Пищевые добавки, улучшающие цвет продукта –красители и стабилизаторы окраски

Лекция 3. Пищевые добавки, улучшающие цвет продукта – красители и стабилизаторы окраски Красители добавляются к пищевым продуктам с целью: - восстановления природной окраски, утраченной в процессе обработки и/или хранения; - повышения интенсивности природной окраски; - окрашивания бесцветных продуктов, например, безалкогольных напитков, мороженого, кондитерских изделий, а также для придания им привлекательного вида, цветового разнообразия, что, безусловно, способствует расширению торгового ассортимента. В качестве пищевых красителей применяют как природные, так и синтетические вещества. Свежее или сухое измельченное растительное сырье, соки, варенья и другие аналогичные продукты, используемые для подкрашивания пищи, не относятся к красителям и не считаются пищевыми добавками, так как они могут применяться в качестве пищевых продуктов или типичных ингредиентов пищи. Отбеливатели (отбеливающие вещества) предотвращают и устраняют нежелательное окрашивание продукта путем химической реакции с его компонентами. Стабилизаторы (фиксаторы) окраски сохраняют природную окраску пищевых продуктов при их переработке и хранении или замедляют нежелательное изменение окраски. Не допускается маскировать с помощью красителей, отбеливателей и стабилизаторов окраски изменение цвета продукта, вызванное его порчей, нарушением технологических режимов или использованием недоброкачественного сырья. 3.1. Красители Общие сведения о натуральных и идентичных натуральным красителях Натуральные (природные) красители - это красящие вещества, выделенные физическими способами из растительных и животных источников. Иногда их подвергают химической модификации для улучшения технологических и потребительских свойств. Ряд красителей получают не только их выделением из природного сырья, но и синтетически. Сырьем для натуральных пищевых красителей могут быть ягоды, цветы, листья, корнеплоды и т.п., в том числе в виде отходов переработки растительного сырья на консервных и винодельческих заводах. Содержание красящих веществ в растительном сырье зависит от климатических условий произрастания и времени сбора, но в любом случае оно относительно невелико (обычно несколько процентов или доли процента). Количество других химических соединений - сахаристых, пектиновых, белковых веществ, органических кислот, минеральных солей и т.д. - может превышать содержание красящих в несколько раз. Современные технологии позволяют получать препараты натуральных пищевых красителей с заданными свойствами и стандартным содержанием основного красящего вещества. Таблица 1 Характеристика основных натуральных красителей Код Наименование Цвет Нахождение в природе ДСД*, мг/кг веса тела (JECFA) Е100 Куркумин (Турмерик) Желтый (при рН < 3 красноватый) Корни растения куркумы длинной (турмерика) 1,0 Е101 Рибофлавины Желтый Мясо, печень, почки, молоко, яйца, дрожжи, овощи 0,5 Е120 Кармины Красный (в щелочной среде голубовато-красный) В телах самок насекомых кошенили 5,0 Е140 Хлорофилл Зеленый Во всех зеленых растениях, особенно в травах, крапиве, люцерне Не ограничено Е141 Медные комплексы хлорофиллов - // - В форме магниевых комплексов во всех зеленых растениях 15,0 Е150а Сахарный колер I Коричневый Образуются при карамелизации сахара Не ограничено Е150b Сахарный колер II - // - - // - - // - Е150с Сахарный колер III - // - - // - 200,0 Е150d Сахарный колер IV - // - - // - 150,0 Е160а Каротины От желтого до оранжевого В моркови, красном пальмовом масле, в зеленых растениях - как спутник хлорофилла 5,0 Е 160b Экстракты аннато От желтого д о оранжевого Во внешнем слое семян олеандрового дерева 0,065 Е160с Маслосмолы паприки От оранжевого до красного В кожуре паприки Не установлено Е161b Лютеин От желтого до оранжевого Во фруктах, растениях, траве, люцерне - // - Е162 Красный свекольный (бетанин) Красный В корнях красной свеклы Не ограничено Е163 Антоцианы Красный при рН<4 (при возрастании рН окраска меняется сначала на голубую, затем на зеленоватую) В красном винограде, черной смородине, клубнике, вишне, малине и других ягодах Не установлено По химической природе красящие вещества растительного происхождения чаще всего относятся к флавоноидам (антоцианы, флавоны, флавонолы) и каротиноидам. Антоцианы (Е163) окрашивают лепестки цветов различных растений, их плоды и ягоды в самые разнообразные цвета - розовый, красный, синий, фиолетовый. Эти соединения содержатся в черной смородине, кожице винограда, вишне, землянике и т.