Фумарова кислота. Рекомендовані норми.

Фумарова кислота (транс-бутендіонова кислота) – ненасичена дикарбонова кислота, містить дві карбоксильні групи та подвійний C=C зв’язок. Зустрічається у природі в багатьох рослинах, у волоських горіхах. Бере участь у біосинтезі аденозинтрифосфату (АТФ). Біла кристалічна речовина, погано розчиняється у воді, ацетоні, добре розчиняється у спиртах, досить добре – у оліях, не розчиняється у хлороформі, бензолі.
Досить сильна кислота, порівняно з насиченими дикарбоновими кислотами, адже взаємний вплив двох карбоксильних груп передається по спряженій системі π-зв’язків ефективніше. pКa1 = 3,02; pКa2 = 4,32.

Хімічні властивості

За участі подвійного зв’язку можливі реакції приєднання. При гідруванні фумарової кислоти утворюється бурштинова кислота, при галогенуванні – дигалогенбурштинова кислота, за приєднання галогеноводнів утворюється моногалогенбурштинова кислота, внаслідок приєднання води у присутності неорганічних кислот – яблучна кислота. Виноградна кислота кислота утворюється при окисненні фумарової кислоти перманганатом калію. По карбоксильних крупах утворює кислі та середні солі, неповні і повні естери, неповні і повні аміди. Не утворює ангідриду через віддаленість карбоксильних груп у просторі.

Отримання
Синтетично може бути одержана конденсацією гліоксилової і малонової кислот по Кневенагелю:

У промисловості фумарову кислоту отримують термічною ізомеризацією малеїнової кислоти:

Застосування

Тваринництво

кормові добавки - підвищує засвоюваність поживних речовин, консервант, регулятор кислотності

Косметична промисловість

у шампунях та деяких інших засобах для волосся як буферний агент, покращує пінистість і стабільність

Харчова промисловість

регулятор кислотності, коагулянт, консервант, розпушувач, для надання продуктам фруктового смаку

Інші галузі промисловості

• зниження інтенсивності виділення диму при горінні пінополіуретану
• зміцнення паперу
• отримання поліефірного олігомера у виробництві поліефірних смол
• виробництво алкідних емалей і покриттів
• основа для синтезу пластифікатору дибутилфумарату
• отримання кополімерів ненасичених поліефірів і акрилової кислоти

Фумарова кислота у харчовій промисловості

Вважається безпечною харчовою добавкою за використання в межах норми. Часто є більш економічно вигідним замінником лимонної і винної кислот. 0,91 г фумарової кислоти відповідає 1,36 г лимонної кислоти, тобто фумарова кислота приблизно в 1,5 рази кисліша за лимонну. Дає довготривалий  і фруктовий смак. Знижує кислотність продуктів з рН вищими ніж 4,5 без додаткового впливу на смак.

Хлібобулочні вироби

Фумарова кислота покращує смакові властивості, пористість і подовжує свіжість пшеничного і житнього хлібу. Додають під час змішування сухих інградієнтів.

Безалкогольні напої, фруктові соки

Стабілізує кислотність напоїв, внаслідок чого зберігається колір та покращується смак. Особливо ефективний при рН ~ 3.

Вино

Підкислює вино без зміни смаку, консервант. А також запобігає повторній ферментації після закупорювання вина, при низьких концентраціях міді та заліза відіграє роль освітлювача.

Кондитерські вироби

Збільшує тривалість зберігання цукерок, запобігає вбиранню ними вологи.
У желе і пудингах підвищує желюючу силу, що дозволяє зменшити використання желатину на 2 %.

Білкова піна

Збільшує об’єм і стабільність піни збитих яєчних білків та об’єм і пористість готових виробів. Дозволяє контролювати процес і час збивання білків. Можна додавати до рідких і сухих білків.

Дана речовина входить в перелік харчових добавок, що підлягають державній реєстрації в Україні. Допустиме добове споживання Е297 складає 6 мг на 1 кілограм маси тіла людини.

Передозування або неконтрольоване вживання продуктів харчування ,які містять харчову фумарову кислоту може призводити до дисфункції печінки. З обережністю слід вживати такі продукти людям з хронічними захворюваннями печінки і кишечника та людям,які мають алергію на цитрусові.

