2.2.7 Karoteeni, paprika ja luteiini

Karoteeni, paprika ja luteiini ovat kemiallisesti sukua toisilleen ja niitä kutsutaan karotenoideiksi. Ne ovat noin 600 pigmentin ryhmä, jotka ovat laajalti levinneet luonnossa ja antavat oranssista keltaiseen vaihtelevan värispektrin.14 Vaikka niitä uutetaan eri lähteistä, niiden ominaisuudet, käyttömenetelmät ja vaadittavat formulointitekniikat ovat samankaltaisia, ja on järkevää käsitellä niitä yhdessä tässä luvussa.

Karoteenia on saatavissa karoteenin isomeerien, pääasiassa β- ja α-isomeerien, seoksena palmuöljystä, josta se poistetaan yhtenä palmuöljyn valmistuksen viimeisistä työvaiheista värinpoistovaiheena. Pääasiassa β-karoteenia sisältäviä uutteita on saatavissa joko halosietoisista levistä (Dunaliella salina) tai sienilähteistä (Blakeslea trispora). Molemmissa tapauksissa uutteet sisältävät yli 95 prosenttia β-karoteenia. Näistä luonnollisista lähteistä on saatavilla tyypillisesti 20-30 % karoteenia suspendoituna kasviöljyyn. Luonnon identtistä β-karoteenia, jota valmistetaan petrokemiallisista perusaineista siten, että se on kemiallisesti identtinen luonnossa esiintyvän karoteenin kanssa, on saatavilla myös erittäin puhtaassa kiteisessä muodossa. Näiden öljypohjaisten uutteiden sävyt ovat hyvin samankaltaisia, ja valinta perustuu usein taloudellisiin syihin, mutta vaikka kaikki edellä mainitut lähteet ovat sallittuja väriaineina Euroopassa, Yhdysvaltojen nykyisessä lainsäädännössä vaaditaan, että β-karoteenipitoisuuden on oltava yli 95 prosenttia, mikä estää sekoitettujen karoteenien käytön väriaineina. Monilla karotenoideilla on A-vitamiinia edistävä aktiivisuus, mikä tarkoittaa, että ne voivat muuttua A-vitamiiniksi nautittuna. Kunkin aineen muuntokertoimet vaihtelevat, mutta β-karoteeni muuntuu tehokkaimmin retinoliksi eli A-vitamiiniksi.

Paprikaa uutetaan paprikasta, Capsicum annum L., jota viljellään yleensä Intiassa. Kuten karoteeni, myös paprika valmistetaan aluksi öljypohjaisena tuotteena, jota kutsutaan oleoresiiniksi. Paprikan oleoresiini sisältää useita pigmenttejä, joista tärkein on punainen pigmentti kapsorubiini. Maustemolekyyli kapsantiini uuttuu yhdessä kapsorubiinin kanssa, ja ellei sen pitoisuutta valvota, se voi johtaa aromin siirtymiseen lopullisessa sovelluksessa. EU:n lainsäädännön3 mukaan paprikauutteessa on oltava vähintään 7 prosenttia karotenoideja, joista vähintään 30 prosenttia on oltava kapsantiinia/kapsorubiinia. Lisäksi sen erottamiseksi mausteina tai aromeina käytettävistä aineista kapsantiinipitoisuuden on oltava alle 250 ppm.

Tagetes erecta L. -lajin luteiini on puhdistettu uute, joka saadaan kehäkukan oleoresiinista, joka uutetaan kehäkukan kukkien terälehdistä orgaanisilla liuottimilla. Luteiinipigmentti uutetaan yhdessä muiden vastaavien karotenoidien kanssa ja se esiintyy esteröidyssä muodossa. Luteiinilla on tärkeä rooli silmien terveyden säilyttämisessä ja rappeuttavien sairauksien, kuten ikään liittyvän makuladegeneraation, ehkäisyssä.

Paprika-, karoteeni ja luteiinikarotenoidit antavat samankaltaisia sävyjä, joista paprika on oranssin värisävyisin, karoteeni trooppisen keltaisen oranssin ja luteiini munankeltaisen. Öljyyn liukenevana väriaineena paprikaa käytetään yleisimmin mausteseoksissa, kastikkeissa ja emulgoiduissa lihajalosteissa. Karoteenia on öljyliukoisessa muodossaan käytetty laajamittaisesti margariinissa, jossa sitä yksinkertaisesti lisätään tuotantoprosessin öljyvaiheeseen. Ilman karoteenin lisäämistä margariini näyttäisi valkoiselta.

