Пищевые добавки красители антиоксиданты

Лекция 2. Пищевые красители, консерванты, антиоксиданты

Пищевые добавки, улучшающие внешний вид пищевых продуктов:

красители пищевые,

красители натуральные,

красители синтетические,

стабилизаторы окраски,

фиксаторы окраски,

отбеливатели,

глазирователи (глазури)

Пищевые добавки группы красителей усиливают или восстанавливают (сохраняют) цвет продукта. Классификация: натуральные-синтетические, органические-неорганические.

Цветокорректирующие материалы (фиксаторы и стабилизаторы цвета) – ПД, сохраняющие, стабилизирующие или усиливающие цвет ПП (отбеливающие в-ва и пр.). Примеры: диоксид серы, нитраты, нитриты, бромат калия.

Часть красителей — природного происхождения (в том числе и неорганические – уголь, мел): каротиноиды, антоцианы, флавоноиды, хлорофиллы. Они не обладают токсичностью, но для некоторых из них установлены допустимые суточные дозы (ДСД). Некоторые натуральные красители, обладая биологической активностью, одновременно являются вкусовыми и ароматическими веществами.

Традиция придавать пищевым продуктам определенную окраску уходит корнями в глубокую древность. Вначале для этих целей использовали цветы, корни и листья растений, позднее стали использовать такие интенсивно окрашенные продукты как куркума, шафран, сушеная черника, свекла, морковь и др. К началу 19 века насчитывалось около 30 красителей природного происхождения, которые активно использовались для окрашивания пищевых продуктов.

Натуральные красители — это красящие вещества, подаренные самой природой. Пурпурную окраску получают из цветков мальвы, проскурняка, красный цвет — из кошенили, бразильского, сандалового или кампешевого деревьев, из ягод лаконоски, черники, ежевики, бузины, клюквы, мелковицы и т.д. Морковь и свекла также дают интенсивный цвет. Желтый пигмент извлекают из орлеана, сафлора, куркумы, шафрана. Красная капуста — носитель красновато-синего цвета. Красящее вещество с зеленой окраской, входящее в состав зеленого смесевого красителя, извлекают из тропического растения — индиго, которое дает синий цвет, и куркумы, дающий желтый цвет. Фиолетовые оттенки получаются от растворения экстракта кампешевого дерева с квасцами.

Естественные пищевые красители содержат в своем составе полезные биологически активные компоненты: витамины, гликозиды, органические кислоты, ароматические вещества, микроэлементы. Многие естественные пигменты обладают антиоксидантными свойствами. Поэтому использование их в качестве пищевой добавки позволяет не только улучшить внешний вид, но и повысить пищевую ценность.

Содержание в продукте натуральных пищевых красителей указывает на «элитарность» продукта, поскольку качество пищевых продуктов зависит, в том числе, и от происхождения входящих в его состав компонентов.
Пигменты растительного происхождения разнообразны по химическому составу и структуре. Наиболее широко распространены красящие вещества, относящиеся по химической природе к флавоноидным и каротиноидным соединениям. Они являются основой красных, оранжевых и желтых красителей. Причем природа и структура природных пигментов стала известна лишь в 20-м веке. Например, структурная формула бета-каротина была открыта в 1928 году, а фирма Roche впервые синтезировала этот важный натуральный пигмент только 1953 году.

В середине 19 века бурное развитие химической промышленности привело к появлению большого количества синтетических красителей, которые по своим характеристикам (интенсивность окраски, свето-, кислото- и термостойкость) превосходили натуральные. В результате произошло вполне понятное снижение спроса на натуральные красители.

В последние десятилетия наблюдается увеличение интереса к натуральным пищевым красителям. Это связано как с жесткой регламентацией использования синтетических красителей, так и со стремлением производителей придать пищевым продуктам статус натуральных. Исследования спроса на натуральные пищевые красители в Европе за последнее десятилетие показали, что их максимальное потребление наблюдалось в 1995 и 2000 годах. Лидирующее положение в объемах продаж занимают красные красители (около половины всего объема), затем идут желтые, оранжевые и зеленые.

Красители природного происхождения — кармин Е120 (красный), алканнин Е103 (красно-бордовый), куркумин Е100, рибофлавин Е101 (жёлтый), энокраситель Е163ii (красный или синий оттенки), сахарный колёр Е150 (коричневый).

