1.9. Кислоты

В состав многих пищевых продуктов входят различные кислоты. Основными органическими кислотами являются уксусная, винная, яблочная, лимонная, молочная. Они перечислены в порядке ослабления порога ощущения кислого вкуса. Из неорганических кислот в некоторых продуктах содержится фосфорная кислота.

С превращениями органических кислот связаны все звенья обмена веществ в живой клетке. Кислоты более чем какое-либо другое соединение определяют характерный вкус, присущий многим плодам, овощам и др. продуктам.

Органические кислоты оказывают сильное возбуждающее действие на пищеварительные железы. Пища, содержащая определенное количество кислот, хорошо усваивается организмом и способствует усвоению другой пищи, в которой они отсутствуют. Органические кислоты предоставляют собой своеобразный «метаболический котел», в котором перекрещиваются пути обмена углеводов, белков, жиров и откуда главным образом поступает необходимая живой клетке энергия (цикл Кребса).

Все вещества - белки, жиры, углеводы - в процессе пищеварения превращаются в пировиноградную кислоту. Она подвергается дальнейшим превращениям, в которых участвуют другие кислоты - уксусная, щавелевоуксусная, лимонная, яблочная, пока не образуется двуокись углерода (СО₂) - один из конечных продуктов окисления любого органического вещества. В ходе этих превращений происходит извлечение заключенной в них энергии для последующего использования ее в биохимических реакциях. На последних этапах происходит отрыв водорода и его соединение с кислородом, в результате чего образуется вода - второй конечный продукт окисления органического вещества.

Таким же путем идет обмен органических кислот в пищевых продуктах, представляющих собой живые объекты - в картофеле, зерне, овощах, плодах. Нарушение нормального обмена органических кислот приводит к ухудшению вкуса продуктов и их порче.

Кислоты - обширный класс неорганических и органических соединений, ионизирующихся в водном растворе с образованием иона водорода. А ион водорода занимает особое положение в химических реакциях. В отличие от всех других элементов он не имеет электронных оболочек и представляет собой «голое» ядро-протон, который не испытывает отталкивания от электронных оболочек других атомов или ионов, а наоборот, притягивается ими. Благодаря этому ион водорода легко вступает во взаимодействия.

По числу водородных ионов, отщепляемых молекулой кислоты, составлена номенклатура неорганических кислот: одноосновные, двухосновные и трехосновные.

В плодах и овощах, как и в других живых организмах, содержится неорганическая кислота - фосфорная, которой принадлежит исключительно важная роль в энергетическом обмене клетки.

Неотъемлемой частью органических кислот, их основной функциональной группой, от которой отщепляются ионы водорода, является карбоксильная группа. Поэтому органические кислоты называются иначе карбоновыми. Собственно, органические кислоты можно рассматривать как производные альдегидов, в которых альдегидная группа

О		О
//	окислена до карбоксильной группы	//
С		С
Н		ОН

В соответствии с числом содержащихся карбоксильных групп органические кислоты делят на монокарбоновые (одноосновные), дикарбоновые (двухосновные), трикарбоновые (трехосновные).

Многие органические кислоты наряду со своей основной карбоксильной группой имеют дополнительные функциональные группы, от которых также зависят их свойства. Соответственно различают: оксикислоты, кетокислоты, аминокислоты, фенолкарбоновые кислоты.

Оксикислотами называют кислоты, имеющие дополнительные гидроксильные группы, помимо тех, которые входят в состав карбоксилов. Например, винная кислота СООН-СНОН-СНОН-СООН, являющаяся дикарбоновой кислотой (поскольку имеет две карбоксильные группы), имеет еще две гидроксильные группы, кроме двух, содержащихся в карбоксилах. К оксикислотам относятся также яблочная, лимонная, хинная и др.

Кетокислотами называют кислоты, имеющие в своем составе дополнительно кетонную группу С=0. Примером является встречающаяся во всех живых организмах пировиноградная кислота, -кетоглутаровая кислота и др. У аминокислот дополнительной функциональной группой является аминогруппа NH₂. У фенолкарбоновых кислот функциональной группой является фенольный радикал в боковой цепи.

Кислоты, благодаря высокому содержанию кислорода, принадлежат к числу наиболее окисленных соединений. При хранении, например, плодов в условиях низкой температуры, когда вовлечение кислорода воздуха в акт дыхания затрудняется, кислоты, обычно, раньше других веществ расходуются на дыхание. В результате этого нарушается присущее плодам соотношение сахара и кислоты, которое определяет их специфический вкус.

Органические (карбоновые) кислоты

одноосновные (монокарбоновые)

двухосновные (дикарбоновые)

трехосновные (трикарбоновые)

одно-, двух- и многоосновные кислоты с дополнительными функциональными группами

низшие

высшие

оксикислоты

кетокислоты

аминокислоты

фенилкарбоновые

муравьиная, уксусная, масляная

пальмитиновая стеариновая олеиновая линолевая линоленовая

щавелевая янтарная пробковая

аконитовая

яблочная винная лимонная хинная

пировиноградная, щавелевоуксусная, -кетоглутаровая

все аминокислоты

кофейная, хлорогеновая

Рис. 1. Классификация органических кислот

Больше всего органических кислот содержится в плодах и овощах. Среднее содержание их следующее: лимоны - 6 %, черная смородина и клюква - до 3 %, вишня - 2 %, помидоры, щавель - 1,5 %, яблоки - до I %, груши - 0,2-0,5 %, картофель - 0,1-0,2 %.

