Пищевые добавки в продуктах питания и их влияние на здоровье человека

Пищевые добавки, применяемые для продления сроков хранения и препятствующие, возникновения опасных микроорганизмов, часто оказывают отрицательное воздействие на желудочно-кишечный тракт и организма в целом. Это отрицательное воздействие часто не оправдывает целесообразности, длительного хранения.

Современные технологии приготовления пищевых продуктов массового потребления предусматривают широкое применение различных пищевых добавок. Пищевые добавки необходимы для улучшения органолептических (т.е. воспринимаемых органами чувств) свойств, удлинения сроков хранения, снижения калорийности пищи.

История приобщения человека к использованию добавок в кулинарии насчитывает не одно тысячелетие. Возможно, что еще в первобытном строе, люди добавляли в пищу сушеные травы, плоды.

Эта традиция развивалась со становлением цивилизации. И пища, которая сегодня потребляет человек на 5% из пищевых добавок.

Однако широкое использование пищевых добавок началось в конце XIX века. Оно связано с ростом населения, концентрации его в городах, необходимостью совершенствования традиционных пищевых технологий достижениями химии, созданием продуктов специального назначения.

Введение пищевых добавок с точки зрения технологии может быть направлено:

• на улучшение внешнего вида и органолептических свойств пищевого продукта.
• для сохранения качества продукта в процессе его хранения.
• на ускорение сроков изготовления пищевых продуктов.

Виды пищевых добавок и современный подход к их классификации

В пищевой промышленности применяется большая группа веществ, объединяемая общим термином пищевые добавки. Но этот термин не имеет единого толкования. В большинстве случаев под этим понятием объединяют группу веществ природного происхождения или получаемых искусственным путем, используемых для усовершенствования технологии, получения продуктов специализированного назначения (диетических лечебных и д.р.). Для сохранения требуемых или придания новых, необходимых свойств, повышения стабильности и улучшения органолептических свойств продукта.

Обычно пищевые добавки разделяют на несколько групп: вещества, улучшающие внешний вид продуктов; вещества изменяющие консистенцию; ароматизаторы; подслащивающие вещества и вкусовые добавки; вещества, повышающие сохранность продуктов питания и увеличивающих сроки хранения.

Человек использует пищевые добавки уже много веков: соль, специи — перец, гвоздика мускатный орех, корица, мед и д.р. Однако широкое использование пищевых добавок началось лишь в конце XIX в., оно связано с ростом населения, концентрации его в городах, необходимостью совершенствования традиционных пищевых технологий, достижениями химии, созданием продуктов специального назначения.

В западноевропейских странах на этикетках пищевых продуктов вместе с их ингредиентами указывают так называемые Е-числа. Каждое Е-число соответствует определенной пищевой добавке.

В связи с тем, что пищевые продукты часто импортируют и экспортируют различные страны, Европейское экономическое сообщество (ЕЭС) ввело перечень пищевых добавок, которые принято считать безопасными. Каждая вкусовая добавка в этом перечне имеет свое численное обозначение при помощи Е-числа.

Е-числа подразделяются на разные категории. Числа от Е100 до Е180 означают разрешенные к употреблению пищевые красители.

Пищевые добавки с номерами от Е200 до Е290 представляют собой консерванты. Они предотвращают рост микроорганизмов.

Пищевые добавки с номерами Е300 до Е321 относятся к антиокислителям.

Вещества с номерами выше Е321 включают эмульгаторы, стабилизаторы и многие другие типы пищевых добавок. Например, дигидрофосфат натрия (Е339) — улучшения структуры и текстуры пищевых продуктов.

В последние года все больше разгораются споры о нежелательном использовании определенных пищевых добавок. Пищевые добавки обычно испытывают в больших дозах на животных, например на крысах и мышах, продолжительность жизни которых не велика по сравнению с человеческой. Многие считают, что пищевые добавки не прошли должного испытания, для употребления человеком, т.е. долгое время в малых дозах. Некоторые пищевые добавки, например Е221, Е250 и Е251 считаются ответственными за повышение возбудимости детей, а другие, например бензоат натрия (Е212) и бензоат кальция (Е213), признаны опасными для астматиков и людей, чувствительных к аспирину. Одна из наиболее бесславных пищевых добавок — это гидридо-L-глутамат натрия (Е621), или просто глутомат натрия. Это соединение используеться во многих скоропортящихся продуктов. Его используют для улучшения вкусовых качеств пищевых продуктов с высоким содержанием белков. Глутамат натрия представляет опасность для астматиков и может вызвать так называемый синдром «китайского ресторана». Симптомы этого синдрома включают учащенное сердцебиение, головокружение, мышечное напряжение, тошноту, головную боль и слабость. Его применение запрещено в пищевых продуктах детского питания.

