Константы диссоциации и пороговые концентрации чувствительности пищевых кислот

Наименование кислоты	Константа диссоциации Ка			Порог чувствительности
	К1	К2	К3	Массовая концент- рация, мг/см3	Эквива-лентная концент- рация, мг-экв/л
Молочная	1,38·10–4	–	–	0,24	2,7
Уксусная	1,75·10–5	–	–	–	–
Винная	1,04·10–3	4,55·10–5	–	0,16	2,1
Янтарная	6,5·10–5	2,29·10–6	–	–	–
Яблочная	3,9·10–4	7,8·10–6	–	0,58	8,6
Фумаровая	9,3·10–4	3,62·10–5	–	–	–
Лимонная	7,1·10–4	1,74·10–5	6,4·10–7	0,18	2,8
Ортофосфорная	7,08·10–3	6,17·10–8	4,68·10–13	–	–

Приведенные в табл. 12 органические кислоты являются слабыми по сравнению с неорганическими кислотами; сильнее других являются фумаровая, винная, лимонная кислоты. Они обладают более кислым вкусом, чем можно было бы ожидать, исходя только из конс-тант их электролитической диссоциации. Считается также, что кислый вкус зависит от общей (титруемой) кислотности, а не от величины pH, поэтому при одном и том же pH он будет тем сильнее, чем менее диссоциирована кислота. Порог чувствительности при данном pH все же увеличивается с уменьшением константы электролитической диссоциации этих кислот и составляет: для молочной кислоты – 0,24 мг/см³; для лимонной – 0,18 мг/см³; винной – 0,16 мг/см³; яблочной – 0,58 мг/см³. Лимонная и винная кислоты мало различаются по степени диссоциации, поэтому и порог чувствительности у них практически одинаков. Порог чувствительности установлен для чистых растворов, в присутствии других вкусовых веществ он изменяется. Неясен также вопрос о взаимосвязи аромата и кислого вкуса.

Таким образом, данные вкусовых характеристик пищевых кис-лот неоднозначны, зависят от количественного содержания кислоты, ингредиентного состава дегустируемого продукта и определяются результирующей взаимного влияния компонентов на вкусовое восприятие человека.

Влияние подкислителей пищевых систем на изменение органолептических и функциональных свойств пищевых продуктов

Пищевые кислоты используются в производстве широкого перечня продуктов питания: напитков, мясо- и рыбопродуктов, мармеладов, желе, твердой и мягкой карамели, кислых драже, жевательной резинки, жевательных конфет. Они выполняют различные функции в процессе переработки пищевого сырья и готовой продукции, но их основная роль заключается в регулировании pH пищевой системы.

Благодаря низкому значению pH и способности связывать тяжелые металлы, пищевые подкислители могут также предотвращать рост микроорганизмов и окислительную порчу продуктов (каталитическое окисление жиров и красящих веществ). Пищевые подкислители могут использоваться как модификаторы плавления при вызревании сыров и приготовлении смесей для получения леденцов и карамели, как желирующие агенты, модификаторы вязкости теста и т. д. Особенно широко пищевые подкислители применяют в производстве безалкогольных напитков и кондитерских изделий. Таким образом, область применения пищевых кислот зависит от вида пищевого продукта.

Наиболее используемой из всех потребляемых в пищевой промышленности органических кислот является лимонная кислота. Ее доля в структуре потребления пищевых подкислителей составляет более 50 %. Лимонная кислота используется не только для улучшения аромата и вкуса, но и как синергист антиоксидантов (например, совместно с аскорбиновой кислотой в замороженных фруктах), и как регулятор pH среды (в желатиновых десертах и желе).

