Лимонная кислота: польза и вред, как и из чего делают, формула в химии, применение и свойства, срок годности и хранение, выбор и состав

Состав и характеристики лимонной кислоты

Лимонная кислота — химическое вещество, относится к классу карбоновых кислот. По некоторым данным, она была открыта арабским алхимиком Джабиром ибн Хайяном. Однако достоверной информации по этому факту нет.

Внешне вещество представляет собой кристаллический белый порошок, на вкус очень кислое, запаха нет. Соли называются цитратами. Калорийность 100 грамм продукта практически нулевая — всего 1 ккал. Гликемический индекс — 15 единиц на 100 грамм.

Химические и физические свойства:

• химическая формула лимонной кислоты — (HOOCCH2)2C(OH)COOH;
• растворимость — вода, этиловый спирт;
• температура плавления — 153 °С;
• плотность — 1,6 грамма на сантиметр кубический;
• при нагревании выше 175 °С или окислении перманганатом калия дает аконитовую и щавелевую кислоты;
• в водном растворе образует связи с кальцием, магнием, железом, медью;
• образует сложные эфиры со спиртами;
• способна светиться зеленоватым светом под действием ультрафиолета.

Впервые была получена в 1784 году шведским аптекарем Карлом Шееле. Он осадил ее из лимонного сока с помощью кальция. В 1838 году была определена химическая формула лимонной кислоты. В 1860 году англичане научились получать вещество из цитрата кальция.

До начала XIX века лимонную кислоту получали из сока недозрелых лимонов. Его смешивали с негашеной известью, получался цитрат кальция. Его кристаллизировали, получалось искомое вещество. Процесс был трудоемкий, сопровождался большими затратами при маленьком выходе продукта.

В 1893 году химик Карл Вемер открыл ферментативный способ получения продукта. Он использовал пенициллиновые грибы, однако возникла проблема очистки готового продукта. Только в 1923 году фирма «Пфайзер» зарегистрировала способ получения лимонной кислоты из углеводов под действием плесневых грибов.

На сегодняшний день вещество производят методом биосинтеза. Его получают из кукурузы, маниоки, батата. Очищают продукт активированным углем. В год производится более 1,5 млн тонн вещества, из них 70 % идет на пищевую промышленность.

Виды продукта

Лимонная кислота бывает технической или пищевой. Внешне оба вида представляют собой белый кристаллический порошок.

Пищевая проходит более тщательную очистку. Расфасовывают ее в маленькие бумажные пакеты массой от 10 до 50 грамм. Техническая менее очищена и фасуется в большие пакеты.

В жидком виде продукта не бывает. Существует концентрированный лимонный сок, который разливают в небольшие бутылочки, используют с кулинарной целью.

Формула:

С6Н8О7*H2O

Лимонная кислота (пищевая добавка Е330) по ГОСТ 908-2004

CAS:

5949-29-1

Стандарт:

ГОСТ 908-2004
BP 2008

Описание:

Лимонная кислота является регулятором кислотности, антиокислителем, а также синергистом антиокислителей. Может также быть использована в качестве диспергирующей и размельчающей добавки. Обладает приятным вкусом. Растворимость в воде — 162 г / 100 мл при 25°С. Подвержена термическому распаду. Начало обугливания при 170°С. Подвержена полному биораспаду. В соответствии с европейской цифровой кодификацией пищевых добавок лимонная кислота классифицируется Е330 и входит в список пищевых добавок, разрешенных к применению в пищевых продуктах и напитках.

Упаковка:

Продукция упакована в бумажные многослойные мешки с полиэтиленовыми вкладышами, массой нетто 25 кг.

Транспортировка:

Вимол перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта.

Техника безопасности:

Может вызывать раздражение слизистых оболочек дыхательных путей, желудка, а также кожной поверхности и глаз. Соблюдайте осторожность!

Полезные свойства лимонной кислоты

В природе вещество содержится в ягодах и фруктах. Наибольшее его содержание — в цитрусовых. 100 грамм лайма содержит 7 грамм, а 100 грамм лимона — 5,6 грамма кислоты. Есть она в черной смородине, крыжовнике, малине, яблоках, ананасах.

