5.9. Катализаторы

Катализаторы — это вещества, ускоряющие течение химических реак­ций путем снижения энергии активации. Катализаторы при этом не расходуются и не содержатся в конечном продукте. Они используются в очень малой дозировке.

Различают катализаторы трёх видов:

• гомогенные — катализатор и реагирующее вещество имеют одно агрегатное состояние;

• гетерогенные — катализатор твёрдый, а реагенты жидкие или газообразные;­ • смешанные — катализатор состоит из двух и более веществ. Применяют катализаторы, нанесённые на пористые материалы, например, активированный уголь. (Активность гетерогенного катали­затора зависит от его удельной поверхности, ко в промышленности ка­тализаторы с большой удельной поверхностью не используются, так как они очень нестойки.)

Наиболее широко в пищевой промышленности катализаторы ис­пользуются для отверждения растительных масел. Консистенция ма­сел и жиров в большой степени зависит от степени насыщенности лирных кислот, входящих в состав их глицеридов.

Триглицериды жидких масел содержат много остатков ненасыщенных (с двойными свя­зями) кислот, а триглицериды твёрдых жиров содержат преимущест­венно насыщенные кислотные остатки. При гидрогенизации жидких масел двойные связи превращаются в простые, и масло отвергается. Чаше всего катализатором этого процесса гидрогенизации является никель (до 25 %), нанесённый на пористый материал. Процесс ведут в автоклавах, пропуская очищенный водород через масло в течение не­скольких часов при температуре 160...200 "С.

Катализаторы необходимы также при переэтерификации жиров, в результате чего из смеси жиров получают жир с определёнными техно­логическими свойствами. Переэтерификацию проводят обычно при температуре от 80 до 200°С в присутствии 0,05...0,3% катализатора (часто этилата натрия или смеси едкого натра с глицерином).

Оксиды магния или меди применяются для ускорения каталитиче­ского расщепления перекиси водорода

5.10. Катализаторы гидролиза и инверсии

Катализаторами гидролиза и инверсии называются вещества, катали­зирующие расщепление белков, крахмалов и сахарозы. Ими чаще все­го являются кислоты: неорганические {соляная, серная) и органиче­ские (лимонная и др.), щёлочи и ферменты. Продукты гидролиза и ин­версии необходимы в технологии получения ряда пищевых продуктов: также они могут играть важную роль для их сохранности.

Подбором катализаторов и сырья, изменением концентрации ката­лизатора, температуры и продолжительности процесса можно менять глубину протекания реакций: белки можно расщепить до пептидов (и далее — до аминокислот); крахмалы — до декстринов {которые, в свою очередь, можно расщепить до мальтозы и. далее до D-клюкозы); саха­розу расщепляют до инвертного сахара — равных частей глюкозы и фруктозы. Гидролитическое расщепление сахарозы в инвертный сахар называется инверсией или инвертированием.

Белковые гидролизаты и аминокислоты, полученные кислым гид­ролизом белка, имеют характерный вкус. Добавленные к пищевому продукту в очень небольшом количестве, они придают ему специфиче­ский вкус или усиливают его собственный (см. разд. 1.3, с. 37). Вкус приправ, полученных гидролизом белков, зависит от состава смеси аминокислот и пептидов.

Белковые гидролизаты находят применение в производстве бульонных кубиков, смесей пряностей, приправ, супов и соусов быстрого приготовления. Сырьём для получения белковых гидролизатов служат: арахис, соевые бобы и другие семена масличных культур, клейковина кукурузы, риса и пшеницы, дрожжи, молочный белок, а также белоксодержащие отходы мясо переработки. В качестве катализатора гидролиза преимущественно используют соляную кисло­ту (25%).

Огромное значение для пищевой промышленности имеют продук­ты расщепления углеводов в присутствии разбавленных КИСЛОТ. В ка­честве сырья используют крахмалы: кукурузный, рисовый, пшенич­ный и картофельный. Продуктами частичного гидролиза я&1яются по­рошки (декстрины, мальтоолигосахариды, мальтотриоза, мальтоза) и жидкости (глюкозные и мальтозные сиропы). Полный гидролиз крах­мала протекает по реакции:

(С₆Н₁₀ О₅) ₊ Н₂О ₊ С₆ Н₁₂

крахмал клюкоза

В качестве катализаторов расщепления углеводов чаше всего ис­пользуют соляную и серную кислоты, иногда азотную или уксусную i дозировка — 0,1...0,3% в пересчёте на крахмал). Скорость реакции за­висит от соотношения амилозы и амилопектина и от присутствия при­месей. Линейные молекулы амилозы гидролизуются гораздо медлен­нее разветвлённых молекул амилопектина. Разные виды крахмала со­держат различное количество примесей: белков, жиров и минеральных веществ. Кукурузный крахмал, содержащий незначительное количество фосфатов, гидролизуется быстрее других, картофельный особенно богат остатками фосфорной кислоты, способными связывать катионы, поэтому гидролизуется труднее кукурузного. Использование шелочей в качестве катализаторов гидролиза приводит практически только к получению триптофана из белков.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1, Токсикологическая безопасность добавок и продукции, изготовленной с их использованием

В настоящее время токсичность пищевых добавок изучена лучше, чем токсичность многих продуктов питания и их натуральных компонен­тов. Это связано с тем, что к природным составляющим пищевых про­дуктов традиционно проявляли и проявляют несравнимо меньший ин­терес, чем к пищевым добавкам.

