Kwas sorbowy E200. Czy jest bezpieczny i do czego służy

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.

Czy konserwanty mogą być groźne dla zdrowia?

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

1. S.P. Cauvain.(2003). Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (Second Edition). CAKES.Nature of Cakes.Elsevier. Pages 751-756
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. L. Kathleen Everis,G. Betts. (2019). Reducing Salt in Foods. Microbial issues in salt reduction. 6.3.4.1 Sorbate.Elsevier. Pages 129-155
7. ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) 2020/268 z 26.02.2020 r. Dz.U.UE.L.2020.56.
8. 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
9. 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