Гусарова О.В., асп.,
Ковальчук В.В., студ., Савченко О.В., студ., Литвиненко Д.В., студ.
Національний технічний
університет України „КПІ”
ВЛАСТИВОСТІ ЛИМОННОЇ КИСЛОТИ ЯК
ВАЖЛИВОГО ПРОДУКТУ МІКРОБІОЛОГІЧНОГО СИНТЕЗУ
Значний розвиток в останні
десятиліття отримала галузь біотехнології - мікробіологічний синтез [1]. Це
дало можливість отримувати цінні продукти практичного плану, такі, як лимонна
кислота, з найменшими затратами, за рахунок життєдіяльності мікробних
популяцій. З усіх органічних кислот по об'єму виробництва у світі лимонна
кислота займає перше місце.
Виробництво
лимонної кислоти на Україні здійснюється вже більше 50 років. Лимонна кислота
була відкрита в 1784 році і вироблялась з цитрусових. У наш час для виробництва
лимонної кислоти використовується дешевша сировина на базі буряка.
На
сьогоднішній день Україна є крупним постачальником лимонної кислоти. В Україні
лимонну кислоту виробляють 2 підприємства: ВАТ "Смілянський
сахкомбінат" (Черкаська обл.) і Харківський завод харчових кислот.
Розглянемо основні властивості
лимонної кислоти [2].
Лимонна кислота - це органічна
кислота, розчинна у воді, спирті і ефірі. У воді лимонна кислота дисоціює, її
аніон називають цитратом. Лимонна кислота є трьохосновною оксикислотою, яка
кристалізується з водних розчинів з однією молекулою води у вигляді безбарвних
прозорих ромбічних призм
(рис. 1).
а б
Рис. 1- Кристали лимонної
кислоти: а - гідратної; б - безводної
Емпірична формула: С6Н8О7.
Структурна формула:
Н2С—СООН
НО—С—СООН
Н2С—СООН
Лимонна кислота (Е330) входить до переліку харчових
добавок, що дозволені до використання в харчових продуктах та напоях.
Лимонна кислота широко
використовується в харчовій, медичній, хімічній та інших видах промисловості. У
харчовій промисловості лимонна кислота на 70% виконує роль підкислювача і
антиоксиданту головним чином завдяки її гарній розчинності, низькому рівні
токсичності, нешкідливості для оточуючого середовища та здатності змішуватись з
іншими хімічними речовинами. Може також використовуватись в якості диспергуючої
та подрібнюючої добавки. Має приємний смак.
Моногідратна лимонна кислота має
молекулярну масу 210 г/моль, густину 1540 кг/м3, температуру плавлення 70-75°С.
Кристалізаційна вода втрачається при зберіганні і особливо сильно при
нагріванні до 40-50°С, при температурі 100°С втрачається повністю. При
температурі кристалізації 36,6 °С і вище виділяється безводна лимонна кислота з
молекулярною масою
192 г/моль і температурою плавлення 153°С. Розчинність у воді 162 г/100 мл при
25 °С. Піддається термічному розкладу при нагріванні до 175°С. Може викликати
подразнення слизових оболонок дихальних шляхів, шлунку, а також шкіряної
поверхні та очей [2].
Одержують лимонну кислоту з таких
природних продуктів, як плоди цитрусових, а також шляхом зброджування глюкози
або хімічного синтезу. Лимонна кислота за хімічними показниками повинна
відповідати показникам, передбаченим ГОСТ 908-79 "Кислота лимонная пищевая. Технические условия" (табл. 1). За органолептичними
показниками це повинні бути безбарвні кристали або білий порошок (для кислоти
першого ґатунку допускається жовтуватий відтінок), без грудок; смак кислий, без
стороннього присмаку; структура - сипуча, суха, не липка на дотик, без
сторонніх домішок; 2%-ий розчин кислоти у дистильованій воді повинен не мати
запаху, бути прозорим і не містити механічних домішок [2].