Однако в современной быстро развивающейся пищевой промышленности наблюдается тенденция к расширению ряда используемых кислот. Так, за рубежом в последние годы в пищевой промышленности начали широко применять синтетическую яблочную и фумаровую кислоты. Пищевые кислоты как подкислители взаимозаменяемы, но каждая из них применяется в зависимости от ее индивидуальных характеристик

В производстве кондитерских изделий и полуфабрикатов используют пищевые кислоты: винную, лимонную, молочную, яблочную и в значительно меньших количествах – уксусную. Пищевые кислоты смягчают приторно-сладкий вкус кондитерских изделий, приближая его к приятному кисло-сладкому вкусу фруктов и ягод. Практика показывает, что кондитерские изделия приобретают приятный вкус при введении кислоты в количестве 0,7–1,1 % к массе подкисляемого продукта. Количество вводимой кислоты зависит от ее вида, подкисляемой массы и других факторов. В соответствии с указаниями к рецептурам пищевые кислоты могут быть взаимозаменяемы. В частности, предусмотренную в рецептурах на карамель, драже, конфеты и другие продукты лимонную кислоту можно заменять винной или яблочной в соотношении 1:1:1,2. Количество вводимой пищевой кислоты в пастильно-мармеладные изделия корректируют в зависимости от кислотности применяемого фруктово-ягодного пюре.

Для подкисления некоторых видов кондитерских изделий можно применять только кристаллические кислоты, так как содержащаяся в растворах кислот вода отрицательно влияет на качество изделий, к которым относится карамель или, точнее, основной полуфабрикат карамельного производства – карамельная масса. Нельзя вводить растворы кислот и в такие полуфабрикаты, как жировые начинки. В продуктах детского питания рекомендуется применять молочную кислоту.

Пищевыми кислотами подкисляют растительные продукты, содержащие в естественном состоянии мало кислоты. Лимонную кислоту добавляют для повышения кислотности соков, компотов и варений, а также вин при переработке очень зрелого винограда и других плодов.

В продуктах виноделия наряду с винной, молочной, лимонной кислотами присутствует яблочная кислота. Исследованиями установлено, что существует зависимость в соотношении винной и яблочной кислот в винах и показателями pH и титруемой кислотности. Установлено, что повышение содержания яблочной кислоты в вине увеличивает pH и повышает его органолептическую оценку.

Молочную кислоту применяют для приготовления джемов, в которых она способствует обеспечению хорошей консистенции, а нежный вкус молочной кислоты сочетается со вкусом и ароматом большинства фруктов.

Использование яблочной кислоты индивидуально или в смеси с другими органическими кислотами в составе рецептуры жевательной резинки обеспечивает требуемый уровень pH и длительное вкусовое ощущение.

Бактериостатическое действие слабых кислот при одном и том же pH больше, чем у сильных кислот. Подкисление молочной кислотой в достаточно малой концентрации (от 0,01 до 0,2 %) обеспечивает низкий уровень pH среды, обусловливающий бактерицидное действие молочной кислоты. Уксусная кислота оказывает специфическое ингибирующее действие на целый ряд микроорганизмов. Винная кислота оказывает значительное бактериостатическое действие на целый ряд организмов, главным образом патогенных, включая Salmonella и Vibrio cholera, а также Nitrobacter. Изучение терморезистентности аскоспор Talaromyces flevours в зависимости от величины pH и типа органической кислоты показало, что фумаровая кислота обладает выраженным летальным эффектом на T. flavours.

Яблочная кислота находит применение как подкислитель, повышающий микробиологическую стойкость сырых овощей, салатов, порошкообразных безалкогольных напитков. Буферные кислые системы, применяемые в пищевой промышленности и содержащие яблочную кислоту, оказывают бактерицидный эффект на Salmonella blockley, Eschrichia coli и Staphylococcus aureus и бактериостатическое действие на Streptococcus faecalis.

Способность оксикислот образовывать комплексные соединения используется в ряде отраслей промышленности. Известно, что на воздухе многие жиры и жирсодержащие продукты окисляются, приобретая неприятный привкус и запах. Окисление катализируют тяжелые металлы (Fe, Cu, Ni), присутствующие в виде незначительной примеси. Прогорканию препятствуют антиокислители, например аскорбиновая кислота. Винная и лимонная кислоты, связывая тяжелые металлы, являются синергистами антиокислителей. Лимонная кислота проявляет также самостоятельное антиокислительное действие.

