Определение консервантов в продуктах питания

Эти свойства нитритов никак не проявляются  при концентрациях, применяемых  в пищевых продуктах. 

5. Области применения. Добавление нитритов к мясным продуктам, особенно к колбасам и копчено не только способствует образованию требуемой окраски и специфического аромата, но и защищает от окислительной и бактериальной порчи. Добавление нитритов к мясопродуктам замедляет развитие патогенных и токсичных микроорганизмов и тем самым образование энтеротоксинов и других ядов, продуцируемых бактериями, что предупреждает пищевые отравления. Их антимикробное действие проявляется при концентрациях 50-160 мг на 1 кг продукта. Из-за токсичности нитритов концентрацию желательно было бы уменьшить, используя многофункциональные заменители, но таковые до сих пор не известны.

Для сухого и мокрого посола предпочтительнее использовать нитраты. Нитриты больше применяют в колбасах и других продуктах из измельчённого мяса. При использовании нитратов нитритный  посол часто удешевляется благодаря  ускорению процесса. Процесс  посола можно ускорить шприцеванием рассола в мышечную ткань или введением его через кровеносные сосуды, а также с помощью ультразвука или вакуума.

6. Прочие действия. Нитриты присоединяются к мышечному красителю миоглобину и образуют с ним устойчивый при кулинарной обработке нитрозомиоглобин, в результате чего мясо приобретает красный цвет. Наряду с этим нитриты вносят важный вклад в создание аромата соления и защищают содержащийся в мясе жир от окислительной порчи. Эти «побочные» эффекты имеют для пищевого производства по меньшей мере такую же ценность, как и консервирующее действие нитрита. 

3.1.5. Диоксид серы

1. Синонимы.  IUPAC: оксид серы (IV). Русский: двуокись серы, сернистый ангидрид, «сернистый газ», «сернистая кислота».

2. Свойства. Сернистый ангидрид SО₂ при обычных условиях представляет собой бесцветный негорючий газ с резким запахом. Плотность сернистого газа в два с лишним раза выше, чем у воздуха; при - 10°С он сгущается в жидкость. В одном литре воды при 0°С растворяется 80 л SO₂, а при 20°С - 40 л.

Сульфиты представляют собой белые порошки, которые (за исключением сульфита кальция) легко растворяются в воде и обладают более или менее сильным запахом сернистого газа. Гидросульфиты существуют только в растворах; при выпаривании они превращаются в пиросульфиты (метабисульфиты).

3. Законодательные аспекты применения в пищевых продуктах. Диоксид серы, некоторые сульфиты, бисульфиты и пиросульфиты разрешены практически во всех странах для консервирования многих продуктов питания (в основном растительных).

Максимально допустимые количества отличаются для разных продуктов питания. Для  продуктов, непосредственно употребляемых  в пищу, они не превышают в большинстве  случаев 100 мг/кг. Для вин максимальная концентрация, в зависимости от страны и сорта вина, составляет 200-250 мг/л; для некоторых сортов вина она выше.

4. Аналитические сведения. Диоксид серы восстанавливает иодат до свободного иода; поэтому иодат-крахмальная бумага в присутствии SО₂ окрашивается в синий цвет. Йодкрахмальная бумага в присутствии SО₂ обесцвечивается, так как свободный иод восстанавливается до иодида.

Для количественного определения  двуокиси серы в продуктах питания (при отсутствии маскирующих веществ) продукты титруют непосредственно  раствором иода. По другому варианту к пищевому продукту добавляют иодид и титруют раствором иодата. Более точным, но трудоёмким является извлечение двуокиси серы из исследуемого продукта кипячением с разбавленной соляной кислотой в токе углекислого газа. Сернистый газ улавливается раствором перекиси водорода и окисляется в сульфат, который можно определить алкалиметрически, комплексометрически или гравиметрически. Таким методом определяется общее содержание двуокиси серы в пищевом продукте. В более новом способе количественного определения SО₂ («flow injection analysis» - FIA) двуокись серы обесцвечивает малахитовую зелень.

С помощью ионной хроматографии  можно различить свободный и связанный диоксид серы. При этом используется электрохимический детектор (восстановительное амперометрическое титрование). Сульфиты можно определять  также ферментативно с помощью сульфитоксидазы. Свободную, а после соответствующей обработки и связанную двуокись серы можно определить с помощью иммобилизованных Thiobacillus thiooxidans в качестве биосенсора - Среди методов анализа сульфитов, распространённых до 1990 года (FIA, колориметрия, ферментный), чаще всего использовали способ Моньера - Вильямса.

