Харчові кислоти та їх вплив на якість харчових продуктів

ВСТУП

Харчові добавки - природні, ідентичні природним або штучні речовини, самі по собі не вживаються як харчовий продукт або звичайний  компонент їжі. Вони навмисно додаються  в харчові системи з технологічних  міркувань на різних етапах виробництва, зберігання, транспортування готових  продуктів з метою поліпшення або полегшення виробничого процесу  або окремих його операцій, збільшення стійкості продукту до різних видів  псування, збереження структури і  зовнішнього вигляду продукту або  навмисного зміни органолептичних властивостей.

Для поліпшення смаку виробів та запобігання сиропів від зацукровування у промисловості застосовують харчові кислоти. Вони являють собою різноманітну за своїми властивостями групу речовин органічної та неорганічної природи.

Органічні харчові кислоти  містяться переважно в рослинних  продуктах, але молочна кислота утворюється в процесі життєдіяльності молочнокислих бактерій та інших мікроорганізмів. До групи органічних харчових кислот відносяться також амінокислоти, що входять до складу білків, і вищі жирні кислоти, які є структурними компонентами ліпідів.

У состав більшості рослинних об'єктів входять нелеткі моно- і трикарбонові кислоти, граничні та неграничні, в тому числі гідрокси- і оксокислоти.

Кислотність молока і молочних продуктів формується як за рахунок молочної кислоти, утвореної в результаті біохімічних перетворень лактози молока, так і за рахунок інших, що містяться в молоці кислот і кислих солей, а також кислотних груп казеїну.

1. Характеристика  харчових кислот

Основні джерела харчових кислот - рослинна сировина та продукти її переробки. Органічні харчові кислоти містяться в більшості видів рослинних харчових об'єктів – ягодах, фруктах, овочах, у тому числі в коренеплодах, листяній зелені.

У плодах і овочах міститься  велика кількість різноманітних  кислот (табл.1), які формують смак і аромат плодів і, отже, продуктів їх переробки.

Таблиця 1.

Деякі харчові кислоти  плодів та овочів

Найбільш типовими у складі різних плодів і ягід є лимонна  і яблучна кислоти. З числа  інших кислот часто виявляються  хінна, бурштинова і щавлева. До поширених належать також шикимова, гліколева, фумарова, гліцеринова та винна кислоти.

Концентрації окремих  органічних кислот в різних плодах і ягодах неоднакові.

Цитрусові плоди містять  переважно лимонну кислоту і  невеликі кількості яблучної. Вміст останньої в апельсинах становить 10-25%, в ​​мандаринах - до 20%, в ​​грейпфрутах і лимонах - до 5% по відношенню до загальної кислотності. На відміну від плодів, в шкірці апельсинів міститься значна (приблизно 0,1%) кількість щавлевої кислоти.

Лимонна кислота виявляється  основною також у кислотному спектрі ананасів, де її вміст досягає 85%. На частку яблучної кислоти в цих плодах припадає близько 10%.

Домінуючою кислотою в  складі зерняткових і кісточкових  плодів є яблучна, вміст якої в їх кислотному спектрі коливається від 50 до 90%.

У кислих сортах яблук яблучна  кислота становить понад 90% загальної  кислотності, в черешні і вишні  її концентрація досягає 85-90%, у сливах (в залежності від сорту) - від 35 до 90%. У числі інших кислот в цих  плодах - лимонна і хінна.

Більше 90% кислотності припадає на яблучну, лимонну та хінну кислоти  в таких плодах як персики і  абрикоси, причому співвідношення яблучної і лимонної кислот може коливатися в широкому діапазоні, що в деяких випадках пов'язують із зміною змісту цих кислот в плодах в процесі  дозрівання. Встановлено, наприклад, що при дозріванні персиків кількість  яблучної кислоти в них значно зростає, а лимонної зменшується.

На відміну від інших  видів плодів, у винограді основною є винна кислота, складова 50-65% загальної  кислотності. Залишок припадає на яблучну (25-30%) і лимонну (до 10%) кислоти. У процесі  дозрівання винограду зміст яблучної кислоти знижується інтенсивніше, ніж  винної.

