). Zamieszanie wynika z początkowego przekonania, że są to substancje odmienne pod względem chemicznym. W XIX wieku metody analityczne i możliwości nie były tak rozwinięte jak dziś, więc potwierdzenie jednakowości substancji zajęło naukowcom trochę czasu. Nazewnictwo zdążyło się zakorzenić i tak jest do dziś, że w języku potocznym mamy teinę na określenie kofeiny w herbacie, a dalej jeszcze guaraninę na określenie kofeiny w guaranie czy mateinę na określenie kofeiny w yerba mate.
W świecie nauki używa się jednak jednolitego określenia kofeina (bądź nazw chemicznych np. 1,3,7-trimetyloksantyna), a w nazewnictwie potocznym różnie bywa, do dziś spotykamy się z zamiennym użyciem poszczególnych określeń.
Z czego czasem niestety wynikają nieporozumienia, bo niektórzy się dziwią, że w herbacie jest kofeina! Dodatkowo w herbacie występuje aminokwas o nazwie teanina, co może być łatwo mylone jeśli stosujemy nazwę teina, gdyż nazwy brzmią podobnie.
W jakich gatunkach roślin występuje kofeina?
Kofeina występuje naturalnie w liściach, owocach lub nasionach ponad 60 różnych gatunków roślin, ale w różnych ilościach (koncentracji). Najbardziej znanymi i najszerzej konsumowanymi źródłami kofeiny są:
- kawa, kawowiec (Coffea arabica) – chyba najbardziej znane źródło kofeiny, uwielbiane przez ludzi na całym świecie, kawowiec pochodzi najprawdopodobniej z Etiopii, skąd rozprzestrzenił się na wiele innych rejonów, w tym Kolumbię, Panamę czy Brazylię. Kolumbia produkuje naprawdę świetnej jakości kawy, szczególnie te w tzw. Trójkącie Kawowym.
- herbata chińska, kamelia chińska (Camellia sinensis) – ulubiona roślina czytelników tego bloga ❤️ co ciekawe herbata (roślina) ma wagowo wyższą zawartość kofeiny aniżeli kawa (inaczej jest w napoju)
- yerba mate, mate (Ilex paraguariensis) – ostrokrzew paragwajski to gatunek pochodzący z rejonów Brazylii, Paragwaju, Urugwaju i Argentyny, kofeina zawarta w jego liściach nazywana jest czasem mateiną (z uwagi na źródło pochodzenia). Yerba mate jest szczególnie popularne w krajach Ameryki Południowej, i jest zadeklarowanym napojem narodowym w Argentynie, Paragwaju oraz Urugwaju.
- guarana, gwarana (Paullinia cupana) – kofeina pochodząca z guarany zwana jest potocznie guaraniną, ziarna guarany zawierają bardzo wysokie stężenie kofeiny, znacznie wyższe niż to w liściach herbaty czy ziarnach kawy, ekstrakt z guarany często stosowany jest w napojach energetycznych
- kakao (Theobroma cacao) – odznacza się niską zawartością kofeiny, ale za to z ziaren kakao robi się czekoladę ❤️
- kola błyszcząca (Cola nitida) – roślina pochodzi z lasów tropikalnych w zachodniej Afryce. Ekstrakt z bogatych w kofeinę orzeszków kola używany był we wczesnych wersjach Coca-Coli. Kola odpowiada również, za jeden z członów samej nazwy Coca-Cola, za pierwszy odpowiada oczywiście inna roślina (Erythroxylum coca), która w znaczących ilościach produkuje inny psychoaktywny alkaloid – kokainę. Gwoli ścisłości, ekstrakt ze świeżych liści koki nie jest używany do produkcji Coca-Coli od początków XX wieku.
W Ameryce Północnej występuje jeszcze mniej znany yaupon (Ilex vomitoria), ale co ciekawe, żadne z wymienionych gatunków nie występują naturalnie w Europie. W Europie nie występują żadne gatunki roślin, zawierające kofeinę w znaczących ilościach.
Po co roślinom kofeina?
Nikt nam nie musi tłumaczyć, za co sami cenimy kofeinę, ale dlaczego i w jakim celu wytwarzają ją rośliny nie jest już takie oczywiste.
Otóż kofeina działa jak naturalny pestycyd, ma na celu chronić roślinę przed zjedzeniem. Gorzki smak kofeiny może zniechęcić owady (oraz inne zwierzęta) do żerowania na roślinie, więc działa jak środek odstraszający. Dodatkowo kofeina zakłóca układ nerwowy owadów, powoduje paraliż, albo śmierć (ma właściwości neurotoksyczne), oraz działa jak inhibitor wzrostu utrudniając rozwój larw owadów.