Большинство потребителей тогда, да и сейчас в принципе тоже, считали пищевые добавки веществами минимального риска. Но все же не стоит забывать, что при определенных условиях, любое вещество может быть токсичным. Также немаловажную роль тут играет количество употребляемого вещества, длительность употребления, режим, пути его поступления в организм и т.д. Эффекты воздействия на организм также могут быть различными: острые, подострые, хронические, отдаленные последствия и т.д.

Регуляторы кислотности пищевых продуктов

Органические кислоты добавляют в пищевые продукты для придания им приятного кислого вкуса.

Кислый вкус пищевых продуктов обуславливают ионы водорода, образующиеся в результате электролитической диссоциации, содержащихся в пище кислот и кислых солей. Активность ионов водорода (активная кислотность) характеризуется показателем pH (отрицательным логарифмом концентрации водородных ионов). Пороговая концентрация позволяет ощутить кислый вкус, составляет для лимонной кислоты 0,017%, для уксусной кислоты 0,03%.

Наиболее часто их применяют в кондитерской промышленности и в производстве безалкогольных напитков. В настоящее время для этих целей не природные органические кислоты, а их синтетические аналоги, которые могут содержать примеси, получаемые в производстве этих кислот. В этом отношение установлены строгие требования о запрете или ограничение их применения.

Остановимся на отдельных органических кислотах, используемых в качестве пищевых добавок.

Лимонная кислота (Е-330)

Лимонная кислота широко распространена в растительном мире. Она находится в плодах крыжовника, малины, свекольном соке, но особенно много ее в недозрелых лимонах (6-7%), откуда ее выделяют в виде средний кальциевой соли. В природе известно лимоннокислое брожение глюкозы под действием некоторых плесневых грибков.

Во многих печатных изданиях утверждают, что основным источником лимонной кислоты до сих пор служат лимоны, махорочные листья и т.п. и такое утверждение можно встретить не только в популярных журналах. В некоторых учебниках говориться, будто лимоновую кислоту готовят из упомянутой махорки или из листьев хлопчатника. Между тем лимонную кислоту никогда не вырабатывали ни из лимонов, ни из хвои, а попытки организовать ее производство из махорочного или хлопкового листа не увенчались успехом.

Производство лимонной кислоты в России началось в 1860 году. Сырьем служил не очищенный цитрат кальция, полученный из сока лимона. Позднее в отборном махорочном листе было найдено 6-8% лимонной кислоты. Но производство оказалось нерентабельным и вскоре вообще прекратилось.

Новое сырье для производства лимонной кислоты — это углероды нефти, главным образом жидкие парафины. На них культивируют дрожжи Candida. Несмотря на заманчивость нефтяного сырья, надо иметь в виду, что выход парафинов из нефти не очень велик, а эти вещества востребованы и другими производствами. Кроме того, полученную таким способом лимоновую кислоту можно использовать только в технических целях, так как она не достаточно чистая. Химические же способы получения многостадийны и дороги. Они не могут конкурировать с биотехнологическими.

Лимонная кислота находит широкое применение в кондитерской промышленности, при производстве безалкогольных напитков.

Яблочная кислота (Е-296)

Природная яблочная кислота находится в недозрелой рябине, яблоках, виноградном соке, ягодах барбариса. Яблочная кислота обладает замечательным свойством — ее оптическая активность меняется в зависимости от концентрации: растворы, содержащие менее 34% кислоты, вращавют плоскость поляризованного света влево, а более концентрированные — вправо.

Синтетическая яблочная кислота, полученная из фенола, не отличается оптической чистотой, поэтому ее использование в пищевой промышленности не более 12%.

Винная кислота (Е-334)

Природная винная кислота, иначе называемая виннокаменной, очень распространена в растениях: виноград, рябина. При брожение виноградного сока она выпадает в виде виннокислого калия с примесью виннокислого кальция.

Используют винную кислоту в производстве безалкогольных напитков, фруктовых эссенций, мармелада.