В небольших дозировках лимонная кислота оказывает положительное воздействие на организм человека. Она является компонентом цикла Кребса — процесса энергетического обмена, происходящего в каждой клетке. Употребление в пищу цитрусовых и ягод стимулирует метаболизм.

Положительное влияние на организм:

• улучшение пищеварения;
• выработка желчи;
• выведение токсинов;
• мягкое слабительное и мочегонное действие;
• укрепление стенок сосудов;
• регуляция уровня глюкозы в крови;
• противовоспалительное и антисептическое действие;
• участие в синтезах коллагена и глюкозамина, важных для здоровья суставов;
• поддержание крепкого иммунитета;
• улучшение состояния кожи и волос.

Лимонная кислота полезна при внутреннем и наружном применении.

Полезен продукт пожилым людям. Он дольше сохраняет эластичность суставных связок, препятствует развитию артрита. Предотвращает развитие варикозной болезни, образование тромбов. Способствует сохранению остроты зрения.

Для организма полезнее употребление лимона и других цитрусовых, чем концентрированного химического вещества. Фрукты и ягоды лучше усваиваются, содержат дополнительные полезные компоненты. Их практически невозможно передозировать.

С бытовой целью или в косметологии лучше употреблять именно пищевую добавку. Натуральный сок лимона не оказывает такого чистящего действия, как раствор синтезированной лимонной кислоты.

К просмотру передача о свойствах продукта:

Физические свойства

Кристаллы лимонной кислоты под микроскопом между скрещённых поляроидов. Радужные цвета обусловлены разным вращением плоскости поляризации света для различных длин волн. Увеличение 200х.

Лимонная кислота представляет собой кристаллическое вещество без цвета и запаха, имеющее сильный кислый вкус. Ниже 36,6 °С она кристаллизуется из водного раствора в виде моногидрата, который имеет плотность 1,542 г/см3 и плавится при 100 °С. Его кристаллы имеют орторомбическую сингонию. Безводная лимонная кислота имеет относительную плотность 1,665 г/см3 и плавится при 153 °С.

Моногидрат кристаллизуется в моноклинной сингонии. Перевести моногидрат в безводную форму можно в вакууме в присутствии серной кислоты. В безводном виде гигроскопична и поглощает влагу из воздуха [4] .

Химические свойства

При нагревании выше 175 °C лимонная кислота переходит в аконитовую кислоту, а при сухой перегонке отщепляется вода и декарбоксилируется, одновременно образуя ацетон, и даёт ангидриды итаконовой и цитраконовой кислот. Окисление перманганатом калия при 35 °С приводит к ацетондикарбоновой кислоте, а при 85 °С — к щавелевой кислоте. При плавлении с гидроксидом калия лимонная кислота образует щавелевую кислоту и уксусную кислоту [5] .

Концентрация ионов при электролитической диссоциации водных растворов лимонной кислоты при разных pH. A — остаток молекулы кислоты.
AH3{displaystyle AH_{3}}
— недиссоциированная молекула;
AH2−{displaystyle AH_{2}^{-}}
— однозарядный ион;
AH2−{displaystyle AH^{2-}}
— двухзарядный ион;
A3−{displaystyle A^{3-}}
— трёхзарядный ион.

Лимонная кислота является слабой трёхосновной кислотой, образует три ряда солей, в растворе подвергается многоступенчатой электролитической диссоциации. Константы диссоциации (в воде при 18 °C) равны:

К1 = 8,2⋅10−4;K2 = 1,8⋅10−5;K3 = 4,0⋅10−6 [4] .

В водном растворе лимонная кислота образует хелатные комплексы с ионами кальция, магния, меди, железа и другими. Иногда в комплексообразовании участвует не одна молекула лимонной кислоты  .

Лимонная кислота образует сложные эфиры со спиртами в присутствии обычных кислотных катализаторов (серная кислота, -толуолсульфокислотапара , ионообменные смолы) либо без катализатора (с высококипящими спиртами). Некоторые эфиры, например, Триметилцитрат, триэтилцитрат и трибутилцитрат используются в качестве пластификаторов. С двухатомными и многоатомными спиртами лимонная кислота образует полиэфиры  .

Гидроксильная группа лимонной кислоты при обработке хлорангидридами органических кислот и ангидридами кислот может участвовать в образовании сложных эфиров, а также взаимодействует с эпоксидами .

