2.2.7 Karoten, papryka i luteina

Karoten, papryka i luteina są chemicznie powiązane i są określane jako karotenoidy. Jest to gama około 600 pigmentów szeroko rozpowszechnionych w przyrodzie i dających spektrum kolorów od pomarańczowego do żółtego.14 Chociaż pozyskiwane z różnych źródeł, ich właściwości, metody stosowania i wymagane technologie recepturowe są podobne i sensowne jest potraktowanie ich razem w tym rozdziale.

Karoten jest dostępny jako mieszanina izomerów karotenu, głównie β i α, z oleju palmowego, gdzie jest usuwany na jednym z końcowych etapów produkcji oleju palmowego jako etap odbarwiania. Ekstrakty zawierające głównie β-karoten są dostępne z alg odpornych na halo (Dunaliella salina) lub grzybów (Blakeslea trispora). W obu przypadkach ekstrakty zawierają ponad 95% β-karotenu. Te naturalne źródła są dostępne w typowej ilości 20-30% karotenu zawieszonego w oleju roślinnym. Identyczny z naturalnym β-karoten, który jest produkowany z bazowych petrochemikaliów, aby być chemicznie identyczny z tym występującym w naturze, jest również dostępny w postaci krystalicznej o wysokiej czystości. Odcienie tych ekstraktów olejowych są bardzo podobne, a o ich wyborze często decydują względy ekonomiczne, ale chociaż wszystkie powyższe źródła są dopuszczone jako barwniki w Europie, obecne ustawodawstwo USA wymaga, aby poziom β-karotenu wynosił ponad 95%, co uniemożliwia stosowanie mieszanych karotenów jako barwników. Wiele karotenoidów posiada aktywność prowitaminy A, co oznacza, że po spożyciu mogą zostać przekształcone w witaminę A. Współczynniki konwersji dla każdego z nich są różne, ale β-karoten jest najbardziej efektywnie przekształcany w retinol lub witaminę A.

Papryka jest pozyskiwana ze słodkiej czerwonej papryki, Capsicum annum L., która jest zwykle uprawiana w Indiach. Podobnie jak w przypadku karotenu, papryka jest początkowo produkowana jako produkt na bazie oleju, określany jako oleożywica. Oleożywica papryki zawiera szereg pigmentów, z których najważniejszym jest czerwony pigment kapsorubina. Cząsteczka przyprawy kapsantyna współekstrahuje z kapsorubiną, co – o ile jej poziom nie jest kontrolowany – może prowadzić do przeniesienia aromatu w końcowym zastosowaniu. Zgodnie z prawodawstwem UE,3 ekstrakt z papryki musi zawierać nie mniej niż 7% karotenoidów, z czego co najmniej 30% musi stanowić kapsantyna/kapsorubina. Dodatkowo, aby odróżnić go od materiałów przeznaczonych do stosowania jako przyprawy lub środki aromatyzujące, poziom kapsantyny musi wynosić poniżej 250 ppm.

Luteina z Tagetes erecta L. jest oczyszczonym ekstraktem otrzymywanym z oleożywicy nagietka, która jest ekstrahowana z płatków kwiatów nagietka za pomocą rozpuszczalników organicznych. Pigment luteiny jest współekstrahowany z innymi pokrewnymi karotenoidami i występuje w postaci zestryfikowanej. Luteina odgrywa ważną rolę w zachowaniu zdrowia oczu i zapobieganiu chorobom zwyrodnieniowym, takim jak związane z wiekiem zwyrodnienie plamki żółtej.

Karotenoidy papryki, karoten i luteina dają gamę podobnych odcieni, przy czym papryka jest najbardziej pomarańczowa, karoten jest tropikalnym żółtym pomarańczem, a luteina jest żółtym jajkiem. Jako pigment rozpuszczalny w oleju, papryka jest najczęściej stosowana w mieszankach przyprawowych, sosach i emulgowanych przetworzonych mięsach. Karoten w postaci rozpuszczalnej w oleju znalazł masowe zastosowanie w margarynie, gdzie jest po prostu dodawany do fazy olejowej procesu produkcyjnego. Rzeczywiście bez dodatku karotenu margaryna wyglądałaby na białą.