5. Токсиколого-гигиеническая оценка

Острая токсичность. Для крыс при пероральном введении LD₅₀ сернистого ангидрида составляет 1-2 г на 1 кг массы тела. Меньшее значение получено при использовании 6,5%-х растворов, большее - для 3,5%-х растворов. Близкое значение имеет острая токсичность метабисульфита натрия. Для кроликов при пероральном введении LD₅₀ сернистого ангидрида равна 600-700 мг на 1 кг массы тела, а для кошек - 450 мг/кг. Смертельное отравление сернистой кислотой (перорально) собаки и человека невозможно из-за возникающей рвоты. Сернистая кислота и сульфиты существенно более токсичны при внутривенном введении.

Люди по-разному реагируют на двуокись серы. Некоторые безболезненно переносят до 4 г сульфита в день (т.е. примерно 50 мг на 1 кг массы тела), а другие уже после приема очень малых количеств жалуются на головные боли, тошноту, понос или ощущение тяжести в желудке. Для переносимости сернистой кислоты, растворённой в вине, большое значение имеет кислотность желудочного сока, - люди, имеющие пониженную или повышенную кислотность, существенно более чувствительны, чем люди с нормальной кислотностью. Связанная сернистая кислота действует на организм, в принципе, так же, как и свободная. Различие заключается лишь в силе и быстроте реакции, что объясняется разной кинетикой.

Субхроническая токсичность. Скармливание крысам 0,5-1% метабисульфита калия в течение 10 дней способствует выведению из организма кальция. Токсичность корма с содержанием 0,6% метабисульфита натрия имеет две фазы. В первые два месяца приёма главными являются нехватка витамина В₁. В дальнейшем (через 3-4 месяца) действие яда может быть предотвращено приёмом витамина В₁ лишь частично. Вдобавок наступает диарея. После 3 месяцев приёма 160 мг бисульфита натрия на 1 кг массы тела в день у мышей значительно увеличивался падёж, особенно при недостаточном питании.

Хроническая токсичность. Присутствие 0,5-2% бисульфита натрия в корме крыс в течение года ведёт к поражениям нервной системы, половых органов, костной ткани, почек и других внутренних органов. Концентрация менее 0,25% не приводит к патологическим явлениям (при концентрации свыше 0,1% наблюдается понос). Добавление в корм самцов менее 0,1% бисульфита натрия даже способствует увеличению массы. Добавку 0,12% пиросульфита калия к питьевой воде (что соответствует 30-90 мг SО₂ на 1 кг массы тела) в течение 20 месяцев крысы перенесли без существенного ущерба для здоровья. Наблюдались лишь рост числа лейкоцитов у самцов, увеличение массы селезёнки у самок и снижение числа детёнышей в помёте. Скармливание 350-700 мг/кг сернистой кислоты в форме метабисульфита натрия трём поколениям крыс не оказало отрицательного влияния на состояние внутренних органов, рост, способность к размножению и массу молодняка. На свиней скармливание до 0,35% метабисульфита натрия в течение 48 недель не оказало никакого действия, но при концентрациях свыше 0,83% возникали различные органические повреждения.

Международное агентство по исследованию рака (International Agency for Recearch on Cancer - IARC) зачислило сульфиты по их канцерогенному действию на человека в разряд «inadequate evidence» (недостаточно данных); для подопытных животных диоксид серы отнесён в разряд «limited evidence» (ограниченные данные), а сульфиты, бисульфиты и метабисульфиты - в разряд «inadequate evidence».

Сернистая кислота может оказывать  мутагенное действие на микроорганизмы.

На основании этих данных и учитывая индуцируемые сульфитами реакции непереносимости, SCF и JЕСFА установили для всех сульфитов значение ДСП - 0-0,7 мг на 1 кг массы тела (в пересчёте на сернистую кислоту).

Реакции непереносимости. Сульфиты могут вызывать у людей как истинную аллергию, так и псевдоаллергические реакции. Реакции непереносимости сульфитов выражаются большей частью в форме крапивницы или приступов астмы. Часто они сопровождаются непереносимостью ацетилсалициловой кислоты. В зависимости от восприимчивости реакцию могут вызвать от 2 до 250 мг диоксида серы. Поэтому закон требует указывать на этикетках пищевых продуктов наличие в них сульфитов.

Биохимическое поведение. Сера наиболее стабильна в состоянии со степенью окисления +6. Поэтому сера, имеющая в двуокиси и в сульфитах степень окисления +4, склонна к окислению до сульфата. В организме это превращение катализируется сульфитоксидазой - ферментом, встречающимся преимущественно в сердце, печени и почках. Окислять сульфит до сульфата могут и другие, не специфические ферменты, например ксантиноксидаза. Сульфат быстро выделяется с мочой; поэтому сернистая кислота в организме не накапливается.

Токсичность обусловлена также  действием сернистой кислоты  и сульфитов на функции организма, витамины и жизненно необходимые  ферменты. Так, даже в очень малых концентрациях SО₂ угнетает дегидрогеназы. Соединения с дисульфидными мостиками, например цистин, восстанавливаются сульфитами до соответствующих сульфгидрильных соединений. Кроме того, сульфиты разрушают тиамин, расщепляя связь между пиримидиновой и тиазольной частями молекулы. Крысы, корм которых дополнительно обогащали тиамином, переносили существенно большие количества SО₂, чем контрольные животные. Цитозин и 5-метилцитозин дезаминируются сульфитами in vitro.