У більшості видів ягід, за винятком винограду, аґрусу, чорниці  та ожини, переважає лимонна кислота. Наприклад, в суниці на її частку припадає 70-90%, в смородині - 85-90%. Зміст яблучної кислоти в цих ягодах - 10-15%. У  ожині 65-85% складає ізолімонна кислота, а в складі аґрусу - 45% яблучної і лимонної і 5-10% шикимовой.

Деяка кількість кислот в  плодах і ягодах може знаходитися  у вигляді солей. Їх зміст, наприклад, в лимонах, становить до 3%, а в  окремих видах груш - 20-30%.

На відміну від більшості  органічних кислот у складі плодів і ягід, молочна кислота утворюється, очевидно, тільки мікробіологічними  шляхом.

Кислотний спектр овочів представлений, переважно, тими ж органічними кислотами, співвідношення яких коливається в  значних межах. Поряд з уже  відомими, у складі овочів виявляються  бурштинова, фумарова, піроглутамінова і деякі інші кислоти різної будови.

Відмінною особливістю томатів  є присутність у них неорганічних кислот - фосфорної, сірчаної та соляної.

У складі молока і молочних продуктів основної органічною кислотою є молочна кислота, утворення  якої пов'язане з біохімічним  перетворенням молочного цукру - лактози під дією молочнокислих  бактерій, що відбувається у відповідності  з рівнянням реакції:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → 4CH₃-CH(OH)-COOH

При участі в цьому процесі  гомоферментативних молочнокислих  бактерій молочна кислота є практично  єдиним продуктом реакції. У разі гетероферментативних ароматоутворюючих молочнокислих бактерій, поряд з молочною з'являються оцтова та пропіонова кислоти, а також інші продукти бродіння - етанол, диацетил, етилоцтовий ефір.

2. Харчові кислоти  у харчуванні

Значення харчових кислот у харчуванні людини визначається їх енергетичною цінністю (табл.2) і участю в обміні речовин. Зазвичай вони не викликають додаткового кислотного навантаження в організмі, окислюючись при обміні речовин з великою швидкістю.

Таблиця 2.

Коефіцієнти енергетичної цінності основних харчових кислот

Основна функція органічних кислот, що входять до складу їжі, пов'язана з участю в процесах травлення.

До функцій органічних кислот відносяться:

• участь у формуванні смаку і аромату харчового продукту;
• участь в обміні речовин;
• участь у процесах травлення, активування перистальтики кишечника і стимулювання секреції травних соків;
• вплив на формування певного складу мікрофлори шляхом зниження рН середовища;
• гальмування розвитку гнильних процесів у товстому кишечнику.

Для різних органічних кислот виявлені деякі інші ефекти впливу. Доведено, що окремі харчові кислоти, наприклад лимонна, перешкоджають  утворенню в організмі канцерогенних  нітрозамінів, сприяють зниженню ризику виникнення і розвитку онкологічних патологій. Лимонна кислота (відповідно, цитрат) сприяє також засвоєнню організмом кальцію (її зміст в кістках і  зубах складає 0,5-1,5%), надає активуючу  або інгібуючу дію на деякі  ферменти. Бензойна кислота має антисептичну дію.

Однак, з іншого боку, відомо, наприклад, що щавлева кислота у  вигляді кальцієвої солі здатна відкладатися в суглобах або у вигляді каменів - у сечовивідних шляхах. Основними  харчовими джерелами цієї кислоти  є зелений аґрус, листя шпинату, щавлю та кропиви. На противагу цьому, в процесах, що запобігають випадання солей кальцію в сечоводах, важливу роль відіграє цитрат сечовини. Утворення комплексів з кальцієм і магнієм лежить також в основі процесу гальмування кровотечі. Винна кислота організмом людини не засвоюється.

3. Регулятори кислотності  харчових систем

Наявність харчових кислот в продукті може бути наслідком навмисного введення кислоти в харчову систему  в ході технологічного процесу для  регулювання її рН. У цьому випадку харчові кислоти використовуються в якості технологічних харчових добавок.

Узагальнено можна виділити три основні цілі додавання кислот в харчову систему:

1. Додання певних органолептичних властивостей (смаку, кольору, аромату), характерних для конкретного продукту;
2. Вплив на колоїдні властивості, що зумовлюють формування консистенції, притаманної конкретному продукту;
3. Підвищення стабільності, забезпечує збереження якості продукту протягом певного часу.

