2.2.7 Caroteen, paprika en luteïne

Caroteen, paprika en luteïne zijn chemisch verwant en worden carotenoïden genoemd. Hoewel ze uit verschillende bronnen worden gewonnen, zijn hun eigenschappen, toepassingsmethoden en vereiste formuleringstechnologieën vergelijkbaar en is het zinvol ze in dit hoofdstuk samen te behandelen.

Caroteen is beschikbaar als een mengsel van caroteenisomeren, voornamelijk β en α, uit palmolie, waar het wordt verwijderd in een van de laatste fasen van de palmolieproductie als ontkleuringsstap. Extracten van hoofdzakelijk β-caroteen zijn beschikbaar van halotolerante algen (Dunaliella salina) of schimmels (Blakeslea trispora). In beide gevallen bevatten de extracten meer dan 95% β-caroteen. Deze natuurlijke bronnen zijn beschikbaar in een typische hoeveelheid van 20-30% caroteen, gesuspendeerd in een plantaardige olie. Natuuridentiek β-caroteen, dat met petrochemische basisproducten wordt vervaardigd om chemisch identiek te zijn aan het caroteen dat in de natuur wordt aangetroffen, is ook beschikbaar in een kristallijne vorm met een hoge zuiverheid. De kleurschakeringen van deze op olie gebaseerde extracten lijken sterk op elkaar en de keuze wordt vaak bepaald door economische overwegingen, maar hoewel alle bovengenoemde bronnen in Europa als kleurstof zijn toegestaan, schrijft de huidige Amerikaanse wetgeving voor dat het β-caroteengehalte meer dan 95% moet bedragen, waardoor het gebruik van gemengde carotenen als kleurstof verboden is. Veel carotenoïden hebben een pro-vitamine A-activiteit, wat betekent dat zij na inname in vitamine A kunnen worden omgezet. De omzettingsfactoren variëren, maar β-caroteen wordt het meest effectief omgezet in retinol of vitamine A.

Paprika wordt gewonnen uit de zoete rode peper, Capsicum annum L., die meestal in India wordt geteeld. Evenals caroteen wordt paprika aanvankelijk geproduceerd als een product op oliebasis, oleohars genaamd. Paprika oleohars bevat een aantal pigmenten, waarvan het belangrijkste het rode pigment capsorubine is. De specerijmolecule capsanthine co-extraheert met capsorubine, hetgeen, tenzij het niveau ervan wordt gecontroleerd, kan leiden tot smaakoverdracht in de uiteindelijke toepassing. Krachtens de EU-wetgeving3 mag het paprika-extract niet minder dan 7% carotenoïden bevatten, waarvan ten minste 30% capsanthine/capsorubine moet zijn. Om het te onderscheiden van materialen die als specerij of smaakstof worden gebruikt, moet het capsanthinegehalte bovendien lager zijn dan 250 ppm.

Luteïne uit Tagetes erecta L. is een gezuiverd extract dat wordt verkregen uit goudsbloemenoleohars, dat met organische oplosmiddelen uit de bloemblaadjes van goudsbloemen wordt geëxtraheerd. Het luteïnepigment wordt samen met andere verwante carotenoïden geëxtraheerd en bestaat in een veresterde vorm. Luteïne speelt een belangrijke rol bij het behoud van de gezondheid van de ogen en de preventie van degeneratieve aandoeningen zoals leeftijdsgebonden maculadegeneratie.

De carotenoïden paprika, caroteen en luteïne geven een reeks vergelijkbare tinten waarbij paprika het meest oranje is, caroteen een tropisch geeloranje en luteïne een eigeel. Als in olie oplosbaar pigment wordt paprikapoeder het meest gebruikt in specerijenmengsels, sauzen en geëmulgeerd verwerkt vlees. Caroteen in zijn in olie oplosbare vorm wordt op grote schaal gebruikt in margarine, waar het gewoon aan de oliefase van het productieproces wordt toegevoegd. Zonder de toevoeging van caroteen zou margarine er inderdaad wit uitzien.