Kofeina ma również działanie allelopatyczne – hamuje wzrost roślin w najbliższym otoczeniu rośliny ją wytwarzającej. Najpierw kofeina trafia do gleby wraz z opadłymi liśćmi (częściami rośliny zawierającymi kofeinę), lub przez korzenie przez co ogranicza wzrost innych roślin w pobliżu.
Jeśli przyda wam się przykład z naszego rodzimego gruntu, to na pewno zauważyliście, że podobne działanie ma juglon, występujący w liściach np. orzecha włoskiego. To dlatego mało co chce rosnąć pod orzechem, wiele roślin jest wrażliwa na tą substancję. Podobnie jest z kofeiną, niektóre rośliny są na nią wrażliwe, i nie będą kiełkować ani rosnąć w otoczeniu krzewów herbaty czy kawy. Co oczywiście zwiększa szansę na przetrwanie rośliny produkującej kofeinę.
Z jednej strony kofeina ma na celu odstraszać owady, ale! Badania wykazały, że niska zawartość kofeiny w nektarze (poniżej 0.058 mg/ml), kwiatów kawowca i np. cytrusów, sprawia, że pszczoły lepiej zapamiętują ich kwiaty i są bardziej aktywne w zapylaniu (są bardziej produktywne), co oczywiście jest pozytywem z punktu widzenia rośliny.
Nektar kwiatów herbaty również zawiera niską zawartość kofeiny oraz dodatkowo teaninę, które pojawiają się również w miodzie pszczelim z nich wyprodukowanych.
Pszczoły na kofeinie po prostu lepiej zapamiętują nowe informacje (np. o kwiatach). Proszę, proszę zdaje się, że mamy z pszczołami coś wspólnego. Ja też wolę się uczyć 'pod wpływem’ kofeiny.
Jak widzimy, kofeina przydaje się roślinom, na różne sposoby.
Właściwości kofeiny i wpływ kofeiny na nasz organizm
Kofeina (C₈H₁₀N₄O₂) jest jednym z metabolitów wtórnych produkowanych przez rośliny, choć może być także otrzymywana syntetycznie. Jest środkiem psychoaktywnym, stymulantem, jedną z najpopularniejszych używek. Kofeina należy do alkaloidów, jest rozpuszczalna zarówno w wodzie jak i tłuszczach. W organizmie człowieka wchłania się bardzo szybko, zaobserwowano 99% absorpcję w ciągu jedynie 45 minut od spożycia.
Ponieważ kofeina z łatwością pokonuje barierę krew-mózg bezpośrednio stymuluje nasz centralny układ nerwowy. Poprzez blokadę receptorów adenozyny wzmaga czujność, uwagę i ilość energii. Może także poprawić nasz humor, koncentrację, niwelować zmęczenie i uśmierzyć ból głowy. Ale co za dużo, to niezdrowo. Jeśli przyjmiemy za dużą dla nas dawkę kofeiny może to skutkować negatywnymi objawami, jak uczuciem niepokoju, nadpobudliwością, poddenerwowaniem i bezsennością.
Co oznacza duża dawka? Według badań śmiertelna dawka kofeiny to jedynie 10-14 g, ale ekstremalne skutki uboczne, jak konwulsje, delirium, poirytowanie, drgawki, tachykardia (przyspieszony rytm serca), występują u niektórych już przy dawce 1g (15 mg/kg masy ciała). Na szczęście nie musimy się obawiać przyjęcia tak dużych dawek popijając herbatę czy kawę. Mam opory przed podawaniem konkretnych liczb, bo mogą one się bardzo różnić, ale średnio kubek (250ml) herbaty będzie zawierać ~60mg kofeiny, a kawy ~115mg.
Bezpieczna maksymalna dzienna dawka kofeiny dla zdrowych osób dorosłych to ok. 400mg kofeiny. (1g=1000mg)
Kofeina pokonuje nie tylko barierę krew-mózg, ale ciekawe jest również, że wchłania się bezpośrednio przez skórę. Kojarzycie żele pod prysznic z guaraniną, albo peelingi ze zmielonej kawy? Nie pobudzą nas tak silnie jak espresso, ale kofeina stosowana jest tu do pielęgnacji skóry. Kofeina ma właściwości przeciwutleniające, antycelulitowe, wzmaga mikrokrążenie i pomoże pozbyć się opuchlizny, czy worków pod oczami.
Ostatnio zauważam też więcej kosmetyków z zawierającą kofeinę matchą (choć może tylko dopadło mnie zjawisko Baader-Meinhof’a), a olej herbaciany (choć kofeiny nie zawiera), jest stosowany w kosmetykach i sektorze beauty od dawna.