Рекомендовані норми використання
Алкогольні напої - 1,36-1,50 г/кг
Безалкогольні напої – 1,64-2,19 г/кг
Хлібобулочні вироби – 2,14-2,94 г/кг
Десерти з фруктовим смаком – 1,0-4,0 г/кг
Желе, пудинги – 0,75-1,47 г/кг
Мармелад, варення – 1,0-2,5 г/кг
М’ясні продукти – 0,1-0,3 г/кг
Жувальні гумки – до 2,0 г/кг

Фумарова кислота у тваринництві

Використання органічних кислот і нових комплексних препаратів, створених на основі органічних кислот в сучасному тваринництві дозволяє підвищити продуктивність тварин, максимально зберегти поживні речовини в комбікормах і сировині, пригнітити розвиток грибків і бактерій, підвищити перетравність поживних речовин корму та енергозабезпеченість тварин, зменшити вплив стресу на тварин, захистити тварин від хвороб, що значно підвищує ефективність тваринництва.

Кормові добавки птиці

Фумарова кислота входить до складу кормових добавок птиці і виконує роль консерванту, захищає корм від пошкодження мікроорганізмами або їх метаболітами та регулятору кислотності – регулює рівень рН корму.

Використання кормових добавок з фумаровою кислотою сприяє підвищенню засвоюваності поживних речовин завдяки позитивному впливу кислоти на збільшення всмоктувальної поверхні кишечнику, що сприяє швидшій абсорбції поживних речовин слизовою оболонкою кишечнику.

У молодняку птиці секреція соляної кислоти в шлунку і її активність є низькою. В результаті такої фізіологічної реакції виділяється недостатньо кислоти для того, щоб набухала кормова маса і повністю нейтралізувалися її лужні властивості. Тільки в стійкому кислому середовищі в шлунку з pH менше 3,5 ферменти, що виробляються в організмі, починають впливати на травлення і максимально його посилювати. Застосування технологічних кормових добавок – регуляторів кислотності підсилює процес нейтралізації кислотозв’язувальної здатності кормових компонентів раціону, з найменшими для організму витратами, знижує рН шлункового вмісту, створює оптимальний рівень кислотності для перетравлення, всмоктування поживних речовин в нижніх відділах шлунково-кишкового тракту.

Фумарова кислота у раціоні телят

Фумарова кислота є незамінним ланцюгом циклу трикарбонових кислот – універсальним ланцюгом в аеробному процесі утворення біологічної енергії. Енергетичні ємності молекули фумарової кислоти і  глюкози – рівні. Враховуючи більш короткий шлях фумарової кислоти в енергоутворенні порівняно з глюкозою, її можна використовувати для швидкого синтезу АТФ при стресових впливах і в критичних станах.

Раціональним рішенням для запобігання проносів є використання спеціальних підкислювачів молока. Підкислене молоко телята отримують після молозивного періоду впродовж 3 тижнів. Завдяки правильному приготуванню суміші молока з кислотою та дотриманню оптимальної його температури (38°С, але не нижче 35°С), суттєво зменшується ризик потрапляння молока у рубець телят, виникнення проносів та інших проблем із травленням. Доцільно додавати 3 г фумарової кислоти до добової норми однієї тварини.

Позитивні результати отримані вітчизняними та закордонними дослідниками засвідчують високу ефективність використання органічних кислот у годівлі молодняку свиней та птиці, проте, не достатньо досліджений вплив органічних кислот на показники продуктивності молодняку великої рогатої худоби. Для забезпечення інтенсивного росту телят у молочний період, коли у них ще не сформований процес травлення, повністю не функціонують передшлунки та ферментна система, розпочинають підгодівлю молодняку з використання молока або замінників незбираного молока та зернових кормів.

Біологічно активна добавка

За даними Т. Л. Спіциної, додавання до раціону свиноматок біологічно активної добавки, яка містить лимонну та фумарову кислоти, декстрозу й сорбітол, у дозі 130 г/гол, дає змогу поліпшити відтворювальну здатність свиноматок.