Aby rozszerzyć zakres zastosowań, w których karotenoidy mogą być używane, opracowano aplikacje preparatów rozpuszczalnych w wodzie z wykorzystaniem technologii emulsyjnych i dyspersyjnych. Najczęstszym typem preparatów rozpuszczalnych w wodzie są emulsje, w których olej zawierający karotenoidy staje się fazą nieciągłą w wodnej fazie ciągłej. Często przed emulsyfikacją do fazy olejowej dodawane są antyoksydanty w celu zwiększenia stabilności koloru. W zależności od zastosowania, wymagane są specyficzne emulgatory w celu zminimalizowania interakcji składników lub poradzenia sobie ze specyficznymi problemami, takimi jak kwasowość.

Dzięki starannemu doborowi emulgatorów i warunków przetwarzania, można tworzyć emulsje, które są przejrzyste w końcowym zastosowaniu. Aby to osiągnąć, wymagane są stabilne krople oleju o średnicy mniejszej niż 90 nm, co odpowiada długości fali świetlnej. Alternatywne podejście polega na rozproszeniu zmikronizowanych kryształów karotenoidów w obojętnym nośniku, takim jak glicerol. Typowy rozmiar kryształów w takich preparatach wynosi 0,2-0,4 μm. Zazwyczaj odcień preparatów opartych na dyspersjach karotenoidów jest bardziej pomarańczowy niż ich odpowiedników emulsyjnych. Komercyjnie najbardziej popularne są formy emulsyjne. Formy rozpuszczalne w wodzie/rozpraszające się są również dostępne w postaci wysuszonej na obojętnych nośnikach.

Papryka, luteina i karoteny są stosowane do różnorodnych zastosowań rozpuszczalnych w wodzie, przy czym ostateczny wybór często zależy od wymaganego odcienia koloru. Papryka ma tendencję do wykorzystywania w bardziej wytrawnych zastosowaniach, takich jak sosy, marynaty, mieszanki przypraw i powłoki, ale jest również powszechnie spotykana w zastosowaniach cukierniczych. Najbardziej znaczącym zastosowaniem handlowym karotenu są wszelkiego rodzaju napoje, od niegazowanych po gazowane, rozcieńczone do smaku po gotowe do picia. Jeśli napój jest pomarańczowy, to najprawdopodobniej jest zabarwiony karotenem.

Karotenoidy nie zmieniają znacząco odcienia w zależności od pH, ale kwasowość może mieć wpływ na funkcjonalność emulgatorów dodawanych w celu zwiększenia rozpuszczalności w wodzie, co prowadzi do rozpadu emulsji i uwolnienia kropel oleju do żywności. Wyzwania związane ze stabilnością karotenoidów dotyczą albo zachowania koloru pigmentu, albo kwestii związanych z formulacją. Karotenoidy ulegają rozkładowi w wyniku utleniania, co można złagodzić poprzez włączenie antyoksydantów do receptury barwnika lub do żywności. Witamina C dodana w maksymalnej ilości 400 ppm zapewni wzrost stabilności. Wystawienie na działanie ciepła i światła przyspiesza utlenianie i związaną z nim utratę koloru. Zmiany procesu i wybór opakowania mogą pomóc, ale subtelności, takie jak źródło światła (np. naturalne światło słoneczne w przeciwieństwie do sztucznego światła słonecznego) może również mieć wpływ z bezpośrednim światłem słonecznym jest znacznie bardziej destrukcyjne dla karotenoidu niż oświetlenie supermarketu.

Obecność niskich poziomów metali pro-utleniających może również mieć wpływ. Istnieją przykłady standardowych receptur napojów przenoszonych pomiędzy rozlewniami cierpiących na dramatyczną utratę koloru spowodowaną zmianą w dostawie wody i związanym z tym poziomem metali pro-utleniających, takich jak miedź, żelazo i mangan. Problemy te mogą być rozwiązane przez kombinację dodatkowych przeciwutleniaczy, takich jak kwas askorbinowy i włączenie czynnika sekwestrującego metale, takiego jak kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) lub kwas cytrynowy.

Problemy związane z formułowaniem, takie jak rozpad emulsji, mogą prowadzić do uwolnienia tłustych osadów karotenoidów do systemu żywnościowego, najbardziej klasycznie postrzeganych jako pierścień szyjki β-karotenu w napoju. Takie problemy są zwykle rozwiązywane poprzez zrozumienie, czy jest to kwestia przetwarzania lub interakcji składników, która spowodowała problem i podjęcie odpowiednich działań, takich jak zmiana kolejności dodawania składników lub brak wstępnego mieszania barwnika karotenoidowego w jego skoncentrowanej postaci z innymi składnikami, takimi jak system aromatyzujący.

.