Kwas sorbowy jest nienasyconym kwasem karboksylowym o dwóch wiązaniach podwójnych. Wiązania te znajdują się przy 2. i 4. węglu w łańcuchu, stąd jego chemiczna nazwa kwas 2,4-heksadienowy.
Kwas sorbowy występuje w postaci białego proszku lub bezbarwnych igieł. Posiada charakterystyczny zapach, a jego barwa po ogrzewaniu przez 90 minut w temp. 105 °C nie ulega zmianie. Dodatkowo kwas sorbowy jest słabo rozpuszczalny w wodzie, ale dobrze rozpuszczalny w tłuszczu.
Jego nazwa pochodzi od łacińskiej nazwy jarzębiny tj. Sorbus aucuparia, w której owocach występuje naturalnie. Pozyskiwanie kwasu 2,4-heksadienowego na drodze ekstrakcji z owoców jarzębiny przy obecnym zapotrzebowaniu w różnych gałęziach przemysłu byłoby nieopłacalne i niewystarczające. Dlatego współcześnie pozyskuje się go syntetycznie w warunkach laboratoryjnych.
Kwas sorbowy – gdzie się go wykorzystuje
Kwas sorbowy znalazł zastosowanie jako dodatek do żywności, dlatego posiada swój numer E200. Jednak jego cierpki smak i słaba rozpuszczalność w wodzie sprawiła, że do konserwowania żywności zaczęto stosować sole tego kwasu: sorbinian potasu (E202), który znacznie lepiej rozpuszcza się w wodzie, a także sorbinian wapnia (E203).
Jednak sorbinian wapnia zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (UE) 2018/98 z dnia 22 stycznia 2018 r. został wyłączony z grupy unijnych dopuszczonych dodatków do żywności. Powodem usunięcia z listy był brak badań dotyczących wpływu sorbinianu wapnia na DNA.
Właściwości kwasu sorbowego
Sorbinian potasu poza dobrą rozpuszczalnością w wodzie, swoje duże zastosowanie zawdzięcza także grupie karboksylowej i wiązaniom podwójnym, które są reaktywne. Dzięki temu związek ten wykazuje silne działanie przeciwbakteryjne, wpływając na jakość i bezpieczeństwo produktu. Dodatkowymi zaletami sorbinianu potasu jest także wysoka stabilność i łatwość użycia (Zamani, 2017).
Sorbiniany hamują rozwój pleśni i grzybów, powodując zmiany w ich błonie komórkowej. Zmieniają jej morfologię, integralność i funkcje. Dodatkowo blokują czynności transportowe i aktywność metaboliczną mikroorganizmów. Gatunki drożdży hamowane przez sorbiniany obejmują Brettanomyces, Candida, Cryptococcus, Saccharomyces, Zygosaccharomyces i Debaromyces. Natomiast gatunki pleśni obejmują Alternaria, Aspergillus, Cladosporium, Penicillium i Fusarium (Everis, Betts, 2019).
Udowodniony jest także wpływ sorbinianów na rozwój bakterii m.in. Enterobacter, Bacillus, Campylobacter i Clostridium. Działanie hamujące rozwój wybranych typów bakterii zachodzi w wyniku dyfuzji niezdysocjowanego kwasu organicznego, w tym wypadku kwasu sorbowego przez ścianę komórkową bakterii. Po biernej dyfuzji kwasy dysocjują i obniżają wewnętrzne pH bakterii, co prowadzi do osłabienia lub zatrzymania rozwoju bakterii. Dodatkowo anionowa część kwasów organicznych w postaci zdysocjowanej, gromadzi się w bakteriach i zakłóca wiele funkcji metabolicznych. Prowadzi w ten sposób do wzrostu ciśnienia osmotycznego, który jest niezgodny z przeżywalnością bakterii (Mastromatteo i wsp., 2014).