Kofeina działa również na nasz układ krwionośny, czasowo podwyższa puls, a u niektórych może powodować lekki wzrost ciśnienia. Wpływa również na nasz metabolizm, i to z tego powodu kawa czy herbata (szczególnie herbaty pu’er), są kojarzone ze sposobem na odchudzanie. Na pewno nie jest to złota strzała, ale oba napoje mogą być elementem zdrowej diety.
Kofeina wzmaga perystaltykę (ruchy jelit) i ma diuretyczne (moczopędne) właściwości. Stąd przekonanie o odwadniających właściwościach kawy czy herbaty. Jednak jak do tej pory doświadczenia nie wykazały negatywnych skutków związanych z nawodnieniem organizmu przy normalnej konsumpcji napojów zawierających kofeinę = herbata nie odwadnia.
Pamiętajmy jednak, że wszystkie wyżej wymienione efekty działania kofeiny uzależnione są od różnych czynników, o których poniżej.
Ta sama kofeina, różne reakcje
Zastanawialiście się kiedyś dlaczego niektórzy mogą pić herbatę, mate czy kawę cały dzień i spać spokojnie, a innym kręci się w głowie i są poddenerwowani już po jednym espresso? Warto pamiętać, że działanie kofeiny na nasz organizm jest uzależnione od różnych, czasem bardzo indywidualnych, czynników.
Podatność na kofeinę jest ukryta w naszych genach. Najczęściej mówi się o kluczowych genach związanych z metabolizmem kofeiny: CYP1A1, CYP1A2 i AHR. CYP1A1 i CYP1A2 kodują enzymy niezbędne do rozkładu kofeiny. Różnice w tych genach mogą prowadzić do „szybkiego” lub „wolnego” metabolizowania kofeiny. Natomiast AHR oddziałuje na ekspresję CYP1A1 i CYP1A2, przez co może również wpływać na sposób, w jaki organizm radzi sobie z tą substancją.
Przeprowadzając badania genetyczne możemy sprawdzić, czy należymy do osób szybko czy wolno metabolizujących kofeinę (podobno światowa populacja jest tu podzielona mniej więcej 50:50, ale lokalnie występują znacznie większe różnice).
Innymi czynnikami wpływającymi na naszą reakcję na kofeinę są: masa ciała, wiek, to czy przyjmujemy kofeinę regularnie (czy często pijemy kawę czy herbatę, itp.), choroby, przyjmowane leki, dieta a nawet palenie papierosów. Substancje zawarte w dymie papierosowym bezpośrednio stymulują aktywność enzymu CYP1A2 przyspieszając metabolizm kofeiny. Widocznie palacze potrzebują więcej kofeiny do osiągnięcia tego samego pobudzającego efektu. Zwiększona konsumpcja kawy (a w mniejszym stopniu herbaty czy energetyków), u palaczy została potwierdzona w badaniach. Jak o tym myślę od razu przypomina mi się film „Kawa i papierosy” i ta scena:
Innym czynnikiem wpływającym na działanie kofeiny jest alkohol, który znacząco hamuje jej metabolizm, a co za tym idzie zwiększa okres półtrwania kofeiny, wydłużając jej działanie.
Jest jeszcze jedna rzecz, o którą chciałabym zahaczyć: źródło kofeiny.
Gdybyśmy przyjmowali kofeinę w czystej formie, rozpuszczoną w wodzie, jej działanie byłoby inne, niż przyjmowanie jej w postaci herbaty czy kawy. Pozostałe substancje zawarte w liściach herbaty lub ziarnach kawy przedostające się do naparu (nie mówiąc już o dodatkach, które możemy dodawać do napojów, jak np. mleko), wpływają na absorpcję i działanie kofeiny.
Zapewne sami zauważyliście też, że herbata i kawa mimo, że obie zawierają dokładnie tą samą molekułę kofeiny (zwanej teiną), działają na nas inaczej. Dlaczego czujemy się inaczej po wypiciu szklanki herbaty vs kawy?
Przyczyną nie jest tu jedynie niższa zawartość kofeiny w naparze herbaty, ale przede wszystkim obecność aminokwasu L-teaniny. Teanina występująca w herbacie działa razem z kofeiną dając nam lepszy, dłużej utrzymujący się efekt spokojnego, zbalansowanego skupienia i koncentracji. Wiele osób zauważa, że po wypiciu kawy po jakimś czasie przychodzi tzw. crash – znaczny, nagły spadek formy, fala zmęczenia, który nie pojawia się po wypiciu herbaty.
