Aufbau und Bedeutung der Hauptbestandteile
Als Hauptbestandteile, also für die Herstellung eines Energydrinks essentielle Zutaten, zählen die drei Stoffe Wasser, Kohlenhydrate und Koffein.
Jedes Lebewesen braucht es zum Überleben und 71 % der Erdoberfläche ist damit bedeckt. [9] Man kommt täglich mit Wasser in Berührung und verwendet es für den Haushalt, beispielsweise zum Kochen. Man trinkt Wasser und bereitet mit der Flüssigkeit Nahrung und Getränke zu. Man reinigt oder heilt mit Wasser. Man trifft es so gut wie überall an: in Flüssen, Bächen, Seen, in Form von Wolken, Regen, Nebel oder Tau. Es dient als Lebensraum oder erweitert ihn für Pflanzen, Tiere & Menschen. Auch die Wirtschaft benutzt Wasser. In der Landwirtschaft als Bewässerungsmittel und in der Industrie zur Energieerzeugung oder zum Kühlen. Es kann auch zur Freizeitgestaltung und Erholung genutzt werden. Wasser ist flüssig, farblos, geruchlos, geschmacklos, liegt im festen Zustand als Eis und im gasförmigen Zustand als Wasserdampf vor. Die chemische Formel von Wasser ist H2O und ist somit ein Oxid des Wasserstoffs. [10] Jedes Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen, welche von einem Sauerstoffatom zusammengehalten werden. Die Bindung erfolgt durch die Bildung von gemeinsamen Elektronenpaaren und elektrostatischen Kräften. Der Elektronegativitätswert von Wasserstoff beträgt 2,1, der Elektronegativitätswert von Sauerstoff 3,5. Da Sauerstoff den höheren Elektronegativitätswert besitzt, wird diese chemische Bindung von Sauerstoff stärker beansprucht als von Wasserstoff. Somit bildet sich bei Wasserstoff ein positiver Ladungsschwerpunkt und bei Sauerstoff ein negativer Ladungsschwerpunkt. Daraus folgt, dass das Wassermolekül ein Dipolmolekül ist, da es einen positiv und einen negativ geladenen Pol ausbildet. Aufgrund der Tatsache, dass es sich um ein Dipolmolekül handelt, liegt eine polare Atombindung vor. Bei mehreren Wassermolekülen treten intermolekulare Kräfte zum Vorschein, d. h. Kräfte zwischen den Wassermolekülen, welche das Anziehen von zwei oder mehr Wassermolekülen bewirken. Ein Beispiel hierfür ist die Wasserstoffbrückenbindung als Ursache für zahlreiche Phänomene, wie z. B. die Anomalie des Wassers. Das heißt, dass die maximale Volumenausdehnung bei Wasser bei einer Temperatur von vier Grad Celsius stattfindet. Es gibt noch weitere Phänomene und Eigenschaften des Wassers, die für diese Seminarfacharbeit jedoch unerheblich sind. Sämtliche Stoffwechselvorgänge laufen in wässriger Lösung beziehungsweise mit Wasser versetzt ab, sogar bei Lebewesen, die bei extremen Temperaturen, wie zum Beispiel in der Wüste, überleben müssen. Somit gäbe es ohne Wasser kein Leben auf der Erde, weil viele Lebewesen hauptsächlich aus Wasser bestehen. Der menschliche Körper hat in etwa einen Wasseranteil von über 70 %. Ein Hauptgrund hierfür ist, dass in Wasser alle biochemischen Reaktionen stattfinden. Wasser ist ein sehr gutes Lösungsmittel, weshalb viele Stoffe in einem Organismus in Wasser gelöst werden, um sie zu transportieren. [11]