Оцтова кислота (крижана) Е460 є найбільш відомою харчовою кислотою і випускається у вигляді есенції, що містить 70-80% власне кислоти. У побуті використовують розведену водою оцтову есенцію, що отримала назву столовий оцет. Використання оцту для консервування харчових продуктів - один з найбільш старих способів консервування. В залежності від сировини, з якої отримують оцтову кислоту, розрізняють винний, фруктовий, яблучний, спиртовий оцет і синтетичну оцтову кислоту. Оцтову кислоту отримують шляхом оцтовокислого бродіння. Солі та ефіри цієї кислоти мають назву ацетати. В якості харчових добавок використовуються ацетати калію і натрію (Е461 і Е462).

Поряд з оцтовою кислотою і ацетатами, застосування знаходять діацетати натрію і калію. Ці речовини складаються з оцтової кислоти і ацетатів у молярному співвідношенні 1:1. Оцтова кислота - безбарвна рідина, змішується з водою в усіх відношеннях. Діацетат натрію - білий кристалічний порошок, розчинний у воді, з сильним запахом оцтової кислоти.

Оцтова кислота не має  законодавчих обмежень. Її дія заснована, головним чином, на зниженні рН продукту, який консервується. Ця дія проявляється при вмісті вище 0,5% і направлена, головним чином, проти бактерій. Основна область використання - овочеві консерви та мариновані продукти. Застосовується в майонезах, соусах, при маринуванні рибної продукції та овочів, ягід і фруктів. Оцтова кислота широко використовується також як смакова добавка.

Винна кислота є продуктом  переробки відходів виноробства (винних дріжджів і винного каменю). Не володіє  істотною подразнюючою дією на слизові оболонки шлунково-кишкового тракту і не піддається обмінним перетворенням в організмі людини. Основна частина (близько 80%) руйнується в кишечнику під дією бактерій. Солі та ефіри винної кислоти називаються тартратами. Застосовується в кондитерських виробах і в безалкогольних напоях (харчова добавка Е334).

Лимонна кислота – продукт лимоннокислого бродіння цукрів. Має найбільш м'який смак в порівнянні з іншими харчовими кислотами та не надає подразнюючої дії на слизові оболонки травного тракту. Солі та ефіри лимонної кислоти називаються цитратами. Лимонну кислоту застосовують в кондитерській промисловості, при виробництві безалкогольних напоїв і деяких видів рибних консервів (харчова добавка Е 33О).

Яблучна кислота має менш кислий смак, ніж лимонна і винна. Для промислового використання цю кислоту отримують синтетичним шляхом з малеїнової кислоти, у зв'язку з чим критерії чистоти включають обмеження щодо вмісту в ній домішок токсичною малеїнової кислоти. Солі та ефіри яблучної кислоти називаються малатами. Яблучна кислота має хімічними властивостями оксикислот. При нагріванні до 100⁰C перетворюється в ангідрид. Застосовується в кондитерському виробництві і при отриманні безалкогольних напоїв (харчова добавка Е296).

Молочна кислота випускається у двох формах, які відрізняються  концентрацією: 40%-й розчин і концентрат, що містить не менше 70% кислоти. Її отримують молочнокислим бродінням цукрів. Солі та ефіри молочної кислоти називаються лактатами. Кислота у вигляді харчової добавки Е270 використовується у виробництві безалкогольних напоїв, карамельних мас, кисломолочних продуктів. Молочна кислота має обмеження до застосування в продуктах дитячого харчування.

Адипінова кислота виробляють у промисловості, головним чином, окисленням циклогексану двома стадіями. Володіє всіма хімічними властивостями, характерними для карбонових кислот, зокрема, утворює солі, більшість з яких розчинна у воді. Легко етеріфіцікуєтся в моно- та діефіри. Солі та ефіри адипінової кислоти отримали назву адипінати. Є харчовою добавкою (Е355), що забезпечує кислий смак продуктів, зокрема, безалкогольних напоїв.

Бурштинова кислота являє собою побічний продукт виробництва адипінової кислоти. Відомий також спосіб її виділення з відходів бурштину. Вона має хімічні властивості, характерні для дікарбонових кислот, утворює солі та ефіри, які отримали назву сукцинати. При 235⁰C бурштинова кислота відщеплює воду, перетворюючись в бурштиновий ангідрид. Кислота використовується в харчовій промисловості для регулювання рН харчових систем (харчова добавка Е363).

