Химическая основа пищевых добавок

Введение

По экспертным исследованиям, здоровье человека от системы здравоохранения зависит только на 8-12%, от экологического состояния среды обитания – на 20-25% и от генетических факторов – на 18-20%. На 52-55% самочувствие и здоровье человека обусловлено социально-экономическими условиями и образом жизни. Питание – одна из основных составляющих образа жизни. Действительно, рациональное здоровое питание обеспечивает нормальных рост и развитие человека, предотвращает многие заболевания, способствует продлению жизни, адаптации к неблагоприятным факторам окружающей среды, а в социальной сфере – повышению работоспособности [4].
В современном индустриальном обществе организм человека ежедневно с пищей, водой и воздухом получает чужеродные вещества, не относящиеся к пищевым. Но определенный вклад вносят и пищевые добавки, использование которых возросло с расширением знаний о пище и совершенствованием технологии производства продуктов питания.
Спрос современного потребителя на пищевые продукты с привлекательными запахом, цветом, вкусом обеспечивают ароматизаторы, красители и т. п. Для удобства перевозки скоропортящихся и быстрочерствеющих товаров на большие расстояния требуется увеличения срока хранения и применение консервантов. Ряд технологий производства пищевых продуктов не обходится без внесения эмульгаторов, стабилизаторов.
Не все пищевые добавки безопасны. По данным отечественных и зарубежных исследователей, процент пищевой аллергии постоянно возрастает и колеблется по странам в широких пределах: от 0,01 до 50%, причем нередки случаи анафилаксии. Это является важной социальной и медицинской проблемой [6].
Без пищевых добавок сегодня уже не обойтись. Но потребитель пищевой продукции должен быть информирован о химической основе ее компонентов, избегать употребления продуктов, содержащих потенциально опасные пищевые добавки. По этой причине темой исследования выбрана химическая основа пищевых добавок.
Целью данной работы является изучение классификации пищевых добавок и анализ их химического состава, а также поиск корреляции между химической структурой и назначением вещества.
1. Классификация пищевых добавок

По определению [5] пищевые добавки – это природные, идентичные природным или синтетические вещества, не являющиеся самостоятельным пищевым продуктом или обычным компонентом пищи, но преднамеренно добавляемые в пищевые системы по технологическим соображениям. Внесение пищевых добавок может проводиться на различных этапах производства, хранения, транспортировки готовых продуктов с целью улучшения или облегчения производственного процесса или отдельных его операция, увеличения стойкости продукта к различным видам порчи, сохранения структуры и внешнего вида продукта или намеренного изменения органолептических и прочих свойств.
Соединения, повышающие пищевую ценность продуктов, такие как витамины, микроэлементы, аминокислоты, к пищевым добавкам не относятся и причисляются к группе биологически активных веществ [2,3] .
Функционально пищевые добавки разделены на несколько групп:
- улучшающие внешний вид продукта (красители, стабилизаторы окраски, отбеливатели),
- регулирующие вкус (вкусоароматические добавки, подсластители, пищевые кислоты и регуляторы кислотности, усилители вкуса),
- формирующие текстуру и регулирующие консистенцию (стабилизаторы, эмульгаторы, загустители, желирующие агенты и др.),
- продлевающие срок хранения (консерванты, антиоксиданты и др.).
Согласно существующей системе цифровой кодификации пищевых добавок их классификация по назначению представлена ниже [5]:
Е100 – Е182 - красители;
Е200 и далее - консерванты;
Е300 и далее - антиокислители (антиоксиданты);
Е400 и далее - стабилизаторы консистенции;
Е450 и далее, Е1000 - эмульгаторы;
Е500 и далее - регуляторы кислотности, разрыхлители;
Е600 и далее - усилители вкуса и аромата;
Е700 – Е800 - запасные индексы для другой возможной информации;
Е900 и далее - глазирующие агенты, улучшители хлеба.
Ряд пищевых добавок имеют комплексные функции, например, добавка Е339 (фосфаты натрия) может проявляться свойства регулятора кислотности, эмульгатора, стабилизатора, комплексообразователя и водоудерживающего агента [7].
2. Химические основы пищевых добавок

Поскольку пищевые добавки не являются естественным компонентом пищи, а вносятся в пищевой продукт преднамеренно, приВведение

в использование новой пищевой добавки необходимо разрешение Госсанэпиднадзора России на основании исследований безопасности добавки, определения допустимой суточной дозы (ДСД), допустимого суточного потребления (ДСП), предельно допустимой концентрации ее в продуктах питания (ПДК).
Химические вещества могут быстро метаболизироваться в организме или, напротив, обладать кумулятивным эффектом и накапливаться в тканях, вызывая отдаленные нарушения в системах организма через месяцы, годы, достигая некоторой критической концентрации. К сожалению, негативный эффект от применения таких добавок невозможно определить своевременно. На основании наблюдения отдаленных последствий применения запрещены в России нижеследующие пищевые добавки (табл. 1) [4].
Таблица 1 – Пищевые добавки, запрещенные к применению в РФ
Код Пищевая добавка Технологические функции
Е121 Цитрусовый красный Краситель
Е123 Амарант Краситель
Е240 Формальдегид Консервант
Е940а Бромат калия Улучшитель муки и хлеба
Е940б Бромат кальция Улучшитель муки и хлеба