Получение

В промышленности

С середины 1800-х гг. лимонную кислоту получали исключительно из сока недозревших лимонов, смешивая его с негашёной известью и осаждая таким образом плохорастворимый цитрат кальция. Обработка цитрата кальция серной кислотой приводит к образованию осадка сульфата кальция, а из надосадочной жидкости кристаллизацией выделяли лимонную кислоту. Выход такого процесса составлял 2—3 масс. % от сухой массы фруктов [6] . В литературе упоминается, что лимонную кислоту в виде кальциевой соли развозили из Сицилии и Южной Италии к местам потребления (преимущественно в Англию, Францию и США), а саму кислоту выделяли уже на месте  .

В 1893 году был обнаружен первый ферментативный метод получения лимонной кислоты: немецкий химик и миколог Карл Вемер использовал для этого плесневые грибы рода пеницилл. Однако внедрить метод в промышленность не удавалось из-за проблем с очисткой продукта. Успех был достигнут лишь в 1919 году, когда ферментативный процесс был организован в Бельгии. Перевес в пользу ферментативного получения произошёл после Первой мировой войны, когда возникли проблемы с поставкой лимонной кислоты из Италии, а мировые потребности всё более нарастали. В 1923 году фирма Пфайзер коммерциализировала открытый ранее Джеймсом Карри и Чарлзом Том процесс превращения углеводов в лимонную кислоту под действием плесневых грибов вида Aspergillus niger в присутствии небольшого количества неорганических солей  .

По состоянию на начало ХХІ в. весь объём промышленной лимонной кислоты производится биосинтезом. В качестве сырья используют гидролизат кукурузы (в Северной и Южной Америке и Европе), гидролизат маниока, батата и кукурузы (в Азии), кристаллическую сахарозу (в Южной Америке) и мелассу (в Азии и Европе). В некоторых случаях лимонную кислоту получают из сельскохозяйственных отходов .

Этот процесс используется с 1930-х гг. Теоретически, из 100 кг сахарозы можно получить 123 кг моногидрата лимонной кислоты либо 112 кг безводной лимонной кислоты. Фактически выход ниже так как грибки потребляют часть сахарозы для собственного роста и дыхания. Реальный выход составляет от 60 до 85 % от теоретического. Ферментативный процесс можно проводить в трёх типах:

• твердофазная ферментация;
• поверхностная ферментация;
• глубинная ферментация  .

При твердофазной ферментации сырьё помещается в желоба́ и смачивается водой. При необходимости в воду добавляют питательные вещества, и затем туда помещают грибковую культуру. После окончания процесса лимонную кислоту вымывают водой, выделяют из раствора и очищают.

Поверхностную ферментацию проводят на специальных лотках, куда помещают субстрат и некоторые неорганические питательные вещества. pH среды регулируют в диапазоне 3—7 pH в зависимости от вида субстрата, затем проводят стерилизацию и устанавливают необходимую температуру. Затем на лотки наносят культуру грибков, которые размножается и покрывает всю поверхность субстрата, после чего начинается образование лимонной кислоты. По окончании процесса из жидкости выделяют лимонную кислоту.

Глубинная ферментация проводится в больших ёмкостях в два этапа. Сначала 10 % субстрата ферментируют в течение 1 дня в качестве затравки, после чего смесь добавляют в основную массу и ферментируют в течение 3—7 дней. Процесс проводится при постоянной продувки жидкости воздухом с помощью компрессора  .

После ферментации жидкость фильтруют через мембрану и отделяют лимонную кислоту от белков и остаточных углеводов негашёной известью, экстракцией или хроматографией. По первому, наиболее распространённому способу, лимонная кислота осаждается в виде кальциевой соли, которую затем обрабатывают серной кислотой, получая нерастворимый гипс и раствор очищенной лимонной кислоты. Второй способ основан на использовании специфичного растворителя, в котором лимонная кислота растворяется лучше, чем примеси.

Хроматографическая очистка основана на использовании анионитов: лимонная кислота сорбируется на носителе, а затем вымывается из сорбента разбавленной серной кислотой  .

После выделения проводят очистку. Для этого загрязнённую лимонную кислоту обрабатывают активированным углём для удаления окрашенных примесей, пропускают через слой ионообменных смол для удаления растворимых солей, фильтруют от нерастворимых примесей и кристаллизуют  .