Бурштиновий ангідрид є продуктом  високотемпературної дегідратації янтарної кислоти. Отримують його також каталітичним гідруванням малеїнового ангідриду. Він погано розчиняється у воді, де дуже повільно гідролізується в бурштинову кислоту.

Фумарова кислота міститься  в багатьох рослинах і грибах, утворюється  при бродінні вуглеводів у присутності Aspergillus fumaricus. Промисловий спосіб отримання  заснований на ізомеризації малеїнової кислоти під дією HCl, що містить  бром. Солі та ефіри фумарової кислоти називаються фумаратами. У харчовій промисловості фумарову кислоту використовують як замінник лимонної та винної кислот (харчова добавка Е297). Володіє токсичністю, у зв'язку з чим добове споживання з продуктами харчування лімітовано рівнем 6 мг на 1 кг маси тіла.

Фосфорна кислота та її солі - фосфати (калію, натрію і кальцію) широко поширені в харчовій сировині та продуктах його переробки. У високих  концентраціях фосфати містяться  в молочних, м'ясних і рибних продуктах, в деяких видах злаків і горіхів. Фосфати (харчові добавки Е339-341) вводяться в безалкогольні напої та кондитерські вироби. Допустима добова доза, в перерахунку на фосфорну кислоту, відповідає 5-15 мг на 1 кг маси тіла (оскільки надмірна кількість її в організмі може стати причиною дисбалансу кальцію і фосфору).

4. Вплив харчових  кислот на якість харчових  продуктів

Харчові кислоти в складі продовольчої сировини та продуктів  виконують різні функції, пов'язані  з якістю харчових об'єктів.

У складі комплексу смакоароматичних речовин вони беруть участь у формуванні смаку і аромату, що належать до числа  основних показників якості харчового  продукту. Саме смак, поряд із запахом  і зовнішнім виглядом, донині надає  більш суттєвий вплив на вибір  споживачем того або іншого продукту в порівнянні з такими показниками, як склад і харчова цінність. Зміни  смаку та аромату часто виявляються  ознаками починається псування харчового  продукту або наявності в його складі сторонніх речовин.

Головне смакове відчуття, яке викликається присутністю кислот у складі продукту – кислий смак, який в загальному випадку пропорційний концентрації іонів H⁺ (з урахуванням відмінностей в активності речовин, що викликають однакове смакове сприйняття). Наприклад, порогова концентрація (мінімальна концентрація смакового речовини, сприймана органами почуттів), що дозволяє відчути кислий смак, становить для лимонної кислоти 0,017%, для оцтової - 0,03%.

У разі органічних кислот на сприйняття кислого смаку впливає  і аніон молекули. В залежності від природи останнього можуть виникати комбіновані смакові відчуття, наприклад, лимонна кислота має кисло-солодкий смак. Зміна смакових відчуттів відбувається і в присутності солей органічних кислот. Так, солі амонію надають продукту солоний смак.

Природно, що наявність у  складі продукту декількох органічних кислот у поєднанні з смаковими  органічними речовинами інших класів обумовлюють формування оригінальних смакових відчуттів, часто притаманних виключно одному, конкретному виду харчових продуктів.

Участь органічних кислот в утворенні аромату в різних продуктах неоднакова.

До складу ароматоутворюючого комплексу кисломолочних продуктів входять молочна, лимонна, оцтова, пропіонова і мурашина кислоти.

Якість харчового продукту являє собою інтегральну величину, що включає, крім органолептичних властивостей (смаку, кольору, аромату), показники, що характеризують його колоїдну, хімічну  і мікробіологічну стабільність.

Формування якості продукту здійснюється на всіх етапах технологічного процесу його одержання. При цьому  багато технологічних показників, що забезпечують створення високоякісного продукту, залежать від активної кислотності (рН) харчової системи.

У загальному випадку величина рН впливає на утворення компонентів смаку та аромату, характерних для конкретного виду продукту; колоїдну стабільність полідисперсної харчової системи (наприклад, колоїдний стан білків молока або комплексу білково-дубильних сполук в пиві); термічну стабільність харчової системи (наприклад, термостійкість білкових речовин молочних продуктів, залежну від стану рівноваги між іонізованим і колоїдно розподіленим фосфатом кальцію); біологічну стійкість (наприклад, пива та соків); активність ферментів; умови зростання корисної мікрофлори і її вплив на процеси дозрівання (наприклад, пива чи сирів).