Zucker ist unter anderem einer dieser Stoffe, der auf diese Art und Weise im menschlichen Körper transportiert wird. Zucker beziehungsweise Kohlenhydrate sind ein weiterer wichtiger und zum Überleben notwendiger Nahrungsbestandteil. Man kann alle Kohlenhydrate prinzipiell in drei Gruppen einordnen: Die Monosaccharide oder auch die Einfachzucker, die Disaccharide oder auch Zweifachzucker genannt sowie die Polysaccharide, zu denen man auch Mehrfachzucker sagen kann. Monosaccharide haben immer die chemische Formel C6H12O6, wie zum Beispiel der handelsübliche Traubenzucker oder der Fruchtzucker. Man findet die Einfachzucker beispielsweise in Früchten, Honig, Nektar vor. Monosaccharide sind sehr gut löslich, in reiner Form weiß, geruchlos, kristallin und besitzen einen süßen Geschmack. Außerdem besitzen sie eine reduzierende Wirkung in chemischen Reaktionen. Die Einfachzucker stellen den Grundbaustein vieler Kohlenhydrate dar und sind somit Hauptbestandteil unserer Nahrung. Außerdem werden sie gerne als Süßstoffe eingesetzt. Disaccharide hingegen sind die Kohlenhydrate, die man beispielsweise durch Zuckerrohr oder Zuckerrüben gewinnen kann. Diese Früchte werden verarbeitet und sie werden beispielsweise als Kristallzucker, Kandiszucker, Würfelzucker oder Puderzucker gehandelt. Alle Disaccharide haben die chemische Formel C12H22O11, sind gut wasserlöslich und schmecken süß. Bekannte Vertreter dieser Kohlenhydratgruppe sind der Rohrzucker oder auch Saccharose genannt sowie der Malzzucker, der auch Maltose genannt wird. Disaccharide bestehen in der Regel aus zwei Monosacchariden, die durch eine glykosidische Sauerstoffbrücke miteinander verbunden sind. Das heißt, die beiden Einfachzucker sind durch ein Sauerstoffatom miteinander verbunden. Beide werden heutzutage als Nähr- und Süßmittel benutzt. Maltose wird vor allem als Ausgangsstoff für die Herstellung alkoholischer Getränke betrachtet. Polysaccharide sind aus Makromolekülen bestehende Naturstoffe, die durch Polykondensation beziehungsweise der wiederholten Kondensation vieler Moleküle eines Monosaccharids entstehen. Sie besitzen alle die chemische Formel C6H10O5. Ein bekannter Vertreter dieser Kohlenhydratgruppe ist die Stärke, wie sie zum Beispiel in der Kartoffel vorkommt. Sie gilt in der Natur oftmals als Reservestoff in Speicherorganen, Samen oder auch Früchten. Diese Reservekohlenhydrate nimmt der Mensch dann hauptsächlich in Form von Stärke zu sich. Ein weiterer wichtiger Vertreter von Mehrfachzuckern ist die Cellulose, die vor allem als Gerüststoff bei Pflanzen fungiert. Sie wird dabei in den Zellwänden eingelagert. Diesen Speicherort macht sich die Zellstoff- und Papierindustrie zu Nutze, um beispielsweise Papiertaschentücher oder Textilfasern herzustellen. [12]
Der dritte Hauptbestandteil von Energydrinks ist das Koffein. Dieser Stoff ist chemisch gesehen 1,3,7-Trimethylxanthin und ist ein Alkaloid aus der Stoffgruppe der Xanthine. Das reine Koffein ist dabei weiß und kristallin. Oftmals wird der bittere Stoff zuerst mit Kaffee in Verbindung gebracht, aber auch in Cola, Tee, Schokolade oder in Energydrinks kann Koffein enthalten sein. Koffeinhaltiger Kaffee ist dabei heutzutage eines der wichtigsten Getränke weltweit. Den Ursprung hat Kaffee in Äthiopien, wo um das 15. Jahrhundert erste kultivierte Kaffeegärten entstanden. Durch die Eroberung dieses Gebietes der Türken 1517 bekamen sie Zugang zu den Plantagen, der sich nun auch rasch im gesamten arabischen Raum verbreitete. Durch die Kolonisation der Europäer wurde der Kaffee immer mehr in den europäischen Regionen verbreitet und auch gerne von der Bevölkerung getrunken. Heute wird der Kaffeeanbau vor allem in den subtropischen Regionen der Erde durchgeführt. Dabei bestehen 99 Prozent der Gesamtproduktion aus den beiden Sorten „Arabica“ und „Robusta“. [13] Es gibt mehrere Arten, das Koffein zu extrahieren, um es beispielsweise für die Energydrinkhersteller zur Verfügung zu stellen. Eine Variante ist das Benutzen des extrahierten Koffeins bei koffeinfreiem Kaffee. Die Kaffeebohne enthält zwischen 1,2 und zwei Prozent Koffein, wobei der Anteil nach dem Entkoffeinieren auf maximal 0,08% im europäischen Raum sinken muss. Die Verfahren von europäischen und amerikanischen Herstellern unterscheiden sich dabei:
