1. Wiadomości ogólne
Zarówno w owocach i warzywach występują kwasy organiczne. W warzywach występują w postaci związanej (wyjątkiem są pomidory oraz rabarbar), zaś w owocach w formie wolnej. Hydroksykwasy (cytrynowy, jabłkowy, winowy, bursztynowy oraz szczawiowy) są głównie w owocach, nadają im charakterystyczny smak oraz powodują obniżenie pH. W warzywach kwasy występują w postaci soli (potasu, wapnia oraz sodu). Występowanie kwasów w owocach i warzywach ma swoje wady i zalety. Z jednej strony przeszkadzają rozwijaniu się drobnoustrojom, ale także ułatwiają ich utrwalanie.
Ilość kwasów organicznych jest największa, gdy mamy do czynienia z owocami niedojrzałymi, później zawartość spada (okres dojrzewania, przechowywania). Kwasowość owoców niedojrzałych wynosi 0,2%-3% (dla jabłek i gruszek wynosi 0,2-0,8%, dla owoców z pestkami 0,8-1,5%, dla jagodowych 1%-3%, dla cytrusów 5%). Kwas jabłkowy dominuje (90%) w kwaśnych, pozostałe 10% stanowi w większości kwas cytrynowy. Kwas cytrynowy w dominującej ilości występuje w jagodach, czarnych porzeczkach, czerwonych porzeczkach oraz w truskawkach. Kwasowość owoców jest większa niż kwasowość warzyw. Jedynie kwasowość rabarbaru jest wysoka (1,0-1,4%).
W warzywach dominują kwasy: jabłkowy (jabłaczan potasu) oraz cytrynowy (cytrynian potasu). Warzywa zawierają znikome ilości kwasu bursztynowego, chinowego fumarowego, izocytrynowego oraz szczawiowego. Występują także śladowe ilości kwasów: malonowego, szikimowego oraz amonitowego. W marchwi, kapuście, pomidorach kwasowość jest 10 razy niższa niż rabarbarze.
2.Charakterystyka kwasów organicznych występujących w owocach oraz warzywach
a) Kwasy występujące w dużych ilościach
Kwas jabłkowy
Największe ilości kwasu jabłkowego występują oczywiście w jabłku (około 70-100%, w zależności od odmiany). W wiśniach jest go około 70%, gruszkach około 33%, winogrona około 60%. Kwas jabłkowy nie występuje w agrest, borówkach oraz porzeczkach.
Kwas cytrynowy
Największe ilości kwasu cytrynowego (około 90-100%) występują w owocach południowych (pomarańcze, cytryny, ananasy), ale obecny jest także malinach, borówkach, jagodach, porzeczkach, agreście. Obecny jest także w warzywach (pomidory buraki cukrowe) Jest w stanie powstać z cukru, gdy są zapewnione warunki tlenowe i wyniku działania niektórych pleśni (Aspergillus).
Kwas winowy
Największe ilości kwasu winowego (około 40%) występują w winogronach. Występuje także w borówkach, porzeczkach oraz agreście (około 2%). Potwierdzone są śladowe ilości tego kwasu w burakach cukrowych.
Kwas bursztynowy
5% tego kwasu występuje w wiśniach, jagodach, burakach oraz jabłkach. Wykazuje odporność na procesy utleniania i średnio rozpuszcza się w wodzie oraz alkoholach.
b) Kwasy występujące w mniejszych ilościach:
Kwas szczawiowy
Największe ilości tego kwasu zawiera szczaw, szpinak oraz rabarbar. W mniejszych ilościach (0,01-0,06%) jest obecny w większości owoców.
Kwas mrówkowy
Największe ilości tego kwasu są obecne w miodzie pszczelim, w mniejszych ilościach występuje w malinach. Jest kwasem lotnym. Jest produktem ubocznym w procesie fermentacji. Ma zastosowanie w konserwacji przetworów owocowych oraz jako środek antyseptyczny.
Kwas octowy
W niewielkich ilościach występuje w owocach oraz warzywach (w formie wolnej). Wraz z alkoholem jako ester jest związkiem zapachowym w owocach. Powstaje w wyniku działania bakterii octowych (Acetobacter aceti). Ulega fermentacji octowej, która poprzedza fermentację alkoholowa.
Reakcja ma przebieg:
CH3CH2OH + 1/2O2 → CH3CHO + H2O
CH3CHO + 1/2O2 → CH3COOH
Alkohol etylowy przy dostępie tlenu zostaje utleniony do aldehydu octowego, a następnie przechodzi w kwas octowy. Kwas octowy wykazuje zastosowanie antyseptyczne.
Kwas mlekowy
Występuje w wiśniach (około 10%) i jabłkach (około 1%). W innych warzywach oraz owocach nie stwierdzono jego obecności.
Kwas benzoesowy
Największe ilości tego kwasu są obecne w jagodach oraz borówkach (około 0,1-0,2%), ale także w żurawinach (około 0,02-0,06%). W jagodach występuje w małych ilościach.
3.Pojęcie kwasowości
Kwaśne środowisko jest niekorzystne dla rozwoju bakterii, w szczególności bakterii gnilnych. Ogólna kwasowość warzyw oraz owoców powoduje rozwijanie się grzybów drożdżowych, i dlatego owoce łatwo ulegają fermentacji alkoholowej.
Kwasowość to bardzo istotny czynnik w procesie kształtowania się mikroflory. W procesie produkcji wina lub galaretek wymagana jest znaczna kwasowość.
