CC BY
358
УДК 547.979.8:547.973
ИССЛЕДОВАНИЕ НАТУРАЛЬНЫХ КАРОТИНОИДНО-АНТОЦИАНОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ
© П.Н. Саввин , Е.В. Комарова, В.М. Болотов, Е.С. Шичкина
Воронежская государственная технологическая академия, пр. Революции, 19, Воронеж, 394036 (Россия) e-mail: [email protected]
Исследовано состояние рынка пищевых красителей. Рассмотрена возможность получения биологически активных композиционных колорантов из каротиноид- и антоциансодержащего сырья. Изучены динамика изменения цветности смесевых красителей в системе RGB и их антиоксидантная активность.
Ключевые слова: смесевой краситель, каротиноиды, антоцианы, RGB, антиоксидантная активность.
В настоящее время специалисты в области пищевой промышленности отмечают следующие тенденции дальнейшего развития производства продуктов питания:
- широкое внедрение в производство местного и нетрадиционного сырья с целью экономии дорогого импортного;
- разработка продуктов для детского питания разных возрастных групп;
- освоение технологий производства изделий диабетического, лечебно-профилактического назначения с биологически активными добавками, повышающими устойчивость организма в экологически неблагоприятных условиях [1].
Расширение ассортимента пищевого сырья и современные технологии с различными видами воздействия на сырье и продукты (температура, изменение рН, применение ферментативных препаратов и др.) приводят к изменению химической структуры и физико-химических свойств (в т.ч. спектральных характеристик) готовых продуктов. Поэтому непрерывно растет необходимость стабилизации и восстановления их цвета с помощью пищевых добавок, прежде всего пищевых красителей. Кроме того, с помощью красителей расширяют ассортимент таких продуктов, как кремы, карамель, безалкогольные напитки и т.п.
Потребитель пищевых продуктов давно привык к их определенному цвету, связывая с ним качество и готовность продуктов к употреблению. Цвет продуктов питания, их внешняя привлекательность - важный фактор в оценке пищевых продуктов, их конкурентной способности на рынке. История применения натуральных красителей (цветов, листьев, корней растений) насчитывает много столетий. Появление синтетических пищевых колорантов значительно расширило возможности производителей в улучшении внешнего вида продуктов питания.
По объему применения и технологическим характеристикам синтетические красители часто превосходят натуральные. Однако в последние годы интерес к натуральным колорантам возрастает. Это связано как с появлением в печати сведений о небезопасности синтетических красителей, так и с повышением внимания к натуральным пищевым добавкам в целом. Исследования спроса на природные красители в Европе за последнее десятилетие показали, что их потребление постоянно растет. Лидирующее положение в объемах продаж занимают красные красители (около половины объема), затем желтые, оранжевые и зеленые.
Современные технологии позволяют получать натуральные пищевые красители из различного пищевого сырья. Известно, что натуральные пищевые колоранты содержат в своем составе кроме красящих пигментов другие биологически активные компоненты: витамины, микроэлементы, органические кислоты, которые полезны для человека. Поэтому использование естественных пигментов для окрашивания продуктов питания дает возможность не только улучшить внешний вид, но и повысить их пищевую ценность [2].
* Автор, с которым следует вести переписку.
Основные натуральные красные красители, разрешенные в России для окрашивания продуктов питания,
- кармин Е120, красный свекольный Е162 и антоцианы Е163; желтые - куркумин Е100 и каротиноиды Е160.
Исследования последних лет выявили, что использование биологически активных веществ растительного происхождения в их природной композиции обеспечивает широкий спектр фармакологического влияния. особый упор при этом необходимо делать на применение местного сырья растительного происхождения, обладающего наиболее усвояемыми нутриентами и обеспечивающего укрепление неспецифического иммунитета и антиоксидантной защиты человеческого организма, что накладывает некоторые ограничения на использование кармина и куркумина.
Красный свекольный краситель также имеет ограниченное применение. При нагревании, на свету краситель разрушается, приобретая коричневый оттенок, поэтому свекольный колорант преимущественно используется для производства продуктов, технология приготовления которых исключает интенсивную термообработку: фруктовых йогуртов и других молочных продуктов, супов, соусов, жевательной резинки, десертов, мороженого [3].
Природные каротиноидные красители широко используются в пищевой промышленности для окраски жиросодержащих продуктов питания. Основными пигментами красителей являются гидрофобные углеводородные каротиноиды типа каротина. Термолитическая гидрофилизация природных углеродных каротинои-дов термообработкой каротиноидсодержащего растительного сырья (например моркови Daucus Sativus Roehl) [4] в условиях сохранения окраски пигментов приводит к образованию спиртоводорастворимых красителей. Это происходит не только из-за окисления каротиноидов, но и за счет гидролиза полимерных углеводов до олигомерных форм, образующих гидрофильный комплекс каротиноид-пектин [5]. Полученные красители могут успешно применяться для окраски не только гидрофобных, но и гидрофильных продуктов питания, что значительно расширяет эксплуатационные возможности колорантов.
