Всем привет, сегодняшняя тема - это кислоты.
Мы в баре или в кофейнях постоянно используем кислоты в том или ином виде. Но мы редко задумываемся о том какие они есть в принципе и ограничиваемся цитрусовыми соками и крайне редко ягодными соками. Так как не знаем других кислот и не умеем с ними работать. И так начнем с начала с определения того что такое кислоты с точки зрения химии. Кислоты — химические соединения , способные отдавать катион водорода, либо соединения, способные принимать электронную пару с образованием ковалентной связи. Рассмотрим общей классификация кислот: Кислоты принято классифицировать по различным формальным признакам: ● По содержанию атомов кислорода: Бескислородные Кислородсодержащие ● По количеству кислых атомов водорода: Одноосновные Двухосновные Трехосновные Многоосновные ● По силе Сильные — диссоциируют практически полностью, константы диссоциации больше 1⋅10−3 Слабые — константа диссоциации меньше 1⋅10−3 (уксусная кислота Kд= 1,7⋅10−5). ● По устойчивости Устойчивые Неустойчивые ● По принадлежности к классам химических соединений Неорганические Органические ● По летучести Летучие Нелетучие ; ● По растворимости в воде Растворимые Нерастворимые ● По содержанию атомов металлов Металлосодержащие Не металлосодержащие Нам важнее всего органические кислоты, как основные с которыми мы работаем. За исключением ортофосфорной, так как она часто используют в пищевой промышленности, например в газированных напитках. Органические кислоты — органические вещества, проявляющие кислотные свойства. К ним относятся карбоновые кислоты, содержащие карбоксильную группу -COOH, сульфоновые кислоты, содержащие сульфогруппу-SO3H и некоторые другие. Самыми известными органическими кислотами являются: Уксусная Лимонная Молочная Муравьиная Бензойная Щавелевая Яблочная. ● В растительных продуктах чаще всего встречаются органические кислоты — яблочная, лимонная, винная, щавелевая, пировиноградная. ● В животных продуктах распространены молочная, фосфорная и другие кислоты. ● Кроме того, в свободном состоянии в небольших количествах в продуктах находятся жирные кислоты, которые иногда ухудшают их вкус и запах. Благодаря наличию свободных кислот и кислых солей многие продукты и их водные вытяжки обладают кислой реакцией. И так. Карбоновые кислоты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп COOH. Кислые свойства объясняются тем, что данная группа может сравнительно легко отщеплять протон. За редкими исключениями карбоновые кислоты являются слабыми. Например, у уксусной кислоты CH3COOH константа диссоциации равна 1,75⋅10−5. Ди- и трикарбоновые кислоты более сильные, чем монокарбоновые. В зависимости от радикала, связанного с карбоксилом, различают следующие группы карбоновых кислот: ● Ароматические (бензойная кислота) ● Алифатические (в том числе предельные (капроновая кислота) и Непредельные (акриловая кислота)) ● Алициклические (хинная кислота) ● Гетероциклические (никотиновая кислота). По числу карбоксильных групп кислоты могут быть: ● Одноосновными (уксусная кислота) ● Двухосновными (щавелевая кислота) ● Многоосновными (лимонная кислота). Разнообразные карбоновые кислоты очень широко распространены в природе. Одноосновные предельные карбоновые кислоты встречаются : ● Муравьиная кислота содержится в выделениях муравьёв, крапиве, пчелином яде, сосновой хвое. ● Уксусная кислота — продукт уксуснокислого брожения. ● Масляная кислота образуется при прогоркании сливочного масла. ● Валериановая кислота есть в валериановом корне. ● Капроновая, каприловая и каприновая кислоты получили своё название из-за того что содержатся в козьем молоке ● Энантовая кислота получила название от растения омежника из семейства зонтичных. ● Пеларгоновая кислота содержится в летучем масле пеларгонии розовой и других растений семейства гераниевых. ● Лауриновая кислота (также лавровая) имеется в больших количествах в лавровом масле. Миристиновая кислота преобладает в масле