Kwasowość reguluje czas sterylności konserw zapuszkowanych. Czas ten może być znacznie krótszy, w przeciwieństwie do produktów o mniejszej kwasowości. Dlatego nikogo nie dziwi prostota sterylności konserwowanych owoców i problemy produkowania przetworów fasoli, groszku oraz szpinaku.
Aby utrwalić owoce i warzywa dodajemy kwasy organiczne (kwas octowego oraz mlekowy). Otrzymujemy w ten sposób marynaty. Z powodu bardzo kwaśnego smaku, wywołanego dodaniem dawki konserwujące, która jest dość duża, w procesach przetwórczych łączy się efekt konserwujący z łagodnym pasteryzowaniem zakwaszonego produktu. W ten sposób powstają ogórki kiszone.
Na kwasowość produktów spożywczych ma wpływ koncentracja jonów wodorowych lub wodorotlenowych. Kwasowość wyrażamy za pomocą skali pH, ale też poprzez występowanie w badanych produktach kwasów organicznych, które są w postaci anionów kwasowych oraz nie ulegających dysocjacji cząsteczek kwasu.
Stopień kwasowości odgrywa istotną rolę w charakterystyce surowców oraz produktów żywnościowych. Może decydować o sposobie przeprowadzenia procesów technologicznych oraz o przyporządkowaniu surowca do odpowiedniej produkcji. W przemyśle spożywczym występują odpowiednie normy kwasowości, których trzeba zawsze przestrzegać.
Typy kwasowości:
- miareczkowa (ogólna potencjalna);
-związana ( kwasy w solach i estrach);
- czynna (aktualna, pH oraz rzeczywista);
- lotna (para wodna z kwasami lotnymi);
- całkowita ( suma kwasowości związanej oraz miareczkowej.
Najbardziej istotna w analizie jest kwasowość czynna, miareczkowa oraz lotna.
Kwasowość miareczkowa to ogólna zawartość związków kwaśnym w badanej substancji.
Kwasowość produktów oraz surowców przemysłu spożywczego jest zależna od obecności zarówno kwasów organicznych, jak i bezwodników kwasowych oraz kwaśnych soli i kilku innych związków.
Kwasowości oznacza się w wodnych roztworach. Produkty rozcieńczamy wodą do zadanej objętości, a następnie odpowiednią część pobieramy do oznaczania.
Oznaczanie kwasowości miareczkowej przebiega przez miareczkowanie roztworu ługiem o stałym i znanym stężeniu. W większości przypadków jest to NaOH o niezmiennym stężeniu. Jako indykator stosujemy alkoholowy roztwór fenoloftaleiny, który zmienia barwę w pH równym 8,0-9,0.
Kwasowość jest obliczana biorąc pod uwagę ilość mianowanego roztworu wodorotlenku sodu zużytego w miareczkowaniu próbki badanej substancji.
Kwasowość jest wyrażana na różne sposoby. Wyróżniamy:
- procenty masowe ( liczba gramów kwasu zawartych w 0,1dm3 roztworu);
- molowość (liczba moli kwasu zawartych w 1 litrze roztworu);
- procenty mieszane (liczba gramów kwasu w 0,1dm3 roztworu);
- stopnie normalne (liczba ml roztworu 1M wodorotlenku sodu użyta do zobojętniania kwasów w 100 gramach produktu);
- stopnie Delbrűcka (liczba ml roztworu 1M ługu użyta do zobojętniania 20ml kwasu).
Do obliczenia zawartości kwasu w badanym produkcie spożywczym posługujemy się współczynnikami równoważności. Współczynnik równoważności reagenta (kwasu) w reakcji zobojętniania to stosunek jego liczby moli do liczby moli jonów H+, które są zawarte w reagencie i reagują w odpowiedniej reakcji.
W produktach spożywczych mamy do czynienia równocześnie kilkoma kwasami organicznymi. Kwasowość obliczmy biorąc pod uwagę kwas występujący w największej ilości.
W przypadku owoców jagodowych oraz cytrusowych kwasowość wyrażamy w odniesieniu do kwasu cytrynowego.
W przypadku winogron kwasowość wyrażamy w odniesieniu do kwasu winowego.
W przypadku owoców ziarnkowych oraz pestkowych kwasowość wyrażamy w odniesieniu do kwasu jabłkowego.
Czasami jest określana kwasowość lotną, ponieważ są obecne kwasy lotne w badanym produkcie. Na kwasowość lotną decydujący wpływ ma kwas octowy, kwas propionowy oraz masłowy. Występują normy regulujące maksymalną dopuszczalną ilość lotnych kwasów w badanych produktach. Nie wolno przekroczyć granicznych wartości, gdyż grozi to usunięciem danego produktu z dystrybucji.
Kwasowość lotna to ilość ml jednomolowego roztworu NaOH użytego w miareczkowaniu kwasów lotnych, które są zawarte w 100 gramach, ewentualnie 100 ml produktu. Można także dokonać przeliczeń na ilość kwasu octowego.
Kwasowość czynna to rzeczywista koncentracja jonów wodorowych ulegających dysocjacji w badanym produkcie. Wyznaczana jest z pomiaru pH.
Z powodu przynależności związków kwaśnych, wchodzących w skład badanych produktów spożywczych, do grupy nie najmocniejszych kwasów organicznych oraz to, że ulegają dysocjacji w niewielkim stopniu, mamy do czynienia ze znaczną różnicą pomiędzy kwasowością czynną oraz kwasowością miareczkową.
