Определение консервантов в продуктах питания

Кондитерские изделия. Сорбиновая кислота вследствие нейтрального вкуса, эффективности в области высоких рН и действенности против осмофильных дрожжей применяется для консервирования наполнителей шоколада и пралине. Используются концентрации от 0,05 до 0,2%, в зависимости от содержания в продукте сахара, кислот и от других влияющих на консервирующее действие факторов.

3.1.10. Эфиры пироугольной кислоты

1. Синонимы. IUPAC: эфиры диугольной кислоты. Русский: пирокарбонаты, дикарбонаты.

2. Свойства. Диметилпирокарбонат СН₃О-СО-О-СО-ОСН₃ представляет собой бесцветную жидкость с фруктовым запахом, застывающую при 17°С. С этанолом и Другими спиртами он смешивается во всех отношениях; растворимость в воде составляет 3,65%.

Диэтилпирокарбонат С₂Н₅О-СО-О-СО-ОС₂Н, представляет собой бесцветную жидкость с фруктовым запахом, кипящую при 180°С с разложением. С этанолом и другими спиртами он смешивается во всех отношениях; растворимость в воде составляет 0,6%.

В присутствии воды оба эфира  гидролизуются до соответствующего спирта и углекислоты. Скорость гидролиза  не зависит от давления углекислого  газа, но зависит от температуры  и рН. Этиловый эфир в напитках при  комнатной температуре полностью гидролизуется в течение 20-24 часов. В тех же условиях гидролиз метилового эфира протекает в 3-4 раза быстрее. Его концентрация в сильнокислых фруктовых соках (рН около 2,8) при температуре 10-30°С опускается за 65-260 минут ниже предела обнаружения.

Пирокарбонаты реагируют не только с водой, но и с другими составляющими  напитков. С этанолом они образуют диэтилкарбонат или метилэтилкарбонат. В присутствии солей аммония  из диэтилдикарбоната образуется в  небольшом количестве этилкарбамат, а из диметилдикарбоната - метилкарбамат. Диметилдикарбонат реагирует также с высшими спиртами, образуя следовые количества (миллиардные доли) соответствующих карбонатов.

3. Аналитические сведения. Для установления факта обработки вина диэтилпирокарбонатом можно провести газохроматографическое исследование на присутствие диэтилкарбоната. С помощью хроматографии можно обнаружить и метилэтилкарбонат.

    Дикарбонаты можно определить  фотометрически и титрованием.  Газохроматографический анализ  сероуглеродного экстракта предложен АОАС в качестве официального метода.

4. Законодательные аспекты применения в пищевых продуктах.  В настоящее время все разрешения на применение диэтилпирокарбоната, имевшиеся в некоторых странах, отменены. Диметилдикарбонат иногда используется, например в безалкогольных напитках (но не в вине), как не требующая разрешения пищевая добавка, поскольку он отсутствует в готовом продукте. В Европейском Союзе он под индексом Е242 разрешён для применения в некоторых напитках. Ограниченное разрешение существует и в других странах, например в США для вин, холодного чая и чайных экстрактов.

5. Токсиколого-гигиеническая оценка

Острая токсичность. Для крыс LD₅₀ диэтилпирокарбоната при использовании масляного раствора составляет 1 -1,5 г на 1 кг массы тела. При оральном введении крысам более 350-500 мг диметилпирокарбоната на 1 кг массы тела появляются локальные раздражения, и, как следствие, значение острой токсичности для него определить не удаётся.

Для быстро распадающихся веществ, какими и являются пирокарбонаты, их собственная острая токсичность имеет меньшее значение, чем токсичность продуктов реакции, которые могут из них образовываться.

Эфиры пироугольной кислоты раздражают кожу и слизистые оболочки; поэтому  с ними следует обращаться осторожно.

Субхроническая токсичность. При скармливании крысам в течение нескольких месяцев свежеприготовленных масляных растворов диэтилпирокарбоната не удалось обнаружить никаких вредных воздействий. Напитки, содержащие 4 г диметилпирокарбоната на 1 л, также переносились в течение 3 месяцев без каких-либо реакций.

Хроническая токсичность. При оценке хронической токсичности диэтилпирокарбоната оказалось, что более всего опасен один из продуктов его распада - этилкарбамат. Он проявляет канцерогенность у крыс, мышей и хомяков как при оральном введении, так и при ингаляции.

В Германии этилкарбамат в результате опытов на животных признан явным канцерогеном. Вероятно, его канцерогенное действие возникает из-за превращения в винилкарбамат с последующим окислением до эпоксиэтилкарбамата. Поскольку этилкарбамат образуется при реакции ионов аммония с диэтилпирокарбонатом, применение последнего в пищевых продуктах было запрещено.