д. В одном и том же растении часто присутствует целая серия антоцианов. Так, в цветках и клубнях картофеля их обнаружено около десятка. Флавоны и флавонолы - широко распространенные желтые красящие вещества. Они обнаружены в петрушке, пшенице, рисе, цветах хризантемы. Желтую и оранжевую окраску растениям чаще всего придают каротиноиды (Е160 и Е161). Это весьма многочисленная группа растительных пигментов. Наиболее важный из них - β-каротин (Е160а), который в организме человека является еще и источником витамина А и антиоксидантом. Он содержится в моркови, от латинского названия которой (carota) получила свое наименование вся эта группа пигментов. Красная окраска плодов помидоров и шиповника определяется ликопином. Природным желтым красителем является также куркумин (Е100), принадлежащий к группе халконовых и оксикетоновых красителей. Рибофлавиновые красители представлены в природе витамином В2 в форме рибофлавина или натриевой соли рибофлавин-5-фосфорной кислоты (Е101). Цвет красной свеклы обусловлен присутствием беталаинового красителя бетанина (Е162). Еще один красный краситель из группы хинонов - кармин (Е120) - получают из насекомых кошенили. К природным принято относить сахарный, или карамельный, колер (Е150). Традиционное название «жженый сахар» является точным описанием этого древнего красителя. Несмотря на простоту названия, химические процессы, проходящие при карамелизации, очень сложны, и лишь в начале нашего века карамельный краситель стали получать в промышленности. В настоящее время в качестве катализаторов, ускоряющих реакции в сахарном сиропе, применяются кислоты, щелочи и соли пищевого качества. В зависимости от использованных катализаторов различают четыре вида сахарного колера. Все они представляют собой сложные смеси веществ разного состава, несколько отличающиеся по свойствам и областям применения, но придающие окрашиваемым продуктам один и тот же коричневый цвет. Для придания продуктам черного или серого цвета в пищевой промышленности может применяться уголь растительный (Е153) и уголь (Е152). Другие аллотропные формы углерода - алмаз и графит - в пищевой промышленности не используются. В качестве пищевых красящих веществ применяются также некоторые минеральные пигменты и металлы. Так, окись железа (Е172) дает черный, красный и желтый цвета, а двуокись титана (Е171) и карбонат кальция (Е170) - белый. Из металлов используются золото (Е175), серебро (Е174). Природные красители, даже химически модифицированные, чувствительны к воздействию кислот (в том числе фруктовых), щелочей, кислорода воздуха, температуры. Также они подвержены микробиологической порче, а некоторые из них могут изменять цвет в зависимости от рН среды. Достоинствами натуральных красителей являются их влияние на вкус и аромат продукта (Е160с, Е150), биологическая активность (Е101, Е160а). Немаловажной является и «психологическая» привлекательность надписи на этикетке - ведь потребитель обычно предпочитает продукты с натуральными компонентами продуктам с синтетическими добавками. Общие сведения о синтетических красителях Синтетические пищевые красители - это органические соединения, не встречающиеся в природе, то есть искусственные. Почти все они используются в мировой пищевой промышленности уже десятки лет. С химической точки зрения органические синтетические пищевые красители можно разделить на 4 класса: 1) азокрасители 2) триарилметановые 3) хинолиновые 4) индигоидные красители Синтетические пищевые красители (см. табл. 2), в отличие от натуральных, не обладают биологической активностью и не содержат ни вкусовых веществ, ни витаминов. При этом они обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с натуральными, поскольку менее чувствительны к условиям технологической переработки и хранения, а также дают яркие, легковоспроизводимые цвета. Таблица 2 Характеристика основных синтетических красителей Код Наименование Содержание красителя, %, не менее Цвет водного раствора ДСД, мг/кг веса тела (JECFA) Е102 Тартразин 85 Желтый 7,5 Е104 Желтый хинолиновый 70 Лимонно-желтый 10,0 Е110 Желтый «солнечный закат» FCF 85 Оранжевый 2,5 Е122 Кармуазин (Азорубин) - // - Малиновый 4,0 Е124 Понсо 4R (Пунцовый 4R) 80 Красный 4,0 Е131 Синий патентованный V 85 Голубой Не установлено Е132 Индигокармин - // - Синий 5,0 Е133 Синий блестящий FCF - // - Голубой 12,5 Е151 Черный блестящий BN 80 Фиолетовый 1,0 Товарные формы и применение красителей Препараты натуральных пищевых красителей могут выпускаться в виде порошков (кристаллических), паст или жидкостей, как в масло-, так и в вододиспергируемой (растворимой) формах. Различные товарные формы могут быть в разной степени устойчивы к температуре, изменениям рН среды и т.п. Содержание основного красителя нормировано. Синтетические пищевые красители представляют собой водорастворимые органические соединения. Они выпускаются в виде порошков или гранул. Препараты синтетических пищевых красителей содержат, как правило, 80...85 % основного красителя (см. табл. 3), но могут также изготавливаться с наполнителем (солью или сахаром). Иногда в продаже встречаются водные растворы красителей. Такие «разбавленные» красители применяются для упрощения дозировки в тех случаях, когда готовится небольшая партия продукции. Таблица 3 Стойкость основных натуральных красителей и рекомендации по их применению Код Наименование Индекс цвета C.I. Светостойкость Термостойкость Кислотостойкость (в т.ч. к фруктовым кислотам) Области использования Рекомендуемые дозы в пересчете на чистый краситель, кг/т Е100 Куркумин (Турмерик) 75300 - + + Майонезы, горчица, напитки, соусы, кондитерские изделия 0,001...0,005 Окончание табл. 4 Е101 Рибофлавины - -- + + (+) Майонезы, супы, мороженое, кондитерские изделия, порошки пудингов 0,05...0,5 E120 Кармины 75470 + + + + + (+) Напитки, колбасные и кондитерские изделия, десерты. Драже (лаки). 0,05 E140 Хлорофилл 75810 ± + - (+) Жиры, масла, супы, овощные и фруктовые консервы, кондитерские изделия, напитки до 0,5 E141 Медные комплексы хлорофиллов 75815 + + + + - (±) То же - // - E150a Сахарный колер I - + + + + - Алкогольные напитки, соусы, десерты, кондитерские изделия 0,05...0,5 E150b Сахарный колер II - + + + + - Крепкие спиртные напитки (виски, ром, бренди) - // - E150c Сахарный колер III - + + + + - Пиво, соусы, супы - // - E150d Сахарный колер IV - + + + + + + Газированные безалкогольные напитки, алкогольные напитки, другие пищевые продукты - // - El60a (i) β-Каротин синтетический 40800 - + + (+) Жиры, растительные и сливочные масла, маргарины, сыры, майонезы, фруктовые напитки, сокосодержащие напитки, десерты, кондитерские изделия, мороженое 0,1...1,5 E160a (ii) Экстракты нат. каротинов 75130 - + + (+) То же - // - El60b Экстракты аннато 75120 + ± + (+) Маргарины, сыры, снеки, десерты, мороженое, ликеры 0,001. ..0,5 El60c Маслосмолы паприки - ± ± ± (±) Мясопродукты, супы, сыры, соусы, майонезы, напитки, кондитерские изделия 0,1...4 El6lb Лютеин 75136 + + + (+) Жиры, растительные масла, соусы, напитки, кондитерские изделия, выпечка 0,005...0,2 E162 Красный свекольный (бетании) - ± ± + (+) Фруктовые йогурты, супы, соусы, жевательная резинка, десерты, мороженое 1...10 E 163 Антоцианы - + + + (+) Напитки, варенья, джемы, сыры 0,005...0,1 Обозначения: ++ высокоустойчив; + устойчив; ± относительно устойчив; - малоустойчив; -- неустойчив. Все синтетические пищевые красители и некоторые натуральные образуют нерастворимые комплексы (лаки) с ионами металлов (чаще всего с алюминием). В такой