Основные свойства пищевых кислот

Наименование кислоты	Эмпирическая формула	Внешний вид	Температура плавления, °С	Растворимость в 1 г на 100 мл
				воды	этанола
Уксусная	CH3COOH	Бесцветная жидкость	16,6	∞	∞
D(-)-молочная	CH3CHOHCOOH	Гигроскопичные пластинки	52–54	∞	∞
L(+)-молочная	CH3CHOHCOOH	Гигроскопичные кристаллы	25–26	∞	∞
DL-молочная	CH3CHOHCOOH	Гигроскопичные кристаллы или сироп	18	∞	∞
Ортофосфорная	H3PO4	Бесцветная жидкость	42,35	54820	р
L(+)-винная	CHOHCOOH | CHOHCOOH	Бесцветные кристаллы	140 (безводн.)	13920; 343100	20,415
DL-винная	CHOHCOOH | CHOHCOOH	Бесцветные кристаллы	203–205 (безводная)	9,230; 20,620; 185100	2,0815; 3,925

Окончание табл. 11

Наименование кислоты	Эмпирическая формула	Внешний вид	Температура плавления, °С	Растворимость в 1 г на 100 мл
				воды	этанола
Метавинная	CHOHCOOH | CHOHCOOH	Бесцветные кристаллы	140 (безводная)	12515	р
Лимонная	COOHCH2COOHCOHCH2COOH	Бесцветные кристаллы	70 (моногидрат), 153 (безводная)	14620; 525100	6225
L-яблочная	HOOCCH2CHOHCOOH	Бесцветные кристаллы	100	р	68,320
ДL-яблочная	HOOCCH2CHOHCOOH	Бесцветные кристаллы	130–131	1,4425; 41179	35,920
Фумаровая	HOOCCH=CHCOOH	Бесцветные кристаллы	300–302	0,7025, 9,8100	5,7529,7
Янтарная	HOOCCH2CH2COOH	Бесцветные кристаллы	189–190	6,820;121100	7,521,5

Лимонная кислота широко распространена в природе. Большое значение она имеет как участник метаболического цикла Кребса, человеческая кровь в норме содержит 25 мг/кг лимонной кислоты.

Вначале лимонную кислоту получали из лимонов, некоторые разновидности которых содержат до 8 % кислоты. Сок подвергали брожению, а затем нейтрализовали мелом. Цитрат кальция, плохо растворимый в воде, отфильтровывали, промывали и переводили при помощи серной кислоты в лимонную кислоту. В промышленном масштабе лимонную кислоту получали также из листьев хлопчатника и стеблей махорки.

В настоящее время во всем мире пищевую лимонную кислоту производят микробиологическим способом путем сбраживания мелассы плесневым грибом Aspergilius niger в поверхностных или глубинных условиях. Некоторое количество лимонной кислоты производится методом ферментации нефтехимического сырья – n-парафи-нов, но эта кислота относится к категории «технической».

Молочная кислота является одноосновной монооксикислотой. Молочная, или α-оксипропионовая, кислота существует в различных формах: оптически активные левовращающий D(–)-изомер и правовращающий L(+)-изомер и оптически недеятельная рацемическая D, L-молочная кислота. Оптически активные формы молочной кислоты обладают сходными физическими свойствами: левовращающий изомер при кристаллизации образует призматические листочки с температурой плавления 26–27 С, правовращающий – лучеобразные группирующиеся призмы с температурой плавления 25–26 С. Оптически неактивная D, L-молочная кислота очень гигроскопична и легко плавится при 18 С. В определенных условиях также может существовать в кристаллической форме, но в силу особых свойств, как правило, представляет сиропообразную жидкость.

Молочная кислота встречается в небольших количествах в составе большинства живых природных организмов. Человеческая кровь содержит ее 10–90 мг/кг. В организме животных всегда присутствует L(+)-молочная кислота, а получаемая в промышленности молочная кислота состоит из смеси DL-молочной кислоты и L-молочной кислоты.