В 2012 году мировой объём производства лимонной кислоты составил приблизительно 1,6 млн тонн, из них примерно 0,8—0,9 млн тонн произведено в Китае. Около 70 % от общего производства используется в пищевой промышленности  .

Лабораторный синтез

В классический лабораторном синтезе лимонной кислоты в качестве исходного вещества применяют ацетон, который бромируют по метильным группам, затем производят реакцию с циановодородом и гидролизуют  .

Полный синтез

Впервые лимонную кислоту химическим синтезом получили Гримо (Grimaux) и Адам (Adam) в 1880 году. Исходным соединением в этом синтезе послужил глицерин. Первичные гидроксильные группы молекулы глицерина сначала замещали на атомы хлора, а затем на нитрильные группы, которые при гидролизе давали концевые карбоксильные группы. Вторичную же гидроксильную группу окисляли до кетогруппы, к которой затем присоединяли циановодород; полученный циангидрин также при гидролизе давал карбоксильную группу [10] .

Другой подход был предложен в 1890 году. Он был основан на превращении ацетоуксусного эфира, который хлорировали, как предполагалось, по концевому α-положению, затем вводили в то же положение нитрильную группу, которую в итоге гидролизовали до карбоксильной группы. На последней стадии создавали заместители при атоме С2, получая циангидрин и гидролизуя его в кислой среде. Схема этого полного синтеза была подвергнута сомнению: некоторые химики, например, Шарль Прево, высказали предположение, что хлорируется не концевое α-положение ацетоуксусного эфира, а среднее, из-за чего образуется не сама лимонная кислота, а её изомер. Дискуссия, как предполагается, возникла из-за того, что в конце XIX в. ещё не существовало спектроскопических методов, которые позволили бы заметить эту разницу [11] .

В 1891 году лимонную кислоту получили присоединением синильной кислоты к моноэтиловому эфиру ацетондикарбоновой кислоты с последующим гидролизом. Правда, само исходное вещество было изначально получено из лимонной кислоты [12] .

В 1897 году был предложен подход к синтезу лимонной кислоты, основанный на недавно открытой реакции Реформатского (1895). Согласно этому методу, в реакцию вводились этилбромацетат и диэтилоксалоацетат в присутствии цинка [13] .

Из более поздних подходов можно отметить предложенное в 1973 году превращение щавелевоуксусной кислоты, которая при самоконденсации с декарбоксилированием давала цитроилмуравьиную кислоту. Последнюю затем в присутствии пероксида водорода или -бутилгидропероксидатрет превращали в лимонную кислоту [14] [15] .

В 1980 году лимонную кислоту получили по реакции конденсации 3-метилбутен-3-ола-1 и формальдегида с последующим окислением полученного продукта диоксидом азота [16] [15] .

Нахождение в природе

Лимонная кислота содержится в различных фруктах, в большом количестве — в цитрусовых (примерно до 5 % в плодах и до 9 % в соке). В 100 г лайма содержится 7 г лимонной кислоты; лимона — 5,6 г; малины — 2,5 г; чёрной смородины — 1,2 г; помидоров — 1,0 г; ананаса и клубники — 0,6 г; клюквы — 0,2 г; яблока — 14 мг .

Лимонная кислота участвует в цикле трикарбоновых кислот — основном процессе дыхания клетки, поэтому в некоторой заметной концентрации она содержится в организме всех животных и растениях  .

Информация для беременных и кормящих мам

Лимонная кислота не противопоказана к употреблению беременными женщинами. Небольшие дозы продукта поддерживают иммунитет, защищают от простудных заболеваний. Свойство укреплять сосудистую стенку препятствует образованию отеков. Уменьшаются проявления токсикоза.

Кормящим мамам лимонная кислота поможет усилить выработку молока. Она улучшает пищеварение малыша, препятствует возникновению колик.

Для детей продукт безопасен, он входит в состав детского питания. Однако в чистом виде давать его малышам не рекомендуется.

Противопоказания лимонной кислоты

В 70-х годах XX века в Западной Европе бытовало мнение, что лимонная кислота приносит много вреда для здоровья, ее называли сильным канцерогеном.