Аналогичный продукт превращения  диметилпирокарбоната - метилкарбамат  не проявляет канцерогенного действия и потому безопасен. В напитках допускается присутствие метилкарбамата в концентрации до 0,02 мг/л. SCF не возражает против использования диметилпирокарбоната в напитках в концентрации 125-250 мг/л.

6. Области применения. Пирокарбонаты обладают уникальным для консервантов свойством: в присутствии воды они за короткое время распадаются до микробиологически нейтральных веществ. Это определяет особенности их применения: только в продуктах, которые (после уничтожения имеющихся в них микроорганизмов) будут защищены от повторного инфицирования соответствующими технологическими приёмами. Поэтому область использования пирокарбонатов ограничивается напитками, которые сразу после обработки разливают в закрытые ёмкости. В связи с быстрым распадом (особенно метилового эфира) пирокарбонаты следует вводить непосредственно перед заполнением бутылок.

Дозирование осуществляется специально сконструированным насосом, который  позволяет непрерывно и безопасно  вводить малые количества вещества. При использовании диметилпирокарбоната, имеющего температуру кристаллизации 17°С, дозирующий насос в холодных помещениях приходится подогревать.

Так как эффективность обоих  эфиров примерно одинакова, их концентрации, рекомендуемые для использования, близки. Для газированных безалкогольных напитков они равны 50-150 мг/л, для негазированных напитков – 100-200 мг/л. Когда диэтилпирокарбонат применялся для обеззараживания вина, его концентрация составляла 110-170 мг/л.

Диметилпирокарбонат может использоваться в виноградных соках и тома-то продуктах как ингибитор дрожжей. Правда, из-за быстрого гидролиза в дополнение к нему необходимо использовать сорбат калия. Последний обеспечивает длительную защиту, особенно при высоких температурах хранения.

3.1.11. Бензойная кислота

1. Свойства.  Бензойная кислота С₆Н₅СООН представляет собой белые блестящие моноклинные листочки или иглы, которые плавятся при 122°С. В 100 г воды при комнатной температуре растворяется 0,34 г бензойной кислоты, в 100 г жирных масел - 1-2 г. Бензойная кислота хорошо растворима в безводном этаноле.

Бензоат натрия представляет собой  белый кристаллический порошок. В 100 воды при комнатной температуре  его растворяется 63 г.

2. Аналитические сведения.  Бензойная кислота перегоняется с водяным паром и может быть количественно извлечена этим способом из исследуемого пищевого продукта. Можно выделить её и твёрдофазной экстракцией. В экстракте бензойную кислоту можно обнаружить и количественно определить спектрофотометрически, а также с помощью ВЭЖХ или ТСХ. Для ВЭЖХ используют RP-фазу и УФ-детектирование.

    При определении бензойной  кислоты в пищевых продуктах  следует учитывать возможность  её естественного содержания  в свободном виде или в форме  гликозидов в молочных продуктах  и в таких ягодах, как земляника  и брусника.

3. Законодательные аспекты применения в пищевых продуктах. Бензойная кислота и бензоат натрия давно разрешены в большинстве стран Для консервирования многих пищевых продуктов. Предельно допустимые концентрации составляют от 0,15 до 0,25%, хотя бывают и исключения.

4. Токсиколого-гигиеническая оценка

Острая токсичность. Для крыс при пероральном введении LD₅₀ бензойной кислоты составляет 1,7-3,7 г на 1 кг массы тела. Кошки часто бывают более чувствительны к бензойной кислоте. Для них смертельная доза может составлять 0,3-0,6 г на 1 кг массы тела. Причиной является отсутствие в организме кошек ферментативного превращения бензойной кислоты в гиппуровую.

Субхроническая токсичность. Скармливание мышам в течение 3 месяцев по 80 мг бензойной кислоты на 1 кг массы тела в день приводило к увеличению смертности (особенно при одновременном потреблении сульфитов). Употребление в течение 4-5 дней корма, содержащего 3% бензойной кислоты, приводит к расстройствам центральной нервной системы, атаксии, тоническим и клоническим судорогам; однако визуальных изменений органов не наблюдается и патологических отклонений при гистологических исследованиях тканей сердца, печени и почек не выявлено. Через 5 дней погибла половина подопытных животных, и у них были обнаружены некротические изменения головного мозга.

Добавление к корму 1,1% бензойной  кислоты снижает прирост массы, не вызывая других нарушений 1111. В  другом опыте применение корма с4% бензоата натрия в течение 90 дней не причинило вреда. При использовании  корма с 3% бензоата натрия в течение 10 дней у крыс и мышей обнаруживалось увеличение массы почек и печени, изменение уровня альбумина и γ-глутамилтранспептидазы, изменения клеток печени.