Sorbiniany mają selektywne działanie przeciwbakteryjne; są bardziej skuteczne przeciwko organizmom dodatnim względem katalazy niż ujemnym względem katalazy oraz bardziej efektywne względem organizmów tlenowych niż beztlenowych. (Sofos, Busta, 1983, za: Everis, Betts, 2019) To oznacza, że są niezwykle przydatne w konserwowaniu sfermentowanej żywności. Dzieje się tak, ponieważ rozwój patogenów, takich jak S. typhimurium, Escherichia coli i gronkowce, zostanie zahamowany, ale bakterie kwasu mlekowego będą nadal mogły rosnąć. (Everis, Betts, 2019)
Hamowanie rozwoju pleśni
W obecności kwasu sorbowego udowodniono także hamowanie tworzenia się mykotoksyn. Jednak mechanizm hamowania lub opóźnienia wzrostu przez sorbiniany zależy od drobnoustroju. Ważny jego: typ, gatunek, szczep, właściwości podłoża i czynniki środowiskowe. Spośród wszystkich właściwości kwasu sorbowego i jego soli najważniejsza jest inhibicja rozwoju drożdży i pleśni. Jest ona znacznie skuteczniejsza niż hamowanie rozwoju bakterii (Everis, Betts, 2019).
Od czego zależy skuteczność kwasu sorbowego?
Działanie kwasu sorbowego i jego soli zależy od kilku czynników. Szczególny wpływ na aktywność tych substancji ma pH środowiska. Niskie pH znacznie zwiększa właściwości konserwujące sorbinianów. Zatem zgodnie z zasadą, im wyższe pH, tym działanie sorbinianów ulega zmniejszeniu (Wang i wsp., 2018).
Wpływ na działanie i stabilność substancji konserwujących E200 i E202 ma także aktywność wody, stężenie mikrobiologiczne, skład produktu (kwasy organiczne, białka oraz inne dodatki np. kwas askorbinowy w obecności soli żelaza itp.), temperatura przechowywania i opakowanie (EFSA,2019).
Aktywność sorbinianów może także zależeć od innych substancji konserwujących zawartych w produkcie. Przykładowo połączenie sorbinianu potasu (E 202) i benzoesanu wraz z kwasem propionowym jest bardziej skuteczne do zapobiegania wzrostu i rozwoju pleśni w serze niż zastosowanie ich osobno (Zamani, 2017).
Zastosowanie kwasu sorbinowego
Dzięki hamowaniu lub całkowitemu blokowaniu procesów metabolicznych, zachodzących w komórkach drobnoustrojów, kwas sorbowy i jego sole (współcześnie tylko sorbinian potasu) znalazły zastosowanie jako substancje konserwujące. Konserwanty zapobiegają powstawaniu niekorzystnych zmian w produktach spożywczych i kosmetycznych, przedłużając okres przydatności do spożycia i zastosowania.
Obecnie, według Europejskiego Czasopisma Nauk Farmaceutycznych, sorbiniany stanowią trzecią co do wielkości grupę przeciwbakteryjnych środków konserwujących w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Wyprzedzają je parabeny i benzoesany, których jednak bezpieczeństwo jest kwestionowane w ostatnich publikacjach. W tym wypadku wspomniana wcześniej zależność między aktywnością działania sorbinianów a pH środowiska stanowi wadę. Ich działanie przeciwbakteryjne jest znacznie ograniczone w środowisku zasadowym (Nemesa i wsp.,2020).
Kwas 2,4-heksadienowy i sorbinian potasu znajdują szerokie zastosowanie jako przeciwbakteryjne środki konserwujące w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym. Substancje te używane są również do tworzenia opakowań przeciwbakteryjnych, dając możliwość przedłużenia trwałości produktu.
Kwas sorbowy w przemyśle spożywczym
W przemyśle spożywczym kwas sorbinowy i sorbinian potasu są stosowane do konserwowania serów, wyrobów piekarniczych, produktów na bazie warzyw (pikle, oliwki, świeże sałatki), produktów na bazie owoców (suszone owoce, soki owocowe), napojów i innych produktów, takich jak wędzone ryby, margaryna i majonezy.
Przykładowo w wyrobach cukierniczych dodaje się je tam, gdzie trwałość mikrobiologiczna wyrobów ciastkarskich jest niewystarczająca. Substancje te działają jak inhibitory pleśni, zmieniając aktywność wody w produkcie. Ilość substancji konserwującej będzie się różnić w zależności od wymagań dotyczących okresu przechowywania, przy czym górne limity są kontrolowane przez ustawodawstwo. W praktyce wysoki poziom dodatku doprowadzi do zmian w smaku produktu, co może sprawić, że produkt będzie nie do przyjęcia dla konsumentów. (Cauvain, 2003)
Wykorzystanie w przemyśle kosmetycznym
Jeśli chodzi o przemysł kosmetyczny sorbinian potasu można znaleźć w żelach pod prysznic, żelach do higieny intymnej, pastach do zębów, mydłach w płynie i kremach. Znajduje zastosowanie także w produktach przeznaczonych do makijażu twarzy i oczu, takich jak tusze do rzęs czy cienie do powiek.
