2.2.7 Carotene, paprika e luteina

Carotene, paprika e luteina sono chimicamente correlati e vengono definiti carotenoidi. Questi sono una gamma di circa 600 pigmenti ampiamente distribuiti in natura e danno uno spettro di colori dall’arancione al giallo.14 Anche se estratti da fonti diverse, le loro proprietà, i metodi di applicazione e le tecnologie di formulazione richieste sono simili e ha senso trattarli insieme in questo capitolo.

Il carotene è disponibile come miscela di isomeri del carotene, prevalentemente β e α, dall’olio di palma dove viene rimosso in una delle fasi finali della produzione di olio di palma come fase di decolorazione. Gli estratti di carotene prevalentemente β sono disponibili da fonti algali (Dunaliella salina) o fungine (Blakeslea trispora). In entrambi i casi gli estratti contengono oltre il 95% di β-carotene. Queste fonti naturali sono disponibili tipicamente al 20-30% di carotene sospeso in un olio vegetale. Il β-carotene identico alla natura, che è prodotto da prodotti petrolchimici di base per essere chimicamente identico a quello che si trova in natura, è anche disponibile in una forma cristallina ad alta purezza. Le tonalità di questi estratti a base di petrolio sono molto simili e la scelta è spesso determinata dall’economia, ma anche se tutte le fonti di cui sopra sono permesse come coloranti in Europa, l’attuale legislazione statunitense richiede che il livello di β-carotene sia superiore al 95%, il che impedisce l’uso di caroteni misti come coloranti. Molti carotenoidi hanno attività pro-vitamina A, il che significa che possono essere convertiti in vitamina A una volta ingeriti. I fattori di conversione per ciascuno variano, ma il β-carotene è più efficacemente convertito in retinolo o vitamina A.

La paprica è estratta dal peperone rosso dolce, Capsicum annum L., che è tipicamente coltivato in India. Come per il carotene, la paprika è inizialmente prodotta come un prodotto a base di olio chiamato oleoresina. L’oleoresina della paprika contiene una serie di pigmenti, il più importante dei quali è il pigmento rosso capsorubina. La molecola della spezia, la capsantina, viene coestratta con la capsorubina che, a meno che il suo livello non sia controllato, può portare a un riporto di sapore nell’applicazione finale. Secondo la legislazione UE3 , l’estratto di paprika non deve essere inferiore al 7% come carotenoidi di cui almeno il 30% deve essere capsantina/capsorubina. Inoltre, per distinguerlo dai materiali da utilizzare come spezie o aromi, il livello di capsantina deve essere inferiore a 250 ppm.

La luteina di Tagetes erecta L. è un estratto purificato ottenuto dall’oleoresina di calendula, che viene estratta dai petali dei fiori di calendula con solventi organici. Il pigmento luteina è co-estratto con altri carotenoidi correlati ed esiste in forma esterificata. La luteina ha un ruolo importante nella conservazione della salute degli occhi e nella prevenzione di condizioni degenerative come la degenerazione maculare legata all’età.

I carotenoidi paprika, carotene e luteina danno una gamma di sfumature simili con la paprika che è la più arancione, il carotene che è un giallo tropicale arancione e la luteina che è un giallo uovo. Come pigmento solubile in olio, la paprica è più comunemente usata nelle miscele di spezie, nelle salse e nelle carni lavorate emulsionate. Il carotene nella sua forma solubile in olio ha trovato un uso di massa nella margarina dove viene semplicemente aggiunto alla fase dell’olio del processo di produzione. Infatti senza l’aggiunta di carotene la margarina avrebbe un aspetto bianco.