форме они предлагаются для продажи и используются при окрашивании порошкообразных продуктов, драже, таблеток, жевательной резинки. Синтетические и натуральные красители применяются как индивидуально, так и в смесях друг с другом. Смеси красителей используются для получения цветов и оттенков, которые нельзя приготовить с помощью индивидуальных красителей. Высококонцентрированные натуральные и все синтетические пищевые красители рекомендуется использовать, предварительно растворив или распределив их в небольшом количестве окрашиваемого продукта или одного из его компонентов. Раствор или дисперсию красителя вводят в продукт, как правило, перед последней операцией перемешивания. При работе с красителями нельзя применять посуду из оцинкованного железа и алюминия, так как большая часть красителей склонна реагировать с этими металлами, особенно в кислых растворах, с образованием нерастворимых лаков. Можно использовать эмалированную посуду, посуду из пищевой пластмассы или нержавеющей стали. При производстве пищевого продукта с использованием красителей необходимо учитывать следующее: • при увеличении жирности и степени «взбитости» продукта интенсивность окрашивания уменьшается; • кислотность среды может оказывать влияние на интенсивность окраски и оттенок цвета (в большей степени это относится к натуральным красителям), см. табл. 3 и 4; • увеличение дозировки аскорбиновой кислоты снижает интенсивность окрашивания готового продукта; • видимая интенсивность окрашивания продуктов увеличивается непропорционально концентрации красителя и постепенно выходит на насыщение; • многие натуральные красители и некоторые синтетические, например индигокармин, в растворах на свету обесцвечиваются; при хранении пищевых продуктов на свету может не только ослабляться их окраска, но и меняться ее оттенок из-за разной скорости обесцвечивания компонентов смесевых красителей; • термообработка не меняет интенсивность и оттенок цвета продукта, приготовленного с использованием синтетических пищевых красителей; • ионы кальция и магния, содержащиеся в жесткой воде, могут давать осадки с красителями (лаки), поэтому при приготовлении растворов красителей и в производстве напитков во избежание помутнений рекомендуется использовать умягченную воду; • введение в рецептуру этилового спирта не меняет интенсивность и оттенок цвета готового продукта, окрашенного синтетическими красителями, за исключением триарилметановых (Е131, Е133, Е142), которые могут значительно обесцвечиваться в алкогольных напитках; • в продуктах, обсемененных посторонней микрофлорой, и в кисломолочных продуктах, приготовленных с использованием мезофильных заквасок, синтетические красители могут обесцвечиваться в течение нескольких часов; • краситель индигокармин (Е132) в присутствии редуцирующих сахаров обесцвечивается в течение нескольких суток; • оттенок цвета раствора азорубина (Е122) зависит от качества воды и может меняться от голубовато-красного до желтовато-красного; • натуральные красители не рекомендуется использовать для окрашивания пищевых продуктов длительного срока хранения (год и более) во избежание потери цвета или изменения его оттенка и/или интенсивности; • натуральные пищевые красители не следует подвергать воздействию высоких температур, если возможность этого специально не оговорена в рекомендациях по применению; • антоцианы (Е163) непригодны для придания молочным продуктам красного цвета, так как при значениях рН выше 4 антоцианы приобретают синеватый оттенок; • для окрашивания молочных продуктов в красный цвет используется красный свекольный краситель (Е162), который устойчив в диапазоне рН от 2 до 7; • при окрашивании в зеленый цвет продуктов с низким рН предпочтительнее использовать медные комплексы хлорофиллов (Е141), а не сам хлорофилл (Е140). 