Nie mogę nie wspomnieć również o aspektach smakowych i doznaniach. Przecież otoczenie, atmosfera, towarzystwo również wpływają na odbiór tego co spożywamy. Herbatę czy kawę pijemy nie tylko po to aby zażyć kofeinę. Parzenie herbaty może być całym rytuałem, medytacją, pretekstem do wyciszenia się lub okazją do rozmowy z bliską osobą. Mamy szelest liści, są aromaty, smak, tekstura, ciepły kubek ogrzewa nasze dłonie. To cała gama przyjemnych, relaksujących doznań.
Wiecie, że ten artykuł wcale nie miał być stricte o kofeinie? Zaczął się jako 'to w końcu ile kofeiny jest w herbacie?’, ale do tego tematu postaram się dotrzeć następnym razem.
Infografika, podsumowująca wyżej opisane właściwości kofeiny.
Źródła:
- Kim, Yun-Soo & Uefuji, Hirotaka & Ogita, Shinjiro & Sano, Hiroshi. (2007). Transgenic tobacco plants producing caffeine: A potential new strategy for insect pest control. Transgenic research. 15. 667-72. 10.1007/s11248-006-9006-6.
- https://www.efsa.europa.eu/sites/default/files/corporate_publications/files/efsaexplainscaffeine150527.pdf
- Wright GA, Baker DD, Palmer MJ, Stabler D, Mustard JA, Power EF, Borland AM, Stevenson PC. Caffeine in floral nectar enhances a pollinator’s memory of reward. Science. 2013 Mar 8;339(6124):1202-4. doi: 10.1126/science.1228806. PMID: 23471406; PMCID: PMC4521368.
- https://blogs.loc.gov/inside_adams/2022/10/caffeine/
- https://www.news-medical.net/health/Caffeine-Occurrence.aspx
- Saito , Kieko, and Yoriyuki Nakamura. 2023. “The Blooming Flowers of Tea Plants and Their Honey”. Journal of Scientific Research and Reports 29 (6):40-44. https://doi.org/10.9734/jsrr/2023/v29i61753.
- Heckman, Melanie & Weil, Jorge & Mejia, Elvira. (2010). Caffeine (1, 3, 7-trimethylxanthine) in Foods: A Comprehensive Review on Consumption, Functionality, Safety, and Regulatory Matters. Journal of food science. 75. R77-87. 10.1111/j.1750-3841.2010.01561.x.
- Nehlig A, Daval JL, Debry G. Caffeine and the central nervous system: mechanisms of action, biochemical, metabolic and psychostimulant effects. Brain Res Brain Res Rev. 1992 May-Aug;17(2):139-70. doi: 10.1016/0165-0173(92)90012-b. PMID: 1356551.
- https://www.eufic.org/en/whats-in-food/article/caffeine-and-health
- Institute of Medicine (US) Committee on Military Nutrition Research. Caffeine for the Sustainment of Mental Task Performance: Formulations for Military Operations. Washington (DC): National Academies Press (US); 2001. 2, Pharmacology of Caffeine. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK223808/
- https://www.westlakedermatology.com/blog/caffeine-as-a-skin-care-ingredient/
- Herman A, Herman AP. Caffeine’s mechanisms of action and its cosmetic use. Skin Pharmacol Physiol. 2013;26(1):8-14. doi: 10.1159/000343174. Epub 2012 Oct 11. PMID: 23075568.
- Killer SC, Blannin AK, Jeukendrup AE. No evidence of dehydration with moderate daily coffee intake: a counterbalanced cross-over study in a free-living population. PLoS One. 2014 Jan 9;9(1):e84154. doi: 10.1371/journal.pone.0084154. PMID: 24416202; PMCID: PMC3886980.
- Maughan RJ, Griffin J. Caffeine ingestion and fluid balance: a review. J Hum Nutr Diet. 2003 Dec;16(6):411-20. doi: 10.1046/j.1365-277x.2003.00477.x. PMID: 19774754.
- Mahdavi S, Palatini P, El-Sohemy A. CYP1A2 Genetic Variation, Coffee Intake, and Kidney Dysfunction. JAMA Netw Open. 2023 Jan 3;6(1):e2247868. doi: 10.1001/jamanetworkopen.2022.47868. PMID: 36701157; PMCID: PMC9880799.
- Treur JL, Taylor AE, Ware JJ, McMahon G, Hottenga JJ, Baselmans BM, Willemsen G, Boomsma DI, Munafò MR, Vink JM. Associations between smoking and caffeine consumption in two European cohorts. Addiction. 2016 Jun;111(6):1059-68. doi: 10.1111/add.13298. Epub 2016 Mar 27. PMID: 26750569; PMCID: PMC4879503.
- Nehlig, A. (2018). Interindividual Differences in Caffeine Metabolism and Factors Driving Caffeine Consumption. Pharmacological Reviews, 70(2), 384–411. doi:10.1124/pr.117.014407