D(–)-молочная кислота организмом не усваивается. Правовращающая L(+)-молочная кислота содержится в мышечной ткани, она имеет большое значение как продукт обмена веществ и полностью усваивается организмом. Пищевую молочную кислоту получают сбраживанием углеводов молочнокислыми бактериями.

При хранении молочной кислоты могут образовываться различные продукты дегидратации, которые условно называются ангидридами. Среди этих продуктов встречаются сложные эфиры молочной кислоты. В результате образования этих веществ снижается качество молочной кислоты, так как их кислый вкус выражен слабее, а некоторые вообще не обладают им. С повышением концентрации молочной кислоты увеличивается концентрация ангидридов.

Винная (винно-каменная) кислота является двухосновной диоксикислотой. Существует в трех изомерных формах: левовращающей L(–)-форме, правовращающей D(+)-форме и форме оптически недеятельной мезовинной кислоты. Эквимолярная смесь смесь L(–)- и D(+)-изо-меров (рацемат) называется виноградной кислотой. Виноградная кис-лота в природе не встречается. Оптически активный D(+)-изомер винной кислоты, называемой иногда винно-каменной, содержится в некоторых фруктах, особенно много ее содержится в винограде. L(–)-винная кислота не найдена в природе и впервые была получена Л. Пастером из виноградной кислоты. Кристаллы оптически деятельных винных кислот не содержат кристаллизационной воды, виноградная кислота кристаллизуется в виде 2C₄H₆O₆·H₂O

Гидро-D(+)-тартрат калия выпадает в виде осадка из вина при его производстве и хранении («винный камень»). Из винного камня получают винную кислоту в результате предварительного получения кальциевой соли и обработки ее серной кислотой.

Винная кислота кристаллизуется в виде крупных бесцветных прозрачных кристаллов. Температура плавления винной кислоты 170 С. Винная кислота очень хорошо растворяется в воде, значительно хуже в спирте, в эфире почти не растворяется. Растворимость ее увеличивается с повышением температуры. Влажная кислота и ее растворы разрушаются различными микроорганизмами.

Яблочная кислота известна в двух оптически деятельных и одной рацемической формах. В природе распространена L(–)-яблоч-ная кислота. Присутствие в натуральных соках D-яблочной кислоты рассматривается как его фальсификация. D, L-яблочная кислота образуется в результате химического синтеза. Вращательная способность яблочной кислоты зависит от концентрации: разбавленные растворы L-формы отклоняют поляризованный свет влево, но с повышением концентрации левое вращение убывает; в 34 %-м растворе становится равным нулю, а затем переходит в правое.

Яблочная кислота может быть получена различными методами: синтетическим методом, методом извлечения из растительного сырья, микробиологическим методом. В основе химических методов лежат реакции присоединения воды к малеиновой и фумаровой кислотам, восстановления D, L-винной кислоты (виноградной кислоты), замена гидроксилом брома в D, L-бромянтарной кислоте. В этих случаях образуется рацемическая яблочная кислота. Яблочную кислоту и ее соли можно получать из листьев хлопчатника и отходов хлопкоочистительной промышленности, плодов рябины и барбариса. Микробный синтез яблочной кислоты осуществлен с помощью иммобилизованных на силикагеле клеток микроорганизмов Brevibacterium ammoniag в колонне с фиксирующим слоем.

Яблочная кислота представляет собой слегка гигроскопичные кристаллы без запаха. Температура плавления рацемической яблочной кислоты составляет 130–131 С, а оптически деятельных форм – 100 С.

Фумаровая кислота является ненасыщенной двухосновной кислотой. В природе фумаровая кислота встречается в сорном растении дымянке и во многих грибах. Синтетическим путем фумаровая кислота может быть получена при нагревании яблочной кислоты.