„a) Europäische Hersteller […]: Hierbei werden die Rohkaffeebohnen in stehenden, zylindrischen Behältern zunächst mit übersättigtem Wasserdampf angequollen; die Kaffeebohnenoberfläche wird für das nach außen diffundierende Koffein durchlässig. Mit einem leichtflüchtigen Lösungsmittel, wie Dichlormethan, Dichloräthan etc. wird dann bei 40-70°C das Coffein herausgeholt. […] b) Bei dem anderen, vorzugsweise in USA angewandten Verfahren geht man ebenfalls von Rohkaffee aus […]. Diesem werden zunächst die wasserlöslichen Inhaltsstoffe, einschließlich Coffein, entzogen. Die erhaltene, wäßrige Rohkaffeelösung wird einer Flüssig-Flüssig-Extraktion mit dem wasserschwerlöslichen Trichloräthylen unterworfen. Dabei verbleibt Coffein im Lösungsmittel.“ [14]
Das Koffein wird nach den Prozeduren wieder für den Verzehr aufbereitet. Eine beliebte Alternative dieser eher aufwendigen Verfahren ist die Extraktion des Koffeins aus der Frucht des Strauches der Guarana, welche etwa acht Prozent Koffein enthalten. Die so gewonnene Guaranasubstanz hat die gleiche Wirkung wie das durch Entkoffeinieren gewonnene Koffein. Die Früchte werden dabei erst geschält und dann geröstet. Anschließend werden sie mit Wasser zu einer Paste verarbeitet, nachdem sie zerrieben wurden. Diese Paste ist nun transportfähig und auch zum Aufbereiten von Getränken wie beispielsweise von Energydrinks geeignet. [15]
Wirkung der Hauptbestandteile auf den Körper
Der Mensch ist so sehr an das Wasser gebunden, dass er nur wenige Tage ohne diesen Stoff überleben kann. So ist das wichtigste Lebensmittel des Menschen das unersetzbare Wasser, ein erwachsener Mensch enthält zum Beispiel etwa 42 Liter. Das Wasser ist dabei im ganzen Körper verteilt, zum Beispiel bestehen die Zellen des Menschen zu 63 % und das menschliche Blut zu sieben Prozent aus Wasser. Ein großer Nachteil des menschlichen Körpers ist, dass er Wasser nicht speichern kann. Er muss also kontinuierlich den überlebenswichtigen Stoff aufnehmen, um überleben zu können. Die Wasserabgabe eines Erwachsenen beträgt im Durchschnitt 2,5 bis drei Litern am Tag. Deshalb sollte die Wasseraufnahme durch Nahrungsmittel und Wasser etwa drei Liter täglich betragen. Durch Nahrung wird dabei im Durchschnitt ein Liter Wasser aufgenommen. Ein weiterer halber Liter an Wasser wird durch Stoffwechselvorgänge im Körper gebildet. Der verbleibende Wasserbedarf muss durch Trinken gestillt werden. Mit dem Wasser werden im Körper Nährstoffe, Abbauprodukte des Stoffwechsels (z. B. Harnstoff und Kohlenstoffdioxid), Hormone und Blutzellen transportiert. Der Transport erfolgt von den Orten ihrer Aufnahme oder ihrer Bildung über das Blut zu allen Zellen des Körpers und anschließend zu den Orten ihrer Ausscheidung. Der Blutkreislauf dient vor allem der Versorgung der Zellen mit lebensnotwendigen Stoffen und dem Abtransport von Stoffwechselendprodukten. Die Ausscheidung von gelösten Stoffwechselendprodukten erfolgt durch die Nieren, die zur Entgiftung des Körpers dienen. Das gesamte Blut durchfließt die Niere etwa 300mal am Tag. Aus Nierenkapillaren, deren feine Wände wie Filter wirken, gehen Wasser, Harnstoff, giftige Stoffe und Mineralsalze aus dem