Таблиця 1 - Хімічні показники харчової лимонної
кислоти
|
Показники |
Норма |
|
Масова частка лимонної кислоти в перерахунку на
моногідрат, % не менше не більше |
99.5 100.0 |
|
Колір, одиниці показника кольоровості розчину за йодною шкалою, не більше |
4 |
|
Масова частка, %, не більше зола вільної сірчаної кислоти миш'яку |
0.07 0.01 0.00007 |
|
Проба на свинець, мідь, цинк, олово із сірководнем на оксалати з ацетатом кальцію на барій з сірчаною кислотою на ферроцианіди з хлорним залізом на сульфати з хлоридом барію |
Витримує аналіз |
|
Масова частка сульфатної золи, %, не більше |
0.1 |
|
Проба на легко обвуглюванні речовини з сірчаною кислотою |
Витримує аналіз |
|
Проба на залізо з 1,10-фенантроліном |
Те ж саме |
Лимонна кислота не горюча,
вибухобезпечна, не токсична. Вміст токсичних елементів у харчовій лимонній
кислоті для всіх сортів не повинен перевищувати допустимих норм, вказаних в
табл. 2.
Таблиця 2 - Допустимі норми на вміст токсичних
елементів
|
Найменування токсичного
елементу |
Допустимий рівень, мг/кг, не
більше |
Метод випробування |
|
Свинець |
1.0 |
За ГОСТ 26932-86 |
|
Кадмій |
0.5 |
За ГОСТ 26933-86 |
|
Миш'як |
0.7 |
За ГОСТ 26930-86 |
|
Ртуть |
0.5 |
За ГОСТ 26927-86 |
Лимонна кислота використовується
як харчова добавка, антиоксидант і стабілізатор в легкій промисловості;
випускається трьох ґатунків: екстра, вищий, перший. Кожний ґатунок характеризується
певними хімічними показниками за ГОСТ 908-79 (табл. 3).
Основні галузі промисловості, які
використовують лимонну кислоту:
- Кондитерське промисловість - 29,1%.
Лимонна кислота використовується як підкислювач і підсилювач смаку. На
кондитерські вироби: карамель - 3,44%; драже - 2,1%; пастило-мармеладні
вироби - 3,69%; глазуровані цукерки -0,4%; вафлі - 2,5%; ірис - 0,74%;
солодощі, печиво - 0,10%.
Середня витрата лимонної кислоти
на 1т конд. виріб складає 1,25 кг.
- Виробництво напоїв - 21,6%. Лимонна кислота додається в
алкогольні та прохолодні газовані і негазовані напої для додання їм відчуття
свіжості, підкислення лікерів, солодких і гірких напоїв, десертних напоїв,
наливок, плодово-ягідних виноградних вин і виноматеріалів. Крім того, вона є
синергистом, речовиною, що підсилює дію антиоксидантів, таких, наприклад, як
аскорбінова кислота. При цьому, рекомендуються наступні норми закладки лимонної
кислоти у відсотках від маси готової продукції:
- безалкогольні напої - 0,3 - 0,5 %,
- соки - 0,1 -0,3 %,
- вина - 0,1 - 0,2 %,
- лікери - 0,3 - 0,5 %.
На 1 л напоїв витрачається в середньому 15 г
кислоти.
- Консервна промисловість. Лимонна кислота використовується як консервант
замість оцту, що визнаний канцерогеном і застосування якого в більшості країн у
харчовій промисловості різко обмежено. Рекомендуються наступні норми її
закладки у відсотках від маси готової продукції:
- м'ясні консерви - 0,05 - 0,1 %,
- рибні консерви - 0,1 - 0,25 %,
- овочеві й фруктові консерви -
0,1 - 0,3 %.
На 1 млн. умовних банок
витрачається в середньому 121 кг лимонної кислоти.
- Жирова промисловість. Лимонна кислота зберігає продукцію від розкладання
важких металів, що перебувають у ній в слідових кількостях, шляхом утворення з
металами комплексних сполук. Таким чином значно знижується ймовірність
прогірклості жирів, маргаринів і тваринного масла. Норма закладки, що
рекомендується, лимонної кислоти складає 0,05-0,1 % від маси готового продукту.
-
Косметична промисловість. Лимонна кислота є
частиною багатьох косметичних препаратів: еліксирів, лосьйонів, кремів,
шампунів, фіксаторів волосся і т.д. Тут вона використовується, в основному, як
регулятор рН. Широка гама кислотності косметичних виробів допускає досить
великий обсяг норми її закладки - від 0,05 % до 0,15 % від маси готового
продукту.
-
Хімічна промисловість - 2,4%. Лимонна кислота
використовується для виробництва хімічних реактивів і фотопаперу.