В большинстве случаев источником натуральных красителей является растительное сырье, в том числе и отходы переработки овощей и фруктов. Одним из немногих исключений является кармин, выделяемый из тел самок насекомых кошенили. Качество натуральных красителей зависит от условий развития растений и животных (географического положения, климата, почв, питания), времени сбора растительного сырья, а также от технологии извлечения красящих веществ. Основным способом извлечения красящих веществ из природных объектов является экстракция растворителем, последующая очистка экстракта от сопутствующих соединений и стабилизация пигмента. В качестве растворителя-экстрагента используются этиловый спирт, вода, растительное масло и др.

В некоторых источниках (в основном зарубежных) встречается термин “идентичные натуральным красители”. К этому классу относят красители, полученные синтетическим путем, аналоги которых присутствуют в природе и могут быть выделены из растительного сырья. В качестве примеров красителей этой группы приводят полученный методом микробиологического синтеза b-каротин, обладающий теми же свойствам, что и b-каротин, извлеченный из моркови, и полученный синтетическим путем бетанин, проявляющий те же свойства, что и бетанин, выделенный из свеклы.

По химической природе красящие вещества растительного происхождения подразделяются на 3 группы:
флавоноиды-антоцианы,
каротиноиды,
хлорофиллы.

К первой группе веществ относятся флавоны и флавоноиды, имеющие желтую или желто-оранжевую окраску, а также широко распространенные антоцианы, обеспечивающие красную и красно-фиолетовую окраску многих фруктов и овощей. Наибольшее распространение в производстве пищевых продуктов получили антоцианы, характеризующиеся хорошей свето-, термо- и кислотостойкостью. Кроме того, антоцианы хорошо растворяются в воде, что делает возможным их использование при производстве безалкогольных напитков, мороженого, молочных продуктов и др.

Каротиноиды выделяются из моркови, плодов шиповника, перца. Для окраски пищевых продуктов в желтый и желто-оранжевый цвет широко используются каротиноиды (a-, b- и g-каротин, биксин (норбиксин), ликопин, капсорубин, лютеин и др.). К несомненным достоинствам натуральных красителей этой группы относится то обстоятельство, что некоторые из них проявляют А-витаминную активность (b-каротин, экстракт паприки, ликопин). Наиболее известным красителем из этой группы является b-каротин, широко применяемый в масло-жировой, молочной, макаронной и др. отраслях промышленности. В последнее время наблюдается увеличение интереса к экстракту аннато, который характеризуется более высокой по сравнению с b-каротином светостойкостью.

Натуральный пигмент хлорофилл присутствует в листьях многих растений и обусловливает их зеленую окраску. Однако из-за низкой термостабильности природного хлорофилла применение в качестве натурального красителя нашли его медные производные (медные комплексы хлорофилла).

Наибольшее внимание с точки зрения потребителя пищевых продуктов вызывают вопросы токсичности применяемых пищевых красителей. Натуральные пищевые красители, так же как и другие пищевые добавки, прошли тщательные токсикологические испытания. На основании полученных результатов можно считать, что натуральные пищевые красители не представляют опасности для здоровья.

Действующими в России “Санитарными правилами по применению пищевых добавок № 1923-03” для большинства натуральных пищевых красителей не установлено максимально допустимых уровней содержания их в пищевых продуктах. Исключение составляют лишь b-каротин (до 6 мг/ кг продукта в пересчете на каротин) и экстракт аннато (до 1600 мг/ кг продукта). К сожалению, в вышеупомянутых правилах перечень натуральных пищевых красителей и продуктов, в которых допускается их применение, отстает от уровня современного развития пищевых технологий, что приводит к затруднениям в использовании всего спектра красителей, подаренных природой.

Наряду с бесспорными достоинствами натуральных красителей, их применение при изготовлении пищевых продуктов осложняется присущими им недостатками: низкой светостойкостью, невысокой устойчивостью к воздействию окислителей, недостаточной термостойкостью, а также невысокой красящей способностью (по сравнению с синтетическими пищевыми красителями). Указанные недостатки также являются препятствием для более широкого использования натуральных красителей, поэтому основной задачей специалистов, работающих в области исследования и производства пищевых красителей, является разработка новых торговых препаратов с повышенной световой и температурной устойчивостью. Для этого используются различные технологические приемы: получение суспензий и эмульсий природных красящих веществ, применение микрокапсулированных форм натуральных красителей и др.

