Свойства «памяти». Известный консервант можно использовать для создания электроники

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН установили строение ряда пищевых добавок в твердом состоянии, что позволило оценить безопасность их использования при повышенных температурах и на свету. Выяснилось, что кристаллы сорбата калия (Е202), сорбата кальция (Е203) и сорбата натрия (Е201) устойчивы к нагреванию и УФ-облучению, а, следовательно, безопасны как консервирующие агенты и неприхотливы в хранении.

Результаты работы, поддержанной Российским научным фондом (№ 23-23-00208), опубликованы в журнале Crystal Growth & Design.

Соли сорбиновой кислоты – сорбаты – широко используются в пищевой промышленности благодаря своим консервирующим свойствам и безопасности для человека. Эти соли добавляют в продукты - сыр, колбасу, вино, фабричные салаты, консервированные овощи и соки, чтобы подавить рост грибков, защитить от плесени и брожения. За 2023 год объем производства сорбиновой кислоты в мире достиг 150 тыс. тонн.

Несмотря на активное использование сорбатов, ключевые для пищевой промышленности фундаментальные свойства этих солей были изучены недостаточно – отсутствовали сведения о строении веществ в твердом состоянии (кристалле), а также об устойчивости к ультрафиолету и нагреванию, что напрямую влияет на качество и сохранность консервируемого продукта в нестабильных условиях.

Кристаллическая структура сорбата калия, пунктирными линиями показано взаимодействие калия с двойной связью (автор рисунка: Калле Паулина).

Химикам из ИОНХ РАН удалось получить кристаллы пищевых добавок и с помощью рентгеновских методов охарактеризовать их кристаллическую структуру, а затем связать их поведение при облучении ультрафиолетом и нагревании со строением кристалла. Работу прокомментировала

Известно, что консервант сорбат калия при небольшом нагревании (160°С) претерпевает некое превращение с поглощением тепла, однако подробности не изучались. Ввиду наличия в соединении реакционноспособных двойных связей есть риск, что процесс связан с химической реакцией, продукты которой могут иметь непредсказуемое влияние на здоровье человека. Мы установили с помощью рентгеновских и термических методов природу температурного фазового перехода сорбата калия. Оказалось, что превращение связано с разрывом взаимодействия калия и двойной связи кислоты, а значит является просто структурной перестройкой (не химическим превращением) и не представляет опасности при использовании сорбата калия в качестве консерванта в пище или косметике. Интересно, что фазовый переход сопровождается резким увеличением толщины кристаллов и, следовательно, изменением их оптических свойств, например, изменяется интерференционная окраска. Это может привести к неожиданным новым применениям сорбата калия в качестве элементов переключателей или устройств памяти. Сорбаты натрия и кальция не обладают таким свойством, однако, как и сорбат калия, благодаря структурным особенностям вполне устойчивы к ультрафиолету, то есть могут довольно долгое время храниться на свету.

• Паулина Калле, один из авторов статьи, младший научный сотрудник Лаборатории кристаллохимии и рентгеноструктурного анализа ИОНХ РАН

По словам авторов, детальное изучение строения кристаллов солей сорбиновой кислоты позволило научно подтвердить безопасность широко применяемых консервантов. При этом при нагревании кристаллов сорбата калия обнаружилось еще и новое оптическое свойство, что может быть использовано в высокоточной электронике. В дальнейшем авторы планируют создать материал на основе тонких поликристаллических пленок сорбата калия и исследовать его термические свойства для потенциального применения в термочувствительных элементах и компьютерной памяти.

Изображение на обложке: фото кристаллов сорбата калия до и после фазового перехода, окраска меняется за счет изменения толщины и интерференционной способности кристаллов (автор фото: Калле Паулина). Источник: ИОНХ РАН