Глава 21. Бензойная кислота

1.Синонимы

2.Историческая справка

    Консервирующее действие бензойной кислоты впервые было описано в 1875 году Флеком |1|, который искал заменитель уже известной к тому времени салициловой кислоте. Он проводил аналогию между действием обеих кислот и фенола. Бензойную кислоту, в отличие от салициловой, тогда ещё не могли получать в промышленных масштабах. Она стала использоваться в консервировании пищевых продуктов лишь к началу XX столетия. С тех пор бензойная кислота во всех странах широко применяется как консервант, прежде всего из-за своей низкой цены, но в последнее время её всё чаще заменяют другими, менее токсичными консервантами.

3.Товарные формы

    Применение находит как сама бензойная кислота, так и её натриевая соль (бензоат натрия), лучше растворимая в воде. Бензоат калия используется редко.

4.Свойства

    Бензойная кислота С₆Н₅СООН представляет собой белые блестящие моноклинные листочки или иглы, которые плавятся при 122°С. В 100 г воды при комнатной температуре растворяется 0,34 г бензойной кислоты, в 100 г жирных масел - 1-2 г. Бензойная кислота хорошо растворима в безводном этаноле.

    Бензоат натрия представляет собой белый кристаллический порошок. В 100 воды при комнатной температуре его растворяется 63 г.

5.Аналитические сведения

    Бензойная кислота перегоняется с водяным паром и может быть количественно извлечена этим способом из исследуемого пищевого продукта. Можно выделить её и твёрдофазной экстракцией |2|. В экстракте бензойную кислоту можно обнаружить и количественно определить спектрофотометрически, а также с помощью ВЭЖХ или ТСХ |3|. Для ВЭЖХ используют RP-фазу и УФ-детектирование |4, 5|.

    При определении бензойной кислоты в пищевых продуктах следует учитывать возможность её естественного содержания в свободном виде или в форме гликозидов⁹⁵ в молочных продуктах и в таких ягодах, как земляника и брусника [6].

6.Получение

    В промышленности бензойную кислоту получают окислением толуола. Применявшиеся ранее гидролиз бензотрихлорида и декарбоксилиропание фталевой кислоты ныне утратили своё значение.

7.Токсиколого-гигиеническая оценка

    Острая токсичность. Для крыс при пероральном введении LD₅₀ бензойной кислоты составляет 1,7-3,7 г на 1 кг массы тела |7, 8|. Кошки часто бывают более чувствительны к бензойной кислоте. Для них смертельная доза может составлять 0,3-0,6 г на 1 кг массы тела⁹⁶|9|. Причиной является отсутствие в организме кошек ферментативного превращения бензойной кислоты в гиппуровую.

    Субхроническая токсичность. Скармливание мышам в течение 3 месяцев по 80 мг бензойной кислоты на 1 кг массы тела в день приводило к увеличению смертности (особенно при одновременном потреблении сульфитов) |10|. Употребление в течение 4-5 дней корма, содержащего 3% бензойной кислоты, приводит к расстройствам центральной нервной системы, атаксии, тоническим и клоническим судорогам; однако визуальных изменений органов не наблюдается и патологических отклонений при гистологических исследованиях тканей сердца, печени и почек не выявлено. Через 5 дней погибла половина подопытных животных, и у них были обнаружены некротические изменения головного мозга.

    Добавление к корму 1,1% бензойной кислоты снижает прирост массы, не вызывая других нарушений 1111. В другом опыте применение корма с4% бензоата натрия в течение 90 дней не причинило вреда |7|. При использовании корма с 3% бензоата натрия в течение 10 дней у крыс и мышей обнаруживалось увеличение массы почек и печени, изменение уровня альбумина и γ-глутамилтранспептидазы, изменения клеток печени |12|.

    Литературные данные о пороговой токсичной концентрации бензойной Ки-слоты в субхроническом опыте весьма различны |13, 14|.

    Ежедневный приём человеком 1 г бензойной кислоты в течение 90 дней |13|, или 12 г в течение 14 дней |15|, или 0,3-4 г в течение 60-100 дней |16| не приносит вреда здоровью.

    При оральном введении бензоат натрия не оказывает тератогенного действия|17, 18|.