- Медична промисловість - 1,0%.
-
Різні міністерства і відомства, оборонна
промисловість, суднобудівна промисловість, морфлот - близько 2,6 - 4,4%.
- Роздрібна торгівля - 5,4%.
Також виробляють реактивну
лимонну кислоту, за ГОСТ 3652-69 - це безбарвні кристали або білий порошок.
Реактивна лимонна кислота використовується, в основному, для аналітичних цілей
в науково-дослідних та промислових лабораторіях. У невеликих кількостях вона
використовується також при виробництві напівпровідників та у медицині для
отримання фармакологічно чистих речовин [2].
Таблиця 3 - Норми хімічних показників для лимонної кислоти різних ґатунків
|
Найменування показника |
Норма для ґатунків |
||
|
екстра |
вищий |
перший |
|
|
Масова частка лимонної кислоти
в перерахунку на моногідрат, %, не менше не більше |
99.5 101.0 |
99.5 Не нормується |
99.5 Не нормується |
|
Колір,
одиниці показника колірності розчину йодної шкали, не більше |
4 |
6 |
10 |
|
Масова частка золи, %, не більше |
0.07 |
0.10 |
0.35 |
|
Масова
частка вільної сірчаної кислоти, %, не більше |
0.01 |
0.01 |
0.03 |
|
Проба на
оксалати з оцтовокислим кальцієм |
Витримує аналіз |
Витримує аналіз |
Витримує аналіз |
|
Проба на
барій з сірчаною кислотою |
Витримує аналіз |
Витримує аналіз |
Витримує аналіз |
|
Проба на
ферроцианіди з хлорним залізом |
Витримує аналіз |
Витримує аналіз |
Витримує аналіз |
|
Проба на
сульфати з хлористим барієм |
Витримує аналіз |
Не нормується |
Не нормується |
|
Масова частка сульфатної золи,
%, не більше |
0.1 |
Не нормується |
Не нормується |
|
Проба на легко
обвуглюванні речовини з сірчаною кислотою |
Витримує аналіз |
Не нормується |
Не нормується |
|
Проба на
залізо з |
Витримує аналіз |
Не нормується |
Не нормується ; |
Лимонна кислота випускається
тільки в упакованому вигляді: в паперових багатошарових або поліпропіленових
мішках з поліетиленовим вкладишем.
Для поставок на підприємства
харчової та інших галузей промисловості лимонну кислоту фасують у
льняно-джуто-кенафні мішки чи льняні продуктові місткістю 10 - 40 кг із
вкладишем з поліетиленової плівки. Допускається пакування кислоти у ящики з
гофрованого картону, викладені пергаментом. При упакуванні кислоти у ящики і
мішки допускаються відхилення, що не перевищують ±0,5 % [2].
Для роздрібного споживання лимона
кислота фасується у пакетики із фольги чи паперу з поліетиленовим вкладишем
всередині масою нетто 10-100 г. При фасовці допускаються відхилення по масі
нетто: при масі до 50 г - ±3 %, при масі від 50 до 110 г - ±4%. Упаковка має не
допустити потрапляння вологого повітря всередину, оскільки це призводить до
утворення грудок. На упаковці вказується ґатунок, умови зберігання і термін
придатності, дата випуску та ГОСТ за яким вироблено.
Лимонну кислоту зберігають у
закритих приміщеннях при температурі не вище 20°С та відносній вологості
повітря не вище 70%. Термін придатності лимонної кислоти - 1 рік з дня
виготовлення; при пакуванні лимонної кислоти в ящики з гофрованого картону з
внутрішнім вкладишем з пергаменту - не більше 6 місяців [2].
Лимонна кислота є головною серед
шести органічних кислот, які добуваються мікробним синтезом і є стратегічно
важливим продуктом, визначаючи обличчя держави на світовій арені. Більше 0,5%
від синтезованої лимонної кислоти у світі припадає на заводи лимонної кислоти
України, тому необхідно здійснювати розробки в даному напрямку.
Література:
1. Бекер М.Е. Введение в биотехнологию: Пер. с латыш. - Рига: Пищевая
промышленность, 1978. - 230 с.
2. Смирнов В.А. Пищевые кислоты - М.: Агропромиздат, 1988 - 423 с.