2.2.7 Karoten, paprika och lutein

Karoten, paprika och lutein är kemiskt besläktade och kallas karotenoider. Dessa är en serie av cirka 600 pigment som är vitt spridda i naturen och ger ett spektrum av orange till gula färger.14 Även om de utvinns från olika källor är deras egenskaper, appliceringsmetoder och erforderliga formuleringstekniker likartade och det är meningsfullt att behandla dem tillsammans i det här kapitlet.

Karoten finns tillgängligt som en blandning av karotenisomerer, främst β och α, från palmolja där det avlägsnas i ett av de sista stegen av palmoljetillverkningen som ett avfärgningssteg. Extrakt av främst β-karoten finns tillgängliga från antingen halotoleranta algkällor (Dunaliella salina) eller svampkällor (Blakeslea trispora). I båda fallen innehåller extrakten över 95 % β-karoten. Dessa naturliga källor finns tillgängliga med vanligtvis 20-30 % karoten suspenderad i en vegetabilisk olja. Naturidentisk β-karoten, som framställs av petrokemiska basprodukter för att vara kemiskt identisk med den som finns i naturen, finns också tillgänglig i kristallin form med hög renhet. Nyanserna hos dessa oljebaserade extrakt är mycket lika och valet avgörs ofta av ekonomiska skäl, men även om alla ovanstående källor är tillåtna som färgämnen i Europa, krävs det enligt gällande amerikansk lagstiftning att β-karotenhalten ska vara över 95 %, vilket förhindrar användningen av blandade karotener som färgämnen. Många karotenoider har provitamin A-aktivitet, vilket innebär att de kan omvandlas till A-vitamin när de intas. Omvandlingsfaktorerna för var och en varierar, men β-karoten omvandlas mest effektivt till retinol eller A-vitamin.

Paprika utvinns ur söt röd paprika, Capsicum annum L., som vanligtvis odlas i Indien. Liksom karoten framställs paprika ursprungligen som en oljebaserad produkt som kallas oleoresin. Paprika oleoresin innehåller ett antal pigment, varav det viktigaste är det röda pigmentet capsorubin. Kryddmolekylen capsantin extraheras tillsammans med capsorubin, vilket, om inte dess nivå kontrolleras, kan leda till att smaken överförs i den slutliga tillämpningen. Enligt EU-lagstiftningen3 måste paprikaextraktet innehålla minst 7 % karotenoider, varav minst 30 % måste utgöras av capsantin/kapsorubin. För att skilja det från material för användning som kryddor eller aromer måste dessutom kapsantinhalten vara lägre än 250 ppm.

Lutein från Tagetes erecta L. är ett renat extrakt som erhålls från oleoresin från ringblommor, som extraheras med organiska lösningsmedel från kronbladen på blommor av ringblommor. Luteinpigmentet samextraheras med andra besläktade karotenoider och finns i förestrad form. Lutein har en viktig roll i bevarandet av ögats hälsa och förebyggande av degenerativa tillstånd såsom åldersrelaterad makuladegeneration.

Karotenoiderna paprika, karoten och lutein ger en rad likartade nyanser där paprika är mest orange, karoten är en tropisk gulorange och lutein är ägggult. Som oljelösligt pigment används paprika oftast i kryddblandningar, såser och emulgerat bearbetat kött. Karoten i sin oljelösliga form har använts i stor skala i margarin där det helt enkelt tillsätts i oljefasen i produktionsprocessen. Utan tillsats av karoten skulle margarin se vitt ut.

För att utöka antalet tillämpningar där karotenoider kan användas har vattenlösliga formuleringar utvecklats med hjälp av emulsions- och dispersionsteknik. Den vanligaste typen av vattenlösliga formuleringar är emulsioner där karotenoidinnehållande olja blir en diskontinuerlig fas i en vattenhaltig kontinuerlig fas. Ofta tillsätts antioxidanter till oljefasen före emulgeringen för att öka färgstabiliteten. Beroende på tillämpningen krävs särskilda emulgeringsmedel för att minimera interaktioner mellan ingredienserna eller för att hantera specifika problem som t.ex. surhet.

Genom ett noggrant val av emulgeringsmedel och bearbetningsförhållanden kan emulsioner bildas som är klara i den slutliga tillämpningen. För att uppnå detta krävs stabila oljedroppar med en diameter på mindre än 90 nm, vilket är ljusets våglängd. Ett alternativt tillvägagångssätt är att dispergera mikroniserade karotenoidkristaller i en inert bärare, t.ex. glycerol. Den typiska storleken på kristallerna i sådana formuleringar är 0,2-0,4 μm. Vanligtvis är nyansen i formuleringar baserade på dispersioner av karotenoider mer orange än i emulsioner. I handeln är emulsionsformerna mest populära. De vattenlösliga/dispergerbara formerna finns också tillgängliga torkade på inerta bärare.

Paprika, lutein och karotener används i ett brett spektrum av vattenlösliga tillämpningar där det slutliga valet ofta är den önskade färgnyansen. Paprika tenderar att användas i mer salta tillämpningar som såser, marinader, kryddblandningar och beläggningar, men är också vanligt förekommande i konfektyrtillämpningar. Den kommersiellt mest betydelsefulla användningen av karoten är i alla typer av drycker, från stilla till kolsyrade, utspädda efter smak och färdiga att dricka. Om drycken är orange är den sannolikt färgad med karoten.

Karotenoider ändrar inte nämnvärt färg med pH-värdet, men surhet kan påverka funktionaliteten hos emulgeringsmedel som tillsätts för att göra den vattenlöslig, vilket leder till att emulsionen bryts ner och att oljedroppar släpps ut i livsmedlet. Stabilitetsutmaningar för karotenoider brukar antingen handla om pigmentets färgbevarande eller om formuleringsproblem. Karotenoider bryts ned genom oxidation och detta kan minskas genom att man tillsätter antioxidanter i färgformuleringen eller i livsmedelstillämpningen. C-vitamin som tillsätts med högst 400 ppm ger ökad stabilitet. Värme- och ljusexponering påskyndar oxidationen och den därmed sammanhängande färgförlusten. Processförändringar och val av förpackning kan hjälpa till, men även finesser som ljuskällan (t.ex. naturligt solljus i motsats till artificiellt solljus) kan påverka, där direkt solljus är mycket mer destruktivt för en karotenoid än stormarknadsbelysning.

Närvaron av låga halter av pro-oxidativa metaller kan också ha en inverkan. Det finns exempel på standarddrycksrecept som överförs mellan olika tappningsanläggningar och som drabbas av en dramatisk färgförlust orsakad av en förändring av vattentillförseln och de tillhörande nivåerna av prooxidativa metaller som koppar, järn och mangan. Dessa problem kan lösas genom en kombination av ytterligare antioxidanter, t.ex. askorbinsyra, och genom att inkludera ett metallsäkrande medel, t.ex. etylendiamintetraättiksyra (EDTA) eller citronsyra.

Formuleringsproblem, t.ex. emulsionssönderfall, kan leda till att oljiga karotenoidavlagringar släpps ut i livsmedelssystemet, vilket oftast ses som en β-karotenhalsring i en dryck. Sådana problem löses normalt genom att man förstår om det är ett processproblem eller en interaktion mellan ingredienser som har orsakat problemet och vidtar lämpliga åtgärder, t.ex. ändrar man tillsatsordningen för ingredienserna eller låter bli att i förväg blanda karotenoidfärgen i koncentrerad form med andra ingredienser, t.ex. aromsystemet.