5. Методи визначення  кислот у харчових продуктах

В основі визначення рН різних харчових систем лежать стандартні методи, описані в посібниках з аналітичної  хімії. До них відносяться калориметричний  і електрометричні методи.

Визначення потенційної  кислотності, що характеризує загальний  вміст речовин, що мають кислотний  характер, засноване на титруванні цих речовин сильними основами (лугами). Для різних харчових продуктів характерні свої особливі умови титрування, результати яких представляють у відповідних кислотних числах.

Аналіз кислотного складу харчового продукту дає можливість виявити фальсифікацію або підтвердити  його натуральність. Для визначення вмісту органічних кислот використовують як стандартні, так і альтернативні  методи контролю.

Офіційний метод аналізу  молочної кислоти заснований на її окисленні перманганатом калію  до оцтового альдегіду, який визначають йодометричні. Найбільш відомі методи визначення винної кислоти базуються на лужному титруванні випадного винного каменю. Більшість органічних кислот можна визначити хроматографічними методами.

До альтернативних відносяться  методи, засновані на використанні ферментативних систем. Характерними особливостями ферментативного  аналізу є специфічність, забезпечує достовірність результатів, високі точність і чутливість.

ВИСНОВКИ

Харчові широко використовують у харчової промисловості. Їх список величезний і дуже цікавий. Найпоширеніші у харчових продуктах лимонна, оцтова і молочна кислоти.

У природі харчові кислоти зустрічаються досить часто, головним чином у плодах цитрусових, ананасів, груш, інжиру, брусниці, журавлини та ін.

Окрім великого значення для  виробництва харчових продуктів, харчові  кислоти також мають і біологічне значення для людини яка вживає продукти із кислотами у складі. Вони беруть участь у формуванні смаку і аромату харчового продукту, в обміні речовин, у процесах травлення, активують перистальтику кишечника і стимулюють секрецію травних соків. Харчові кислоти впливають на формування певного складу мікрофлори шляхом зниження рН середовища, гальмують розвиток гнильних процесів у товстому кишечнику. Також відомо, що окремі кислоти (лимонна) перешкоджають утворенню канцерогенних нітрозоамінів та мають антисептичну дію (бензойна кислота).

Негативним впливом харчових кислот є те, що окремі кислоти (щавлева кислота - зелений агрус, листя шпинату, щавлю та кропиви) здатні відкладатися в суглобах і в сечовивідних шляхах.

Харчові кислоти широко використовують у кулінарії і в харчовій промисловості для приготування безалкогольних напоїв, мармеладу, вафель, пастили, вони включені до рецептур деяких сортів ковбас і сиру, їх застосовують у виноробстві, для рафінування рослинних олій, для виробництва згущеного молока. За допомогою кислот зберігаються природні смак і аромат при тривалому зберіганні в замороженому стані м'яса і риби.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Булдаков А. С. Харчові добавки: Довідник. - СПб.: "Ut". 1996. - 240 с.;
2. Шобінгер У. Плодово-ягідні та овочеві соки. - М.: Легка і харчова промисловість, 1982. - 472 с.;
3. Колісне А. Ю. Біохімічні системи в оцінці якості продуктів харчування. - М.: Харчова промисловість, 2000. - 414 с.;
4. Скурихін І. А /., Нечаєв А. П. Все про їжу з точки зору хіміка. - М.: Вища школа. 1991.-286с.;
5. Орещенко А. В. Берестень А. Ф. Про харчові добавки і продукти харчування / / Харчова промисловість. - 1996. - № 6.;
6. Патяковський В. М. Гігієнічні основи харчування та експертизи продовольчих товарів. - Новосибірськ: Видавництво Новосибірського Університету, 1999. -431с.;
7. Голубєв, В.Н. Харчова та біологічно активні добавки: Підручник / В.М. Голубєв, Л.В. Чічев-Філатова, Т.В. Шльонська. - М., 2003. - 201 с.;
8. Нечаєв, А.П. Харчові добавки: Підручник / А.П. Нечаєв, А.А. Кочеткова, А.Н. Зайцев. - М., 2002. - 255 с.;
9. Мещерякова В.А. и др. // Вопросы питания. —1995. —№3.;
10. Європейські вимоги до харчових добавок: Довідник. —Львів: Ленорам, 1997. —126 с.