Молочная кислота (Е-274)

Молочная кислота известна в виде двух оптических изомеров D- и L-форм:

Для процессов жизнедеятельности L-молочная кислота предпочтительнее, поэтому применение молочной кислоты как пищевой добавки требует ограничений, поскольку у детей ферментативная система несовершенна и не позволяет превращать D-молочную кислоту в L-форму.

Молочная кислота может быть получена различными синтетическими способами, и при всех этих синтезах образуется кислота, оптически недеятельна, то есть всегда получают равное количество обоих изомеров, разделить которые достаточно трудоемко и дорого. Эту молочную кислоту можно использовать только в технических целях, например для протравливании тканей при крашении, в кожевням производстве и др.

Фумаровая кислота (Е-297)

Фумаровая кислота присутствует во многих растениях, особенно часто встречается в грибах. Название ее происходит от растения Fumaria officinalis (дымянка). Кроме того, фумаровая кислота получается особым брожением сахаристых веществ под названием Aspergillus fumaricus.

Синтетическая фумаровая кислота, используемая как пищевая добавка, получается всегда вместе с ее структурным аналогом — цис-изомером — малеиновой кислотой. Эта пищевая добавка обладает токсичностью, в связи с чем в сутки ее потребление не более 6 мг на 1 кг массы тела.

Уксусная кислота (Е-260)

Уксусная кислота как пищевая добавка в виде уксуса известна человеку давно. Она образуется в результате уксуснокислого брожения винного спирта под действием бактерий:

В настоящее время уксуснокислое брожение спирта используют только для получения пищевой уксусной кислоты. Из перебродивший жидкости дробной перегонкой получают 70-80%-ную уксусную кислоту, поступающую в продажу под названием уксусной эссенции или столового уксуса с содержанием от 5 до 10%.

Уксусная кислота — наиболее распространенная пищевая добавка, применяемая в производстве маринованных изделий, овощных заготовок и консервов.

Промышленная уксусная кислота получается различными методами, включая и извлечение ее из продуктов сухой перегонки дерева, окислением парафиновых углеводород или уксусного альдегида кислородом воздуха в присутствии катионов марганца.

В промышленном масштабе уксусную кислоту получают путем окисления ацетальдегида, получаемого из этилового спирта, или путем гидратации ацетилена по реакции Кучерова:

Некоторое количество уксусной кислоты получают путем контролируемого окисления природного газа.

Уксусная кислота не имеет законодательных ограничений; ее действие основано на снижении pH консервируемого продукта и направлено, главным образом против бактерий.

Муравьиная кислота (Е-236) и ее соли (формиат натрия (Е-237) и формиат кальция (Е-238)) также находят применение в качестве кислых агентов.

Консервирующие действие муравьиной кислоты известно более ста лет. Для консервирования пищевых продуктов применяют водные растворы кислоты и формиатов. Муравьиная кислота применяется для консервирования сильно кислых продуктов и действует против дрожжей и некоторых видов бактерий. Добавляют ее во фруктовые фабрикаты.

Муравьиная кислота обладает лучшим антимикробным действием. Но она медленно окисляется в организме человека и поэтому плохо выводится из него. Муравьиная кислота способствует ингибированию функции печени и почек. Суточное потребление муравьиной кислоты и ее солей должно составлять не более 0,5 мг на 1 кг массы тела.

Антиокислители

Антиокислители — это вещества, препятствующие окислительным реакциям за счет образования стабильных промежуточных соединений. Они вводятся в пищевые продукты для продления сроков хранения, так как подавляют развитие микроорганизмов. Антиокислители также подавляют реакции самоокисления компонентов продуктов питания, которая наблюдается при контакте пищевых продуктов с кислородом, в результате которой образуются продукты разложения со специфическим запахом и вкусом, изменяется внешний вид и снижается пищевая ценность продукта.

К антиокислителям из кислот можно отнести аскорбиновую кислоту (Е-300) и ее натриевые, калиевые, кальцевые соли (Е-301-Е-303). Аскорбиновая выделяется из некоторых растений: сока лимона, апельсинов, черной смородины, свежей капусты, плодов шиповника. Большие количества аскорбиновой кислоты можно получить из красного перца — паприки. Аскорбиновая кислота очень нестойка, так как содержит неустойчивый цикл.

Однако при получении аскорбиновой кислоты в заводском масштабе из глюкозы происходит ее необратимое разрушение за счет превращения в дегидроаскорбиновую кислоту, которая не обладает биологической активностью, но может быть использована как пищевая добавка.