растений семейства мускатниковых, например в ароматных семенах мускатного дерева — мускатном орехе. ● Пальмитиновую кислоту легче всего выделить из пальмового масла, выжимаемого из ядер кокосового ореха. стеариновая кислота вместе с пальмитиновой относится к наиболее важным жирным кислотам и составляет главную часть большинства растительных и животных жиров. Из смеси этих кислот раньше изготовляли свечи. ● Арахиновая кислота встречается в масле земляного ореха — арахиса. ● Бегеновая кислота содержится в бегеновом масле, которое выжимают из крупных, как орех, семян распространённого в Индонезии растения моринги масличной. ● Практически чистую лигноцериновую кисло извлекают из смолы бука. Раньше эту кислоту называли также карнаубовой, потому что её довольно много в карнаубском воске, которым покрыты листья бразильской восковой пальмы. Двухосновные предельные кислоты встречаются: ● Щавелевая кислота содержится в щавеле, а также в ревене. Эта простейшая двухосновная кислота — продукт распада некоторых аминокислот, например глицина. При нарушении обмена веществ (например, при недостатке витамина B6) в организме человека выделяется её малорастворимая кальциевая соль. ● Янтарная кислота была синтезирована ещё алхимиком Агриколой при прокаливании янтаря. ● Малоновая кислота получила своё название от лат. malum — яблоко. ● Фумаровая кислота была обнаружена в растении дымянка лекарственная (Fumaria officinalis), которое в античные времена сжигали, чтобы дымом отогнать злых духов. ● Глутаровая кислота (получена из глутаминовой кислоты) получила название от лат. gluten — клей, поскольку была найдена в клейковине пшеницы. ● Брассиловая кислота найдена в масле растений семейства капустных (Brassicaceae), также крестоцветных (Crucíferae). ● Тапсиевая кислота — от растения тапсия с греческого острова Тапсос, которое употреблялось в древности как лекарственное. ● Японовая кислота — выделена из высушенного сока некоторых акаций и пальм, растущих в Юго-Восточной Азии. Непредельные карбоновые кислоты На мой взгляд в разделе непредельных карбоновых кислотах для нас тут нет ничего интересного и нужного к изучения. В общей практики мы с ними сталкиваемся. Гидроксикислоты Молочная кислота образуется при молочнокислом брожении сахаров (при прокисании молока и брожении вина и пива). Яблочная, винная, лимонная, хинная — образуются в вакуолях клеток плодов при частичном окислении глюкозы. Так давайте более визуально составим таблицу с общедоступной информации о том где какие кислоты встречаются. Продукт Абрикосы Авокадо Айва Основные кислоты Яблочная, лимонная Винная Яблочная (без лимонной) Ананасы Апельсины Лимонная, яблочная Лимонная, яблочная, щавелевая Апельсиновая кожура (цедра) Яблочная, лимонная, щавелевая Бананы Яблочная, лимонная, винная, следы уксусной и муравьиной Виноград Яблочная и винная (3:2), лимонная, щавелевая Вишня Яблочная, лимонная, винная, янтарная, хинная, шикимовая, глицериновая, гликолевая Грейпфрут Лимонная, винная, яблочная, щавелевая Груши Яблочная, лимонная, винная, щавелевая Ежевика Изолимонная, яблочная, молочно–изолимонная, шикимовая, хинная, следы лимонной и щавелевой Клубника (земляника) Лимонная, яблочная, шикимовая, янтарная, глицериновая, гликолевая, аспарагиновая Клюква Лимонная, яблочная, бензойная Крыжовник Лимонная, яблочная, шикимовая, хинная Лаймы Лимонная, яблочная, винная, щавелевая Лимоны Лимонная, яблочная, винная, щавелевая (без изолимонной) Персики Яблочная, лимонная Сливы Яблочная, винная, щавелевая Смородина Лимонная, винная, яблочная, янтарная Финики Лимонная, яблочная, уксусная Черника Лимонная, яблочная, глицериновая, лимоннояблочная, гликолевая, янтарная, глюкуроновая, галактуроновая, хинная, глутаминовая, аспарагиновая Яблоки Яблочная, хинная, α–кетоглутаровая, щавелевоуксусная, лимонная, пировиноградная, фумаровая, молочная, янтарная Бобы Лимонная, яблочная, небольшие количества янтарной и фумаровой Брокколи Яблочная и лимонная (3:2), щавелевая, янтарная Грибы Горох Картофель Морковь Помидоры Ревень Кетостеариновая, фумаровая, аллантоиновая Яблочная Яблочная, лимонная, щавелевая, фосфорная, пироглугаминовая Яблочная, лимонная, изолимонная, янтарная, фумаровая Лимонная, яблочная, щавелевая, янтарная, гликолевая, винная, фосфорная, соляная, серная, фумаровая, галактуроновая Яблочная, лимонная, щавелевая 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. 