Полная физико-химическая характеристика яблочной кислоты - потенциал в качестве пищевого ингредиента
Основано на материале статьи Full physicochemical characterization of malic acid: Emphasis in the potential as food ingredient and application in pectin gels, Arabian Journal of Chemistry, King Saud University, 2020
DL- яблочная кислота представляет собой белый кристаллический порошок, хорошо .jpg "images (1).jpg")
растворимый в воде, содержащий три #POPOVER1#гидроксила#/POPOVER# в своей химической структуре. Она содержится в относительно больших количествах в некоторых фруктах и овощах, в то время как в природе существует только L-изомер. Рацемическая DL-яблочная кислота производится в промышленных масштабах путем гидратации #POPOVER2#малеинового ангидрида#/POPOVER# при высокой температуре и давлении с образованием #POPOVER3#яблочной#/POPOVER# и #POPOVER4#фумаровой кислот#/POPOVER#.
В нормативных документах DL-яблочная кислота перечислена как пищевая добавка, подкислитель и консервант в Европейском Союзе - E296. В Бразилии она разрешена как регулятор кислотности для пасты и уксусов. В отчетах #POPOVER11#FDA#/POPOVER# содержится список яблочной кислоты как усилителя вкуса, ароматизатора, и регулятора pH, с запретом для детского питания и ограничениями для других продуктов питания, как 3,4% в безалкогольных напитках, 3,5% во фруктовых соках и 0,7% во всех других категориях продуктов питания, кроме того, она признана безопасной.
Чистота, поведение при плавлении и структура DL-яблочной кислоты
Изображения, полученные при сканировании #POPOVER5#электронной микроскопией#/POPOVER# (рис. 1 ), показали, что образец DL-яблочной кислоты содержит частицы с разнообразной морфологией и без определенной формы, как и другие органические кислоты, такие как #POPOVER6#лактобионовая#/POPOVER# и даже #POPOVER7#карбоновые кислоты#/POPOVER#, такие как сахариновая. Некоторые частицы в образце имели филеобразную химической структурой, образованной тремя гидроксильными группами и двумя кислородными, способными образовывать водородные связи. В отличие от лактобионовой кислоты, имеющей девять гидроксилов и способной поглощать 54 гс/моль-1 воды.Низкая гигроскопичность является интересным свойством для промышленного применения, учитывая, что нет необходимости работать с измененной атмосферой или при отсутствии влажности. Этот характер был подтвержден изотермой сорбции яблочной кислоты (рис. 2а).
Рисунок 1. Изображения, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии с увеличением 1000х (а) 2000х (b)
Кроме того, в продуктах, где необходимо сохранить хрусткость и хрустящие свойства, яблочная кислота применима, как минимум, к фруктам и овощам, экструдированным крупам, крекерам, хлопьям, хлебобулочным изделиям и чипсам. Отмечая, что эффективность яблочной кислоты в продуктах с низкой влажностью сомнительна (<12%). Хотя это сомнительно для любого продукта с низкой влажностью, так как чем ниже влажность, тем меньше количество воды, которую консервирующая кислота будет солюбилизировать и действовать в продукте. Таким образом, яблочная кислота, не поглощая много воды, способствует сохранению текстуры пищевых продуктов.
Термогравиметрический анализ
Кривые #POPOVER8#термогравиметрического анализа#/POPOVER# (ТГА) и #POPOVER9#деривативно термогравиметрического#/POPOVER# (ДТГ) яблочной кислоты представлены на рис.2. Как видно, в области 100 °C нет событий потери массы, что указывает на отсутствие влаги. Только одно событие потери массы на обеих кривых было легко различимо, начиная примерно со 140 °C, что соответствует деградации яблочной кислоты. Учитывая, что при непрерывном нагревании весовая доля достигает нуля, можно сказать, что подтверждают высокую чистоту соединения и отсутствие неорганических загрязнений.
Температура разложения, о которой свидетельствуют кривые ТГА/ДТГ, указывает на возможность применения яблочной кислоты в ряде пищевых продуктов, поскольку в большинстве из них используются операции единства при температуре ниже 140 °C. Пищевые продукты, подвергаемые минимальной обработке, и продукты, подвергаемые охлаждению, также могут извлечь выгоду из свойств яблочной кислоты без деградации. Бланшированные продукты, погруженные в воду или в пар, также выиграют, если их предварительно погрузить в яблочную кислоту, но потери при погружении должны быть изучены.
Рассматривая некоторые пищевые продукты с процессами выше 140 °C, хрустящие продукты в виде экструдированной крупы достигают 270 °C при использовании экструзии на поддоне, 100 °C при использовании вакуумной экструзии и 180 °C при использовании метода экструзионной варки. В первом случае температура при этом разрушается структура яблочной кислоты, хотя 270 °C - это третий этап процесса, а на первых двух, 100 °C и 60 °C, яблочная кислота способствует консервации смешанных ингредиентов, чему способствует влага, составляющая 30% и 20-22% соответственно свыше 20%. Жареные продукты с более высокими температурами, до 210 °C приведут к потере 80% или более яблочной кислоты, поэтому ее польза сохранится до самого момента жарки. Если рассматривать крахмальные продукты, подвергнутые процессу замораживания, то яблочная кислота поможет даже в процессе оттаивания, не впитывая много влаги, а также картофель, готовый к жарке, способствуя получению хрустящего жареного продукта. Выпеченные продукты, достигшие температуры 180 °C, находятся в диапазоне температур, при которых яблочная кислота теряет до 20% массы. Таким образом, ее преимущества также могут быть учтены.