Per espandere la gamma di applicazioni in cui i carotenoidi possono essere usati, sono state sviluppate applicazioni di formulazioni idrosolubili utilizzando tecnologie di emulsione e dispersione. Il tipo più comune di formulazioni idrosolubili sono emulsioni in cui l’olio contenente carotenoidi diventa una fase discontinua all’interno di una fase continua acquosa. Spesso vengono aggiunti antiossidanti alla fase oleosa prima dell’emulsione per migliorare la stabilità del colore. A seconda dell’applicazione, saranno necessari emulsionanti specifici per minimizzare le interazioni tra gli ingredienti o per far fronte a problemi specifici come l’acidità.

Con una scelta attenta degli emulsionanti e delle condizioni di lavorazione, si possono formare emulsioni che sono chiare nell’applicazione finale. Per ottenere ciò, sono necessarie goccioline di olio stabili con un diametro inferiore a 90 nm, che è la lunghezza d’onda della luce. Un approccio alternativo consiste nel disperdere i cristalli di carotenoidi micronizzati in un vettore inerte come il glicerolo. La dimensione tipica dei cristalli in tali formulazioni è di 0,2-0,4 μm. Tipicamente la tonalità delle formulazioni basate su dispersioni di carotenoidi è più arancione rispetto alle loro controparti in emulsione. Commercialmente le forme di emulsione sono le più popolari. Le forme idrosolubili/dispersibili sono disponibili anche essiccate su supporti inerti.

Paprika, luteina e caroteni sono applicati a una vasta gamma di applicazioni idrosolubili con la scelta finale che spesso è la tonalità di colore richiesta. La paprika tende ad essere usata nelle applicazioni più saporite come salse, marinate, miscele di spezie e rivestimenti, ma si trova comunemente anche nelle applicazioni dolciarie. L’applicazione commercialmente più significativa per il carotene è nelle bevande di tutti i tipi, da quelle tranquille a quelle gassate, diluite a piacere, a quelle pronte da bere. Se la bevanda è arancione, molto probabilmente è colorata con carotene.

I carotenoidi non cambiano significativamente tonalità con il pH, ma l’acidità può avere un’influenza sulla funzionalità degli emulsionanti aggiunti per rendere la solubilità in acqua, portando alla rottura dell’emulsione e al rilascio di goccioline di olio nel cibo. Le sfide di stabilità per i carotenoidi tendono ad essere intorno alla ritenzione del colore del pigmento o a problemi di formulazione. I carotenoidi decadono per ossidazione e questo può essere mitigato dall’inclusione di antiossidanti nella formulazione del colore o nell’applicazione alimentare. La vitamina C, aggiunta a un massimo di 400 ppm, aumenterà la stabilità. Il calore e l’esposizione alla luce accelerano l’ossidazione e la perdita di colore associata. I cambiamenti di processo e le scelte di imballaggio possono aiutare, ma anche sottigliezze come la fonte di luce (ad esempio la luce naturale del sole rispetto a quella artificiale) possono avere un’influenza, con la luce diretta del sole che è molto più distruttiva per un carotenoide rispetto all’illuminazione del supermercato.

Anche la presenza di bassi livelli di metalli pro-ossidanti può avere un’influenza. Esistono esempi di ricette standard di bevande trasferite tra impianti di imbottigliamento che soffrono di una drammatica perdita di colore causata da un cambiamento nella fornitura di acqua e dai livelli associati di metalli pro-ossidanti come rame, ferro e manganese. Questi problemi possono essere risolti con una combinazione di antiossidanti aggiuntivi come l’acido ascorbico e l’inclusione di un agente sequestrante di metalli come l’acido etilendiamminotetraacetico (EDTA) o l’acido citrico.

Problemi di formulazione come la rottura dell’emulsione possono portare al rilascio di depositi oleosi di carotenoidi in un sistema alimentare visto più classicamente come un collare di β-carotene in una bevanda. Tali problemi sono normalmente risolti capendo se è un problema di lavorazione o un’interazione di ingredienti che ha causato il problema e prendendo l’azione appropriata come cambiare l’ordine di aggiunta degli ingredienti o non premiscelare il colore carotenoide nella sua forma concentrata con altri ingredienti come il sistema aromatico.