Nierengewebe in das sogenannte Nierenbecken über. Der Harn, etwa 1,5 Liter am Tag, wird in der Harnblase gesammelt und anschließend ausgeschieden. Bei menschlichem Wassermangel wird der Harn dunkler, also konzentrierter und die Harnmenge geringer. Bei hoher Wasseraufnahme wird mehr Harn gebildet und ausgeschieden. Bei einem Wasserdefizit ab etwa 350 ml entsteht Durst. Durch eine Veränderung der Konzentration an gelösten Stoffen in der Körperflüssigkeit wird das menschliche Durstzentrum im Zwischenhirn erregt. Bei einem Wasserverlust von zwölf bis zwanzig Prozent kann bereits der Tod eintreten. Zuvor gibt die Haut aufgrund Wassermangels keinerlei Schweiß ab, eine Abkühlung des Körpers ist nicht mehr gewährleistet. Der Abtransport von Stoffwechselendprodukten wird eingeschränkt, ebenso die Zellversorgung mit lebensnotwendigen Stoffen. Der Sauerstofftransport über die roten Blutzellen ist erschwert, das Blut wird langsam dickflüssiger. Ein Austrocknen der Schleimhäute ist vorprogrammiert. Zusammenfassend gesehen ist sicher, dass eine ausreichende und regelmäßige Wasserversorgung für den menschlichen Organismus unabdingbar ist. [16]
Auch Zucker darf bei der täglichen Nahrungsaufnahme nicht fehlen, weil ihn der Körper als Energiequelle benötigt. Das Gehirn verbrennt rund 140 Gramm Glukose am Tag, also etwa vierzehn Esslöffel Zucker. [17] Bekommt der Körper Einfachzucker zugeführt, so kann er diesen direkt über den Darm in das Blut aufnehmen und in jede Zelle des Körpers liefern, die das Monosaccharid als Energielieferant benötigt. Disaccharide oder auch Polysaccharide muss der Körper erst durch Enzyme spalten, bevor diese in den Blutkreislauf gelangen. Die „World Health Organisation“ (WHO) empfiehlt eine Kohlenhydratzufuhr von sechs bis zehn Prozent des täglichen Energiebedarfs. [18] Das entspricht bei einem täglichen Energiebedarf eines als normal geltendem erwachsenen Menschen von 2000 Kilokalorien einer Zuckerzufuhr von etwa 120 bis 200 Kilokalorien pro Tag. Ein Gramm Zucker enthält vier Kilokalorien, weswegen etwa 50 g Zucker pro Tag als „Empfohlen“ gelten. Diese Menge kann man jedoch nicht auf jeden Menschen beziehen, weil jeder einen unterschiedlichen täglichen Energiebedarf besitzt. Wenn man von 50 g Zucker pro Tag ausgeht, ist dieser Wert schnell erreicht. Ein Glas mit 250 ml des Softgetränkes „Coca-Cola“ enthält bereits 27 g Zucker [19], sodass nach einem zweiten Glas die Empfehlung der „WHO“ bereits für den ganzen Tag überschritten ist, obwohl sehr viele Nahrungsmittel, zum Beispiel Kartoffeln, auch Zucker enthalten, der nun noch gar nicht in dieser Rechnung betrachtet worden ist. Der deutschlandweite Marktführer für die Herstellung von Energydrinks [20] verweist auf seiner Webseite auch auf den Zuckeranteil im Getränk „Red Bull“. [21] Er beträgt dabei pro 100 ml elf Gramm Kohlenhydrate, sodass bei 250 ml insgesamt 27,5 Gramm Zucker in den menschlichen Körper gelangen. Verglichen mit dem Softgetränk „Coca-Cola“ ist der ohnehin schon hohe Zuckeranteil in diesem Energydrink sogar noch höher. Laut dem Hersteller „Red Bull GmbH“ liegen dabei die Zucker nur als Glukose und Saccharide vor. Dass Zucker eine Zutat für Energydrinks ist, gaben mehr als drei von vier Befragten in der zu dieser Seminarfacharbeit getätigten Umfrage an. [22] Diesen Überschuss an Kohlenhydraten kann der Körper im Gegensatz zu Wasser jedoch abspeichern. Dafür lagert er die Kohlenhydrate in den Muskeln und in der Leber ein, wo sie in körpereigene Fette umgewandelt werden. Diese