Для производства натуральных красителей используют следующие пигменты:

— каротиноиды (более 600 разновидностей). Самыми известными являются α- и β-каротин (содержатся в моркови) и лисопин (содержится в томатах). Каротин — самый богатый источник витамина А, недостаток которого приводит к близорукости. Кроме того, витамин влияет на рост клеток, репродуктивную функцию и эмбриональное развитие;
— ксантофиллы (лютеин, зиксантин). Относятся к каротиноидам, но не являются источником провитамина А. Присутствие лютеина в составе рациона на 40% замедляет процесс снижения зрения в пожилом возрасте;
— флавоноиды — более 4000 полифенольных соединений, встречающихся в овощах и фруктах. Одной из подгрупп являются антоцианины, которые насчитывают более 200 видов. Их наиболее высокое содержание отмечается в винограде. Антоцианины являются природными антиоксидантами, снижают вероятность заболевания раком, укрепляют способность организма в борьбе с процессом старения, выступают как природные антибиотики.

— куркумин — пигмент, содержащийся в турмерике — специи, издавна известной в Индии как средство для лечения ран. Турмерик получают из корней растения Curcuma Ionga. Куркулин проявляет антибактериальные свойства. В течение 15 мин. в присутствии солнечного света и доступа кислорода куркулин подавляет жизнедеятельность таких бактерий, как Escherichia coli и Salmonella typhimurium.
— хлорофилл, который входит в состав всех зеленых растений и водорослей. К данной группе относится целый ряд родственных пигментов. Общеизвестно значение хлорофилла в процессе регенерации кислорода, а также удержания углерода в организме. Интересный факт — молекулярная структура хлорофилла схожа со структурой гемоглобина.

Хорошо зарекомендовали себя и широко используются в мире, а в последние десять лет и в России, порошкообразные синтетические пищевые красители. Это водорастворимые органические соединения, не встречающиеся в природе (т.е. искусственные). Синтетические красители обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с натуральными. Они менее чувствительны к условиям технологической обработки и хранения и дают яркие, легко воспроизводимые цвета. Их себестоимость гораздо ниже себестоимости натуральных красителей, а производство не зависит от сезонности. Без синтетических красителей современное многообразие и объемы выработки продуктов питания были бы существенно ограничены.

С химической точки зрения они подразделяются на 5 классов: азокрасители (тартразин Е102, желтый ‘солнечный закат’ Е110, кармуазин Е122, пунцовый 4R Е124, черный блестящий Е151), триарилметановые (синий патентованный V Е131, синий блестящий Е133, зеленый S Е142, коричневый FK Е154, коричневый НТ Е155), ксантановые (эритрозин Е127), хинолиновые (хинолиновый желтый Е104) и индигоидные (индигокармин Е132). Их существенным достоинством является высокая красящая способность, что позволяет получать окраску пищевых продуктов и фармпрепаратов необходимой интенсивности, используя малые количества красителей. Они обладают стандартной силой окрашивания, высокой сохраняемостью и устойчивостью к свету, окислителям и восстановителям, изменениям рН. Синтетические красители термостабильны, поэтому окрашенный продукт можно подвергать всем необходимым технологическим операциям, в т.ч. пастеризации, стерилизации, охлаждению и замораживанию.

Препараты синтетических красителей содержат, как правило, 80-85% основного красителя, но могут также изготавливаться с наполнителем (солью или сахаром). Иногда в продаже встречаются водные растворы красителей. Такие ‘разбавленные’ красители применяются в более высокой дозировке, чем порошковые. Кроме того, они имеют ограниченный срок годности.

Для каждого синтетического красителя есть максимально допустимый уровень суточного поступления (ДПС) в организм человека, который выражается в миллиграммах красителя на килограмм веса тела и определяется совместными рекомендациями по продовольствию и сельскому хозяйству Объединенных Наций и Всемирной организации здравоохранения (ФАО/ВОЗ).

