DIPLOMOVÁ PRÁCA. Názov práce. Stevia vo výžive človeka. požadovaný akademický titul. Master of Science (Mag. Rer. Nat.
DIPLOMOVÁ PRÁCA Názov diplomovej práce Stevia v odbore Výživa ľudí Požadovaný akademický titul Magistra prírodných vied (Mag. Rer. Nat.) Autor: Veronika Kasenbacher Číslo imatrikulácie: 0307175 Číslo štúdie (podľa študijného listu): A 474 Študijný odbor (podľa študijného listu): Diplomový študijný program v odbore výživová vedúca Vedúci .-Prof. Mag. Dr. Petra Rust Viedeň, 2011
I Obsah Zoznam obrázkov. V Zoznam tabuliek. VI Zoznam skratiek. VII 1. Úvod a otázka. 1 2. Stevia rebaudiana Bertoni. 3 2.1. Botanika. 3 2.2. História a šírenie. 6 2.3. Oblasť pôvodu. 9 2.4. Kultivácia. 10 2.5. Chemická štruktúra a zložky. 14 2.5.1. Sladidlá zo Stevie rebaudiana. 14 2.5.2. Ostatné ingrediencie. 15 2.6. Právny základ: situácia v EÚ a v ďalších krajinách. 17 2.6.1. Právna situácia v Japonsku. 17 2.6.2. Právna situácia v USA. 17 2.6.3. Právna situácia v Európe. 18 2.7. Záujem z rôznych priemyselných odvetví. 19 3. Použitie vo výžive ľudí. 21 3.1. Sladidlá. 21 3.1.1. Sladký efekt. 21 3.1.2. Vstupné. 22 3.1.3. Sladidlá vysokej intenzity. 3.1.3.1. Syntetické sladidlá. 23
II 3.1.3.2. Sladidlá prírodného pôvodu. 27 3.1.4. Stevia ako sladidlo. 3.1.4.1. Rebiana, vysoko čistý rebaudiosid A. 29 3.1.4.2. Stevia sladidlo. 32 3.2. Farmakokinetika a metabolizmus. 34 3.3. Toxicita. 42 3.3.1. Karcinogenita. 42 3.3.2. Štúdia akútnej toxicity. 45 3.3.3. Štúdia subchronickej toxicity rebaudiozidu A. 46 3.3.4. Plodnosť a teratogenita. 47 3.3.5. Genetická toxikológia/genotoxicita. 51 3.3.6. Úroveň príjmu vysoko intenzívneho sladidla rebaudiozidu A. 53 3.4. Choroby, na ktoré je možné pôsobiť pozitívne. 54 3.4.1. Nadváha a obezita. 54 3.4.1.1. Definícia. 54 3.4.1.2. Sprievodné a sekundárne ochorenia. 55 3.4.2. Diabetes mellitus typu 2. 56 3.4.2.1. Definícia. 57 3.4.2.2. Sekundárne choroby. 59 3.4.3. Hypertenzia. 59 3.4.3.1. Diagnóza a klasifikácia krvného tlaku. 59 3.4.3.2. Sprievodné a sekundárne choroby. 60 3.4.4. Metabolický syndróm. 61 3.4.4.1. Definícia. 61 3.4.4.2. Sekundárne choroby. 62
III 3.4.5. Fenylketonúria. 62 3.5. Možné priaznivé účinky Stevia rebaudiana. 63 3.5.1. Hyperlipidémia. 63 3.5.2. Diabetes mellitus typu 2. 64 3.5.3. Antihypertenzívny účinok. 70 3.6. Ďalšie pozitívne účinky Stevia rebaudiana. 74 3.6.1. Antirotavírusová aktivita. 74 3.6.2. Protizápalové a imunomodulačné účinky. 74 3.6.3. Baktericídny účinok. 75 3.6.4. Chemopreventívny účinok. 75 3.6.5. Antioxidačný účinok. 76 3.6.6. Kariogénny potenciál a vplyv na tvorbu plakov. 76 3.6.7. Antiamnestický účinok. 77 3.7. Používa. 77 3.7.1. Potravinársky priemysel. 78 3.7.2. Farmaceutický priemysel. 79 3.7.3. Poľnohospodárstvo. 79 3.8. Vývoj výrobkov v potravinárskom priemysle a očakávania spotrebiteľov. 79 3.9. Trh s nealkoholickými nápojmi obsahujúcimi sladidlá. 80 3.10. Výber výrobkov. 81 3.10.1. Nealkoholický nápoj broskyňový džús. 81 3.10.2. Nealkoholický nápoj broskyňový nektár. 81 3.10.3. Sladké mliečne výrobky. 82 3.10.4. Sušené ovocie. 82 3.10.5. Ľahký kečup. 82