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. Участие органических кислот в образовании аромата в различных продуктах неодинаково. Можно проследить за тем, что доля органических кислот и их лактонов в комплексе ароматообразующих веществ, например земляники, составляет 14%, в помидорах - порядка 11%, в цитрусовых и пиве порядка 16%, в хлебе - более 18%, тогда как в формировании аромата кофе на кислоты приходится менее 6% В состав ароматообразующего комплекса кисломолочных продуктов входят молочная, лимонная, уксусная, пропионовая и муравьиная кислоты. Наличие пищевых кислот в продукте может являться следствием преднамеренного введения кислоты в пищевую систему в ходе технологического процесса для регулирования ее рН. В этом случае пищевые кислоты используются в качестве технологических пищевых добавок. Обобщенно можно выделить три основные цели добавления кислот в пищевую систему:- придание определенных органолептических свойств (вкуса, цвета, аромата), характерных для конкретного продукта;- влияние на коллоидные свойства, обусловливающие формирование консистенции, присущей конкретному продукту;- повышение стабильности, обеспечивающей сохранение качества продукта в течение определенного времени. Пищевые кислоты, применяются для регулирования рН в пищевых системах и обеспечивающих ему физическую стабильность. К последним относятся: влияние на устойчивость дисперсных систем (эмульсий и суспензий), изменение вязкости в присутствии загустителя, формирование гелевой структуры в присутствии гелеобразователя, влияние на микрофлору, обеспечивающее биологическую стойкость продукта. Уксусная кислота (ледяная) Е460 является наиболее известной пищевой кислотой и выпускается в виде эссенции, содержащей 70-80% собственно кислоты. В быту используют разбавленную водой уксусную эссенцию, получившую название столовый уксус. Использование уксуса для консервирования пищевых продуктов - один из наиболее старых способов консервирования. В зависимости от сырья, из которого получают уксусную кислоту, различают винный, фруктовый, яблочный, спиртовой уксус и синтетическую уксусную кислоту. Уксусную кислоту получают путем уксуснокислого брожения. Соли и эфиры этой кислоты имеют название ацетаты. В качестве пищевых добавок используются ацетаты калия и натрия(Е461 и Е462). Уксусная кислота не имеет законодательных ограничений; ее действие основано, главным образом, на снижении рН консервируемого продукта, проявляется при содержании выше 0,5% и направлено, главным образом, против бактерий. Основная область использования - овощные консервы и маринованные продукты. Применяется в майонезах, соусах, при мариновании рыбной продукции и овощей, ягод и фруктов. Уксусная кислота широко используется также как вкусовая добавка. Молочная кислота выпускается в виде пищевой добавки Е270 Молочная кислота – продукт мо лочнокислого брожения сахаров. Для пище вых целей допускается только специально об работанный чистый продукт. Молочная кисло та не раздражает слизистых оболочек и широ ко применяется для пищевых целей. Стандар том предусматривается производство двух ва риантов молочной кислоты: средней концент рации (содержание молочной кислоты не ме нее 40% и ангидридов не более 4,51%) и повы шенной концентрации (молочной кислоты не менее 70% и ангидридов не более 15%). При меняется молочная кислота в производстве бе залкогольных напитков и частично в конди терском производстве. Молочная кислота, по лучаемая в жидком виде (50-60% концентра ции), при