Яблочная кислота также обладает свойствами синергиста антиоксиданта и находит применение как индивидуально, так и в сочетании с другими компонентами. Например, изготавливают пищевую добавку со свойствами антиоксиданта из экстракта чайных листьев и яблочной кислоты. Имеются сведения о стабилизирующем действии яблочной кислоты на витамины C и P в виноградном соке и напитках. Яблочная кислота обладает рядом преимуществ перед другими пищевыми кислотами, так как ее кальциевая соль имеет высокую растворимость (0,30 г в 100 мл воды), что особенно важно при применении жесткой воды. Доказана возможность использования яблочной кислоты в консервной промышленности со снижением концентрации подкислителя на 10–30 %.

Исследовано влияние яблочной, молочной и других органических кислот на процессы брожения дрожжевого теста и качество сдобных булочек. В опытные образцы вводили молочную, винную, янтарную, лимонную и яблочные кислоты в количестве 0,15–0,35 % к массе муки. Указанные добавки ускоряют созревание теста, способствуют образованию новых вкусовых и вкусоароматических веществ, позволяют снизить сроки брожения примерно на 1/3. Готовые булочки с добавками отличались более выраженным вкусом и запахом, по сравнению с контрольными. Наиболее высокие органолептические показатели имеют булочки с добавлением яблочной, винной, янтарной, аскорбиновой кислот; рекомендуется в количестве 0,25 % к массе муки. При использовании муки низкого качества молочная кислота и ее соли увеличивают объем мякиша.

Таким образом, пищевые кислоты и их соли используются в производстве разнообразных продуктов питания, в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Из органических кислот наибольшее распространение в пищевой промышленности получили лимонная и молочная кислоты. За рубежом в последние годы в пищевой промышленности широко применяют яблочную и фумаровую кислоты. Важнейшими функциями этих кислот в производстве продукции являются: модификация и усиление вкуса и аромата, регулирование рН изделий, сохранение запаха, улучшение фиксации цвета, повышение стойкости гелей, улучшение формирования и консистенции продукта, повышение эффективности антиоксидантов.

Соли пищевых кислот

К числу основных регуляторов кислотности пищевых систем относятся также соли органических кислот:

цитраты – соли лимонной кислоты;

ацетаты – соли уксусной кислоты;

лактаты – соли молочной кислоты;

малаты – соли яблочной кислоты;

тартраты – соли винной кислоты;

сукцинаты – соли янтарной кислоты;

адипаты – соли адипиновой кислоты;

фумараты – соли фумаровой кислоты;

фосфаты – соли фосфорной кислоты.

По современному законодательству из вышеперечисленных солей пищевых кислот строго регламентируется уровень содержания в пищевой продукции сукцинатов, фумаратов, адипатов, малатов и фосфатов.

Наибольшее применение в пищевой индустрии получили соли лимонной и молочной кислот. За рубежом на их долю приходится до 40 % от объемов производимых пищевых кислот, и сфера их применения постоянно расширяется. Большой научный и практический интерес к производным лимонной и молочной кислот вполне оправдан, принимая во внимание их полифункциональные свойства.

Применение в пищевой промышленности цитратов

Соли лимонной кислоты применяются в пищевой и фармацевтической промышленности, косметологии, при производстве синтетических детергентов и в других областях. Более всего они востребованы в пищевой промышленности.

Наибольшим спросом пользуются цитраты натрия, калия, кальция. Эти соли являются общепризнанными безвредными пищевыми добавками.

Цитрат натрия (Е 331). Лимонная кислота и ее натриевая соль, будучи антиокислителями, препятствуют прогорканию (окислению) жиров и жиросодержащих продуктов. Антиокислительный эффект основан на способности аниона цитрата связывать находящиеся в незначительном количестве в продуктах катализаторы окисления – тяжелые металлы (Fe, Cu, Ni) и образовывать с ними комплексные соединения.

При совместном добавлении лимонной кислоты и цитрата натрия образуется буферная система, инактивирующая воздействие металлов, содержащихся в сырье и готовой продукции, на цвет, вкус, запах пищевых продуктов и содержание в них витаминов.