Фумаровая кислота – кристаллическое вещество, которое, не плавясь, возгоняется при 200 С; в запаянном капилляре имеет температуру плавления 287–288 С. Фумаровая кислота имеет низкие степень растворимости и скорость растворения в воде, характеризуется низкой гигроскопичностью.

Адипиновая кислота является двухосновной предельной кислотой. Представляет собой белое кристаллическое вещество с температурой плавления 153 С. Характеризуется низкой растворимостью. В больших количествах адипиновую кислоту получают окислением циклогексана (или циклогексанола, или циклогексанона) азотной кислотой. Производство адипиновой кислоты пищевого назначения незначительно, так же как и потребление.

Янтарная кислота также является двухосновной предельной кислотой. Представляет собой кристаллическое вещество с температурой плавления 182,8 С. В природе содержится в янтаре и других смолах, а также во многих растениях: водорослях, грибах, лишайниках. В промышленности янтарную кислоту получают гидрированием малеиновой кислоты. Возможно ее извлечение из природной смолы – янтаря – путем сухой перегонки.

Вкусовая характеристика пищевых кислот

Пищевые кислоты обладают одной общей вкусовой характеристикой – кислым вкусом, но различаются по его интенсивности и вкусовым характеристикам. Интенсивность и длительность вкусового ощущения некоторых пищевых кислот показана на рис. 3.

Вкусовая характеристика молочной кислоты описывается как мягкая и длительная. Лимонная и винная кислоты дают быстрый кисловатый начальный импульс. Яблочная кислота по вкусовым характеристикам занимает промежуточное положение между молочной и лимонной кислотами. Вкус яблочной кислоты сохраняется дольше, чем лимонной, давая замедленную кислую ноту. Яблочная кислота обладает приятным кислым привкусом, который дополняет фруктовый аромат.

Рис. 3. Интенсивность и продолжительность кислого вкуса пищевых кислот

Установлено, что интенсивность восприятия человеком кислого вкуса органических кислот (лимонной, яблочной, винной, молочной и уксусной) зависит от титруемой кислотности и величины pH. Растворы перечисленных кислот с одинаковой массовой концентрацией и pH подвергали органолептической оценке после добавления в них сахарозы до концентрации 14 градусов Брикса. Согласно результатам оценки, органические кислоты по возрастанию интенсивности восприятия кислого вкуса располагались следующим образом: уксусная > яблочная > молочная > лимонная. В зависимости от комбинации титруемой кислотности и pH органические кислоты имеют различную степень интенсивности восприятия кислого вкуса. Кроме того, интенсивность восприятия кислого вкуса взаимосвязана с химическим строением и свойствами каждой органической кислоты: для монокарбоновых органических кислот она выше, чем для ди- и трикарбоновых кислот.

При сравнении кислого вкуса органических кислот (молочной, яблочной, янтарной, лимонной и др.) методом парного сравнения при равных значениях pH = 3,5 и титруемой кислотности, равной 4,0 г/л, установлено, что монопротонная молочная кислота воспринимается как более кислая, чем кислоты, с которыми она сравнивалась. Трехпротонная лимонная кислота была менее кислой, чем другие кислоты, сопоставляемые с ней. При сравнении пар, составленных из дипротонных кислот, обнаружено только одно различие: янтарная кислота была более кислой, чем яблочная. Не обнаружена связь между буферной емкостью кислот и интенсивностью их кислого вкуса.

По данным автора, интенсивность кислого вкуса основных пищевых кислот уменьшается в следующем порядке: молочная > яблочная > винная > уксусная > лимонная. При этом эталоном кислого вкуса служит винная кислота.

Исследованиями показано, что интенсивность кислого вкуса пищевых кислот связана со степенью их диссоциации. В связи с этим различен порог ощущения пищевых кислот. В табл. 12 приведены данные константы диссоциации и порога чувствительности пищевых кислот.

Таблица 12