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 (Россия)

Исследовано состояние рынка пищевых красителей.

Рассмотрена возможность получения биологически активных композиционных колорантов из каротиноидсодержащего и антоциансодержащего сырья. Изучены динамика изменения цветности смесевых красителей в системе RGB и их 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].

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 каротиноидов 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 антоцианов 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 каротиноидного 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 антоциановый 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, что в смесях наблюдается смещение максимумом светопоглощения растворов относительно индивидуальных колорантов. Так, максимумы светопоглощения спиртовых растворов каротиноидов соответствуют длинам волн 420, 460 и 480 нм, антоцианов – 549 нм, а смесевых 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 I = (R + G + B) / 3
  • нормированный красный r = R / (R + G + B)
  • нормированный зеленый g = G / (R + G + B)
  • нормированный синий b = B / (R + G + B)

Изучение окраски растворов композиционного красителя в течение месяца хранения выявило незначительное изменение интенсивности окраски растворов с высокой долей антоцианов, что свидетельствует о достаточно высокой стабильности колорантов. Данные цветометрического анализа подтверждаются результатами спектрофотометрии: падение оптической плотности составило до 15% по пикам, соответствующим каротиноидной 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.

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]. 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.

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 каротиноидноантоциановым 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 каротиноидных 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 A.Я., Черноусова Н.И. Определение содержания природных антиоксидантов в пищевых продуктах и БАДах // Пищевая промышленность. 2007. №5. С. 28–31.