Выбор и дозировка красителей для конкретного пищевого производства зависят от желаемого цвета и требуемой интенсивности окраски, а также от физико-химических свойств готового продукта. Например, натуральные красители стараются не применять для продуктов с длительным сроком хранения, для продуктов, имеющих контакт со светом. При использовании красителей технологический процесс ведут на оборудовании из нержавеющей стали, используют тару из пищевой пластмассы, так как большинство красителей образуют с металлами нерастворимые лаки. Вносят пищевые красители, как правило, на стадии последнего перемешивания в виде водных растворов (водорастворимые формы) или предварительно распределенные в одном из компонентов (жирорастворимые формы). Порошкообразные красители применяют обычно лишь в сухих полуфабрикатах (концентратах напитков, сухих смесей для кексов, желе и т.д.)

Для каждого продукта существует рекомендуемая доза, которая может быть уточнена в соответствии со вкусом и требованиями потребителя. Максимальное содержание красителей в продукте не должно превышать норм, установленных Госсанэпиднадзором России, а именно 100 грамм синтетического красителя на тонну продукта.

При всех достоинствах порошкообразных синтетических красителей, существуют проблемы при их практическом применении непосредственно на производстве. На малых предприятиях — это отсутствие точных весов для дозирования одинаковых небольших количеств пищевого красителя, а на больших предприятиях — наличие специально оборудованного бокса, т.к. порошковые красители достаточно пылят, при этом загрязняя трудно смываемым слоем красителя поверхность оборудования, спецодежду, помещение. А каковы потери красителя при фасовке легкосыпучих смесей!

Решением этой проблемы является использование гранулированных пищевых красителей. Гранулированные красители не пылят, хорошо растворяются в воде, хотя чуть медленнее, чем порошковые, зато при хранении они более устойчивы к переменам влажности. Они позволяют получать те же цвета и оттенки при одинаковых дозировках, что и порошковые красители. Гранулированные синтетические красители разрешены к применению в пищевой промышленности органами Госсанэпиднадзора.

При производстве ряда пищевых и фармацевтических продуктов, таких, как драже, таблеток, жевательных резинок возникает необходимость в использовании красителей, нерастворимых ни в воде, ни в жирах. Тогда используют известные нам красители в виде лаков, которые представляют собой нерастворимые комплексы с ионами металлов (чаще всего с алюминием). Содержание красителя в таких лаках составляет 10-40%. Обычно лаки используются в виде мелкодисперсных порошков.

Использование лаков взамен соответствующих пищевых красителей имеет ряд технологических преимуществ. Во-первых, это позволяет устранить явления миграции красителей, вызывающие образование пятен на поверхности таблеток, а также неравномерность окраски, и получить тонкую оболочку, обладающую высокой плотностью окраски и повышенной светостойкостью. При этом достигается хорошая воспроизводимость окраски различных партий. Во-вторых, в большинстве случаев, показатели светостойкости и стабильности у лаков выше по сравнению с водорастворимыми красителями. Они придают яркие чистые оттенки цвету продуктов. Красящее действие лаков достигается равномерным распределением их в конечном продукте.

В пищевой промышленности лаки используются для окрашивания сухих порошковых смесей, применяемых без дальнейшего растворения. Водонерастворимость лаков позволяет эффективно их использовать для окрашивания жевательной резинки — краситель не вымывается при жевании и не окрашивает рот. Лаки рекомендуются для окрашивания поверхностей пищевых продуктов напылением. Суспензии лаков в различных жидкостях (воде, сахарном сиропе и т. п.) можно применять для окрашивания оболочек конфет и таблеток. Лаки также разрешены к применению в пищевой промышленности органами Госсанэпиднадзора.

Синтетические пищевые красители применяются как индивидуально, так и в смесях друг с другом. Смеси красителей используются для получения цветов и оттенков, которых не удается добиться при применении индивидуальных красителей.

Обычная рекомендуемая доза СК – 10-50 г на тонну готового ПП. Максимально разрешённая дозировка синтетических красителей — 100 г/т.

Красители используются в кондитерской промышленности, при изготовлении напитков, маргарина, некоторых видов консервов. Существует перечень ПП, в которых не допускается использование ПК.