Синтез полімерної основи герметичних матеріалів кополімерів поліетилен(пропілен-)глікольфумарату з акриловою кислотою

Реактиви: етиленгліколь, пропіленгліколь, фумарова кислота, хлорид цинку, акрилова кислота, бензоїл пероксид.
Отримання вихідних ненасичених поліефірів (НП)
Поліетиленглікольфумарат (пЕГФ) і поліпропіленглікольфумарат (пПГФ) отримують реакцією поліконденсації відповідних реагентів, у співвідношенні 1,05:1 моль етилен(пропілен)гліколь:фумарова кислота у присутності каталізатора хлориду алюмінію, у концентрації 2% від вихідної реакційної маси. Температура реакції за рахунок введення каталізатора була знижена до 696-706 °С. Реакція поліконденсації контролюється шляхом визначення кількісного значення кислотного числа та непрямим методом – за кількістю води, що виділяється в ході реакції.

Отримання кополімерів ненасичених поліефірів і акрилової кислоти
Реакція радикальної кополімеризації проводиться у розчині діоксану у співвідношені розчинник:полімер-мономерна суміш 1:1 за масою, за температури 606 °С у присутності радикального ініціатора – бензоїл перексиду протягом 52 год.

Для очищення синтезовані кополімери промивають діоксаном, потім дистильваною водою. Після очищення – сушка у вакуумі.

Рецептура шампуню
Як основні ПАР, що забезпечують безпечне очищення шкіри голови обрано: «Lamesoft PO 65» (Coco-Glucoside (and) Glyceryl Oleate); кокамідопропилбетаїн 35%-й (Cocamidopropyl Betaine); «Eurana» LS 3 (Disodium Laureth Sulfosuccinate). Як пережирювач обрано «Levenol H&B» (Glycereth-2 Cocoate). Загусником обрано неіногенний ПАР «Neopal LIS 80» (PEG-7 Glyceryl Cocoate, PEG-200 Glyceryl Palmate). Як зволожувачі – «Hydrovance» (Hydroxyethyl Urea) та гліцерол (Glycerine). Стабілізатор піни (сприяє утворенню дрібнозернистої довготривалої піни) та гелеутворювач (сприяє загущенню системи) – «METHOCEL  40-0100» (Hydroxypropyl Methylcellulose). Регулятор рН – фумарова кислота (Fumaric acid). Модифікатор в`язкості – натрію хлорид (Sodium Chloride).

Стадія 1. Приготування розчину ПАР
Відміряють необхідну кількість води очищеної (35–40 °С) у посудину. Завантажують компоненти (натрію сульфосукцинат, кокамідопропілбетаїн,
ПеГ-7 гліцерил кокоат, ПеГ-200 гідрогенізований гліцерил пальмат, кокоглюкозид (і) гліцерил олеат) у посудину. Перемішують до повного розчинення протягом 20 хв.

Стадія 2. Диспергація гідроксіпропілметилцелюлози (ГПЦ) у гліцеролі
Відважену кількість ГПЦ в окремій ємкості змішують з відваженою кількістю
гліцеролу. Змішування відбувається вручну упродовж 2–5 хв до одержання однорідної напівпрозорої суспензійної маси без видимих згустків.

Стадія 3. Розчинення суспензії в розчині ПАР
В одержаний розчин ПАР при перемішуванні дуже повільно вводять гліцеролову суспензію ГПЦ упродовж 15–20 хв. Ретельно перемішують до одержання однорідного прозорого розчину.
Стадія 4. Введення БАД, ароматизатора, зволожувачів
За температури 25–35°С послідовно відважені компоненти вводимо в посудину: Д-пантенол, ментол, алантоїн, гідроксіетил сечовину. Компоненти гомогенізують упродовж 35 хв до одержання однорідного прозорого розчину.
Стадія 5. Корекція значення рН та введення консерванта
Рівень рН корегують фумаровою кислотою. Фумарову кислоту кислоту вводять в необхідній кількості безпосередньо у посудину та розмішують протягом 5–7 хв. Необхідне значення рН від 5,2 до 5,7.
Стадія 6. Корекція в’язкості
Корекцію реологічних показників якості здійснюють додаванням натрію хлориду.