Пищевые кислоты

ПИЩЕВЫЕ КИСЛОТЫ

 

Пищевые кислоты представляют собой разнообразную по своим  свойствам группу веществ органической и неорганической природы.

Состав и особенности  химического строения пищевых кислот различны и зависят от специфики  пищевого объекта, а также природы кислотообразования.

В большинстве растительных объектов обнаружены нелетучие моно- и трикарбоновые кислоты, предельные и непредельные, в том числе гидрокси- и оксокислоты.

В продуктах переработки  плодов, например, в мезге, могут  быть выявлены летучие кислоты — муравьиная и уксусная.

Кислотность молока и  молочных продуктов формируется  как за счет молочной кислоты, образуемой в результате биохимических превращений лактозы молока, так и за счет других, содержащихся в молоке кислот и кислых солей, а также кислотных групп казеина.

Названия и формулы  некоторых кислот, наиболее часто  встречающихся в пищевых продуктах, представлены в табл.1.

 

Таблица 1. Названия и формулы основных пищевых кислот

К группе органических пищевых  кислот, в принципе, относятся также аминокислоты, входящие в состав белков, и высшие жирные кислоты, являющиеся структурными компонентами липидов.

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КИСЛОТ ПИЩЕВЫХ ОБЪЕКТОВ.

 

Основные источники  пищевых кислот — растительное сырье  и продукты его переработки. Органические пищевые кислоты содержатся в большинстве видов растительных пищевых объектов — ягодах, фруктах, овощах, в том числе в корнеплодах, лиственной зелени. Наряду с сахарами и ароматическими соединениями они формируют вкус и аромат плодов и, следовательно, продуктов их переработки.

Общее представление  о разнообразии пищевых кислот в  составе растительных объектов иллюстрирует табл. 2.

 

Таблица 2. Некоторые  пищевые кислоты фруктов, ягод и  овощей

 

 

 

 

 

Наиболее типичными  в составе различных плодов и  ягод являются лимонная и яблочная кислоты. Из числа других кислот часто обнаруживаются хинная, янтарная и щавелевая. К распространенным относятся также шикимовая, гликолевая, фумаровая, глицериновая и винная кислоты.

Концентрации отдельных органических кислот в различных плодах и ягодах неодинаковы.

Цитрусовые плоды содержат преимущественно  лимонную кислоту и небольшие количества яблочной. Содержание последней в апельсинах составляет 10—25%, в мандаринах — до 20%, в грейпфрутах и лимонах —

до 5% по отношению к  общей кислотности. В отличие от плодов, в кожуре апельсинов содержится значительное (примерно 0,1 %) количество щавелевой кислоты.

Лимонная кислота оказывается  основной также в кислотном спектре ананасов, где ее содержание достигает 85%. На долю яблочной кислоты в этих плодах приходится около 10%.Доминирующей кислотой в составе семечковых и косточковых плодов является яблочная, содержание которой в их кислотном спектре колеблется от 50 до 90%.В кислых сортах яблок яблочная кислота составляет свыше 90% общей кислотности, в черешне и вишне ее концентрация достигает 85—90%, в сливах (в зависимости от сорта) — от 35 до 90%. В числе других кислот в этих плодах — лимонная и хинная.

Более 90% кислотности приходится на яблочную, лимонную и хинную кислоты  в таких плодах как персики и абрикосы, причем соотношение яблочной и лимонной кислот может колебаться в широком диапазоне, что в некоторых случаях связывают с изменением содержания этих кислот в плодах в процессе созревания. Установлено, например, что при созревании персиков количество яблочной кислоты в них значительно возрастает, а лимонной уменьшается.

В отличие от других видов плодов, в винограде основной является винная кислота, составляющая 50—65% общей кислотности. Остаток приходится на яблочную (25-30%) и лимонную (до 10%) кислоты. В процессе созревания винограда содержание яблочной кислоты снижается интенсивнее, чем винной.

В большинстве видов ягод, за исключением  винограда, крыжовника, черники и  ежевики, преобладает лимонная кислота. Например, в землянике на ее долю приходится 70—90%, в смородине — 85—90%. Содержание яблочной кислоты в этих ягодах — 10—15%. В ежевике 65—85% составляет изолимонная кислота, а в составе крыжовника — 45% яблочной и лимонной и 5—10% шикимовой.

