Prekyslenie organizmu a zložky v popole z ovocia a zo zeleniny
Ako vzniká a čo obsahuje popol z ovocia a zo zeleniny, alebo môžu zložky v popole pomôcť vyriešiť, tak často spomínané prekyslenie organizmu?
Milí návštevníci Alžbetinej záhrady. Ak si ešte pamätáte základy chémie, môžete pokračovať v čítaní, ak nie, skúste aj tak pokračovať, isto si sa dozviete nové zaujímavosti.
Asi ste si všimli, že popri výživových hodnotách ovocia a zeleniny sa často udáva tiež obsah popolu. Popol je na prvý pohľad nezaujímavý, ale na druhý pohľad, je naopak veľmi zaujímavý. Obsahuje takmer všetky dôležité ióny kovov ako sú napríklad Na, K, Mg, Ca, Fe, Zn a stopové prvky ako sú napríklad Cr, Mn a Cu. Na vznik popolu treba ovocie, alebo zeleninu najskôr spáliť. Počas tohto procesu sa oxidujú (spaľujú) v nadbytku O2 všetky organické látky v ovocí a zelenine za vzniku CO2, H2O a oxidov, alebo uhličitanov iónov kovov. Popol je teda konečný produkt spaľovania ovocia a zeleniny na oxidy, alebo uhličitany. V prípade alkalických iónov kovov ako sú Na+ alebo K+, z dôvodu prítomnosti CO2 počas spaľovania, vznikajú prevažne ich uhličitany. Dôvod prečo vznikajú prednostne uhličitany je vyššia termochemicka stabilita uhličitanov ako oxidov alkalických kovov [8]. Samozrejme, že aj uhličitany sa môžu rozložiť na oxidy a CO2, ale tento proces prebieha počas teplôt, ktoré presahujú teplotu 1000 °C [7].
Chemické deje počas spaľovania biomasy sa ale výrazne komplikujú ak sú prítomné vo väčších obsahoch prvky ako sú fosfor, dusík, síra, alebo kremík [7]. Tieto prvky sú ale v ovocí a zelenine prítomné len v malých množstvách.
Potom môžeme písať zjednodušenú schému spaľovania:
ovocie/zelenina + O2 → CO2 + H2O + MeO/MeCO3/Me2CO3 + teplo (1),
kde Me predstavuje všeobecne rôzne ióny kovov v ovocí, alebo v zelenine.
Skúsme si to overiť na príklade s jujubou, ktorú pestujeme v našej záhrade. V tabuľke 1, je vidieť, že je prítomný draslík, vápnik, horčík a fosfor, ale výrazne dominuje draslík (presnejšie K+). Ión K+ patrí medzi ióny alkalických kovov, a po spálení jujuby vzniká hlavne K2CO3. Ak budeme pokračovať ďalej, budú potrebne aj informácie o molových hmotnostiach draslíka a uhličitanu draselného [8]. Po ich použití nám jednoduchý výpočet ukáže, že z 250 mg draslíka, ktorý jujuba v 100 gramoch obsahuje, vnikne 440 mg K2CO3. A to je celkom dobrá zhoda s obsahom popola v jujube. A ak by sme zobrali do úvahy tiež prítomnosť Ca, Mg a P v popole, ešte viac by sme priblížili ku hodnote 0,50 g.
Po spálení jujuby vzniká popol s obsahom prevažne K2CO3, ktorý je dobre rozpustný vo vode. K2CO3 čiastočne reaguje s H2O, podľa rovnice (2):
K2CO3 + H2O → 2K+ + HCO3– + OH– (2)
Vďaka hydrolýze K2CO3 vo vode, taký je názov reakcie (2), vzniká vodný roztok s malým obsahom hydrogén uhličitanov, HCO3– a hydroxidových OH– iónov. Sú to práve hydroxidové OH– ióny, ktoré vytvárajú zásadité prostredie vo vode. Vodný roztok K2CO3 má teda vždy pH okolo 10 a to znamená, že je zásaditý [8]. A aj z tohto jednoduchého príkladu, možno jujubu zaradiť medzi zásadotvorné potraviny. Z tejto úvahy môžeme potom predpovedať, že napríklad citrón, ktorý chutí veľmi kyslo, ale v ktorom opäť dominuje draslík s obsahom 138 mg/100 g [4,5], bude tiež zásadotvorný [5]. A z databázy [5] a z článku [6], je zrejmé, že takmer všetky druhy ovocia a zeleniny sú zásadotvorné. To znamená, že vysoký obsah draslíka, správnejšie iónov K+ v ovocí alebo v zelenine naznačuje, že daná potravina bude zásadotvorná.