2.1. Пищевые красители

При термообработке (стерилизация, кипячение, жарение и т.д.) и хранении многие пищевые продукты изменяют или теряют натуральную окраску, приобретают неэстетичный вид. Особенно это характерно для процесса консервировании овощей и фруктов и связано с превращением хлорофиллов в феофитин или с изменением цвета антоциановых красителей в результате изменения рН среды, образования комплексов с металлами). Иногда красители используются для фальсификации пищевых продуктов, для не предусмотренного рецептурой и технологией подкрашивания в целях имитации высокого качества или повышенной ценности продукта.
В пищевой технологии используют натуральные или синтетические красители (см. табл. 2) [1].
Таблица 2 – Перечень пищевых красителей, разрешенных к применению в РФ
Наименование красителей Код
Натуральные красители
Куркумины Е100
Рибофлавины Е101
Алканет, алканин Е103
Кармины, кошинель Е120
Хлорофилл Е140
Медные комплексы
хлорофиллов Е141
хлорофиллинов
Сахарные колеры Е150
Каротины Е160
Каротиноиды Е161
Красный свекольный Е162
Антоцианы Е163
Танины пищевые Е181
Минеральные красители
Уголь Е152
Уголь древесный Е153
Углекислые соли кальция Е170
Диоксид титана Е171
Оксиды и гидроксиды железа Е172
Серебро Е174
Золото Е175
Ультрамарин -
Синтетические красители
Тартразин Е102
Желтый хинолиновый Е104
Желтый 2G Е107
Желтый «солнечный закат» Е110
Азорубин, кармуазин Е122
Понсо 4G, Пунцовый 4R Е124
Красный 2G Е128
Красный очаровательный АС Е129


Синий патентованный V Е131
индигокармин Е132
Синий блестящий FCF Е133
Зеленый S Е142
Зеленый прочный FCF Е143
Черный блестящий PN Е151
Коричневый НТ Е155
Углекислые соли кальция Е170 (поверхностный краситель, стабилизатор, добавка, препятствующая слеживанию) и танины пищевые Е181 (краситель, стабилизатор, эмульгатор) проявляют комплексное действие [2].
Среди натуральных красителей следует отметить каротиноиды, антоцианы, флавоноиды, хлорофиллы. Сырьем для натуральных пищевых красителей являются части дикорастущих и культурных растений, отходы их переработки на винодельческих, сокодобывающих и консервных заводах, кроме этого, некоторые из них получают химическим или микробиологическим синтезом

. Природные красители чувствительны к действию кислорода воздуха (например, каротиноиды), кислот и щелочей (например, антоцианы), температуры, могут подвергаться микробиологической порче [7].
Каротиноиды – углеводороды изопреноидного ряда С40Н56 (каротины) и их кислородсодержащие производные. Интенсивная окраска каротиноидов обусловливается присутствием в их структуре сопряженных двойных π-связей, являющихся хромофорами. Они нерастворимы в воде, но и растворимы в жирах и органических растворителях. Основоположник класса – β-каротин, который также является и провитамином А, антиоксидантом.
Хлорофиллы - магнийзамещенные производные порфирина. Хлорофилл состоит из сине-зеленого «хлорофилла а» и желто-зеленого «хлорофилла b», находящихся в соотношении 3:1. Применение хлорофиллов в качестве красителя (Е140) сдерживается их нестойкостью: в кислых средах при повышенной температуре зеленый пигмент переходит в оливковый, затем в грязно-желто-бурый вследствие образования феофитина.
Антрахиноновые красители в качестве основной хромофорной группы содержат гидроксиантрахинон, он имеет стабильную красно-бордовую окраску. Пигменты этой группы: кармин Е120 (комплексные соли карминовой кислоты с металлами), алканин (производное 1,4-нафтохинона).
Антоциановые красители – это водорастворимые фенольные соединения, являющиеся моно- и дигликозидами. При гидролизе распадаются на углеводы (галактозу, глюкозу, рамнозу и др.) и агликоны, представленные антоцианидами (пеларгонидином, цианидином, дельфинидином и др.). Наиболее устойчивую красную окраску антоцианы имеют в кислой среде при рН 1,5 - 2; при рН 3,4 - 5 окраска становится красно-пурпурной или пурпурной. В щелочной среде происходит изменение окраски: при рН 6,7 - 8 она становится синей, сине-зеленой, а при рН 9 - зеленой, переходящей в желтую при повышении рН до 10.
По сравнению с большинством натуральных красителей значительными технологическими преимуществами обладают синтетические красители. Они придают яркие цвета, менее чувствительны к технологическим воздействиям.
Синтетические пищевые красители - представители нескольких классов органических соединений: азокрасители (тартразин - Е102; желтый «солнечный закат» - Е110; кармуазин - Е122; пунцовый 4R - Е124; черный блестящий - Е151); триарилметановые красители (синий патентованный V- Е131; синий блестящий - Е133; зеленый S - Е142); хинолиновые (желтый хинолиновый - Е104); индигоидные (индигокармин - Е132). Все указанные соединения хорошо растворимы в воде, переводятся в форму нерастворимых комплексов с ионами металлов и применяются для окрашивания порошкообразных продуктов [1].
В качестве красителей применяют также минеральные пигменты и металлы. В России разрешены к применению 7 минеральных красителей и пигментов, включая уголь древесный (табл. 3) [2].
Таблица 3 – Минеральные красители, разрешенные для применения в РФ
Код Наименование Цвет водных или масляных растворов
Е152 Уголь Черный
Е153 Уголь древесный Черный
Е170 Углекислые соли кальция Белый
Е171 Диоксид титана Белый
Е172 Оксиды железа