Некоторое количество кислот в плодах и ягодах может находиться в виде солей. Их содержание, например, в лимонах, составляет до 3%, а в отдельных видах груш — 20—30%.

В отличие от большинства органических кислот в составе плодов и ягод, молочная кислота образуется, очевидно, только микробиологическим путем.

Кислотный спектр овощей представлен, преимущественно, теми же органическими кислотами, соотношение которых колеблется в значительных пределах. Наряду с уже известными, в составе овощей обнаруживаются янтарная, фумаровая, пироглутаминовая и некоторые другие кислоты различного строения.

Отличительной особенностью томатов  является присутствие в них неорганических кислот — фосфорной, серной и соляной.

В составе молока и молочных продуктов  основной органической кислотой является молочная кислота, образование которой связано с биохимическим превращением молочного сахара — лактозы  под действием молочнокислых бактерий, происходящим в соответствии с уравнением реакции:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂0 -> 4СН₃-СН(ОН)-СООН

При участии в этом процессе гомоферментативных молочнокислых бактерий молочная кислота является практически единственным продуктом реакции. В случае гетероферментативных ароматобразующих молочнокислых бактерий, наряду с молочной появляются уксусная и пропионовая кислоты, а также другие продукты брожения — этанол, диацетил, этилуксусный эфир.

 

ПИЩЕВЫЕ КИСЛОТЫ  И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ПРОДУКТОВ

 

Пищевые кислоты в составе продовольственного сырья и продуктов выполняют различные функции, связанные с качеством пищевых объектов.

В составе комплекса вкусоароматических веществ они участвуют в формировании вкуса и аромата, принадлежащих к числу основных показателей качества пищевого продукта. Именно вкус, наряду с запахом и внешним видом, по сей день оказывает более существенное влияние на выбор потребителем того или иного продукта по сравнению с такими показателями, как состав и пищевая ценность. Изменения вкуса и аромата часто оказываются признаками начинающейся порчи пищевого продукта или наличия в его составе посторонних веществ.

Главное вкусовое ощущение, вызываемое присутствием кислот в составе продукта, — кислый вкус, который в общем случае пропорционален концентрации ионов Н+ (с учетом различий в активности веществ, вызывающих одинаковое вкусовое восприятие). Например, пороговая концентрация (минимальная концентрация вкусового вещества, воспринимаемая органами чувств), позволяющая ощутить кислый вкус, составляет для лимонной кислоты 0,017%, для уксусной — 0,03%.

В случае органических кислот на восприятие кислого вкуса оказывает  влияние и анион молекулы. В зависимости от природы последнего могут возникать комбинированные вкусовые ощущения, например, лимонная кислота имеет кисло-сладкий вкус, а пикриновая — кисло-горький. Изменение вкусовых ощущений происходит и в присутствии солей органических кислот. Так, соли аммония придают продукту соленый вкус.

Естественно, что наличие  в составе продукта нескольких органических кислот в сочетании с вкусовыми  органическими веществами других классов обусловливают формирование оригинальных вкусовых ощущений, часто присущих исключительно одному, конкретному виду пищевых продуктов.

В состав ароматообразующего комплекса кисломолочных продуктов  входят молочная, лимонная, уксусная, пропионовая  и муравьиная кислоты.

Качество пищевого продукта представляет собой интегральную величину, включающую, помимо органолептических свойств (вкуса, цвета, аромата), показатели, характеризующие его коллоидную, химическую и микробиологическую стабильность.

Формирование качества продукта осуществляется на всех этапах технологического процесса его получения. При этом многие технологические показатели, обеспечивающие создание высококачественного продукта, зависят от активной кислотности (рН) пищевой системы.