Ale požiť hydrolýzu K2CO3 vo vode ako príklad procesu, ktorý prebieha aj v ľudskom tele je mylná predstava. A navyše, zistiť vo všeobecnosti, či sú potraviny zásadotvorné, alebo kyselinotvorné je oveľa zložitejšie, pretože všetky tieto potraviny obsahujú dusík, síru, alebo fosfor v mnohonásobnom množstve ako obsahuje ovocie, alebo zelenina. Nesmierne veľa zaujímavých informácii ohľadom toho ako sa zisťuje tento efekt a ako reagujú potraviny v tele možno nájsť v práci [6].
Ako naše telo zvládne fungovať bez následkov z prekyslenia organizmu kyselinotvornou stravou?
Ale nebuďte prekvapení, ak sa nakoniec dozviete, že to čo dáva telu energiu a výživu, teda potraviny s vysokým obsahom bielkovín, tukov a sacharidov, sú všetko potraviny, ktoré sú kyselinotvorné. A v bežnom jedálničku výrazne prevažujú nad zásadotvornými potravinami. Ale ako potom naše telo zvládne fungovať bez následkov z prekyslenia organizmu kyselinotvornou stravou? Odpoveď je pomerne zložitá a vyžaduje pochopenie biochemických procesov, ktoré prebiehajú na bunkovej úrovni. Telo sa chráni výkyvom pH a je na to výborne prispôsobené. Napríklad, pH krvi je v rozmedzí 7,36–7,44 a hodnoty pH pod 6,8, alebo nad 7,8, sú nezlučiteľné so životom [9]. Telo je z evolúcie pripravené zvládnuť kyselinovú prevahu pomocou viacerých tlmiacich roztokov (pufrov) [9]. Napríklad bikarbonátový, HCO3–/CO2 pufor.
A čo sóda bikarbóna?
Pokúsme sa objasniť pôsobenie bikarbonátového pufra pomocou jednoduchej reakcie, ktorá prebieha počas výroby šumivého nápoja zo sódy bikarbóny, chemicky NaHCO3 a octu. Ocot je v podstate 8 % kyselina octová, ktorá má vzorec CH3COOH. Po ich zmiešaní v ľubovoľnom pomere, nastane rýchla reakcia, a aj keď sa to mierne preženie s octom napoj je pitný. Ak by sme veľmi pomaly pridávali ocot napríklad do 1 % roztoku NaHCO3, zistíme, že búrlivé šumenie na začiatku sa pomaly zmierňuje, až nakoniec ustane a reakcia už ďalej neprebieha. Aby to bolo názornejšie, napíšeme iba tie ióny, ktoré sú dôležité, teda HCO3– a H+. Potom reakcia vyzerá nasledovne:
HCO3– + H+ → H2O + CO2 (3)
Ako vieme, táto reakcia prebieha samovoľne za vzniku plynného oxidu uhličitého, ktorý časom vyšumí a vody, ktorá sa stáva ihneď súčasťou roztoku. Soľ, ktorá v tomto prípade vzniká sa nazýva octan sodný, CH3COONa. Reakcia (3) veľmi názorne ukazuje podstatu ako fungujú pufre. Kyselina octová sa môže pridávať dovtedy, pokiaľ sa nespotrebuje HCO3– ión. Vtedy hovoríme, že reakcia prebehla stechiometricky. Po spotrebe HCO3– iónu už ďalšie CO2 nevzniká a pH roztoku postupne klesá pod hodnotu 7, ktorá ak sa vytvorí v krvi je už nezlučiteľná so životom [9]. Ak sa bude pridávať ďalšie množstvo octu, opäť sa pH roztoku mierne zníži. Ale aj keby sme pridali veľký nadbytok octu, hodnota pH sa posunie smerom dolu len mierne. Pripravili sme si totiž nový octanový pufor, CH3COO–/CH3COOH, ktorý drží hodnotu pH roztoku okolo 4,5 [8]. Celkom inak by to vyzeralo, ak by sme sa rozhodli pripraviť šumivý napoj pomocou kyseliny chlorovodíkovej. Ako náhle by sme prekročili stechiometrický priebeh reakcie, pH sa dramatický prepadne skoro ku nule. A to už je naozaj nepitné a navyše aj nebezpečné.