При токсикологической оценке пищевых добавок исследуются ост­рая, субхроническая, хроническая, репродуктивная токсичности, му­тагенность, канцерогенность, аллергенное и другие возможные небла­гоприятные воздействия добавок на организм человека. Проявление любого из перечисленных воздействий ведёт к запрещению примене­ния пищевой добавки.

Токсикологические исследования проводятся высококвалифици­рованными специалистами разных стран по тщательно разработанным и согласованным методикам. Результаты подробно обсуждаются меж­дународным органом, специально созданным при Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН и Всемирной организации здравоохранения (ФАО/ВОЗ) — Объединённым комитетом экспертов по пищевым добавкам (JECFA). Он даёт рекомендации по разрешению или запрещению той или иной добавки, а также определяет для каж­дой разрешённой пищевой добавки величину ADI — acceptable daily intake (ДСП) и качественные характеристики (содержание основного вещества, тяжёлых металлов, примесей, микробиологические показа­тели и т. п.), которым она должна удовлетворять для безопасного при­менения*. ДСП представляет собой количество вещества (в мг на кг веса тела), которое человек может потреблять ежедневно в течение всей жизни без вреда для здоровья..

Токсикологические исследования продолжаются и после разрешения добавки, любая новая информация перепроверяется и рассматривается Объединённым комитетом, кото­рый на её основании может изменить ранее принятое решение: об­ласть применения пищевой добавки может быть расширена или суже­на, вплоть до полного запрета, а величина ДСП может быть уменьшена или увеличена. Так, Европейской комиссией 11 ноября 2004 г. внесены поправки к Директиве ЕС HP 95/2/EC «Пищевые добавки, используе­мые в производстве пищевых продуктов (кроме красителей)». Введён за­прет на использование с 1 января 2005 г. пищевых добавок пара-окс-бензойной кислоты пропилового эфира (Е216) и пара-оксибензойной кислоты пропилового эфира натриевой соли (Е217) при производстве кондитерских и мясных изделий. На основании рекомендаций JECFA Комиссией Codex Alimentarius (Международный орган по пищевой про­дукции при ФАО/ВОЗ) определяются предельные количества пищевых добавок в конкретных продуктах.

В Российской Федерации вопросы применения пищевых добавок на­ходятся в ведении Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Министерства здравоохранения РФ. Основным документом, регламентирующим применение пищевых добавок в РФ, являются «Гигиенические требования по применению пи­щевых добавок» СанПиН 2.3.2.1293-03 15]. Добавки, вошедшие в этот Документ, после всесторонней проверки признаны Министерством здравоохранения РФ токсикологически безопасными в дозировках, не превышающих предельно установленных для конкретных пищевых про­дуктов «Гигиеническими требованиями по применению пищевых доба­вок», при условии соответствия показателей качества добавки требова­ниям JECFA. При получении новых сведений о пищевых добавках, в том числе внесении поправок в Директивы ЕС по пищевым добавкам, могут выноситься Постановления Главного государственного санитарного врача об ограничении или расширении их использования. Например, Постановлением Главного государственного санитарного врача № 1 от 18 января 2005 г. запрещён ввоз на территорию Российской Федерации пищевых продуктов, изготовленных с использованием ранее разрешён­ных «Гигиеническими требованиями по применению пищевых добавок» «паро-оксибензойной кислоты пропилового эфира (Е216) и пара-окси-бензойной кислоты пропилового эфира натриевой соли (Е217), а также с 1 марта 2005 г. использование указанных добавок при производстве пи­щевых продуктов. Одновременно соответствующим организациям дано распоряжение в течение года провести углублённые токсиколого-гигиенические исследования запрещённых добавок.

ПИЩЕВЫЕ ФОСФАТЫ – КЛАССИФИКАЦИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА

И РОЛЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ

Мясные продукты – одна из наиболее важных областей применения фосфатов, которые оказывают значительное влияние на технологический процесс. Для лучшего понимания действия этой группы пищевых добавок обратимся к химии фосфатов.

Классификация фосфатов

Фосфаты представляют собой соли фосфорной кислоты. Существуют два основных класса фосфатов – орто (простые) или поли- (конденсированные). Ортофосфаты содержат один фосфатный анион, в то время как полифосфаты могут иметь два или более фосфатных аниона. Отофосфаты (монофосфоаты) получают при частичной или полной нейтрализации фосфорной кислоты щелочным металлом. В результате происходит замещение от одного до трех атомов водорода форсфорной кислоты ионами щелочного металла. Структурная формула ортофосфата представлена на рис. 1. В однозамещенных ортофосфатах только одни атом водорода замещен катионом металла, в двух – замещенных ортофосфатах – два, а в трехзамещенных ортофосфатах все три водородных атома. Физико-химические свойства пищевых фосфатов натрия (одно-, двух- и трехзамещенных) представлены в табл. 1.