Однако американская FDA, служба по контролю за лекарствами и продуктами питания, признает лимонную кислоту абсолютно безопасной при пищевом применении в рекомендованных дозах.

Употребление внутрь продукта в большом количестве вызывает кашель, боль в животе и рвоту, связанные с раздражением слизистой желудка. Однако токсического действия на организм лимонная кислота не оказывает.

Попадание сухого вещества на кожу вызывает легкое раздражение, при смачивании водой возможен контактный дерматит. Попадание в глаза вызывает сильное раздражение, слезотечение.

Противопоказания:

• стоматит;
• воспаление пищевода;
• гастрит с повышенной кислотностью;
• язва желудка;
• чувствительная зубная эмаль.

Передозировка не приводит к летальному исходу, однако сопровождается сильными болями в животе. У человека с язвой может открыться желудочное кровотечение.

Применение лимонной кислоты

Лимонная кислота и ее соли используются в пищевой промышленности как вкусовая добавка, консервант и регулятор кислотности. Ее применяют в медицине как средство, улучшающее энергетический обмен. Применяется как буферный раствор при создании косметических средств.

В строительной промышленности вещество добавляют в гипсовые и бетонные смеси с целью замедления их схватывания. Используется при бурении нефтяных скважин как кислотостабилизирующий раствор.

В кулинарии

• Лимонную кислоту применяют как консервант при изготовлении сыров, овощных и фруктовых заготовок. Она является основой для изготовления шипучих напитков. Антисептические свойства вещества предотвращают брожение и порчу консервации.
• Добавление порошка к тесту для выпечки придает булочкам и бисквитам приятный цитрусовый вкус. Кроме того, тесто лучше поднимается, выпечка получается более воздушной. Добавляют продукт к кремам, глазури, фруктовой прослойке для тортов.
• При изготовлении муссов, компотов, киселей вещество позволяет сохранить их яркий цвет. То же относится и к супам, например, борщу. Щепотка кристаллической массы придает ему ярко-красный цвет. Во время приготовления пищи кислоту можно заменить лимонным соком, при консервировании — уксусом.
• Так как лимонная кислота способна снижать уровень сахара в крови, ее употребление полезно диабетикам. Продукт добавляют в первые и вторые блюда, чай. Рекомендуемая доза — 2 г в сутки. При этом следует регулярно контролировать уровень сахара в крови, чтобы не допустить его резкого снижения.

Сделать лимонную кислоту самостоятельно в домашних условиях возможно, но этот процесс занимает много времени. Из 2–3 кг лимонов выжимают сок. Ставят его на водяную баню и выпаривают. На дне емкости остается налет из мелких белых кристаллов — это и есть искомый продукт. Проще и дешевле приобрести его в магазине.

В быту

В быту лимонная кислота используется как чистящее средство. Она входит в состав многих средств бытовой химии, также их можно сделать самостоятельно.

Полезные советы по бытовому применению продукта:

• чистка стиральной машины — в отделение для порошка засыпать 60 грамм продукта, выставить самый длинный цикл стирки при температуре 50–60 °С;
• чистка чайника от накипи — заполнить его холодной водой, всыпать ложку порошка, вскипятить, затем тщательно промыть;
• чистка утюга — растворить в стакане воды ложку порошка, влить раствор в емкость для воды в утюге, включить на максимальную температуру, выпустить пар;
• чистка серебряных изделий — погрузить их в подкисленную воду на полчаса, затем тщательно протереть сухой тканью;
• удаление ржавчины — 25 грамм порошка развести в литре горячей воды, обработать заржавевшие предметы.

Слабым раствором лимонной кислоты протирают столы на кухне, холодильник. Это позволяет удалить грязь, а также устраняет бактерии и плесень. Щепотка порошка, добавленная в вазу с цветами, дольше сохраняет их свежесть.

Смотрите видеоролики о том, как применяют продукт:

В косметологии

Лимонная кислота помогает придерживаться диеты, снижать вес. Щепотку порошка растворяют в литре воды, выпивают между приемами пищи. Средство регулирует аппетит, помогает съедать меньше пищи за один прием.

С помощью порошка проводят очищение кожи лица:

• смыть макияж, протереть кожу подкисленной водой;
• обработать лицо косметическим маслом;
• нанести на кожу раствор порошка лимонной кислоты в соотношении 1:1;
• через две минуты смыть большим количеством воды, смазать питательным кремом.