добавлении ее в карамельную массу разжижает ее и делает менее стойкой. Более того, молочная кислота при высокой темпера туре частично разлагается, что делает ее при менение для подкисления карамели малопри годной. В основном молочная кислота приме няется для подкисления кислосливочного мас ла в количестве до 600 мг/кг и при производ стве безалкогольных напитков и некоторых сортов пива, например сорта «Летнее», в ко личестве до 1800 мг/кг. В некоторых пищевых продуктах содержа ние молочной кислоты довольно велико. Так, например, в квашеной капусте ее содержится 0,7-2,0%, в соленых огурцах 0,6-1,2%, в ржа ном хлебе до 1,08%, в простокваше 0,68-1,08%, в кефире 0,54-0,65%, в сметане 0,54-1,08%. Применение молочной кислоты как пище вой добавки требует некоторого ограничения, в силу того что молочная кислота, как и яб лочная, может встречаться как D-форме, так и в L-форме. В то же время известно, что у де тей до 6-месячного возраста ферментные систе мы, обеспечивающие превращение D-формы в L-форму, несовершенны. Поэтому использова ние D-молочной кислоты в питании детей ран него возраста недопустимо. Должно быть огра ничено ее применение и для питания взрос лых. Лимонная кислота (пищевая добавка Е 33О). Лимонная кислота – наиболее мяг кая по сравнению с другими пищевыми кисло тами по вкусу. Обладает приятным кислым вкусом, благодаря чему находит широкое при менение в пищевой промышленности. В наи большей степени лимонная кислота использу ется в кондитерской промышленности и в про изводстве безалкогольных напитков, а также при производстве некоторых видов рыбных консервов. Лимонная кислота может быть получена из лимонов (из 1 т лимонов / 25 кг лимонной кислоты) или из сахаров путем лимоннокислого брожения. Также лимонную кислоту получают из махорки, однако в этом случае сухое веще ство лимонной кислоты содержит 5-7% цитра та кальция. Преимуществом лимонной кисло ты является возможность получения ее в твер дом состоянии, а также отсутствие раздражаю щего действия на слизистые пищеварительного тракта. Яблочная кислота обладает менее кислым вкусом, чем лимонная и винная. Для промышленного использования эту кислоту получают синтетическим путем из малеиновой кислоты, в связи с чем критерии чистоты включают ограничения по содержанию в ней примесей токсичной малеиновой кислоты. Соли и эфиры яблочной кислоты называются малатами. Яблочная кислота обладает химическими свойствами окси-кислот. При нагревании до 10O0C превращается в ангидрид. Применяется в кондитерском производстве и при получении безалкогольных напитков (пищевая добавка Е296). Винная кислота (пищевая добавка Е334). Винная или виннокаменная кислота используется в кондитерской про мышленности и при производстве безалкоголь ных напитков. Количество ее не лимитируется. Винная кислота содержится во многих фрук тах в свободном виде, а также в виде калие вой, кальциевой или магниевой соли. Известно, что винная кислота не подверга ется обменным превращениям в организме че ловека. При ее пероральном введении только 20% выделяется с мочой, остальное же количе ство не всасывается и разрушается в кишечни ке под действием бактерий. Токсикологические исследования показали, что в результате двухлетнего кормления крыс пищей, содержащей различные количества виннокаменной кислоты (от 0,1 до 1,2%), не выявлено ее токсического действия и каких-либо изменений в росте подопытных живот ных, их смертности и других показателях. . Получают винную кислоту из отходов ви ноделия, главным образом из остаточных вин ных дрожжей и винного камня, отлагающегося на внутренней поверхности бочек в процессе выдержки вина. Содержание винной кислоты в остаточных винных дрожжах составляет 20-30%, а в винном камне достигает 40-70%. Винная кислота не обладает сколько-ни будь существенным раздражающим действием на слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта. Преимуществом винной кислоты, равно как и лимонной, является возможность ее