IV 3.10.6. Čokoláda so zníženým obsahom kalórií. 82 4. Záver. 84 5. Zhrnutie. 89 6. Zhrnutie. 90 7. Bibliografia. 91 životopisov. 109
VI Zoznam tabuliek Tab. 2.4.1 Kultivačné požiadavky na Stevia rebaudiana [KIENLE, 2010b] Tab. 2.4.2 Technológia kultivácie pre Stevia rebaudiana [KIENLE, 2010b] Tab. 2.4.3 Produktivita stévie v rôznych klimatických pásmach [KIENLE, 2010b] Tab. 2.1 Zloženie mastných kyselín (g/100 g) oleja zo stévie listovej [TADHANI a SUBHASH, 2006] Tab. 3.1.4.1 Rozdielna sladkosť derivátov steviolu [SHEVCHENKO et al., 2010] Tab. 3.1.4.1.1 Množstvo rebiany použitej v rôznych výrobkoch [mod . podľa PRAKASH et al., 2010] Tab. 3.3.1.1 Prehľad štúdií chronickej toxicity a karcinogenity na potkanoch so steviozidom [MAIER a HUBER, 2010] Tab. 3.4.1.1.1 Klasifikácia hmotnosti u dospelých na základe BMI (podľa WHO, 2008 ) [WHO, 2011] Tab. 3.4.2.1.1 Diferenciálne diagnostické kritériá pre diabetes 1. a 2. typu pri diagnostike [KERNER a BRÜCKEL, 2009] Tab. 3.4.2.1.2 Diagnostické kritériá pre diabetes mellitus [KERNER a BRÜCKEL, 2009] Tab. 3.4.3.1.1 Klasifikácia krvného tlaku [SLANY et al., 2007] Tab. 3.5.2.1 Fyziologické účinky steviolu a steviozidu, ako aj extraktov zo Stevie rebaudiana [mod. podľa MAIER a HUBER, 2010]
VII Zoznam skratiek ADI BMI CHL DOCA E EC EFSA EG ESI EU FAO FDA HDL IR JECFA KG LC LD LDL MS NMR NOAEL NOEL OGTT ppm RP-HPLC Prijateľný denný príjem (povolený denný príjem) Index telesnej hmotnosti (index telesnej hmotnosti) Čínsky škrečok pľúca (pľúca čínskeho Škrečky) Deoxy-Cortico-Steron-Acetat Europe, E-number Európska komisia (Európska komisia) Európsky úrad pre bezpečnosť potravín (Európsky úrad pre bezpečnosť potravín) Európske spoločenstvo Elektrosprej Ionizácia Európska únia Organizácia pre výživu a poľnohospodárstvo Potraviny a drogy Správa (Úrad pre bezpečnosť potravín a liečiv v USA) Vysokohustotný lipoproteínový infračervený kĺbový odborný výbor FAO/WHO pre potravinové prísady Telesná hmotnosť Kvapalná chromatografia Letálna dávka Nízkohustotný lipoproteínová hmotnostná spektrometria Jadrová magnetická rezonancia Nie sú pozorované Nepriaznivé účinky Nie sú pozorované Úroveň účinku orálne G lukosetoleranztest ppm častíc - vysokoúčinná kvapalinová chromatografia s reverznou fázou (chromatografia na reverznej fáze)
VIII Vedecký výbor SCF pre potraviny S9 Supernatant (supernatant), odstredenie pri 9 000 g T 3 T 4 TS USA USA UV VLDL WHO Trijódtyronín Sušina tyroxínu Spojené štáty americké Spojené štáty americké Ultrafialový lipoproteín s veľmi nízkou hustotou Svetová zdravotnícka organizácia (Svetová zdravotnícka organizácia)
2 Cieľom tejto diplomovej práce je nájsť odpovede na všetky tieto otázky vyhodnotením vedeckých údajov, ako aj predstaviť rastlinu Stevia rebaudiana Bertoni, ktorá je čoraz populárnejšia aj v Európe, a demonštrovať jej potenciál.