Regulacje prawne
Jeśli chodzi o przemysł spożywczy, to stosowanie dodatków do żywności jest regulowane rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1333/2008 w sprawie dodatków do żywności. Natomiast w Rozporządzeniu komisji (UE) NR 1129/2011 znajduje się spis produktów żywnościowych, do których może być używany kwas sorbowy i sorbinian potasu. W rozporządzeniu tym zamieszczone są również maksymalne dawki możliwe do stosowania w poszczególnych produktach żywnościowych. Zgodnie z obecnymi przepisami europejskimi kwas sorbinowy i sorbinian potasu jako dodatki do żywności mogą być stosowane w ilości od 20 mg do 6000 mg.
Kwas sorbowy – maksymalne poziomy w produktach
Poniższa tabelka przedstawia przykładowe produkty wraz z maksymalnymi dopuszczalnymi dawkami. Obrazuje także szerokie zastosowanie kwasu sorbowego i sorbinianu potasu w przemyśle spożywczym.
Kwas sorbowy i jego szkodliwość
Dopuszczalne dzienne dawki kwasu sorbowego ADI różnią się w zależności od kraju. W Unii Europejskiej od roku 1996 dawka ta wynosiła 25 mg/kg masy ciała/na dzień i przyznana była przez Komitet Naukowy ds. Żywności (SCF).
W czerwcu 2015 r. po przeprowadzeniu nowych badań EFSA zrewidował tę normę do tymczasowego dopuszczalnego dziennego spożycia równego 3 mg/kg masy ciała/dzień. Jednak Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności stwierdził, że to tymczasowe ADI dla kwasu sorbowego (E 200) i sorbinianu potasu (E 202) zostało w jednym państwie przekroczone przy wysokim spożyciu w przypadku grup populacji małych dzieci. Dlatego zlecono przeprowadzenie podmiotom gospodarczym dalszych badań odnośnie do toksyczności kwasu sorbowego i sorbinianu potasu. Po otrzymaniu wyników badań Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności ustalił 1 marca 2019 r. obecne ADI dla grupy, wyrażone jako 11 mg/kg masy ciała na dzień dla kwasu sorbowego (E 200) i sorbinianu potasu (E 202) (Rozporządzenie Komisji (UE) 2020/268, 2020).
Powszechnie uważa się, że sorbiniany są bezpieczne i nieszkodliwe dla człowieka. Kwas sorbowy jako nienasycony kwas tłuszczowy bierze udział w normalnym metabolizmie tłuszczów w organizmie, czyli jest utleniany do dwutlenku węgla i wody. Natomiast sorbinian potasu rozkłada się w jelicie cienkim na jony potasu i sorbinianu. Oczekuje się, że jony potasu wchodzą w normalne procesy homeostatyczne, w związku z tym sorbinian potasu powinien być biodostępny i wchłaniany w taki sam sposób jak kwas sorbowy. Dodatkowo obie substancje nie kumulują się w organizmie.
Badania nad bezpieczeństwem
Pierwsze badania toksyczności przeprowadzone na szczurach i myszach nie wykazały żadnych niepożądanych skutków działania kwasu sorbinowego w badanych stężeniach (do 9200 mg/kg masy ciała dziennie u szczurów). Kwas sorbinowy i sorbinian potasu ponadto badano w testach genotoksyczności in vitro i in vivo, z których stwierdzono, że nie ma dowodów na działanie genotoksyczne tych substancji.
Dodatkowe badania przeprowadzone na prośbę Komisji Europejskiej po opublikowaniu opinii ANS EFSA z 2015 r dotyczącej stabilności sorbinianów w żywności wykazały, że nawet przy najwyższej badanej dawce sorbinianów nie zaobserwowano żadnego wpływu na cykle estrogenowe, analizy nasienia, zdolność kojarzenia, płodność, długość ciąży i wskaźnik ciążowy. Nie zaobserwowano także żadnych wyników histopatologicznych ani zmian masy tarczycy. Zmiany zauważono jedynie przy najwyższej stosowanej dawce, gdzie zaobserwowano wzrost masy wątroby i zmniejszenie masy jajników i macicy (EFSA, 2019).