Om het scala van toepassingen waarin carotenoïden kunnen worden gebruikt uit te breiden, zijn in water oplosbare formuleringen ontwikkeld met behulp van emulsie- en dispersietechnologieën. Het meest voorkomende type in water oplosbare formuleringen zijn emulsies waarbij carotenoïden bevattende olie een discontinue fase wordt binnen een waterige continue fase. Vaak worden vóór de emulsificatie anti-oxidanten aan de oliefase toegevoegd om de kleurstabiliteit te verbeteren. Afhankelijk van de toepassing zijn specifieke emulgatoren nodig om interacties tussen de ingrediënten tot een minimum te beperken of om specifieke problemen zoals zuurtegraad aan te pakken.

Door een zorgvuldige keuze van emulgatoren en verwerkingscondities kunnen emulsies worden gevormd die in de uiteindelijke toepassing helder zijn. Om dit te bereiken zijn stabiele oliedruppeltjes nodig met een diameter kleiner dan 90 nm, wat de golflengte van licht is. Een alternatieve benadering is het dispergeren van gemicroniseerde carotenoïdenkristallen in een inerte drager zoals glycerol. De typische grootte van de kristallen in dergelijke formuleringen is 0,2-0,4 μm. Gewoonlijk is de kleur van formuleringen op basis van dispersies van carotenoïden oranjeer dan die van hun emulsie-tegenhangers. Commercieel gezien zijn de emulsievormen het populairst. De in water oplosbare/verspreidbare vormen zijn ook beschikbaar gedroogd op inerte dragers.

Paprika, luteïne en carotenen worden toegepast in een groot aantal in water oplosbare toepassingen, waarbij de uiteindelijke keuze vaak wordt bepaald door de gewenste kleur. Paprika wordt over het algemeen gebruikt in hartige toepassingen zoals sauzen, marinades, kruidenmengsels en coatings, maar wordt ook vaak aangetroffen in zoetwaren. De commercieel belangrijkste toepassing van caroteen is in dranken van allerlei aard, van niet-koolzuurhoudende tot koolzuurhoudende, verdund naar smaak, tot kant-en-klare dranken. Als de drank oranje is, is hij hoogstwaarschijnlijk gekleurd met caroteen.

Carotenoïden veranderen niet significant van kleur met de pH, maar de zuurgraad kan van invloed zijn op de functionaliteit van emulgatoren die zijn toegevoegd om de oplosbaarheid in water te verbeteren, waardoor de emulsie wordt afgebroken en oliedruppels in het voedsel terechtkomen. Stabiliteitsproblemen voor carotenoïden hebben meestal te maken met kleurbehoud van het pigment of met de formulering. Carotenoïden bederven door oxidatie en dit kan worden tegengegaan door anti-oxidanten op te nemen in de formulering van de kleurstof of in de voedselapplicatie. Toevoeging van vitamine C met een maximum van 400 ppm zorgt voor een grotere stabiliteit. Blootstelling aan hitte en licht versnelt de oxidatie en het daarmee gepaard gaande kleurverlies. Proceswijzigingen en verpakkingskeuzes kunnen helpen, maar ook subtiliteiten zoals de lichtbron (b.v. natuurlijk zonlicht tegenover kunstmatig zonlicht) kunnen van invloed zijn, waarbij direct zonlicht veel destructiever is voor een carotenoïde dan supermarktverlichting.

De aanwezigheid van lage gehaltes pro-oxidant metalen kan ook van invloed zijn. Er bestaan voorbeelden van standaard drankrecepten die van de ene bottelarij naar de andere worden overgebracht en waarbij een dramatisch kleurverlies optreedt als gevolg van een verandering in de watertoevoer en de daarmee gepaard gaande gehalten aan pro-oxiderende metalen zoals koper, ijzer en mangaan. Deze problemen kunnen worden opgelost door een combinatie van extra anti-oxidanten zoals ascorbinezuur en de toevoeging van een metaal-sequestratiemiddel zoals ethyleendiaminetetra-azijnzuur (EDTA) of citroenzuur.

Vormingsproblemen zoals emulsie-afbraak kunnen leiden tot het vrijkomen van olieachtige carotenoïde-afzettingen in een voedingssysteem, wat meestal wordt gezien als een β-caroteen-nekring in een drank. Dergelijke problemen worden gewoonlijk opgelost door te begrijpen of het een verwerkingsprobleem of een interactie tussen ingrediënten is die het probleem heeft veroorzaakt en de juiste actie te ondernemen, zoals het veranderen van de volgorde van toevoeging van ingrediënten of het niet voormengen van de carotenoïde kleurstof in zijn geconcentreerde vorm met andere ingrediënten zoals het smaaksysteem.