В общем случае величина рН оказывает влияние на следующие  технологические параметры:

— образование компонентов вкуса и аромата, характерных для конкретного вида продукта;

— коллоидную стабильность полидисперсной пищевой системы (например, коллоидное состояние белков молока или комплекса белково-дубильных соединений в пиве);

— термическую стабильность пищевой системы (например, термоустойчивость белковых веществ молочных продуктов, зависящую от состояния равновесия между ионизированным и коллоидно распределенным фосфатом кальция);

— биологическую стойкость (например, пива и соков);

— активность ферментов;

— условия роста полезной микрофлоры и ее влияние на процессы созревания (например, пива или сыров).

 

ПИЩЕВЫЕ КИСЛОТЫ  В ПИТАНИИ

 

Значение пищевых кислот в питании человека определяется их энергетической ценностью (табл. 3) и участием в обмене веществ. Обычно они не вызывают дополнительной кислотной нагрузки в организме, окисляясь при обмене веществ с большой скоростью.

Основная функция органических кислот, входящих в состав пищи, связана с участием в процессах пищеварения.

К таким функциям органических кислот относятся:

— активация перистальтики кишечника;

— стимуляция секреции пищеварительных соков;

— влияние на формирование определенного состава микрофлоры путем снижения рН среды;

— торможение развития гнилостных процессов в толстом кишечнике.

Для различных органических кислот обнаружены некоторые другие эффекты воздействия.

Показано, что отдельные  пищевые кислоты, например лимонная, препятствуют образованию в организме канцерогенных нитрозаминов, способствуют снижению риска возникновения и развития онкологических патологий. Лимонная кислота (соответственно, цитрат) способствует также усвоению организмом кальция (ее содержание в костях и зубах составляет 0,5—1,5%), оказывает активирующее или ингибирующее действие на некоторые ферменты. Бензойная кислота обладает антисептическим действием.

Однако, с другой стороны, известно, например, что щавелевая  кислота в виде кальциевой соли способна откладываться в суставах или  в виде камней — в мочевыводящих путях. Основными пищевыми источниками этой кислоты являются зеленый крыжовник, листья шпината, щавеля и крапивы. В противоположность этому, в процессах, предотвращающих выпадение солей кальция в мочеточниках, важную роль играет цитрат мочевины. Образование комплексов с кальцием и магнием лежит также в основе процесса торможения кровотечения. Винная кислота организмом человека не усваивается.

 

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ  КИСЛОТ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ

 

В основе определения  рН различных пищевых систем лежат  стандартные методы, описанные в  руководствах по аналитической химии. К ним относятся калориметрический и электрометрический методы.

Определение потенциальной  кислотности, характеризующей общее содержание веществ, имеющих кислотный характер, основано на титровании этих веществ сильными основаниями (щелочами). Для различных пищевых продуктов характерны свои особые условия титрования, результаты которых представляют в соответствующих кислотных числах.

Анализ кислотного состава  пищевого продукта дает возможность  обнаружить фальсификацию или подтвердить  его натуральность. Для определения содержания органических кислот используют как стандартные, так и альтернативные методы контроля.

Официальный метод анализа  молочной кислоты основан на ее окислении  перманганатом калия до уксусного  альдегида, который определяют иодометрически. Наиболее известные методы определения винной кислоты базируются на щелочном титровании выпадающего винного камня. Большинство органических кислот можно определить хроматографическими методами.

К альтернативным относятся  методы, основанные на использовании ферментативных систем. Характерными особенностями ферментативного анализа являются специфичность, обеспечивающая достоверность результатов, высокие точность и чувствительность.

Перечень органических кислот в составе пищевых продуктов, определяемых ферментативными методами, представлен в табл. 4.

 

 

 

Таблица 4. Пищевые  кислоты в составе различных  продуктов питания, определяемые ферментативными  методами

Использование ферментативных методов в аналитической химии органических пищевых кислот, в зависимости от группы анализируемых продуктов, может иметь различные цели, к которым относятся:

— производственный контроль;

— системы обеспечения качества;

— контроль качества готовой продукции;

— контроль сырья

— оценка качества;

— анализ состава с целью установления пищевых свойств и их соответствия нормативной документации;

— оценка гигиенического статуса;

— мониторинг качества;

— выявление нежелательных компонентов;

— установление фальсификации;

— определение доли натурального сырья;

— определение аутентичности (подлинности).