    Хроническая токсичность. Ежедневный приём в течение 17 месяцев мышами (в течение 18 месяцев крысами) 40 мг бензойной кислоты на 1 кг массы тела вызывает замедление развития |10|. В опыте на 40 крысах корм с добавкой 5% бензоата натрия оказался сильно токсичным. За 2 недели все животные умерли. Корм с 1% бензоата натрия потреблялся без нежелательных последствий для аппетита, продолжительности жизни, развития, размножения, прироста массы и гистологии шести органов |16, 19|. По результатам других исследований, развитие крыс, чей корм содержал 1,5% бензойной кислоты, явно отставало от контрольных животных |20|.

    С 1979 года бензойная кислота используется в терапии для снижения токсичности аммиака у пациентов с ферментными дефектами цикла мочевины |21|. При этом как побочное действие наблюдалось снижение содержания N-ацетилглутамата внутри митохондрий |22|.

    Из-за новых сведений о возможном тератогенном действии бензойной кислоты SCF установила временное ДСП в 0-5 мг на 1 кг массы тела с ограничениями |23|. JЕСFА сохранил прежнее ДСП, составляющее 0-5 мг на 1 кг массы тела, но требует дальнейших токсикологических исследований |24|.

    Реакции непереносимости. Считается, что бензойная кислота, наряду с эфирами п-оксибензойной кислоты и некоторыми азокрасителями, обладает значительным сенсибилизирующим потенциалом. Как при оральном введении, так и при нанесении на кожу бензойная кислота может вызывать реакции непереносимости - крапивницу, астму, анафилактический шок |25, 26|. В качестве возможной причины такого действия предполагают усиленное выделение гистамина, индуцируемое бензоатом |27|.

    Биохимическое поведение. Бензойная кислота хорошо всасывается в желудочно-кишечном тракте. С белками она не соединяется. Вначале бензойная кислота с АТФ образует бензоил-АТФ, а затем, подобно жирным кислотам, «активируется», давая с коферментом Абензоил-кофермент А. Последний под действием глицин-N-ацилазы образует с глицином гиппуровую кислоту (бензоилглицин), которая выделяется с мочой |16|. Меньшая часть бензойной кислоты связывается с глюкуроновой кислотой и тоже выводится с мочой |21|.

8.Законодательные аспекты применения в пищевых продуктах

    Бензойная кислота и бензоат натрия давно разрешены в большинстве стран Для консервирования многих пищевых продуктов⁹⁷.

    Предельно допустимые концентрации составляют от 0,15 до 0,25%, хотя бывают и исключения.

9.Действие на микроорганизмы

    Общие критерии действия. Антимикробное действие бензойной кислоты связывают с её влиянием на ферментную систему микроорганизмов. Так, например, у некоторых бактерий и дрожжей она угнетает ферменты, управляющие метаболизмом уксусной кислоты и окислительным фосфорилированием |28, 29|. Бензойная кислота, по-видимому, включается на разных этапах в цикл лимонной кислоты; прежде всего, она действует на дегидрогеназы α-кетоглутаровой и янтарной кислот |29|. Кроме того, бензойная кислота, вероятно, угнетает также тирозиназы |30|.

    Наряду с инактивацией ферментов бензойная кислота действует и на клеточные мембраны. Чтобы проявить действие внутри клетки микроорганизма, бензойная кислота должна проникнуть в неё, преодолев стенку. Последняя проницаема преимущественно для недиссоциированной кислоты. Это объясняет зависимость эффективности бензойной кислоты от значения рН. Антимикробное действие проявляет только недиссоциированная кислота. Из-за сравнительно высокой (6,46 ∙ 10^-5) константы диссоциации бензойная кислота может быть использована для консервирования только сильнокислых продуктов. С другой стороны, бензойная кислота снижает рН внутри клетки, что тоже ведёт к замедлению раз-вития и гибели микроорганизма |31|. Этот эффект ярче выражен у диссоцииро-ванной кислоты, чем у недиссоциированной |32|.

    Приём бензойной кислоты в малых (подпороговых) концентрациях не приводит к появлению устойчивости к ней (увеличению минимальной действующей концентрации) |33|.

    Спектр действия. Действие бензойной кислоты направлено главным образом против дрожжей и плесневых грибов, включая афлатоксинобразующие |34, 35|. Бактерии угнетаются только частично. Против молочнокислых бактерий и клостридий бензойная кислота малоэффективна. Минимальные эффективные концентрации бензойной кислоты в отношении некоторых вредных для пищевых продуктов бактерий, дрожжей и плесневых грибов приведены в табл. 20.