Karotenoidien käyttömahdollisuuksien laajentamiseksi on kehitetty vesiliukoisia formulaatioita, joissa käytetään emulsio- ja dispersiotekniikoita. Yleisin vesiliukoisten formulaatioiden tyyppi ovat emulsiot, joissa karotenoidia sisältävästä öljystä tulee epäjatkuva faasi vesipitoisen jatkuvan faasin sisällä. Usein öljyfaasiin lisätään antioksidantteja ennen emulgointia värin pysyvyyden parantamiseksi. Sovelluksesta riippuen tarvitaan erityisiä emulgointiaineita ainesosien vuorovaikutusten minimoimiseksi tai erityisten ongelmien, kuten happamuuden, käsittelemiseksi.

Emulgointiaineiden ja käsittelyolosuhteiden huolellisella valinnalla voidaan muodostaa emulsioita, jotka ovat kirkkaita lopullisessa sovelluksessa. Tämän saavuttamiseksi tarvitaan vakaita öljypisaroita, joiden halkaisija on alle 90 nm, joka on valon aallonpituus. Vaihtoehtoinen lähestymistapa on hajottaa mikronisoidut karotenoidikiteet inerttiin kantaja-aineeseen, kuten glyseroliin. Kiteiden tyypillinen koko tällaisissa formulaatioissa on 0,2-0,4 μm. Tyypillisesti karotenoididispersioihin perustuvien valmisteiden sävy on oranssimpi kuin emulsiomuotoisten valmisteiden. Kaupallisesti emulsiomuodot ovat suosituimpia. Vesiliukoisia/dispergoituvia muotoja on saatavana myös inertille kantaja-aineelle kuivattuina.

Paprikaa, luteiinia ja karoteeneja käytetään moniin erilaisiin vesiliukoisiin sovelluksiin, ja lopullinen valinta tehdään usein halutun värisävyn mukaan. Paprikaa käytetään yleensä suolaisemmissa sovelluksissa, kuten kastikkeissa, marinadeissa, maustesekoituksissa ja päällysteissä, mutta sitä käytetään yleisesti myös makeissovelluksissa. Kaikkein kaupallisesti merkittävin karoteenin käyttökohde on kaikenlaiset juomat virvoitusjuomista hiilihapotettuihin, maun mukaan laimennettuihin ja juomavalmiisiin juomiin. Jos juoma on oranssi, se on todennäköisesti värjätty karoteenilla.

Karotenoidit eivät muuta värisävyään merkittävästi pH:n mukaan, mutta happamuus voi vaikuttaa vesiliukoisuuden lisäämiseksi lisättyjen emulgointiaineiden toimintaan, mikä johtaa emulsion hajoamiseen ja öljypisaroiden vapautumiseen elintarvikkeeseen. Karotenoidien säilyvyyteen liittyvät haasteet liittyvät yleensä joko pigmentin värin säilymiseen tai muotoiluun liittyviin ongelmiin. Karotenoidit hajoavat hapettumalla, ja tätä voidaan lieventää lisäämällä antioksidantteja värivalmisteeseen tai elintarvikesovellukseen. C-vitamiinin lisääminen enintään 400 ppm:n määrään parantaa stabiilisuutta. Lämpö- ja valoaltistus nopeuttaa hapettumista ja siihen liittyvää värin häviämistä. Prosessimuutokset ja pakkausvalinnat voivat auttaa, mutta myös hienovaraiset seikat, kuten valonlähde (esim. luonnollinen auringonvalo verrattuna keinotekoiseen auringonvaloon), voivat vaikuttaa, sillä suora auringonvalo tuhoaa karotenoidia paljon enemmän kuin valintamyymälöiden valaistus.

Vähäiset hapettumista edistävien metallien pitoisuudet voivat myös vaikuttaa asiaan. On olemassa esimerkkejä tavanomaisista juomaresepteistä, joita siirretään pullotustehtaiden välillä ja jotka kärsivät dramaattisesta värinmenetyksestä, joka johtuu vesihuollon ja siihen liittyvien prooksidanttisten metallien, kuten kuparin, raudan ja mangaanin, pitoisuuksien muuttumisesta. Nämä ongelmat voidaan ratkaista yhdistelmällä ylimääräisiä antioksidantteja, kuten askorbiinihappoa, ja lisäämällä metalleja sitovaa ainetta, kuten etyleenidiamiinitetraetikkahappoa (EDTA) tai sitruunahappoa.

Formulointiongelmat, kuten emulsion hajoaminen, voivat johtaa öljymäisten karotenoidikerrostumien vapautumiseen elintarvikejärjestelmään, mikä nähdään tyypillisimmin β-karoteenin kaulan ympärysrenkaana juomissa. Tällaiset ongelmat ratkaistaan yleensä ymmärtämällä, onko ongelma aiheutunut prosessointiongelmasta vai ainesosien vuorovaikutuksesta, ja ryhtymällä asianmukaisiin toimenpiteisiin, kuten muuttamalla ainesosien lisäysjärjestystä tai jättämällä karotenoidiväri väkevässä muodossaan sekoittamatta valmiiksi muiden ainesosien, kuten aromijärjestelmän, kanssa.