Натриевые соли лимонной кислоты обладают свойством стимулировать пенообразование и поддерживать механическую устойчивость пены, поэтому их используют при приготовлении сбивных кондитерских изделий.

Цитрат натрия применяют в производстве безалкогольных напитков. Он придает напиткам освежающий солоноватый привкус, улучшает насыщенность углекислотой в процессе газирования.

Используют цитрат при выработке желейных пектиновых кондитерских изделий (яблочного мармелада и т. п.). Его добавляют в яблочное пюре до введения сахара, чтобы замедлить процессы желеобразования, которое быстро происходит при взаимодействии пектина с сахаром. В производстве желейных кондитерских изделий и джемов используют также буферные свойства цитрата натрия для поддержания величины pH среды на оптимальном уровне.

Цитрат натрия предупреждает осаждение твердых веществ в процессе выпаривания молока и его хранения. Его используют в качестве стабилизатора и эмульгатора при производстве мороженого и сыра. Добавка цитрата натрия поддерживает вкусовые и ароматические свойства сыра, улучшает его микробилогическую устойчивость.

Цитрат натрия применяют при производстве специального питания для космонавтов и воздушных пассажиров. Например, он входит в препарат для напитка, применяемого при обезвоживании организма, способствующего быстрому восстановлению гомеостаза за счет гидратации.

Перечисленные выше свойства цитрата натрия делают широкой сферу его применения в различных отраслях пищевой промышленности, в том числе при производстве консервов, диетических продуктов, продуктов детского питания.

В медицине и химико-фармацевтической промышленности цитрат натрия широко применяют для предотвращения свертываемости крови при ее переливании и заготовках, для растворения почечных камней, для лечения диатезов, как вяжущее и противовоспалительное средство. Растворы цитрата натрия являются эффективными растворителями для ряда плохо растворимых соединений, таких, как, салициловая, бензойная и галловая кислоты. Цитраты натрия и калия входят в состав диуретиков и сиропов против кашля. Цитраты нат-рия, калия аммония, висмута, серебра, железа, меди и других элементов применяют как внутренние и наружные лекарственные средства.

Цитрат натрия применяют также при изготовлении лечебных кремов, шампуней, полосканий для рта, примочек, прозрачного мыла, зубных паст, репелентов, заменителей табака, композиций для абсорбции запахов; он входит в состав лекарственных препаратов для желудка и почек, в состав растворимого аспирина.

Особо необходимо остановиться на использовании цитрата натрия при производстве синтетических моющих средств (СМС).

В последние десятилетия во всем мире большое внимание уделяется экологической стороне хозяйственной деятельности человека, особенно опасным последствиям неограниченного роста химической промышленности и расширения сферы применения разных химикатов, в том числе огромного количества детергентов – синтетических моющих средств. Эти средства изготавливаются в основном на основе триполифосфатов и, попадая после употребления в канализационную сеть, трудно поддаются утилизации на очистных сооружениях. Поступающий со сточными водами в открытые водоемы фосфор является причиной бурного развития водорослей (в основном агрессивных сине-зеленых) и связанных с этим разрушения кислородного баланса вод, гибели рыб, развития анаэробной микрофлоры и накопления в водоемах вредных продуктов анаэробного брожения. В настоящее время полностью отказались от применения триполифосфата натрия производители СМС Японии, Швейцарии, Норвегии, Италии, Германии, Австрии, Нидерландов. Сократили его применение на 85–90 % в Бельгии; на 40–50 % в Дании, Швеции и Финляндии; на 30 % во Франции; на 25 % в Великобритании и Испании; на 10–15 % в Греции и Португалии. В США потребление триполифосфата натрия с 1973 г. сократилось в пять раз.

В качестве комплексообразующих структурообразователей, успешно заменяющих полифосфаты, особенно в жидких СМС, за рубежом широко применяют цитрат натрия, объем продажи которого для этих целей в мире каждый год увеличивается на 1,1–3,3 %. Цитрат натрия обеспечивает щелочность и буферность моющих средств, смягчает воду. При этом он хорошо поддается биодеградации как в системах очистки, так и в открытых водоемах, разрушаясь до воды и углекислого газа.

