Буферні розчини та стабільність харчових добавок - ChemPRIME
Від ChemPRIME
Безалкогольні напої та буфери
Дотепер ви дізналися про рН у розчинах, де до води додавали або одну кислоту, наприклад, лимонну кислоту, або одну основу, таку як цитрат-іон. Тепер давайте розглянемо розчини, приготовані як з кислотою, так і з основою. Найпростіший випадок такого розчину трапляється, коли кислота та основа з'єднуються між собою, а також містяться у порівнянних кількостях. Називаються рішення цього особливого роду буферні розчини оскільки важко змінити їх рН, навіть коли додається значна кількість сильної кислоти або сильної основи.
Чому буферні розчини важливі в продуктах харчування?
Буферні розчини в продуктах харчування відіграють важливу роль у підтримці певних значень рН для оптимальної активності ферментів, розчинності білка та функціональності. Як обговорювалося в попередніх прикладах, рН може також змінювати колір та смак продуктів, і це є критичним фактором збереження багатьох оброблених харчових продуктів. Буферні розчини також використовуються як реакційні середовища у виробництві харчових інгредієнтів та добавок. Загальний контроль рН є головним фактором підтримки фізичної, хімічної та мікробіологічної стабільності харчових продуктів.
Їжа містить численні сполуки, здатні утворювати буферні системи. Молекули з кислотно-лужними властивостями, які природно містяться в продуктах харчування, включають амінокислоти, органічні кислоти, білки та заряджені полісахариди. Інші буферні системи навмисно додаються до оброблених харчових продуктів, прикладами яких є слабкі кислоти, що обговорюються при рН слабких кислот у продуктах харчування, та відповідні їм кон'юговані основи.
Як ми обчислюємо рН буферних розчинів?
Як приклад буферного розчину розглянемо розчин, отриманий при додаванні 3,00 моль лимонної кислоти (H3C6H5O7) та 2,00 моль цитрату натрію (NaH2C6H5O7) до достатньої кількості води для отримання розчину загальним об’ємом 1 дм³. Стехіометрична концентрація лимонної кислоти, а саме, сa, тоді становить 3,00 моль дм –3, тоді як стехіометрична концентрація цитрату натрію, c, становить 2,00 моль дм –3. В результаті змішування двох компонентів, дещо з лимонної кислоти, скажімо х моль дм –3, перетворюється на цитрат-іон та іон гідронію. Тепер ми можемо скласти таблицю, щоб звичайними способами знайти рівноважні концентрації.
Тепер ми можемо замінити концентрації у виразі рівноваги
з якого ми отримуємо
. (1)
Для того, щоб вирішити це рівняння, ми робимо наближення, що x є незначно малим порівняно з 2,00 і 3,00, тобто, що лише хвилинна частка лимонної кислоти перетворюється на цитрат-іон. Ми тоді маємо
або
Оскільки х становить лише 0,1 відсотка 2,00 або 3,00, наближення є дійсним, і немає необхідності отримувати друге наближення годуванням х назад у рівняння (1). Таким чином, ми можемо зробити висновок про це
і
Цей приклад демонструє дві очевидні особливості:
1 Коли кислота та її кон’югатна основа змішуються, дуже мало кислоти перетворюється на основу, або навпаки. (х невелика порівняно з 2,00 та 3,00).