3 2. Stevia rebaudiana Bertoni 2.1. Botanika Stevia rebaudiana Bertoni patrí do čeľade slnečnicových (Asteraceae alebo Compositae). Rastlina je pôvodom z Paraguaja, v údolí Ria pondelok. Preferovaným biotopom je piesčitá pôda blízko vody. [KATAYAMA et al., 1976, citované z RAY, 2008] Rastlina stevia môže vo voľnej prírode dorásť až do výšky 65 cm. Je to malá, krovitá a trváca rastlina. [ROBINSON, 1930 citovaný z RAY, 2008] Obr. 2.1.1 Stevia Rebaudiana Bertoni [SUTTAJIT et al., 1993] Má celoročnú oddenku. Skladá sa z koreňového hrdla, z ktorého vychádzajú všetky korene. Sotva dôjde k tvorbe jemných koreňov. Korene obyčajne prenikajú asi 15 cm hlboko do zeme. Výhonky sa vyvíjajú z koreňového krčka na začiatku nového vegetačného obdobia. Nadzemná časť rastliny je jednoročná. [KIENLE, 1993a]
4 Obr. 2.1.2 Oddenka Stevia rebaudiana [KIENLE, 1993a] Listy sú svetlo až tmavozelené, usporiadané oproti sebe, 5-8 cm dlhé a 2-3 cm široké. Možné sú tvary listov vo forme vajec, elipsovitého až kosoštvorcového tvaru. Vyššie je však tvar listu kopijovitejší. Zárez okraja listu a prevedenie pätiek listov sú odlišné. [KIENLE, 1993a] Štruktúra rastlinnej srsti na povrchu listu má dve rôzne veľkosti - veľkú 4 - 5 µm a malú 2,5 µm. [SHAFFERT a CHETOBAR, 1994b, citované podľa BRANDLE et al., 1998] Kvety sú veľké 7-15 mm, biele a usporiadané do nepravidelného kvetenstva. [ROBINSON, 1930 citovaný z RAY, 2008] Hlavice kvetov sú homogénne, väčšinou 5-kvetinové a majú úzku, valcovitú 5-6-lupeňovú škrupinu, ktorá je dlhá asi 1 cm. Bočný výhonok prvého rádu môže mať od 10 do 200 hláv. Plod je 4- až 5-hranný, dlhý a tenký. [KIENLE, 1993a]
5 Obr. 2.1.3 Kresba hlavy kvetu, kvetu a ovocného stojana [KIENLE, 1993a] Semeno je nažka (uzatváracie ovocie) s perovitou korunou vlasov. [ROBINSON, 1930 citovaný z RAY, 2008] Je to krytosemenná rastlina, dlhá približne 3 mm, podlhovastá, sploštená a na konci má pappus. Väčšinu opeľovania vykonáva vietor, ale je to možné aj pomocou hmyzu, najmä v období kvitnutia. [KIENLE, 1993a] Obr. 2.1.4 Nákres nažiek [KIENLE, 1993a] Stevia je rastlina s krátkym dňom s kritickou dĺžkou dňa asi 13 hodín. [BRANDLE et al., 1998] Reprodukčná anatómia muža
K dispozícii je 9 rôznych produktov stevia. Nemusia sa však uvádzať ako potravina alebo prídavná látka v potravinách. [KIENLE, 2010a] Začiatkom roku 2010 vydal EFSA konečne pozitívne hodnotenie bezpečnosti steviolových glykozidov. To by mohlo viesť k skorému schváleniu v EÚ. 2.3. Oblasť pôvodu Prirodzeným domovom stévie je semi-vlhké subtropické podnebie v 22. až 23. južnej šírke a 55. až 56. západnej zemepisnej dĺžky. [KIENLE, 1993b] Obr. 2.3.1 Miesto pôvodu Stevia rebaudiana [KIENLE, 1993b]