получения и использования в кристаллическом виде. Янтарная кислота представляет собой побочный продукт производства адипиновой кислоты. Известен также способ ее выделения из отходов янтаря. Обладает химическими свойствами, характерными для ди-карбоновых кислот, образует соли и эфиры, которые получили название сукцинаты. При 2350C янтарная кислота отщепляет воду, превращаясь в янтарный ангидрид. Используется в пищевой промышленности для регулирования рН пищевых систем (пищевая добавка Е363). Янтарный ангидрид является продуктом высокотемпературной дегидратации янтарной кислоты. Получают также каталитическим гидрированием малеинового ангидрида. Плохо растворим в воде, где очень медленно гидролизуется в янтарную кислоту. Адипиновая кислота получается в промышленности, главным образом, двухстадийным окислением циклогексана. Обладает всеми химическими свойствами, характерными для карбоновых кислот, в частности, образует соли, большинство из которых растворимо в воде. Легко этерифицируется в моно- и диэфиры. Соли и эфиры адипиновой кислоты получили название адипинаты. Является пищевой добавкой (Е355), обеспечивающей кислый вкус продуктов, в частности, безалкогольных напитков. Фумаровая кислота содержится во многих растениях и грибах, образуется при брожении углеводов в присутствии Aspergillus fumaricus. Промышленный способ получения основан на изомеризации малеиновой кислоты под действием HCl, содержащей бром. Соли и эфиры называются фумаратами. В пищевой промышленности фумаровую кислоту используют как заменитель лимонной и винной кислот (пищевая добавка Е297). Обладает токсичностью, в связи с чем суточное потребление с продуктами питания лимитировано уровнем 6 мг на 1 кг массы тела. Глюконо-дельта-лактон - продукт ферментативного аэробного окисления рН,О-глкозы. В водных растворах глюконо-дельта-лактон гидро-лизуется в глюконовую кислоту, что сопровождается изменением рН раствора. Используется в качестве регулятора кислотности и разрыхлителя (пищевая добавка Е575) в десертных смесях и продуктах на основе мясных фаршей, например, в сосисках. Фосфорная кислота (пищевые добавки Е339-341) Фосфорная или ортофосфорпая кислота широко распространена в естественных пищевых продуктах как в виде сво бодной фосфорной кислоты, так и в виде ее калиевых, натриевых или кальциевых солей. Например, высокие концентрации фосфата (0,1-0,5% в расчете на фосфор) содержатся в таких продуктах, как молоко, сыр, орехи, рыба, мясо и птица, желток яиц и некоторые зла ковые. Фосфорная кислота является существенной составной частью человеческого организма. Она входит в состав костей и многих ферментных систем. Известно, что фосфор играет важную роль в углеводном, жировом и белковом обменах. Концентрация фосфора в сыворотке крови поддерживается физиологическими регулиру ющими механизмами. Его всасывание в кишеч нике зависит от потребности организма, а по этому ограничено. Выделяется фосфор из ор ганизма с калом в виде фосфата кальция. От сюда следует, что длительное введение в орга низм избыточного количества фосфорной кис лоты может привести к потере кальция. По заключению объединенного комитета экспертов по пищевым добавкам, безусловной суточнойдозой фосфорной кисло ты для человека является 0-5 мг/кг веса тела, а условно допустимой– 5-15 мг/кг. Применяется фосфорная кислота в основном в безалкогольной и кондитерской промышленности. Отмечено, что в организм чело века с прохладительными напитками может вводиться повышенное количество фосфора, что необходимо учитывать, чтобы резко не из менять оптимальное соотношение кальция и фосфора в организме Угольная кислота – сжиженный уг лекислый газ используется для газирования напитков. Использование угольной кислоты придает напиткам приятный жгучий вкус и шипучесть. В основе определения рН различных пищевых систем лежат стандартные методы, описанные в руководствах по аналитической химии. К ним относятся калориметрический и электрометрический методы