§1. Синонимы

IUPAC: эфиры диугольной кислоты.

Русский: пирокарбонаты, дикарбонаты.

Немецкий: Dikohlensaureester, Pyrokohlensaureester.

Английский: dicarbonic acid esters, pyrocarbonic acid esters.

Французский: esters d’acide dicarbonique.

Итальянский: esteri dell'acido dicarbonico.

Испанский: esters del acido dicarbonico.

§2. Историческая справка

Антимикробное действие эфиров пироугольной кислоты впервые было опи­сано в 1956 году Бернхардом, Тома и Гентом. В некоторых странах диэтиловый эфир диугольной кислоты в середине 60-х годов использовался для консер­вирования вин и безалкогольных напитков. В настоящее время вместо диэтилпирокарбоната (от которого отказались около 1973 года ввиду его токсичности) используется диметилпирокарбонат.

§3. Товарные формы

Интерес для промышленного использования представляют низшие эфиры пироугольной кислоты. Ранее применялся диэтиловый эфир (торгован марка Baycovin®). Используемый в настоящее время диметиловый эфир выпускается под торговой маркой Vеlcorin®.

§4. Свойства

Диметилпирокарбонат СН₃О-СО-О-СО-ОСН₃ представляет собой бес­цветную жидкость с фруктовым запахом, застывающую при 17°С. С этанолом и другими спиртами он смешивается во всех отношениях; растворимость в воде составляет 3,65%.

Диэтилпирокарбонат С₂Н₅О-СО-О-СО-ОС₂Н₅ представляет собой бес­цветную жидкость с фруктовым запахом, кипящую при 180°С с разложением. С этанолом и другими спиртами он смешивается во всех отношениях; раствори­мость в воде составляет 0,6%.

В присутствии воды оба эфира гидролизуются до соответствующего спирта и углекислоты. Скорость гидролиза не зависит от давления углекислого газа, но зависит от температуры и рН. Этиловый эфир в напитках при комнатной темпе­ратуре полностью гидролизуется в течение 20-24 часов. В тех же условиях гидролиз метилового эфира протекает в 3-4 раза быстре. Его концентрация в сильнокислых фруктовых соках (рН около 2,8) при температуре 10-30°С опус­кается за 65-260 минут ниже предела обнаружения.

Пирокарбонаты реагируют не только с водой, но и с другими составляющи­ми напитков. С этанолом они образуют диэтилкарбонат или метилэтилкарбонат. В присутствии солей аммония из диэтилдикарбоната образуется в неболь­шом количестве этилкарбамат, а из диметилдикарбоната – метилкарбамат. Диметилдикарбонат реагирует также с высшими спиртами, образуя сле­довые количества (миллиардные доли) соответствующих карбонатов.

§5. Аналитические сведения

Для установления факта обработки вина диэтилпирокарбонатом можно провести газохроматографическое исследование на присутствие диэтилкарбоната. С помощью хроматографии можно обнаружить и метилэтилкарбонат.

Дикарбонаты можно определить фотометрически и титрованием. Газохроматографический анализ сероуглеродного экстракта предложен АОАС93 в ка­честве официального метода.

§6. Токсиколого-гигиеническая оценка

Острая токсичность. Для крыс LD50 диэтилпирокарбоната при использова­нии масляного раствора составляет 1-1,5 г на 1 кг массы тела. При оральном введении крысам более 350-500 мг диметилпирокарбоната на 1 кг массы тела появляются локальные раздражения, и, как следствие, значение острой токсич­ности для него определить не удается.

Для быстро распадающихся веществ, какими и являются пирокарбонаты. их собственная острая токсичность имеет меньшее значение, чем токсичность про­дуктов реакции, которые могут из них образовываться.

Эфиры пироугольной кислоты раздражают кожу и слизистые оболочки; по­этому с ними следует обращаться осторожно.

Субхроническая токсичность. При скармливании крысам в течение несколь­ких месяцев свежеприготовленных масляных растворов диэтилпирокарбоната не удалось обнаружить никаких вредных воздействий. Напитки, содержащие 4 г диметилпирокарбоната на 1 л, также переносились в течение 3 месяцев без каких-либо реакций.

Хроническая токсичность. При оценке хронической токсичности диэтилпирокарбоната оказалось, что более всего опасен один из продуктов его распада – этилкарбамат. Он проявляет канцерогенность у крыс, мышей и хомяков как при оральном введении, так и при ингаляции.