 Ежедневный приём человеком  1 г бензойной кислоты в течение  90 дней, или 12 г в течение 14 дней, или 0,3-4 г в течение 60-100 дней не приносит вреда здоровью.

При оральном введении бензоат натрия не оказывает тератогенного действия.

Хроническая токсичность. Ежедневный приём в течение 17 месяцев мышами (в течение 18 месяцев крысами) 40 мг бензойной кислоты на 1 кг массы тела вызывает замедление развития. В опыте на 40 крысах корм с добавкой 5% бензоата натрия оказался сильно токсичным. За 2 недели все животные умерли. Корм с 1% бензоата натрия потреблялся без нежелательных последствий для аппетита, продолжительности жизни, развития, размножения, прироста массы и гистологии шести органов. По результатам других исследований, развитие крыс, чей корм содержал 1,5% бензойной кислоты, явно отставало от контрольных животных.

С 1979 года бензойная кислота используется в терапии для снижения токсичности аммиака у пациентов с ферментными дефектами цикла мочевины. При этом как побочное действие наблюдалось снижение содержания N-ацетилглутамата внутри митохондрий.

Из-за новых сведений о возможном  тератогенном действии бензойной кислоты SCF установила временное ДСП в 0-5 мг на 1 кг массы тела с ограничениями. JЕСFА сохранил прежнее ДСП, составляющее 0-5 мг на 1 кг массы тела, но требует дальнейших токсикологических исследований.

Реакции непереносимости. Считается, что бензойная кислота, наряду с эфирами п-оксибензойной кислоты и некоторыми азокрасителями, обладает значительным сенсибилизирующим потенциалом. Как при оральном введении, так и при нанесении на кожу бензойная кислота может вызывать реакции непереносимости - крапивницу, астму, анафилактический шок. В качестве возможной причины такого действия предполагают усиленное выделение гистамина, индуцируемое бензоатом.

Биохимическое поведение. Бензойная кислота хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте. С белками она не соединяется. Вначале бензойная кислота с АТФ образует бензоил-АТФ, а затем, подобно жирным кислотам, «активируется», давая с коферментом Абензоил-кофермент А. Последний под действием глицин-N-ацилазы образует с глицином гиппуровую кислоту (бензоилглицин), которая выделяется с мочой. Меньшая часть бензойной кислоты связывается с глюкуроновой кислотой и тоже выводится с мочой. 

5. Области применения

Жировые продукты. Бензойная кислота несколько десятков лет используется в качестве консерванта для маргаринов, в которых её концентрация составляет 0,08-0,15%. В жировую фазу маргарина добавляют кислоту, а в водную - бензоат натрия, причём они могут применяться как вместе, так и по отдельности. Бензойная кислота не идеальный консервант для маргаринов, так как относительно высокое значение рН маргарина лежит на границе области, оптимальной для действия бензойной кислоты. Этот факт, а также не очень благоприятный коэффициент распределения между жировой и водной фазой ограничивают применение бензойной кислоты в предохранении маргаринов от порчи.

Бензойная кислота и бензоат  натрия применяются как консерванты  для майонезов и деликатесных продуктов, содержащих майонез. Майонез, представляющий собой эмульсию типа «масло в воде», подвержен микробной  порче в большей степени, чем эмульсии обратного типа. Обычно бензоат натрия используется здесь в сочетании с сорбатом калия. Эта смесь оказывает на молочнокислые бактерии более сильное действие, чем каждый компонент в отдельности. Кроме того, из-за уменьшения содержания бензоата такая смесь меньше влияет на органолептические свойства продукта.

Фруктовая и овощная  продукция. Ранее бензойная кислота (в виде 0,1-0,2% бензоата натрия) широко использовалась для консервирования маринованных овощей. Она хорошо подходит для таких продуктов вследствие их высокой кислотности. По этой же причине, а также из-за высокого содержания приправ отрицательное влияние добавки бензоата на вкус малозаметно. Сейчас бензоаты в маринадах почти не используются; вследствие изменения запросов потребителей чаще применяют пастеризацию и сорбиновую кислоту.

Бензойная кислота - хороший консервант и для кислой фруктовой продукции. Благодаря своей невысокой стоимости  она всё ещё используется для  этой Цели, хотя с ней опасность  появления нежелательного привкуса существенно выше, чем с сорбиновой кислотой. Из-за плохой растворимости в воде бензойная кислота применяется главным образом в виде бензоата натрия. Добавив 0,1-0,13% бензоата натрия, можно защитить фруктовые пульпы от плесневения и брожения. Бензойная кислота, так же как и сорбиновая, не препятствует окислению и ферментативной порче; поэтому во фруктовых продуктах её используют в сочетании с небольшими количествами диоксида серы или других антиоксидантов.