Аскорбиновая кислота и ее соли могут быть использованы для предотвращения окислительной порчи жиров, сохранения вкусовых качеств и цвета.

Аскорбиновая кислота может также связать некоторые металлы в пищевых продуктах. Производные аскорбиновые кислоты — аскорбилпальмитат (Е-304) и аскорбилстеарат (Е-305) являются жирорастворимыми антиоксидантами, подобно витамину С:

Эфиры галловой кислоты — Е-310, Е-311, Е-312, — пропилгаллат, октилгаллат, додецилгаллат превосходные антиокислители.

Природную галловую кислоту получают при ферментативном расщеплении танинов, которые образуются в наростах на тканях растений, так называемых чернильных орешков. Наросты на дубовых листьях напоминают орех и называются дубильными.

Синтетическую галловую кислоту и ее производные получают из феноловых производных путем их карбоксилирования. Использование такой галловой кислоты и ее эфиров как пищевых добавок опасно из-за содержания побочных продуктов реакций.

Галловая кислота и ее эфиры применяются для сохранения растительных и животных масел (используемых в приготовлении пищевых продуктов с применением высоких температур), кулинарных жиров, животного и рыбьего жиров, сухого молока и сливок, сухих смесей для тортов и кексов, бульонных мясных и куриных кубиков.

Консерванты пищевых продуктов

Консерванты — это вещества, которые добавляются в пищевые продукты для максимального их сохранения, предотвращения их порчи.

Из органических кислот наиболее часто в качестве консервантов используется бензойная кислота (Е-210). Консервирующее действие ее основано на том, что она ингибирует деятельность каталазы и пероксидазы в организме человека, в результате чего в клетках накапливается пероксид водорода. Чаще, чем бензойная кислота, используется ее соль — бензоат натрия (Е-211), поскольку она лучше растворима в воде. Эфиры n-оксибензойной кислоты — метиловый (Е-215), этиловый (Е-215), пропиловый (Е-216) — обладает более сильным бактерецидным действием.

Бензойная кислота и е соли — белые порошки. Бензойная кислота органиченно растворима в воде, а бензоат — хорошо растворяются. Бензойная кислота входит в состав некоторых ягод — брусники, клюквы — и является распространенным природным консервантом. Бензойная кислота применяется при изготовлении плодово-ягодных изделий, бензоаты — в производстве рыбных консервов, маргаринов, напитков. Для облегчения бензойной кислоты, в жидкие пищевые продукты, используя ее соли — бензоаты. Однако бензоаты и эфиры бензойной кислоты могут вызывать спазмы, а также изменяют вкусовые качества пищи.

Пропиновая кислота (Е-280) и ее соли (пропионат натрия (Е-281), пропианат калия (Е-283), пропионат кальция (Е-282)).

В пищевой промышленности используются главным образом соли пропиновой кислоты, антимикробное действие которых сильно зависет от pH консервыруемого продукта. Применяется в сыроделии, хлебопечении. Но применение их ограничено ввиду неприятного запаха пропионовой кислоты и ее производных.

Сорбиновая кислота (Е-200) — 2,4-гексадиеновая кислота и ее соли — натриевая (Е-201), калиевая (Е-202), кальциевая (Е-203).

Сорбиновая кислота — белое кристаллическое вещество со слабым запахом, трудно растворимое в воде, но хорошо растворимое в этиловом спирте. Также хорошо растворимы и ее соли.

Сорбиновая кислота подавляет развитие дрожжей, плесневых грибов. Она не изменяет органолептических свойств продуктов, не обладает токсичностью и не обнаруживает канцерогенных свойств. Сорбиновая кислота и ее соли применяется в производстве фруктовых, овощных, рыбных и мясных изделий, маргаринов, безалкогольных напитков, плодово-ягодных соков, используемых для обработки материала, в который упаковываются пищевые продуктов. Она может игнорировать работу ферментов у человека, поэтому ее доза не более 12,5 мг на 1 кг веса тела.

Эмульгаторы

Эмульгаторы — химические вещества, способные образовывать или стабилизировать эмульсию. В эту группу входят вещества, которые добавляют к пищевому продукту и обеспечивают возможность образования и сохранения однородной массы двух и более несмешивающихся веществ. Основной функции эмульгаторов является образование и подержание в однородном состоянии смеси несмешивающихся фаз, таких как масло-вода. С другой стороны, эмульгаторы помогают взаимодействию отдельных пищевых ингредиентов, таких как белок и крахмал.