железа (+2;+3) оксид черный Черный

железа (+3) оксид красный Красный

железа (+3) оксид желтый Желтый
Е174 Серебро
Е175 Золото


2.2. Стабилизаторы окраски и цветокорректирующие добавки

Фиксация природной окраски пищевых продуктов или замедление ее изменения при технологической переработке и хранении достигается применением стабилизаторов окраски. Побурение цвета растительного сырья может быть ферментативной или неферментативной природы.
Для исключения ферментативного побурения используют [5]:
- добавку полифенолоксидазы (аскорбиновая кислота, сульфиты),
- секвестирование, т.е. добавку металла-комплексообразователя (магний, цинк, кальций, железо, медь) или секвестирующего агента (лимонная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота ЭДТА и ее соли, полифосфаты, цитраты, винная кислота).
Неферментативное побурение происходит при взаимодействии редуцирующих сахаров с аминокислотами. Ему подвержены, например, сушеные фрукты, сухие молокопродукты, сахарные сиропы, сок белого винограда.
Для снижения неферментативного побурения используются добавки диоксида серы и сульфитов. Их действие можно усилить снижением температуры, содержания воды ниже 4%, увеличением рН (добавка аскорбиновой, лимонной, яблочной, уксусной, молочной или винной кислот), а также изменением рецептуры с заменой редуцирующих сахаров нередуцирующими. Диоксид серы, сернистая кислота и ее соли предотвращают как ферментативное, так и неферментативное побурение пищевых продуктов [5].
Стабилизаторы окраски могут проявлять комплексное действие: диоксид серы и сульфиты — консерванты и антиокислители, лимонная и винная кислоты — подкислители.
К цветокорректорам относят следующие пищевые добавки:
Диоксид серы – SO2 (Е220), растворы H2SO3 ее солей - NaHSO3, Са(HSO3)2, NaSO3 (Е221, Е222, Е223) оказывают кроме всего прочего отбеливающее действие, но вместе с тем диоксид серы разрушает витамин В1, поэтому для обработки продуктов, являющихся важным источником витамина В1 для человека, целесообразно отказаться от применения диоксида серы [6].
Нитрат натрия (Е251) и нитриты калия и натрия (Е249 и Е250) используются при обработке (посоле) мяса и мясных продуктов для сохранения красного цвета. Миоглобин (красный мясной краситель) при взаимодействии с нитритами образует красный нитрозомиоглобин, который придает мясным изделиям цвет красного соленого мяса, мало изменяющегося при кипячении. Нитраты оказывают аналогичное действие, превращаясь под действием выделяемого микроорганизмами фермента нитроредуктазы в нитриты. Для создания питательной среды для микроорганизмов в рассол добавляют сахарозу. Добавление аскорбиновой кислоты (Е300) ускоряет образование красного пигмента и тем самым позволяет сократить количества нитратов и нитритов. Применение нитритов и нитратов вызывает возражения среди медиков и требует гигиенической регламентации.
Бромат калия – КвгО3 (Е924а) применялся ранее как окисляющий отбеливатель муки; его использование также частично разрушает витамин В1, никотинамид (витамин РР) и метионин, ведет к образованию в организме соединений с нежелательными свойствами, поэтому во многих странах, в том числе в РФ, его применение запрещено [4].
2.3. Вещества, изменяющие структуру и физико-химические
свойства пищевых продуктов

данной группе относятся пищевые добавки, формирующие или регулирующие консистенцию пищевых продуктов: гелеобразователи, загустители, стабилизаторы, и ПАВ – эмульгаторы и пенообразователи.
Химическая природа пищевых добавок, отнесенных к этой группе, разнообразна. Среди них имеются продукты природного происхождения и получаемые искусственным путем, в том числе химический синтезом. В пищевой технологии они могут использоваться в виде индивидуальных соединений. Однако в последние годы большое внимание стало уделяться стабилизационным системам, включающим несколько компонентов: эмульгатор, стабилизатор, загуститель [7].

2.3.1. Загустители и гелеобразователи

Главная функция подобных добавок – повышение вязкости, формирование желеобразной структуры различной прочности.
В химическом отношении это полимеры, имеющие в макромолекулах равномерно распределенные гидрофильные группы, взаимодействующие с водной фазой