10 V tejto oblasti sa vyskytujú ročné zrážky 1 500 až 1 800 mm a priemerná ročná teplota 21 C. Teplotné extrémy sa pohybujú od -6 ° C do +43 ° C. Teplotné rozdiely medzi dňom a nocou môžu byť viac ako 10 ° C. Prízemný mráz sa nevyskytuje. [KIENLE, 1993b] 2.4. Pestovanie Stevia rebaudiana má určité kultivačné požiadavky. Ak sú ročné výkyvy počasia príliš veľké, výnos je veľmi nízky. To je prípad krajín severne od 45N zemepisnej šírky. Hospodárske pestovanie je možné v 120 zo 192 krajín sveta. [KIENLE, 2010b] Tab. 2.4.1 Rastúce požiadavky na Stevia rebaudiana [KIENLE, 2010b] V súčasnosti sa 88% kultivácie uskutočňuje v Číne a 10% v Paraguay. Argentína, India, Austrália, Keňa a ďalšie krajiny to chcú nasledovať a tiež pestovať stéviu vo väčšom meradle. Dúfajú, že im to dá vysoké trhové podiely. Komerčné pestovanie v Európskej únii zatiaľ nie je možné. Z tohto dôvodu musí Európska komisia najskôr udeliť súhlas. Pred tým neexistuje žiadny ekonomický základ. Avšak v
11 rôznych regiónov Európskej únie vyskúšalo kultiváciu, ktorá priniesla dobré výsledky. [KIENLE, 2010b] Koľko sa Stevia rebaudiana v skutočnosti na celom svete pestuje, sa dá len odhadovať, pretože chýbajú štatistiky. Vyhlásenia spoločností, ktoré vyrábajú steviol-glykozidy, zodpovedajú viac ich požadovaným výrobným cieľom v budúcnosti. Obr. 2.4.1 zobrazuje stav celosvetového pestovania stévie v júni 2009 a mieru, do akej by sa mohla kultivácia do roku 2012 zvýšiť. [KIENLE, 2010b] Obr. 2.4.1 Celosvetová kultivácia Stevia rebaudiana (od júna 2009) [KIENLE, 2010b] Stevia rebaudiana sa dá úspešne kultivovať v rôznych klimatických oblastiach po celom svete. Rast je možný pri rôznych podmienkach rastu. Pri pestovaní stévie je potrebné venovať pozornosť kultivačnej technike. V rôznych klimatických pásmach musia byť použité rôzne techniky. [KIENLE, 2010b]
14 2.5. Chemická štruktúra a zložky 2.5.1. Sladidlá z Stevia rebaudiana Listy Stevia rebaudiana produkujú zložky sladkej chuti. Chemicky povedané, ide o diterpénové glykozidy. Všetky tieto diterpenoidové glykozidy majú rovnakú základnú chemickú štruktúru, steviol. Líšia sa ale zvyškami sacharidov. Východiskovým produktom syntézy je diterpénový alkohol, steviol. Molekuly glukózy sa viažu na steviol. Vznikajú steviol-glykozidy. Líšia sa počtom molekúl glukózy a tým, kde sú viazané. Tak vznikajú látky s rôznymi sladkosťami. Obrázok 2.5.1.1 ukazuje chemickú charakterizáciu steviolu a niektorých jeho derivátov. [MAIER a HUBER, 2010]
20 použitých. Vďaka tomu bola možná patentová ochrana. Spoločnosť Pepsi-Cola to chce nasledovať spolu s Merisantom, predchádzajúcim výrobcom aspartámu. Spoločnosti majú vysoké ciele. V istom zmysle chcete zaútočiť na trh s cukrom. 20 - 25% svetovej spotreby cukru sa má nahradiť sladidlami stévie. [KIENLE, 2010a]