können für lange Zeit im Körper abgespeichert werden. Sollte nun wieder Energie benötigt werden, kann der Körper die körpereigenen Fette wieder in Monosaccharide umwandeln und diese dem Blutkreislauf zuführen. Ein weiterer Teil des Kohlenhydratüberschusses kann auch in Form des Glykogens in Zellen gespeichert werden. Wenn der Körper nun ohne Zunahme von Nahrung Energie benötigt, wie dies Nachts der Fall sein kann, greift er auf die Glykogenreserven in den Zellen zurück. Nachdem diese wieder in Monosaccharide umgewandelt wurden, können sie dem Blutkreislauf wieder zugeführt werden. Das Glykogen in den Muskeln wird jedoch nur umgewandelt, wenn die Muskeln selbst die so freigewordene Energie benötigen. In Notzeiten ist der Körper sogar in der Lage, in der Leber aus körpereigenem Eiweiß Traubenzucker herzustellen. Unser Körper ist also vielfach abgesichert und kann so fast immer eine Zufuhr von Kohlenhydraten garantieren, wenn sie nötig ist und genügend Reserven vorhanden sind. Bei der Dosierung des Zuckers im Blutkreislauf spielt der Blutzuckerspiegel eine bedeutende Rolle. Und hier kommt der Unterschied zwischen den Monosacchariden und den beiden anderen Kohlenhydratgruppen zum Tragen: Die Einfachzucker können sofort im Darm in die Blutbahn gelangen. Wenn man also eine große Menge, beispielsweise an Traubenzucker, zu sich nimmt, so sind diese Zucker sehr schnell im Blutkreislauf und man besitzt einen hohen Blutzucker. Ein kurzzeitiger hoher Blutzuckerspiegel ist für den Körper kein Problem, bei einer übermäßigen Zunahme von Zucker über einen langen Zeitraum kann es jedoch bereits zu einer Diabeteserkrankung kommen. Der Körper kann die Zuckeranteile im Blut vorwiegend mittels den beiden Hormonen Insulin und Glukagon beeinflussen. Das Insulin wird in der Bauchspeicheldrüse produziert, gespeichert und vom Körper freigesetzt, sobald der Blutzucker im Blut gesenkt werden soll. Dabei gelangt das Insulin als Rezeptor auf die Zelloberfläche und lässt die Organe den Zucker aus dem Blut aufnehmen. Der Zucker wird nun vorwiegend in der Leber und den Muskeln in Form von Glykogen gespeichert. Etwa zwei Stunden nach dem Freisetzen des Insulins ist der Blutzucker wieder gesenkt. Werden jedoch große Kohlenhydratmengen zu sich genommen, kann es sein, dass durch das Insulin mehr Zucker als benötigt abgebaut wird. Das hat zu Folge, dass der Körper schon wieder unterzuckert sein kann. Das ist auch die Ursache, weswegen viele Menschen von dem sogenannten „Mittagstief“ sprechen: Nach dem Mittagessen kommt es nach etwa zwei Stunden zu Ermüdungserscheinungen und zu Lustlosigkeit, weil die große Menge an Kohlenhydraten abgebaut werden musste und nun nicht mehr genügend Energie für alle Zellen im Körper bereitsteht. Der menschliche Körper hat auch deswegen einen Gegenspieler zum Insulin geschaffen – das Glukagon. Dieses Hormon sorgt dafür, dass die Leber und die Muskeln nun wieder ihre Glykogenreserven umwandeln und zurück in den Blutkreislauf überführen. Bei Diabetes-Patienten ist es nun so, dass die Bauchspeicheldrüse nicht genügend oder gar kein Insulin mehr bildet, sodass der Blutzucker nicht reguliert wird. Sie müssen deswegen dem Körper das Hormon Insulin zuführen, um den Blutzucker zu senken. [23]