Jednak nie wszystkie profile danych dotyczące toksyczności i zgodności biologicznej są kompletne. Przeprowadzono także badania na 20 dzieciach (dzieci otrzymywały majonez zawierający sorbinian potasu) u 18 wystąpiła pokrzywka około ustna co uznano za kontaktowe zapalenie skóry wywołane sorbinianami w jelicie grubym. Natomiast przeprowadzone badania nie wykazały żadnych alergii pokarmowych.
Jeśli chodzi o interakcję kwasu sorbowego z innymi składnikami, to szkodliwość mutagenna została wykazana tylko w interakcji kwasu sorbinowego z azotynami i kwasem askorbinowym w obecności soli żelaza. Jednak uznano, że produkty tej reakcji powstają tylko w optymalnych warunkach laboratoryjnych.
Podsumowanie
Podsumowując kwas sorbowy i jego sól sorbinian potasu na przestrzeni lat zyskały bardzo duże zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki. Dzięki swoim właściwościom zapewniają bezpieczeństwo i wysoką jakość produktu, chroniąc przed wzrostem mikroorganizmów patogennych. Działając hamująco na rozwój pleśni, grzybów, a także blokując rozwój wybranych szczepów bakterii, umożliwiają przedłużenie trwałości żywności i kosmetyków. Dodatkowo wiele przeprowadzonych badań i danych pokazuje, że sorbiniany nie wykazują poważnej toksyczności i jeśli nie są przekraczane stężenia regulacyjne, zagrożenie dla zdrowia ludzi jest minimalne.
Bibliografia
- S.P. Cauvain.(2003). Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (Second Edition). CAKES.Nature of Cakes.Elsevier. Pages 751-756
- D. Nemesa, R. Kovács, F. Nagy, Z. Tóth, P. Herczegh, A. Borbás, V. Kelemen, W.P.Pfliegler, I. Rebenku, P. B.Hajdu, P. Fehér, Z. Ujhelyi, F. Fenyvesi, J. Váradia, M. Vecsernyésa, I. Bácskaya.(2020). Comparative biocompatibility and antimicrobial studies of sorbic acid derivates. European Journal of Pharmaceutical Sciences, Elsevier
- M. Mastromatteo, D. Gammariello, C. Costa, A. Lucera, A. Conte,M. A. Del Nobile.(2014) Encyclopedia of Food Microbiology (Second Edition). CHILLED STORAGE OF FOODS.Food Packaging with Antimicrobial Properties.Esevier; Pages 432-436
- J. Wang, M. Ma, J. Yang, L. Chen, P. Yu, J. Wang, D. Gong, S. Deng, X. Wen, Z. Zeng. (2018) In vitro antibacterial activity and mechanism of monocaprylin against escherichia coli and staphylococcus aureus. J. Food Prot., 81
- EFSA Panel on Food Additives and Flavourings (FAF). (2019). Opinion on the follow-up of the re-evaluatio n of sorbic acid (E200) and potassium sorbate (E202) as food additives. The EFSA Journal . 2019;17(3):5625
- L. Kathleen Everis,G. Betts. (2019). Reducing Salt in Foods. Microbial issues in salt reduction. 6.3.4.1 Sorbate.Elsevier. Pages 129-155
- ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) 2020/268 z 26.02.2020 r. Dz.U.UE.L.2020.56.
- EFSA Panel of Food Additives and Nutrient Sources added to Food (ANS). (2015) Scientific Opinion on te re-evaluation of sorbid acid(E 200), potassium sorbate (E 202) and calcium sorbate (E 203) as food additives. The EFSA Journal 2015;13(6):4144
- F.Zamani Mazdeh ,S.Sasanfar,A.Chalipour,E. Pirhadi,G. Yahyapour,A. Mohammadi,A. Rostami,M.Amini,M. Hajimahmoodi.(2017) Simultaneous Determination of Preservatives in Dairy Products by HPLC and Chemometric Analysis. Hindawi,International Journal of Analytical Chemistry