По химической природе эмульгаторы — это производные одноатомных и многоатомных спиртов, моно- и дисахаридов, структурными компонентами которых являются остатки органических кислот различного строения.

В качестве эмульгаторов в пищевой промышленности используют производные стеариновой кислоты:

Жирные кислоты в виде моно- и диглицеролов (Е-471) и ацетилированные моноглицериды (Е-472) используются в производстве масло-какао и маргарина. Это позволяет получать низкожирные продукты с содержанием жира в них 40-50%

Моно- и диглицериды, входящие в состав пищевых добавок, относятся к группе безопасных добавок, применяемых без ограничения.

В качестве пищевых добавок используются также эфиры шестиатомного спирта сорбита с природными высшими жирными кислотами — лауриновой (Е-493), пальмитиновой (Е-495), стеариновой (Е-491-Е-492) и олеиновой (Е-494 и Е-496). Эти добавки называют также твинами.

Основные области применения их — это производство мучных кондитерских изделий, сливок для кофе, сухих дрожжей. В производстве маргарина эти добавки применяют для модификации кристаллов жира.

Имеются еще пищевые добавки на основе многоатомного спирта сорбита, названные полисорбатами или твинам (Е-432-Е-436). У твинов гидроксильные группы в молекуле сорбита замещены группами (—О—СН2—СН2—О—)n, то есть на остатки двухатомного спирта этиленгликоля.

Основные области применения твинов — мороженное, сливки, замороженные десерты, кексы, торты.

Эфиры молочной кислоты — лактилаты (Е-481 и Е-482) — производные молочной кислоты с высшими жирными кислотами (стеариновой или олеиновой) могут также использоваться в качестве эмульгаторов в производстве хлеба и хлебобулочных изделий, пудингов, взбитых сливок и других кондитерских изделий. Эти добавки могут являться токсикологически неопасными, если они не содержат остатки растворителей, применяемых при их синтезе (диметилформамид, например).

Усилители вкуса и запаха (ароматизаторы)

В пищу часто добавляют искусственные усилители вкуса и запах. Эти усилители называют ароматизаторами. Примерами ароматизаторов является:

Глутаминовая кислота (Е-620). Она усиливает вкусовое восприятие, влияя на окончания вкусовых нервов, в ротовой полости и вызывает ощущение удовлетворения. Это так называемый глутаминовый эффект. Глутоматы усиливают горький и соленный вкус. Глутаминовый эффект проявляется в свежесобранных фруктах и овощах, свежем мясе. При долгом хранение и замораживание продуктов глутаминовый эффект снижается. Поэтому глутаминовая кислота и глутомат натрия применяются как пищевая добавка при производстве маргарина, бульонных кубиков, соевого мяса и др., при производстве детского питания.

Гуаниловая кислота (Е-626) и ее соли (Е-626-Е-629) оказывает сильное вкусовое воздействие, что дает возможность исправить эти добавки при производстве консервов, приправ и пряностей.

Инозиновая кислота (Е-630) усиливает аромат пищевых продуктов эффект свежесваренного мяса или рыбы.

Применение в пищевых продуктах ароматизаторов и улучшителей вкуса должно быть ограничено в пищевых продуктах для детей и больных людей.

Настоящее время эти пищевые добавки подразделяют на натуральные, идентичные натуральным и искусственные (синтетические).

Натуральные ароматизаторы включают только натуральные компоненты, то есть соединения или их смеси, выделенные из натурального сырья с применением физических и биотехнических методов. В натуральных ароматизаторах большую роль играют специфические вещества, определяющие основной «тон» аромата пищевого продукта: в лимонах — цитраль, в малине — п-гидроксифенил-3-бутанон, в ванилине — ванилин.

Содержание и состав ароматобразующих веществ меняется по мере созревания растений, в ходе ферментотивных и тепловых процессов, при разрушении плодов и ягод. Эти процессы происходят при обработке кофе, ферментации чая, созревании сыров, выпечке хлебы. При хранении их также идет частичная потеря вкуса и аромата. Все это заставляет вводить ароматизаторы, идентичные натуральным, или искусственные.

Ароматизаторы, идентичные натуральным, включая компонент, идентичный натуральному, но полученный синтетическим путем.

Искусственные ароматизаторы содержат компоненты, полученные синтетическим путем и отсутствующие в натуральном сырье животного и растительного происхождения. Это различные эссенции, которые используются для усиления аромата молока, хлеба, соков, сиропов, какао, чая, пряностей и др.