Некоторые кислоты образуются в продуктах при их переработке - молочная, уксусная и др; например - квашение овощей, производство кисломолочных продуктов и др. С другой стороны, появление кислот может привести и к порче продуктов, например, прокисание вина и пива от уксусной кислоты. В связи с этим уровень содержания кислот в пищевых продуктах является важным показателем их качества.

Органические кислоты находятся в растениях в свободном виде и в виде солей и эфиров. Некоторые из них являются летучими, т.е. перегоняются с водяным паром. Наиболее важными летучими кислотами являются муравьиная, уксусная и масляная.

В соединении с эфирами они обусловливают аромат многих плодов. Так, метиловый эфир муравьиной кислоты и метиловый эфир масляной кислоты составляют существенную часть летучих веществ, определяющих аромат яблок.

Для плодов и овощей, за очень редким исключением (виноград) характерно преобладание свободных кислот над связанными.

В плодах и овощах содержатся самые различные кислоты, но в каждом виде преобладает лишь одна из них. В яблоках, например, обнаружены яблочная, янтарная, лимонная, -кетоглутаровая, щавелевоуксусная, пировиноградная, уксусная, хлорогеновая и др. кислоты. Но около 70 % составляет яблочная, до 20 % лимонная, около 7 % янтарная и лишь около 3 % остальные кислоты. Поэтому общее содержание кислот выражают по преобладающей кислоте. Сначала определяют общую кислотность, которая соответствует определенному количеству щелочи, необходимой для нейтрализации общей кислотнос­ти продукта. Найденное количество щелочи перечисляют на преобладающую кислоту путем умножения на соответствующий коэффициент (для лимонной кислоты - 0,0064, яблочной - 0,0067 и т.д.).

Общее содержание кислот не всегда определяет кислый вкус продукта. Он в значительной мере зависит от количества свободных водородных ионов. Чем больше водородных ионов, тем кислее раствор. Кислоты, обладающие большой способностью диссоциации, являются более кислыми на вкус. Например, растворы соляной и уксусной кислот, содержащие одинаковое количество кислот (0,1 грамм-молекулы, или 0,1 г водорода в I л воды), будет диссоциировать первая на 28 %, вторая лишь на 2 %. Соответственно, раствор соляной кислоты по вкусу намного кислее, чем уксусной. Поэтому степень кислотности измеряют по концентрации водородных ионов. Эта величина выражается так называемым водородным показателем рН (в пределах от I до 14).

Активная кислотность показывает количество грамм-ионов водорода в I л раствора и обозначается символом рН, который является отрицательным логарифмом числа, соответствующего массе водорода в г. Для нейтральной среды рН равна 7 (в 1 л раствора содержится 10^-7 г водорода). С увеличением абсолютной величины рН количество водородных ионов в 1 л уменьшается.

Порог кислого вкуса для различных кислот выражается следующими величинами (количество кислоты, г на 100 мл раствора): лимонная кислота - 0,0154, яблочная - 0,0107, винная кислота - 0,0075.

Дневная потребность взрослого человека в органических кислотах составляет в среднем 2 г. Она удовлетворяется за счет овощей, плодов и молочнокислых продуктов.

Наиболее часто в плодах и овощах встречаются кислоты яблочная, лимонная и винная, сравнительно реже щавелевая, бензойная, муравьиная, янтарная, салициловая и др.

Особенно широко распространена в плодах и овощах яблочная кислота (COOH-CH₂-CHOH-COOH). Она преобладает в семечковых и кос­точковых плодах, много ее в рябине и кизиле, в томатах, ревене и др. овощах и плодах. Обладает приятным вкусом, применяется в производстве пищевых продуктов

Очень распространена также лимонная кислота

СН2СООН
НООС-С-ОН
СН2СООН

Много ее в цитрусовых плодах, содержится она в ягодах - клюкве, малине, смородине, чернике, голубике и др. Лимонная кислота часто встречается совместно с яблочной. Применяется в производстве безалкогольных напитков, кондитерских изделий и др. пищевых продуктов.

Винная кислота (СООН-СНОН-СНОН-СООН) является основной в винограде. Находится, главным образом, в виде кислой калиевой соли, называемой винным камнем. В других плодах она содержится в очень незначительных количествах (в крыжовнике, бруснике, красной смородине) либо в виде следов (в яблоках, чернике, черной смородине). Широко используется в производстве пищевых продуктов.

Щавелевая кислота (СООН-СООН) больше всего содержится в щавеле, ревене, чае и какао. В незначительных количествах она содержится в чернике, малине, яблоках, грушах и др. Эта кислота находится преимущественно в виде нерастворимой в воде кальциевой соли. Принадлежит к числу очень сильных кислот, и поэтому ее потребление должно быть ограниченным.

Янтарная кислота (COOH-СH₂-CH₂-COOH) встречается, главным образом, в незрелых плодах вишни, крыжовника, винограда, яблоках, черешне и т.д.

Салициловая кислота находится в малине, землянике, вишне; бензойная - в бруснике и клюкве.

Салициловая кислота обладает антимикробным (бактерицидным) действием.

Молочная кислота (СН₃-СН(ОН)-СООН) является консервантом, препятствует развитию гнилостных бактерий.

Уксусная кислота (СН₃-COОH) содержится в незначительных количествах в вине, томатопродуктах, квашеных овощах, плодовых и овощных соках. При неправильном хранении продуктов содержание ее может возрастать, появляется резкий, неприятный вкус.

Масляная кислота (CH₃-СН₂-СН₂-СООН) накапливается в прогорклом масле и сыре, придает неприятный вкус и запах.

Фосфорная кислота (Н₃РО₄) находится почти во всех пищевых продуктах в виде кислых и средних фосфатов. Играет большую роль в обмене веществ живых организмов.