В Германии этилкарбамат в результате опытов на животных признан явным канцерогеном. Вероятно, его канцерогенное действие возникает из-за превращения в винилкарбамат с последующим окислением до эпоксиэтилкарбамата, так как соответствующие оксоэтиладдукты с ДНК и белками были обнару­жены в работе. Поскольку этилкарбамат образуется при реакции ионов ам­мония с диэтилпирокарбонатом, применение последнего в пищевых продуктах было запрещено.

Аналогичный продукт превращения диметилпирокарбоната – метилкарбамат – не проявляет канцерогенного действия и потому безопасен. В на­питках допускается присутствие метилкарбамата в концентрации до 0,02 мг/л. SCF не возражает против использования диметилпирокарбоната в напитках в концентрации 125-250 мг/л. Обобщённые токсикологические данные при­ведены в работе.

§7. Законодательные аспекты применения в пищевых продуктах

В настоящее время все разрешения на применение диэтилпирокарбоната, имевшиеся в некоторых странах, отменены. Диметилдикарбонат иногда исполь­зуется, например, в безалкогольных напитках (но не в вине), как не требующая разрешения пищевая добавка, поскольку он отсутствует в готовом продукте. В Европейском Союзе он под индексом Е242 разрешён для применения в неко­торых напитках. Ограниченное разрешение существует и в других странах, на­пример в США для вин, холодного чая и чайных экстрактов94.

§8. Действие на микроорганизмы

Общие принципы действия. Пирокарбонаты уничтожают микроорганизмы быстрее, чем обычные консерванты; поэтому их следует считать скорее дезин­фицирующими, чем консервирующими средствами. Эфиры пироугольной ки­слоты так и называют – средства холодной стерилизации.

Антимикробное действие диэтилпирокарбоната основано на его взаимодей­ствии с ферментами и мембранами микроорганизмов.

Концентрация эфиров пироугольной кислоты, необходимая для уничтоже­ния микроорганизмов, сильно зависит от уровня обсемененности; при увеличе­нии числа микробов в 10 раз концентрация пирокарбоната должна быть удвоена. Ниже показано действие эфиров пироугольной кислоты против дрожжей вида Saccharomyces cerevisiae при различной обсемененности:

Спектр действия. Диэтил- и диметилпирокарбонаты действуют преимуще­ственно против дрожжей, много меньше против бактерий и слабее всего против плесневых грибов. Большинство дрожжей при низком уровне обсеменённости (400-600 мл-1) погибает при концентрации пирокарбонатов порядка 100 мг/кг. В модельных опытах с вином обнаружилось, что при обсеменённости от 50 до 200 мл-1 большинство видов дрожжей погибает уже после добавления 25 мг диметилпирокарбоната на 1 л вина, для бактерий и плесневых грибов требу­ются в 3-5 раз большие концентрации.

Приведённые выше литературные данные о минимальной эффективной кон­центрации пирокарбонатов по отношению к отдельным видам микроорганиз­мов несравнимы друг с другом из-за сильной зависимости эффективности дей­ствия от обсеменённости продукта.

§9. Области применения

Пирокарбонаты обладают уникальным для консервантов свойством: в при­сутствии воды они за короткое время распадаются до микробиологически ней­тральных веществ. Это определяет особенности их применения: только в про­дуктах, которые (после уничтожения имеющихся в них микроорганизмов) будут защищены от повторного инфицирования соответствующими технологически­ми приемами. Поэтому область использования пирокарбонатов ограничивается напитками, которые сразу после обработки разливают в закрытые емкости. В связи с быстрым распадом (особенно метилового эфира) пирокарбонаты следует вво­дить непосредственно перед заполнением бутылок.

Дозирование осуществляется специально сконструированным насосом, ко­торый позволяет непрерывно и безопасно вводить малые количества вещества. При использовании диметилпирокарбоната, имеющего температуру кристалли­зации 17°С, дозирующий насос в холодных помещениях приходится подогревать.

Так как эффективность обоих эфиров примерно одинакова, их концентра­ции, рекомендуемые для использования, близки. Для газированных безалкоголь­ных напитков они равны 50-150 мг/л, для негазированных напитков – 100-200 мг/л. Когда диэтилпирокарбонат применялся для обеззараживания вина, его концентрация составляла 110-170 мг/л.

Диметилпирокарбонат может использоваться в виноградных соках и томатопродуктах как ингибитор дрожжей. Правда, из-за быстрого гидролиза в дополнение к нему необходимо использовать сорбат калия. Последний обеспе­чивает длительную защиту, особенно при высоких температурах хранении. В кон­центрации примерно 250 мг/кг диметилпирокарбонат отрицательно влияет на окраску томатного сока и содержание в нём β-каротина и аскорбиновой кисло­ты. Сочетание пирокарбонатов с сорбатом калия или бензоатом натрия позволя­ет предотвратить эти явления.