Dwutlenek krzemu E 551

Amorficzna czy krystaliczna — rozróżnienie, od którego wszystko zależy

Pod jednym wzorem SiO2 kryją się materiały o skrajnie różnym profilu zdrowotnym. Kwarc i inne odmiany krystaliczne mają uporządkowaną sieć przestrzenną i wdychanie ich pyłu prowadzi do pylicy krzemowej. Krzemionka amorficzna nie ma dalekiego uporządkowania, zachowuje się w organizmie inaczej i to wyłącznie ona jest dopuszczona jako dodatek do żywności o numerze E 551. Każda informacja o dwutlenku krzemu, która pomija to rozróżnienie, jest bezużyteczna, a bywa myląca.

Materiał opisywany tu jest bezpostaciowy i bezwodny, otrzymywany syntetycznie. Powstaje w procesie pirolitycznym: lotny związek krzemu spalany jest w płomieniu wodorowo-tlenowym, a produktem są niezwykle drobne kuliste cząstki, które łączą się w rozgałęzione agregaty. Efektem jest proszek o gęstości nasypowej tak niskiej, że w opisach określa się go jako puszysty.

Identyfikacja i pułapka numerów CAS

Cecha Wartość
Numer CAS 7631-86-9
Numer WE (EINECS) 231-545-4
Numer dodatku do żywności E 551
Wzór (SiO2)n
Masa molowa jednostki SiO2 60,08 g/mol
Nazwa zwyczajowa krzemionka

Numer 7631-86-9 jest numerem najczęściej przypisywanym dwutlenkowi krzemu jako dodatkowi E 551 i zgadza się z numerem WE spotykanym w specyfikacjach. Wymaga jednak ostrożności: w rejestrach chemicznych z dwutlenkiem krzemu powiązanych jest kilkanaście dalszych numerów CAS opisujących konkretne odmiany i sposoby otrzymywania, między innymi 112945-52-5 dla krzemionki pirogenicznej oraz 14808-60-7 dla kwarcu. Numer widniejący w dokumentacji dostawcy potrafi więc różnić się od numeru ogólnego, mimo że wzór jest ten sam. Przy ocenie materiału rozstrzyga opis odmiany i metody wytwarzania, nie sam numer.

Zapis wzoru z indeksem n nie jest ozdobnikiem. Krzemionka nie występuje jako pojedyncze cząsteczki SiO2, lecz jako sieć połączonych tetraedrów, dlatego masę 60,08 g/mol odnosi się do jednostki powtarzalnej, a nie do rzeczywistej cząsteczki.

Właściwości

  • higroskopijny, biały, bardzo lekki proszek;
  • nierozpuszczalny w wodzie i w etanolu;
  • roztwarza się w kwasie fluorowodorowym — jest to praktycznie jedyny powszechnie stosowany kwas, który go atakuje, i jednocześnie podstawa metody oznaczania;
  • topnienie w okolicach 1700 °C;
  • chemicznie bierny wobec większości substancji spotykanych w żywności, co czyni go wygodnym nośnikiem.

Wymagania stawiane odmianie spożywczej

Oznaczenie Wymaganie
Zawartość SiO2 w przeliczeniu na substancję wyprażoną nie mniej niż 99,0 %
Ubytek masy po suszeniu (105 °C, 2 h) nie więcej niż 2,5 %
Ubytek masy po prażeniu (1000 °C) nie więcej niż 2,5 %
Sole rozpuszczalne podatne na jonizację, w przeliczeniu na Na2SO4 nie więcej niż 5,0 %
Metale ciężkie w przeliczeniu na ołów nie więcej niż 10 mg/kg
Arsen nie więcej niż 3 mg/kg
Ołów nie więcej niż 5 mg/kg
Rtęć nie więcej niż 1 mg/kg

Dwa oddzielne oznaczenia ubytku masy mają różny sens. Suszenie w 105 °C usuwa wodę zaadsorbowaną fizycznie, natomiast prażenie w 1000 °C odprowadza również wodę związaną w grupach silanolowych na powierzchni. Dopiero po prażeniu wynik oznaczenia zawartości krzemionki staje się porównywalny między partiami o różnym stopniu nawilżenia.

Funkcje technologiczne

W żywności E 551 pełni trzy role. Jako substancja przeciwzbrylająca pokrywa ziarna produktu sypkiego cienką warstwą, mechanicznie rozdziela je i przechwytuje wilgoć, dzięki czemu przyprawy, sole, mieszanki w proszku i produkty w tabletkach zachowują sypkość. Jako nośnik przyjmuje na swoją rozwiniętą powierzchnię aromaty i inne ciekłe składniki, zamieniając je w materiał sypki, łatwy do odważenia i wymieszania. Jako substancja wypełniająca zwiększa objętość wyrobu bez wnoszenia wartości odżywczej.

Poza żywnością krzemionka bezpostaciowa trafia do tych samych ról w innych branżach: rozdziela sypkie nawozy i chemikalia techniczne, zagęszcza żywice, kleje i farby, matuje powłoki, wchodzi w skład past do zębów i preparatów kosmetycznych, służy jako napełniacz mieszanek gumowych oraz jako złoże w chromatografii.

Uwagi bezpieczeństwa

W obrocie i przy zastosowaniu zgodnym z przeznaczeniem odmiana bezpostaciowa jest uznawana za nieszkodliwą dla otoczenia. Praktyczną uciążliwością pozostaje pylenie: materiał o bardzo małej gęstości nasypowej łatwo unosi się w powietrzu i wysusza skórę oraz błony śluzowe, co uzasadnia ochronę dróg oddechowych przy przesypywaniu. Silna higroskopijność wymaga szczelnego zamknięcia opakowań — pochłonięta wilgoć obniża skuteczność przeciwzbrylającą, czyli dokładnie tę cechę, dla której materiał został użyty.

Powiązane strony

Piśmiennictwo

Opracowania naukowe, na których opiera się treść tej strony. Zapis w stylu Chicago (autor–data); każda pozycja prowadzi do identyfikatora DOI u wydawcy.

  1. Additives, EFSA Panel on Food i in.. 2018. „Re-evaluation of silicon dioxide (E 551) as a food additive.” EFSA Journal 16 (1): e05088. https://doi.org/10.2903/j.efsa.2018.5088.
  2. Boldridge, David. 2010. „Morphological Characterization of Fumed Silica Aggregates.” Aerosol Science and Technology 44 (3): 182-186. https://doi.org/10.1080/02786820903499462.
  3. Fruijtier-Polloth, Claudia. 2012. „The toxicological mode of action and the safety of synthetic amorphous silica – A nanostructured material.” Toxicology 294 (2-3): 61-79. https://doi.org/10.1016/j.tox.2012.02.001.
  4. Fruijtier-Polloth, Claudia. 2016. „The safety of nanostructured synthetic amorphous silica (SAS) as a food additive (E 551).” Archives of Toxicology 90 (12): 2885-2916. https://doi.org/10.1007/s00204-016-1850-4.
  5. Steenland i in.. 2014. „Silica: A lung carcinogen.” CA: A Cancer Journal for Clinicians 64 (1): 63-69. https://doi.org/10.3322/caac.21214.
  6. Yapici i in.. 2020. „Anticaking Additives for Food Powders.” W: Food Powders Properties and Characterization, seria Food Engineering Series, Cham: Springer International Publishing: 109-123. https://doi.org/10.1007/978-3-030-48908-3_6.