Процедура очищает поры, регулирует работу сальных желез, осветляет веснушки и пигментные пятна. Повторять ее следует раз в неделю. Нежелательно делать летом.

Ополаскивание волос подкисленной водой избавляет от перхоти, делает пряди менее жирными у корней. Волосы становятся гладкими и блестящими, хорошо расчесываются.

К просмотру видео, как делать средство для волос:

Влияние на здоровье

В конце 1970-х годов в Западной Европе получила распространение мистификация, известная как «вильжюифский список», в котором лимонная кислота была названа сильным канцерогеном  . В действительности же, при пищевом применении лимонная кислота считается безопасной добавкой.

Согласно европейскому законодательству, лимонную кислоту можно использовать в GMP без ограничений. Американская FDA определяет лимонную кислоту как GRAS (англ. generally recognized as safe и признаётся безопасной .

Сухая лимонная кислота и её концентрированные растворы при попадании в глаза вызывают сильное раздражение, при контакте с кожей возможно слабое раздражение. При единовременном употреблении внутрь больших количеств лимонной кислоты возможны раздражение слизистой оболочки желудка, кашель, боль, кровавая рвота. При вдыхании пыли сухой лимонной кислоты — раздражение дыхательных путей  .

Производство лимонной кислоты

Выделяют глубинный и поверхностный способы производства лимонной кислоты. Глубинный применяют на предприятиях, мощность которых позволяет освоить не менее 2 500 тонн кислоты в год. Это наиболее эффективно, так как продолжительность всего процесса занимает меньше времени и позволяет снизить себестоимость продукции. Поверхностный способ применяют только на небольших предприятиях, где мощность не такая большая.

Производство лимонной кислоты – довольно сложный процесс, в котором задействуется качественное современное оборудование, а также предусматривается серьезный контроль за асептичностью во время процесса.

Качество произведенной кислоты проверяется в соответствии с ГОСТ. Лимонная кислота производится в виде бесцветных кристаллов (или белого порошка), она не должна содержать комков. Изготовление лимонной кислоты 1 сорта подразумевает вероятность присутствия в ней желтого оттенка. Вкус должен быть кислый и без лишних привкусов. Продукт должен быть сухим и сыпучим на ощупь, без всевозможных примесей.

Как правильно выбрать и хранить кислоту

Продается лимонная кислота в небольших бумажных пакетах, стоимость 20–30 рублей за 10 грамм. При покупке следует проверить, не слиплись ли кристаллики в комок. Качественный продукт должен быть сыпучим.

Хранить следует в герметичной стеклянной или керамической емкости, не допуская попадания света и влаги. Срок годности составляет 2 года. Однако при правильном хранении продукт не теряет полезных свойств на протяжении десятков лет.

Лимонная кислота — универсальное средство, которое пригодится и на кухне, и в быту, и для ухода за собой. Имеет минимум противопоказаний, разрешена к употреблению беременными и кормящими.

Условия хранения лимонной кислоты

Хранят лимонную кислоту в сухом, хорошо проветриваемом помещении. Так, после производства кислоту необходимо доставить в закрытые складские помещения и расположить на деревянных полках (поддонах). Очень важно, чтобы влажность не превышала отметку в 70%. Обработка лимонной кислоты подразумевает периодическое встряхивание и переворачивание упаковки, в которой она находится, чтобы предотвратить возникновение комков. Изготовитель будет гарантировать качество продукции только тогда, когда потребитель будет соблюдать надлежащие условия транспортировки и, конечно же, хранения. Хранение лимонной кислоты по срокам может достигать: в фасовке в крупные мешки из пленки — не больше двух лет с момента производства, а в мелкой упаковке для реализации в розницу — не больше года.

Действующее вещество:

Лимонная кислота (Citric Acid)

Фармакологическая группа

Вспомогательные вещества, реактивы и полупродукты

Условия хранения препарата Лимонной кислоты моногидрат

При температуре не выше 25 °C, в герметичной упаковке.

Хранить в недоступном для детей месте.

Срок годности препарата Лимонной кислоты моногидрат

2 года.

Не применять по истечении срока годности, указанного на упаковке.