Диацетил как ароматическое соединение¶

Диацетил (систематическое название — бутан-2,3-дион, также известен как 2,3-бутандион) — органическое соединение класса дикетонов с химической формулой C₄H₆O₂. Представляет собой жидкость жёлто-зелёного цвета с интенсивным маслянистым запахом, напоминающим сливочное масло. Диацетил относится к летучим органическим соединениям и является одним из ключевых ароматобразующих компонентов в пищевой промышленности, а также важным промежуточным продуктом в органическом синтезе.

¶Физические и химические свойства

Диацетил — простейший дикетон с двумя карбонильными группами, расположенными на соседних атомах углерода (α-дикетон). Молярная масса составляет 86,09 г/моль, плотность — около 0,99 г/см³. Температура кипения — 88 °C, температура плавления — около −2,4 °C. Соединение хорошо растворимо в воде, этаноле, эфире и других органических растворителях.

Благодаря наличию двух сопряжённых карбонильных групп диацетил обладает высокой реакционной способностью. Он вступает в реакции конденсации, образует диоксимы и дигидразоны, легко восстанавливается до ацетоина и далее до 2,3-бутандиола. При окислении превращается в диацетилдиоксим и другие производные. В щелочной среде склонен к полимеризации. Диацетил существует в равновесии с енольной формой, что обуславливает его химическую активность.

Жёлто-зелёная окраска обусловлена поглощением света в видимой области спектра сопряжённой дикарбонильной системой. При высоких концентрациях пары диацетила раздражают слизистые оболочки глаз и дыхательных путей.

¶Нахождение в природе

Диацетил естественным образом образуется в процессе ферментации и встречается в ряде пищевых продуктов. Он присутствует в сливочном масле, сырах, йогурте, кефире, пиве, вине, кофе, какао и некоторых фруктах. В молочных продуктах диацетил синтезируется бактериями рода Lactococcus, Leuconostoc и Streptococcus в ходе молочнокислого брожения: лимонная кислота превращается сначала в ацетолактат, затем в ацетоин и наконец в диацетил.

Именно диацетил в значительной степени формирует характерный вкус и аромат сливочного масла и многих сортов сыра. В пивоварении он является побочным продуктом метаболизма дрожжей; его избыток придаёт пиву нежелательный «масляный» привкус, поэтому на стадии созревания пива проводится так называемая диацетиловая пауза для его устранения.

¶Получение

В промышленности диацетил получают несколькими способами:

• окислением метилэтилкетона (бутанона) с использованием диоксида селена или других окислителей;
• дегидрированием ацетоина при каталитическом воздействии;
• конденсацией этилацетата по реакции Кляйзена с последующим гидролизом и декарбоксилированием;
• биотехнологическим путём — микробной ферментацией с использованием штаммов бактерий, продуцирующих диацетил из лимонной кислоты.

Синтетический диацетил по химическим свойствам идентичен природному и широко применяется в пищевой отрасли.

¶Применение

Основная область применения диацетила — пищевая промышленность, где он используется как ароматизатор для придания сливочного и масляного вкуса. Его добавляют в маргарин, спреды, кондитерские изделия, попкорн для микроволновых печей, соусы, напитки и молочные продукты. В составе ароматизаторов диацетил часто комбинируется с ацетоином и другими соединениями.

Помимо пищевой отрасли, диацетил применяется:

• как промежуточное соединение в синтезе красителей, лекарственных препаратов и фотоматериалов;
• в производстве полимеров и смол;
• как реагент в аналитической химии для определения гуанидиновых групп;
• в табачной промышленности для ароматизации некоторых сортов табака.

Диацетил зарегистрирован в качестве пищевой добавки и разрешён к применению в большинстве стран при соблюдении установленных норм.

¶Влияние на здоровье

При вдыхании паров диацетил способен вызывать раздражение дыхательных путей. Наибольшую известность соединение получило в связи с профессиональными заболеваниями работников предприятий по производству ароматизированного попкорна и пищевых ароматизаторов. Длительное воздействие высоких концентраций паров диацетила приводило к развитию облитерирующего бронхиолита — тяжёлого необратимого заболевания лёгких, получившего название «лёгкое работника попкорнового производства».

В связи с этим в ряде стран были введены ограничения на использование диацетила в производственных процессах и ужесточены требования к вентиляции и средствам индивидуальной защиты. В Европейском союзе диацетил включён в перечень веществ, требующих особого контроля на рабочих местах. При употреблении в пищу в малых концентрациях, характерных для продуктов питания, диацетил считается безопасным; он быстро метаболизируется в организме человека.

¶Анализ и определение

Для количественного определения диацетила применяют газовую хроматографию, высокоэффективную жидкостную хроматографию и спектрофотометрические методы. В пищевой аналитике распространён метод, основанный на реакции диацетила с диацетилдиоксимом и последующем колориметрическом измерении. В пивоварении контроль содержания диацетила — важный этап оценки готовности продукта.

¶Интересные факты

• Диацетил входит в число соединений, ответственных за запах, который человек способен ощущать в очень низких концентрациях — порог восприятия составляет около 0,002 мг/л.
• Сливочный аромат диацетила используется в ароматизаторах, имитирующих натуральное масло, что позволяет снизить себестоимость продукции.
• В 2000-х годах случаи облитерирующего бронхиолита среди работников попкорнового производства привлекли широкое внимание общественности и стали предметом судебных разбирательств в США.