Полифосфаты производят нагревом смесей фосфатов или ортофосфатов до высоких температур, при которых они образуют фосфатные цепочки (линейные связи). Прирофосфаты (дифосфаты) являются простейшими полифосфатами и содержат два фосфатных аниона, триполифосфаты (трифосфаты) – три. Пиро-и триполифосфаты – твердые кристаллы, в то время, как полифосфаты, длина цепи которых более трех фосфатных анионов являются аморфными, стекловидными материалами, называемыми стекловидными полифосфатами, содержащими, как правило, 6, 12 и 22 фосфатных аниона.

Таблица

Эмпирии-ческая формула	Номенклатура русская/английская	Аб-бреви-атура	Е-код	Типичные свойства					Примене-ние
				Описание	Р2О5,%	рН 1%- го раст-вора	Растворимость, г/100 г воды
							При t =200С	При t =200С
NaH2PO4 х 2Н2О	Фосфат натрия однозамещенный	ТSР	Е 339	Белые кристаллы	46.2	4.4	145	308	Стабилизатор, диспергатор, эмульгатор, текстуратор, регулятор влажности
NaH2PO4 х 2Н2О	Фосфат натрия двухзамещенный	DSP dihyd-rate	E 339	« -«	40.0	9.3	9	65	« -«
NaH3PO4 х 12Н2О	Фосфат трехзамещенный	TSP crystalline	E339	« -«	18.5	1./8	33	64	« -«
Na2 H2 P2 О7	Пирофосфат динатриевый	SAPP	У 450	Белый порошок	63.6	4.2	12	18	« -«
Nа3 HP2 O7 х 9Н2О	Пирофосфат тринатриевый	ТSРР	Е 450	гигроскопи-чный белый порошок	32.5	7.0	10	16	« -«
Nа4 НРО7	Пирофосфат четырехнатриевый	ТSРР	Е 450	« -«	53.6	10.4	5.5	12.5	« -«
Nа5 Р3 О10	Трифосфат натрия 5-замещенный	SТРР или SТР	Е 451	гигроскопи-чный белый порошок	57.6	9.8	14.0	16.0	Диспергатор, регулятор кислотности, текстуратор
(NаРО3)н	Полифосфат натрия	SНМР	Е 452	Очень гигроскопи-чный белый порошок	68.0	6.8	высокорастворимый		Стабилизатор, диспергатор, эмульгатор, текстуратор, регулятор влажности
КН2РО4	Фосфат калия однозамещенный	МКР	Е 340	гигроскопи-чные белые кристаллы	52.1	4.5	23	34	Стабилизатор, диспергатор, регулятор влажности
К2НРО4	Фосфат калия двухзамещенный	DКР	Е340	Очень гигроскопи-чный белый порошок	40.2	8.2	156	217	Стабилизатор, диспергатор, регулятор влажности

К3РО4	Фосфат калия трехзамещенный	ТКР	Е340	Очень гигроскопи-чный белый порошок	33.4	12.1	94	141	Стабилизатор, диспергатор, регулятор влажности
К4Р2О7	Пирофосфат четырехкалиевый	ТКРР	Е450	Очень гигроскопи-чный белый порошок	42.9	10.5	180		Стабилизатор, диспергатор, эмульгатор, регулятор влажности, кислотности, влажности, разрыхлител
К5 Р3 О10	Трифосфат калия 5-замещенный	КТРР	Е 451	гигроскопи-чный белый порошок	47.2	9.9	180		Стабилизатор, эмульгатор, диспергатор, регулятор влажности, текстуратор
КРО3	Полифосфат калия	SНМР	Е452	Очень гигроскопи-чный белый порошок	68.0	6.8	Высокорас-творимый		Стабилизатор, эмульгатор, диспергатор, регулятор влажности, текстуратор

Полифосфаты – полностью нейтрализованы (не содержат атомов водорода) и имеют свойства оснований, за исключением кислой формы пирофосфата, известного как кислый пирофосфат натрия, содержащий два незатронутых атома водорода. В пищевой промышленности в основном используют натриевые формы полифосфатов, однако применение калийных фосфатных солей также целесообразно, особенно пирофосфата (ТКРР) итриполифосфата (КТРР).

Вопросы

1. Эмульгирующие соли, состав и свойства

2. Разрыхлители, состав и свойства

3. Носители, растворители, разбавители, состав и свойства

4. Средства для капсулирования, назначение, получение, применение

5. Средства для таблетирования

6. Разделители, назначение, свойства, применение

7. Пропелленты

8. Диспергирующие агенты

9. Вещества, облегчающие фильтрование

10. Осветлители

11. Экстрагенты

12. Осушители

13. Средства для снятия кожицы (с плодов)

14. Охлаждающие и замораживающие агенты

15. Вещества, способствующие жизнедеятельности полезных микроорганизмов

16. Ферменты и ферментные препараты

17. Катализаторы