Рисунок 2. Изотерма сорбции влаги DL-яблочной кислоты при 30 0С (а); кривые ТГА/ДТГ
DL-яблочной кислоты (б).
Антиоксидантная, хелатирующая и антибактериальная активность
Антибактериальная активность (табл. 1) обоснована антиоксидантными, #POPOVER10#хелатирующими#/POPOVER# и рН показателями. Яблочная кислота не влияла по-разному на грамположительные и грамотрицательные бактерии, зоны ингибирования были одинаковыми. 1%-ный раствор не показал видимых зон ингибирования ни для одной из протестированных бактерий. Поскольку пер-процентное содержание яблочной кислоты, используемой в продуктах питания, находится в этом диапазоне, примерно до 3,5%, антибактериальная активность будет отсутствовать. Хотя, ее взаимодействие с другими добавками может дать результаты в указанном диапазоне. Корреляция Пирсона показала значения > 0,92 для ДФПГ%/антимикробный (мм), > 0,96 для хелатирующего железа%/антимикробный (мм) и низкие значения > 0,71 для хелатирующего кальция%/антимикробный (мм). Пара ДФПГ%/железо% получила 0,93 корреляции, а ДФПГ%/кальций% - 0,89, что подтверждает взаимосвязь и подчеркивает результаты хелатирования железа.
Таблица 1. Антиоксидантное, рН, хелатирующее и антибактериальное поведение DL-яблочной кислоты в растворе.
Яблочная кислота обладает значительными хелатирующими свойствами, что позволяет образовывать устойчивые комплексы с металлами. Хелатирующие свойства способствуют использованию яблочной кислоты для хелатирования таких металлов, как железо и кальций, помимо антиоксидантного действия. Это свойство может устранить помутнение вина и соков, вызванное солями железа/кальция. Хорошим примером применения являются обогащенные напитки. В двух патентах упоминаются смеси кислот для обогащения напитков, модельного и молочного, с применением от 0,38 до 3,66% яблочной кислоты, соответственно. Количественные результаты хелатирующей активности не упоминались. Кроме того, все эти
результаты указывают на возможность применения яблочной кислоты в биопленках.
Механизм действия органических кислот на бактерии. Антиоксидантная активность препятствует образованию реактивных форм кислорода и снижает окислительно-восстановительный потенциал среды. Следует помнить, что хелатирующая активность - это тоже антиоксидантное свойство. Более того, органические кислоты, такие как яблочная кислота, накапливаются в цитоплазме клеток до токсичных уровней, мешая и нарушая основные виды деятельности, так как клетка требует запуска активного транспорта протонов для поддержания гомеостаза. Кроме того, низкий pH растворов снижает внутренний pH бактериальных клеток и в целом ограничивает рост бактерий.
Выводы
Яблочная кислота обладает улучшенными химико-биоактивными свойствами, и, тем не менее, она не является наиболее используемой органической кислотой в пищевой промышленности. Настоящие результаты подчеркивают потенциал DL-яблочной кислоты в пищевых процессах, для применения в более широком спектре продуктов , до сих пор исследованных с ее помощью. Замороженные, охлажденные пищевые продукты и биопленки являются другими возможными применениями благодаря общим свойствам, обнаруженным и определенным количественно. Биопленка или пищевой продукт с антиоксидантными, хелатирующими и незначительными антимикробными свойствами, содержащий подкислитель с низкой гигроскопичностью и текстурирующими свойствами, является весьма желательным. Для увеличения масштабов производства яблочной кислоты, возможно, следует поддержать текущее производство биотехнологическим методом, инвестируя в микробное производство. Таким образом, может быть установлена честная конкуренция с лимонной кислотой, так как ограничивающим фактором применения яблочной кислоты в наши дни является популярность и доступность лимонной кислоты, хорошо зарекомендовавшей себя в очень многих продуктах и процессах в настоящее время.
Яблочная кислота проявила хелатные свойства, что позволяет образовывать устойчивые комплексы с тяжелыми металлами, такими как железо и кальций. Учитывая это свойство, яблочная кислота может заменить лимонную кислоту в переработке и рафинации пищевых масел, а также в защите от порчи продуктов и возможном обогащении продуктов питания. Термическое поведение показало широкие возможности применения яблочной кислоты в пищевой промышленности, поскольку деградация начинается после 140 °C. Низкая гигроскопичность яблочной кислоты является желательной характеристикой для хрустящих продуктов и продуктов с низкой влажностью (возможно, даже с влажностью < 12%). Высокая растворимость и низкая температура плавления позволяют его использование в напитках и твердых конфетах.