3.2. Стабилизаторы (фиксаторы) окраски Пищевые продукты, окраску которых необходимо стабилизировать, можно разделить на три большие группы: • мясные; • растительные продукты, содержащие хлорофилл; • продукты переработки фруктов и овощей, склонные к ферментативному и неферментативному побурению. В мясной промышленности фиксаторы окраски (цветорегулирующие материалы) необходимы для стабилизации красного окрашивания мясопродуктов. Мясо имеет пурпурно-красную окраску благодаря присутствию в нем миоглобина. Уже через несколько часов пребывания на воздухе или при нагревании цвет мяса становится коричневым или серо-коричневым, вследствие образования метмиоглобина. Для стабилизации красной окраски мяса необходимо предотвратить процесс образования метмиоглобина. В пищевой промышленности этого достигают путем обработки мяса нитритами (или нитратами) - Е249-Е252. Обработка мяса нитритом или нитратом приводит к образованию нитрозомиоглобина - красителя, обеспечивающего нужный цвет и не изменяющегося при хранении и термообработке. При превращении нестабильного пигмента мяса миоглобина в термостойкий краситель нитрозомиоглобин в мясопродуктах протекают сложные химические и ферментативные превращения, при которых из нитрита (или из нитрата после его восстановления до нитрита) выделяется оксид азота, реагирующий затем с миоглобином. Аскорбиновая кислота (Е300) ускоряет процесс выделения окиси азота нитритом. С6Н8О6 + 2HNO2 → 2NO + 2Н2О + С6Н6О6. При добавлении таких восстановителей, как аскорбиновая кислота, ее соли и эфиры, цистеин или ниацин, не только ускоряются процессы образования красного окрашивания, но оно усиливается и дольше сохраняется. Аскорбиновая кислота, помимо прямого стабилизирующего, оказывает и побочное действие. Она выполняет роль синергиста антиоксидантов, препятствуя образованию перекисей, которые способствуют окислению миоглобина до метмиоглобина. Растительные пищевые продукты, содержащие хлорофилл, при переработке склонны к «вымыванию» зеленой окраски. При добавке небольшого количества ионов меди окраска возвращается. Для сохранения зеленой окраски подвергаемых термообработке овощей хорошо зарекомендовал себя моно- (орто-) фосфат натрия, поддерживающий оптимальную для сохранения окраски кислотность среды (рН 6,8...7,0). Однако предпочтительнее использовать для этих целей смесь карбоната магния с фосфатом натрия. Некоторые растительные продукты склонны к побурению. Следует различать два типа побурения: ферментативное и неферментативное. Ферментативное побурение вызывают вещества коричневого цвета, образующиеся по реакциям, катализируемым ферментами. Ферментативному побурению подвержены продукты переработки фруктов и овощей (консервы, сухофрукты, соки, пюре и т.п.), особенно свежеизмельченные для дальнейшей переработки фрукты и овощи, например, нарезанные яблоки, цветная и другие виды капусты, грибы, сельдерей, картофель и т.п. Чтобы предотвратить ферментативное побурение, необходимо инактивировать или разрушить соответствующие ферменты. Для этого используют: - добавку ингибиторов ферментов (аскорбиновой кислоты, диоксида серы или сульфитов); - снижение рН среды добавкой кислот или ферментацией; - связывание ионов металлов добавкой лимонной кислоты, различных полимерных фосфатов и винной кислоты. Неферментативным побурением называют целую группу реакций, включающую образование карбонильных полупродуктов, а также коричневых полимерных пигментов. К этой группе принадлежит известная реакция Майяра (взаимодействие редуцирующих сахаров с аминокислотами). Это взаимодействие протекает преимущественно в продуктах с содержанием воды от 5 до 10 % уже при комнатной температуре и ускоряется при нагревании. Неферментативному побурению подвержены сушеные овощи, картофель, фрукты, сухие молочные продукты, яичный порошок, плавленые сыры, вина, сок белого винограда и сахарные сиропы - полупродукты сахарного производства. Для снижения склонности к неферментативному побурению во время переработки и хранения продуктов лучше всего подходят такие восстановители, как диоксид серы и сульфиты. В отличие от других восстановителей они обладают способностью очень быстро проникать сквозь клеточную мембрану, поэтому действуют более эффективно.