22 Znížte príjem energie a pokúste sa znížiť problém s nadváhou alebo obezitou. Rovnako môžu ľudia s cukrovkou profitovať zo sladidiel. [TOMBEK, 2010] 3.1.2. Schvaľovacie sladidlá patria medzi potravinárske prídavné látky. Pred použitím je potrebné schválenie. Pokiaľ ide o doplnkové látky, ktoré sú schválené v EÚ, medzinárodné odborné výbory (SCF alebo EFSA a JECFA) predložili pred schválením zdravotné posúdenie. Sladidlá sú tiež dôkladne testované pred schválením. [BfR, 2003] 3.1.3. Vysoko intenzívne sladidlá Obr. 3.1.3.1 Prehľad vysoko intenzívnych sladidiel [SASS, 2010] Vysoko intenzívne sladidlá majú tendenciu byť horké so zvyšujúcou sa koncentráciou. To naznačuje, že rovnaké chemické vlastnosti, ktoré vytvárajú horkosť, môžu hrať úlohu vo vnímanej sile. Zvyšuje sa teda horkosť zlúčenín chutiacich na sladké
27 Obr. 3.1.3.1.6 Sukralóza [EBERMANN a ELMADFA, 2008] 3.1.3.2. Sladidlá prírodného pôvodu Neohesperidín dihydrochalkón, E 959 Neohesperidín dihydrochalkon je sladidlo bez kalórií, ktoré je vyrobené z flavonoidov nachádzajúcich sa v citrusových plodoch (grapefruit, horký pomaranč) a je asi 300 - 2 000-krát sladšie ako sacharóza. Sladidlo má oneskorenú sladkú chuť a sladkastú dochuť. Neohesperidín dihydrochalkon sa používa v žuvačkách, cukrovinkách, ústnych vodách, zubných pastách, niektorých ovocných džúsoch a niektorých farmaceutických výrobkoch. [GODSHALL, 2007] Hodnota ADI je 5 mg/kg telesnej hmotnosti/deň (SCF). [BfR, 2003] Obr. 3.1.3.2.1 Neohesperidín dihydrochalkón [EBERMANN a ELMADFA, 2008] Thaumatín, E 957 Thaumatín je zmes proteínov sladkej chuti z plodov západoafrickej rastliny (Thaumatococcus daniellii) a približne
31 Rebaudiosid A je možné kombinovať s bezkalorickými aj kalorickými sladidlami. To môže viesť k synergii. To môže zlepšiť určité vlastnosti, ako je chuť, stabilita alebo profil času/sladkosti. [PRAKASH et al., 2008] Stabilita Rebiany závisí od produktu. V nealkoholických nápojoch, ako je cola alebo citrónová limetka, zostala prijateľne sladká počas 26 týždňov skladovania. Väčšina nealkoholických nápojov sa spotrebuje do 16 týždňov. Ako stolové sladidlo používané v rôznych prípravkoch bola Rebiana stabilná najmenej 52 týždňov. Stabilita žuvačiek bola 26 týždňov. Počas pasterizácie (
88 ° C po dobu 5 minút) a fermentácia jogurtu nedošlo k výraznej redukcii a Rebiana bola stabilná počas 6 týždňov skladovania. Pri pečení bieleho koláča (
177 ° C po dobu 20 - 25 minút) a s následným skladovaním po dobu 5 dní (
25 ° C a 60% relatívna vlhkosť) nedošlo k významnej strate Rebiany. Rebiana sa môže úspešne používať aj v raňajkových cereáliách a obilných potravinách, nutraceutikách, farmaceutických výrobkoch, jedlých géloch a cukrárenských výrobkoch. [PRAKASH et al., 2008] Množstvo použitej Rebiany tiež závisí od produktu. Tabuľka 3.1.4.1.1 ukazuje koncentráciu Rebiany ako jediného sladidla v rôznych výrobkoch. [PRAKASH et al., 2008] Sortiment výrobkov * (mg/kg alebo mg/l) sýtené nealkoholické nápoje 50 - 600 neperlivých nealkoholických nápojov 50 - 600 instantných nealkoholických nápojov 200 - 2 000 stolových sladidiel 800 - 4 000 pečiva 200 - 1 000 mliečnych výrobkov 150 - 1 000 žuvačiek 300 -6 000