Koffein hingegen gehört nicht zu essentiellen Nährstoffen des Menschen. Wenn es in den Körper gelangt, wird es ähnlich wie Monosaccharide sehr schnell und meist in weniger als einer Stunde vollständig in das Blut aufgenommen. Die Wirkung des Koffeins tritt dabei schon nach fünfzehn Minuten ein. Koffein hat eine Halbwertszeit von zwei bis drei Stunden, je nach Körpermasse und Wassergehalt einer Person. Innerhalb dieser ersten Stunden kann das Koffein seine volle Wirkung entfalten und alle Effekte auf den Organismus kommen in ihren höchstmöglichen Formen vor. Die Wirkung hält nach der Einnahme bis etwa fünf bis sechs Stunden an. Innerhalb dieses Zeitraums wurde das Koffein schon wieder komplett abgebaut, sofern es sich nicht um einen übermäßigen Konsum handelt. [24] Es gelangt so in das Gehirn und entfaltet dort seine Wirkung. Dabei ist der Abbau nicht bei jedem Menschen gleich. So brauchen Schwangere ungefähr doppelt so lange wie ein erwachsener Mensch. Während dieser Wirkdauer hat es die verschiedensten Wirkungen auf den menschlichen Körper. Dabei sind folgend nur die wichtigsten Wirkungen des Koffeins auf den menschlichen Körper beschrieben. Es übt eine stimulierende Wirkung auf das zentrale Nervensystem aus, welches daraufhin vermehrt Adrenalin, welches als Stresshormon bekannt ist, und Dopamin, im Volksmund auch Glückshormon genannt, ausschüttet. Der Körper reagiert darauf mit erhöhter Herzfrequenz, wodurch die einzelnen Zellen und Organe besser mit Blut versorgt werden und so die Reaktionsgeschwindigkeit und die Aufmerksamkeit zunimmt, aber auch den Blutfluss in den inneren Organen reguliert, wodurch der Appetit vermindert wird. Durch die erhöhte Blutzufuhr wird auch das Glykogen in den Muskeln erneut umgewandelt, sodass der Körper kurzzeitig mehr Leistung erbringen kann. Koffein kann also die Leistungsfähigkeit des Körpers beeinflussen. Weiterhin kann es körperliche und geistige Müdigkeitserscheinungen überbrücken, weil Koffein von der Struktur her sehr ähnlich mit dem körpereigenen Adenosin ist. Es kann so an die Rezeptoren des Adenosins andocken und die Wirkung des Adenosins wie bereits beschrieben entfalten. Dadurch wird das Schlafverhalten jedoch beeinflusst, sodass die Schlafdauer zu stark reduziert werden könnte und der Körper sich nicht ausreichend regenerieren kann. Des Weiteren wird Koffein auch in der Medizin als schmerzstillendes Mittel eingesetzt, weil es die Wahrnehmung verändert und die Schmerzschwelle herabsetzt. Dadurch kann es jedoch auch zu Fehleinschätzungen und damit verbunden Unfällen kommen. Aufgrund der damit verbundenen gesundheitlichen Risiken hat die EU in der Europäischen Richtlinie 202/67/E festgelegt, dass Getränke mit einem Koffeingehalt von mehr als 150 mg/l deutlich gekennzeichnet sein müssen. Weiterhin warnt das Bundesinstitut für Risikobewertung von übertriebener Koffeinzunahme, insbesondere im Zusammenspiel mit Energydrinks. [25] Es sieht diese Warnung begründet auf bereits vorgefallenen Todesfällen, aber auch auf der Gefahr von beispielsweise Nierenversagen oder Herzrhythmusstörungen. Seit 2. Juni 2013 gilt nun auch in Deutschland eine gesetzliche Regelung zum Koffeingehalt von Energydrinks. So dürfen maximal 320 Milligramm pro Liter enthalten sein. Alle in Deutschland kaufbaren Energydrinks sind nach „Stiftung Warentest“ unterhalb dieser Grenze. [26] In der Umfrage im Rahmen dieser Seminarfacharbeit gaben fast sieben von acht Befragten an, Koffein als Zutat in derartigen Getränken zu sehen. Damit ist allgemein klar, dass Koffein ein Hauptbestandteil ist. Man muss demnach immer auf die Dosis von Koffein achten, die man zu sich nimmt. So beliebt Koffein in unserer heutigen Gesellschaft auch ist, kann der Verzehr mitunter schwerwiegende Folgen für das ganze Leben haben. [27]