Антоциановые пигменты традиционно выделяют из растительного сырья (например выжимок ягод черной смородины Ribes nigrum) водным или водно-спиртовым экстрагированием в кислой среде [2]. Применение этанола без дополнительного подкисления в качестве экстрагента при выделении антоцианов [6] позволяет значительно увеличить количество красящих веществ в концентрате. Повышенное содержание красящих веществ можно объяснить большей стабильностью антоциановых пигментов в среде менее полярного (по сравнению с водой) этилового спирта. Более низкая температура кипения этанола и незначительное содержание кислот способствуют концентрированию экстрактов красителей с максимальной сохранностью антоциановых соединений. Кроме того, содержание красящих веществ возрастает за счет извлечения анто-цианов в менее полярной бесцветной карбинольной форме, а также части флавонолов, которые в кислой среде способны превращаться в антоцианы.
Композиционный (смесевой) краситель, получаемый на основе смешения термофилизированного каро-тиноидного и бескислотного антоцианового (или совместного экстрагирования этанолом из растительного сырья), имеет окраску спиртового раствора от лимонно-желтой (при минимальной доле антоцианов) до бордово-красной (при соотношении 1 : 1). Следует отметить, что спиртовый раствор индивидуального антоцианового красителя имеет малиновую окраску.
Для приготовления растворов использовали каротиноидный краситель в количестве 0,15 г и антоциано-вый в количестве от 0 до 0,15 г на 50 см3 этилового спирта (96 об.%). Растворы хранились в течение 30 сут. в темноте при комнатной температуре.
Исследование спектральных характеристик композиционных красителей (с соотношением каротиноиды : антоцианы от 10 : 0 до 10 : 10) показало (рис. 1), что в смесях наблюдается смещение максимумом светопо-глощения растворов относительно индивидуальных колорантов. Так, максимумы светопоглощения спиртовых растворов каротиноидов соответствуют длинам волн 420, 460 и 480 нм, антоцианов - 549 нм, а смесе-вых красителей - 424, 445, 473 и 542 нм.
Определение проводили на однолучевом спектрофотометре Shimadzu (Япония) в видимом диапазоне длин волн в кювете с толщиной оптического слоя 10 мм.
Применение для оценки окраски сканерометрического метода [7] позволило получить количественные характеристики цвета растворов красителей. Измерение проводили на планшетном сканере Hewlett Packard ScanJet 3400С в цветовом режиме RGB, разрешение сканирования 300 dpi, используя специализированную приставку к сканеру. Толщина оптического слоя составляла 20 мм.
При переходе от трехкомпонтной системы RGB к четырехкомпонентной так называемой нормированной системе Irgb [8] появляется возможность оценить не только сам цвет раствора, но и собственно интенсивность окраски, что имеет более важное значение в пищевой промышленности. Связь между системами RGB и Irgb представляется соотношениями (1):
интенсивность нормированный красный нормированный зеленый нормированный синий
I = (Я + в + В) / 3 г = Я / (Я + в + В) g = в / (Я + в + В) Ь = В / (Я + в + В)
(1)
Изучение окраски растворов композиционного красителя в течение месяца хранения выявило незначительное изменение интенсивности окраски растворов с высокой долей антоцианов (рис. 3), что свидетельствует о достаточно высокой стабильности колорантов. Данные цветометрического анализа подтверждаются результатами спектрофотометрии: падение оптической плотности составило до 15% по пикам, соответствующим каро-тиноидной составляющей, и до 25% - по антоциановой компоненте. При этом отмечается, что падение оптической плотности на всем исследуемом диапазоне тем больше, чем выше доля антоцианов в смеси.
Каротиноидные и антоциановые пигменты обладают не только красящей способностью, но и высокой биологической активностью, что позволяет рассматривать их как биологически активные добавки, применяемые для профилактики, вспомогательной терапии и поддержки в физиологических границах функциональной активности органов и систем организма человека. Обеспечение нормальной жизнедеятельности возможно не только при условии снабжения организма необходимым количеством энергии, но и при соблюдении сложных соотношений между многочисленными факторами питания.
В последнее время серьезное внимание уделяется так называемому оксидативному стрессу - окислительному повреждению биологических молекул, которое генерируется в основном свободными радикалами. Их избыток разрушает белок, липиды, ДНК и другие биологически активные соединения, что приводит к преждевременному старению и уменьшению времени жизни. Онкологические заболевания, атеросклероз, болезнь Паркинсона, ряд воспалительных заболеваний, катаракту, сердечно-сосудистые заболевания все чаще ассоциируют с последствиями свободнорадикального окисления. При этом следует учитывать, что окислительные процессы являются неотъемлемой частью жизнедеятельности человеческого организма.