Таблица 20. Тормозящее действие бензойной кислоты против микроорганизмов |36, 37|

10.Области применения

    Жировые продукты. Бензойная кислота несколько десятков лет используется в качестве консерванта для маргаринов, в которых её концентрация составляет 0,08-0,15%. В жировую фазу маргарина добавляют кислоту, а в водную - бензоат натрия, причём они могут применяться как вместе, так и по отдельности. Бензойная кислота не идеальный консервант для маргаринов, так как относительно высокое значение рН маргарина⁹⁸ лежит на границе области, оптимальной для действия бензойной кислоты. Этот факт, а также не очень благоприятный коэффициент распределения между жировой и водной фазой⁹⁹ ограничивают применение бензойной кислоты в предохранении маргаринов от порчи.

    Бензойная кислота и бензоат натрия применяются как консерванты для майонезов и деликатесных продуктов, содержащих майонез. Майонез, представляющий собой эмульсию типа «масло в воде», подвержен микробной порче в большей степени, чем эмульсии обратного типа. Обычно бензоат натрия используется здесь в сочетании с сорбатом калия. Эта смесь оказывает на молочнокислые бактерии более сильное действие, чем каждый компонент в отдельности. Кроме того, из-за уменьшения содержания бензоата такая смесь меньше влияет на органолептические свойства продукта.

    Фруктовая и овощная продукция. Ранее бензойная кислота (в виде 0,1-0,2% бензоата натрия) широко использовалась для консервирования маринованных овощей. Она хорошо подходит для таких продуктов вследствие их высокой кислотности. По этой же причине, а также из-за высокого содержания приправ отрицательное влияние добавки бензоата на вкус малозаметно. Сейчас бензоаты в маринадах почти не используются; вследствие изменения запросов потребителей чаще применяют пастеризацию и сорбиновую кислоту.

    Бензойная кислота - хороший консервант и для кислой фруктовой продукции. Благодаря своей невысокой стоимости она всё ещё используется для этой Цели, хотя с ней опасность появления нежелательного привкуса существенно выше, чем с сорбиновой кислотой. Из-за плохой растворимости в воде бензойная/ кислота применяется главным образом в виде бензоата натрия. Добавив 0,1-0,13% бензоата натрия, можно защитить фруктовые пульпы от плесневения и брожения. Бензойная кислота, так же как и сорбиновая, не препятствует окислению и ферментативной порче; поэтому во фруктовых продуктах её используют в сочетании с небольшими количествами диоксида серы или других антиоксидантов.

    Напитки. Для консервирования чистых фруктовых соков справедливо всё, что было сказано по поводу фруктовых пульп. Бензойную кислоту (в виде бензоата натрия) используют главным образом в консервировании фруктовых соков, предназначенных для дальнейшей переработки. Чтобы защитить продукты от окисления, ферментативной и бактериальной порчи (молочно- и уксуснокислого брожения), бензоат натрия обычно применяют в сочетании с небольшим количеством SО₂. Для инактивации ферментов и снижения общего числа микроорганизмов продукт дополнительно пастеризуют. Концентрация бензоата натрия составляет 0,05-0,2% в зависимости от вида сока и желаемого срока хранения.

    В безалкогольных напитках бензоат натрия в концентрации 0,02% служит недорогим дополнительным фактором защиты против дрожжей. В прохладительных напитках в присутствии аскорбиновой кислоты и ионов металлов из бензоатов может образовываться незначительное количество (миллиардные доли) бензола |38-40|.

11.Прочие действия

    Бензойная кислота и её соли в консервирующих концентрациях могут вызывать в пищевых продуктах небольшое изменение вкуса.

Примечания

⁹⁵ Так у авторов. На самом деле гликозиды по определению представляют собой продукты соединения сахаров с веществами типа спиртов или фенолов, т.е. кислот не содержат.

⁹⁶ Здесь неточность. Выражение «более чувствительны» не очень уместно, так как представленные данные не сравнимы с предыдущими. Выражение «смертельная доза может составлять...» ни о чем не говорит (вспомним анафилактический шок от малых доз обычно безобидных веществ).

⁹⁷ В России бензойная кислота (Е210), бензоаты натрия (Е211), калия (Е212) и кальция (Е213) включены (в качестве консервантов) в список пищевых добавок, разрешённых к применению при производстве пищевых продуктов.

⁹⁸ По-видимому, авторы имеют в виду рН водной фазы маргарина.

⁹⁹ Это справедливо для кислоты, но не для её солей, - бензоаты практически полностью сосредоточены в водной фазе.