По расчетам японских экономистов, ежегодная мировая потребность в цитрате натрия для производства моющих средств составляет более 400 тыс. т. Потребность России в цитрате натрия для аналогичных целей оценивается, по предварительным данным, в 20–25 тыс. т в год.

Цитрат калия (Е 332). В пищевой промышленности цитрат калия применяют там же, где и цитрат натрия, но где нежелательно присутствие ионов натрия – в пищевых продуктах, при бессолевых диетах, а также в фармацевтических препаратах.

В диетическом питании цитрат калия применяют в виде смеси с другими солями, например в смеси с цитратом магния.

Цитрат калия широко применяется в фармакологии: в препаратах, предназначенных для воздействия на отложения кальциевых почечных камней, при изготовлении зубных паст, лечебных кремов, в различных растираниях. Также он применяется в процессах водоочистки.

Цитрат калия применяют при изготовлении прозрачного мыла, сигаретной бумаги, удобрений, в процессах улавливания сернистых соединений из газового потока, в составе реактивов для крашения текстиля, с составе разжижителей полимерных суспензий, при создании композиций для позитивной проявки цветных пленок, для регенерации катионообменных смол, печатных плат.

Цитрат кальция (Е 333). Широкий спектр использования цитрата кальция при производстве пищевых продуктов и напитков связан с тем, что кальций является важнейшим минералом в питании человека. Он необходим для адекватного формирования костей и поддержания их состава, он также для реализации различных функций метаболизма. Роль кальция в процессах метаболизма выяснена не до конца, предполагается, что он участвует в построении и функциональном контроле энзимных белков. Тем не менее для нормального развития и существования организма необходимо поступление кальция в составе питания в достаточном количестве.

Особенно уместна кальциевая диета при остеопорозе, который характеризуется понижением массы костей, повышением их хрупкости и склонности к переломам.

Известно, что в обычных условиях кальций плохо всасывается через кишечный тракт. Кишечная адсорбция кальция усиливается в присутствии витамина Д. Установлено, что усвоение кальция значительно улучшается, если он поступает в организм в виде цитрата. При этом снижается вероятность образования камней в почках, что часто имеет место при использовании препаратов, содержащих хлорид, карбонат или глюконат кальция. Именно анионы [cit^–3] являются ингибитором кристаллизации почечных камней.

В пищевой промышленности цитрат кальция используют для приготовления различных напитков, предотвращающих разрушение зубной эмали, в составе диетических кальциевых добавок, замедляющих остеопороз, жевательных резинок, кальциевых приправ к салатам, сладких и замороженных блюд, выпечных изделий и сухих смесей.

В комплексных добавках, замедляющих остеопороз, цитрат кальция применяют в смеси с кальциевыми солями яблочной, молочной кислот, минеральными добавками и гормоном эстрогеном.

Цитрат кальция используют в рецептурах мясных продуктов с низким содержанием натрия, при получении комбинированных смесей из высушенных фруктов и зерновых, при обработке риса и продуктов из него, в производстве сигарет, в качестве антислипающего агента и загустителя в производстве растительного масла.

Помимо пищевой промышленности, цитрат кальция применяется в фармацевтической промышленности и медицине, в производстве косметических товаров, химии.

Основные функции цитрата кальция в роли пищевой добавки: источник легко усвояемого организмом кальция, разрыхлитель, антикоагулянт, антиоксидант, антислипающий агент, загуститель.

Всемирная организация здравоохранения классифицирует лимонную кислоту и ее соли в списке А (I) с индексом AD1 («неограниченно»), т. е. потребление вещества не представляет опасности для здоровья. В рецептурах пищевых продуктов соли лимонной кислоты применяют по принципу «достаточности».

В табл. 13 приведены некоторые сведения о содержании цитратов (преимущественно цитрата натрия) в отдельных видах пищевых продуктов.

Таблица 13