500
Длина волны, нм
Доля антоциановой составляющей к 10 долям каротиноидной
Рис. 1. Спектральные характеристики спиртовых растворов композиционных красителей (цифры - доля антоциановой составляющей к 10 долям каротиноидной)
Рис. 2. Цветометрические характеристики смесевых красителей
Срок хранения, недель
Рис. 3. Изменение интенсивности окраски в процессе хранения (цифры - доля антоциановой составляющей к 10 долям каротиноидной)
Ослабленные защитные функции организма не в полной мере противодействуют вредным окислительным реакциям, протекающим по радикально-цепному механизму. Введение в окислительные процессы антиоксидантов подавляет или значительно замедляет скорость реакций [9]. Как показывают данные статистики значительная, часть населения России испытывает недостаток в потреблении антиокислителей.
Каротиноиды, антоцианы и их смеси являются хорошими антиоксидантами, что подтверждается исследованиями антиоксидантной активности (АОА) спиртовых растворов колорантов.
Для определения АОА использовали прибор ЦветЯуза-01-АА, который позволяет проводить прямые количественные измерения АОА исследуемых проб, причем, варьируя полярность и величины приложенных потенциалов, можно находить не только суммарную антиоксидантную активность, но и активность отдельных классов биологических соединений [10]. Результаты приведены на рисунке 4.
Поскольку антоцианы и каротиноиды относятся к различным классам органических соединений, в качестве стандарта в работе был использован один из наиболее известных и распространенных антиоксидантов -аскорбиновая кислота.
Рис. 4. Антиоксидантная активность (стандарт - аскорбиновая кислота) растворов смесевых красителей
120
0 о
80
< 5? 60
40
20
0
0 1 2 4 6 8 10
Доля антоциановой составляющей к 10 долям каротиноидной
Полученные композиционные красители можно использовать для окраски в цвета от лимонно-желтого до бордово-красного разнообразных продуктов питания: маргарина, сливочного масла, мороженого, творога, йогуртов и других продуктов молочной промышленности, кондитерских изделий, в частности карамели и мармелада, напитков, ликеро-водочной продукции.
Кроме того, использование натуральных композиционных колорантов на основе смеси антоцианового и каротиноидного красителей взамен синтетических при производстве ряда пищевых продуктов, в частности кондитерских изделий, позволит шире применять эти колоранты для детского питания. Наличие ярко выраженных антиоксидантных свойств даст возможность использовать окрашенные каротиноидно-антоциановым красителем продукты для профилактики свободнорадикальных патологий.
Список литературы
1. Синявская А.Ю. На кондитерском фронте без перемен // Кондитерское производство. 2005. №2. С. 25-27.
2. Харламова О.А., Кафка Б.В. Натуральные пищевые красители. М., 1989. 191 с.
3. Болотов В.М., Нечаев А.П., Сарафанова Л.А. Пищевые красители: классификация, свойства, анализ, применение. СПб., 2008. 240 с.
4. Патент №2221829 (РФ). Способ получения спиртоводорастворимого каротиноидного красителя из растительного сырья / Л.И. Перикова, В.М. Болотов, О.Б. Рудаков. БИ №2. 20.01.2004.
5. Болотов В.М., Комарова Е.В. Основные физико-химические свойства и применение гидрофилизированных каро-тиноидных пигментов растительного сырья России // Известия вузов. Пищевая технология. 1999. №4. С. 26-28.
6. Патент №2228344 (РФ). Способ получения антоцианового красителя из растительного сырья / А.П. Один, А. Д. Хайрутдинова, В.М. Болотов. БИ №13. 10.05.2004.
7. Байдичева О.В., Хрипушин В.В., Рудакова Л.В., Рудаков О.Б. Цветометрия - новый метод контроля качества пищевой продукции // Пищевая промышленность. 2008. №5. С. 20-22.
8. Шапиро Л., Стокман Дж. Компьютерное зрение. М., 2006. 428 с.
9. Прида А.И., Иванова Р.И. Природные антиоксиданты полифенольной природы (антирадикальные свойства и перспективы использования) // Пищевые ингредиенты. Сырье и добавки. 2004. №2. С. 76-78.
10. Яшин А.Я., Черноусова Н.И. Определение содержания природных антиоксидантов в пищевых продуктах и БАДах // Пищевая промышленность. 2007. №5. С. 28-31.
Поступило в редакцию 29 сентября 2009 г.
После переработки 8 февраля 2010 г.
