Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН установили строение ряда пищевых добавок в твердом состоянии, что позволило оценить безопасность их использования при повышенных температурах и на свету. Выяснилось, что кристаллы сорбата калия (Е202), сорбата кальция (Е203) и сорбата натрия (Е201) устойчивы к нагреванию и УФ-облучению, а следовательно, безопасны как консервирующие агенты и неприхотливы в хранении. Результаты работы, поддержанной Российским научным фондом (№ 23-23-00208), опубликованы в журнале Crystal Growth & Design.
Кристаллы сорбата калия до и после фазового перехода, окраска меняется за счет изменения толщины и интерференционной способности кристаллов. Источник: P. Kalle et al./ Crystal Growth & Design
Соли сорбиновой кислоты – сорбаты – широко используются в пищевой промышленности благодаря своим консервирующим свойствам и безопасности для человека. Эти соли добавляют в продукты - сыр, колбасу, вино, фабричные салаты, консервированные овощи и соки, чтобы подавить рост грибков, защитить от плесени и брожения. За 2023 год объем производства сорбиновой кислоты в мире достиг 150 тыс. тонн. Несмотря на активное использование сорбатов, ключевые для пищевой промышленности фундаментальные свойства этих солей были изучены недостаточно – отсутствовали сведения о строении веществ в твердом состоянии (кристалле), а также об устойчивости к ультрафиолету и нагреванию, что напрямую влияет на качество и сохранность консервируемого продукта в нестабильных условиях.
Химикам из ИОНХ РАН удалось получить кристаллы пищевых добавок и с помощью рентгеновских методов охарактеризовать их кристаллическую структуру, а затем связать их поведение при облучении ультрафиолетом и нагревании со строением кристалла.
Графическая интерпретация исследования. Источник: P. Kalle et al./ Crystal Growth & Design
Работу прокомментировала один из авторов статьи, младший научный сотрудник Лаборатории кристаллохимии и рентгеноструктурного анализа ИОНХ РАН Паулина Калле:
«Известно, что консервант сорбат калия при небольшом нагревании (160°С) претерпевает некое превращение с поглощением тепла, однако подробности не изучались. Ввиду наличия в соединении реакционноспособных двойных связей есть риск, что процесс связан с химической реакцией, продукты которой могут иметь непредсказуемое влияние на здоровье человека. Мы установили с помощью рентгеновских и термических методов природу температурного фазового перехода сорбата калия. Оказалось, что превращение связано с разрывом взаимодействия калия и двойной связи кислоты, а значит, является просто структурной перестройкой (не химическим превращением) и не представляет опасности при использовании сорбата калия в качестве консерванта в пище или косметике. Интересно, что фазовый переход сопровождается резким увеличением толщины кристаллов и, следовательно, изменением их оптических свойств, например, изменяется интерференционная окраска. Это может привести к неожиданным новым применениям сорбата калия в качестве элементов переключателей или устройств памяти. Сорбаты натрия и кальция не обладают таким свойством, однако, как и сорбат калия, благодаря структурным особенностям вполне устойчивы к ультрафиолету, то есть могут довольно долгое время храниться на свету».
По словам авторов, детальное изучение строения кристаллов солей сорбиновой кислоты позволило научно подтвердить безопасность широко применяемых консервантов. При этом при нагревании кристаллов сорбата калия обнаружилось еще и новое оптическое свойство, что может быть использовано в высокоточной электронике. В дальнейшем авторы планируют создать материал на основе тонких поликристаллических пленок сорбата калия и исследовать его термические свойства для потенциального применения в термочувствительных элементах и компьютерной памяти.