6. Области применения. Сернистая кислота используется во многих областях пищевой промышленности, и не только из-за её антимикробного эффекта. Ниже приведены примеры, иллюстрирующие только действие сернистой кислоты против микроорганизмов.

Мясопродукты. Сульфиты тормозят развитие бактерий в свежем мясе и мясопродуктах. Одновременно сернистая кислота в известной мере стабилизирует окраску мяса. В результате у потребителя может сложиться обманчивое впечатление о свежести мяса. Поэтому в настоящее время во многих странах применение сернистой кислоты в мясе рассматривается как фальсификация и введение в заблуждение.

Фруктовые продукты. Сернистую кислоту используют во многих продуктах из фруктов как промежуточный консервант. Её добавляют к сырью или полуфабрикатам и удаляют в процессе переработки нагреванием или вакуумированием. В конечном продукте она содержится в незначительном количестве.

Напитки. Основной напиток, в котором применяется диоксид серы, - вино (и полупродукты для его производства).

Сернистую кислоту применяют в производстве сока. Её добавляют к свежевыдавленному соку для замедления роста уксуснокислых бактерий, диких дрожжей и плесневых грибов. Культурные дрожжи при правильной обработке сернистым газом не погибают; поэтому добавление его к соку обеспечивает быстрое и гарантированное брожение. Кроме того, обработка сернистым ангидридом замедляет развитие кислоторазрушающих бактерий. Для соков с низким содержанием кислот, получаемых при нормальной температуре, требуется примерно 40- 50 мг двуокиси серы на 1 л; для соков, богатых кислотами, достаточно 30-40 мг/л. Если сок получают при более высокой температуре (например, в южных странах), требуется до 200 мг/л сернистого ангидрида.

Большее количество SO₂ (1500-2000 мг/л) позволяет вообще исключить брожение. Из обработанного таким образом «немого» сока в специально сконструированных аппаратах нагреванием до 90-110°С при одновременном пропускании инертного газа можно удалить двуокись серы до остаточного количества примерно 25-150 мг/л. После удаления сернистого газа соки можно использовать для производства вин с остаточным сахаром. В настоящее время добавление сернистого газа или сульфитов во время брожения (т.е. остановка брожения) считается нежелательным, так как приводит к слишком высокому содержанию сернистой кислоты в конечном продукте.  

3.1.6. Муравьиная кислота

1. Синонимы. IUPAC: метановая кислота.  

2. Свойства. Муравьиная кислота НСООН представляет собой прозрачную жидкость с резким запахом, смешивающуюся с водой во всех отношениях. В чистом виде она кристаллизуется при 8 °С и кипит при 101 ºС.

Формиаты натрия, калия и кальция  представляют собой белые кристаллические  порошки, более или менее легко  растворимые в воде.

3. Аналитические сведения. Для качественного и количественного определения муравьиной кислоты в пищевых продуктах её сначала отгоняют из исследуемого продукта в виде водного раствора. Затем путём нагревания с металлическим магнием в кислой среде НСООН можно восстановить до формальдегида, который с хромотроповой кислотой даёт фиолетовое окрашивание. Этилформиат (образующийся при взаимодействии муравьиной кислоты с этанолом), реагируя с гидроксиламином, превращается в формгидроксамат. Это соединение реагирует с солями трехвалентного железа, давая комплекс красного цвета, количество которого измеряют фотометрически. Кроме того, муравьиную кислоту можно определить с помощью газовой хроматографии или ферментативно.

4. Законодательные аспекты применения в пищевых продуктах.   Муравьиная кислота, формиаты натрия и кальция пока разрешены в некоторых европейских странах для консервирования отдельных видов пищевых продуктов⁷¹. Проект будущего законодательства Европейского Сообщества не предусматривает их использования.

5. Токсиколого-гигиеническая оценка

Острая токсичность. Для грызунов LD₅₀ муравьиной кислоты колеблется между 1,1 и 1,8 г на  1 кг массы тела. Значительно менее токсичны формиаты калия и натрия - их LD₅₀ составляет соответственно 3 и 7,4 г на 1 кг массы тела. Для человека смертельная доза муравьиной кислоты равна 50-60 г.

В концентрированном виде муравьиная кислота раздражает кожу и слизистые оболочки; поэтому обращаться с ней нужно осторожно.

Субхроническая токсичность. Добавление 0,5-1% муравьиной кислоты к питьевой воде замедляет рост крыс и наносит вред их внутренним органам. Ежедневный приём человеком 0,5 г муравьиной кислоты (что соответствует 8 мг на 1 кг массы тела) в течение 4 недель не оказывает заметного действия.