A aby podobná schéma nenastala v tele, starajú sa o to pufre. Ale v tele sa dejú také záhady, že v niektorých orgánoch môže poklesnúť pH bežne aj pod hodnotu 2. To znamená jedno, že sa vytvorí nová kyselina, žalúdočná kyselina, ktorá obsahuje malé množstvo HCl, kyseliny chlorovodíkovej. To sa deje každý deň niekoľkokrát a to po jedle. Vo vytvorení nových H+ iónov hrá významnú úlohu enzým karbonanhydráza. Tento enzým je schopný za pomoci Zn2+ iónu, ktorý je viazaný v centrálne časti, extrémne urýchliť reakciu (4) [10]. Táto reakcia, ktorú pozná každý geológ, prebieha totiž veľmi pomaly. Až tak pomaly, že jej efekt sa prejaví až po mnohých rokoch. Ale ten prejav bude neprehliadnuteľný, napríklad v podobe krásnych výzdob jaskýň. Reakcia (4) je totiž zodpovedná za rozpúšťanie vápencových hornín.
H2O + CO2 → H+ + HCO3– (4)
A vďaka tejto reakcii, vznikne na inom mieste v bunkách ión HCO3–. Tento ión sa už poľahky poráta s nadbytočnými kyselinotvornými H+ iónmi podľa rovnice (3). Karbonanhydráza sa nachádza na rôznych miestach v tele. Je prítomná napríklad v pľúcach, kde pomáha s vydychovaním CO2, alebo v pečeni a obličkách [9,10].
V iných druhoch pufrov hrajú významnú rolu napríklad telesné proteíny a samozrejme enzýmy karbonanhydrázy, ktorých je viac druhov [9]. Naše telo má teda veľa možností ako sa zbaviť nadbytku kyselinotvorného H+ iónu. Ale vyžaduje to energiu, ktorá sa nakoniec uhradí z metabolizmu. Metabolizmu kyselinotvorných potravín. Tento systém pufrov ale nie je dokonalý. Ak zlyhá, vždy ide o vážny stav, ktorý je nutné liečiť.
A ku koncu ako sa hovorí, už len na veselú nôtu. Keď nadbytok kyselinotvorných potravín vo svojom jedálničku zvládli obyvatelia ako sú Masajovia v Afrike, Eskimáci v Severnej Amerike a Ázii, alebo v Grónsku, ktorí mali len obmedzený prístup ku ovociu a zelenine, tak to zvládne aj vaše telo. Ale keď máte záujem predsa len zmierniť kyselinotvorný efekt potravín, skúste pre istotu užívať viacej ovocia a zeleniny a ku tomu pridať aspoň 5 kúskov plodov jujuby za deň. Vaše telo sa vám poďakuje a aj my sa vám poďakujeme za váš nákup.
Použita a odporúčaná litertúra
[1] https://sk.wikipedia.org/wiki/Jujuba_hol%C3%A1
[2] J. Chen a kol.: A Review of Dietary Ziziphus jujuba Fruit (Jujube): Developing Health Food Supplements for Brain Protection, Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine (2017 ) Article ID 3019568.
https://doi.org/10.1155/2017/3019568
[3] Q. Zhang a kol.: Variations of the nutritional composition of jujube fruit (Ziziphus jujuba Mill.) during maturation stages, International Journal of Food Properties, 23 (2020) 1066–1081. https://doi.org/10.1080/10942912.2020.1770281
[4] https://fdc.nal.usda.gov/fdc-app.html#/food-details/168151/nutrients
[6] T. Remer, F. Manz,: Potential renal acid load of foods and its influenece on urine pH, Journal of American Dietic Assosiation, 96 (1996) 791–797.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7797810/
[7] D. Broström a kol.: Ash Tranformation chemistry during energy conversion of biomass: Impacts of fuel quality, Prosseding in Finlad, (2010).
https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1014201/FULLTEXT01.pdf
[8] V.A. Rabinovič, Z.Ja. Chavin, Stručná Chemická Příručka, SNTL Praha (1985). Alebo iné chemické tabuľky, ktoré obsahujú štandardné molárne zlučovacie entalpie.
[9] http://fblt.cz/skripta/vii-vylucovaci-soustava-a-acidobazicka-rovnovaha/7-acidobazicka-rovnovaha/