Nowe kierunki i perspektywy rozwoju barwienia produktów

Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
Nowe kierunki i perspektywy rozwoju barwienia produktów spożywczych
barwnikami naturalnymi
New trends and prospects for development of natural food colouring
Małgorzata Krępska, Jolanta Jagiełło, Magdalena Lasoń-Rydel
Instytut Przemysłu Skórzanego w Łodzi,Laboratorium Bada ń produktów Procesów i Środowiska,
ul. Zgierska 73, 91 – 462 Łódź, e-mail: [email protected]
Streszczenie
W związku z licznymi badaniami wskazującymi na szkodliwe działanie barwników syntetycznych jak również
rosnącą modą na ekologiczny tryb życia zaczęło w ostatnich latach wzrastać zainteresowanie barwnikami
naturalnymi. Owocuje to stałym wzrostem rynku barwników naturalnych na świecie oraz niesie za sobą
perspektywy dalszego jego rozwoju...
Aby zaspokoić oczekiwania konsumentów oraz uzyskać optymalne efekty barwienia producenci żywności oprócz
barwników powszechnie znanych zaczęli poszukiwać także nowych źródeł barwników naturalnych pochodzących
z różnych części świata.
Artykuł opisuje jak zmienia się rynek barwników naturalnych na świecie,zawiera porównanie pomiędzy listami
barwników naturalnych dopuszczonych do stosowania w Unii Europejskiej, Stanach Zjednoczonych oraz Japonii.
Opisuje także barwniki i ekstrakty z roślin wykorzystywane poza krajami Unii Europejskiej, które stanowić mogą
alternatywę dla barwników już stosowanych.
Summary
In connection with studies showing the harmful effects of synthetic dyes as well as the growing fashion for ecofriendly lifestyle it began to increase interest in natural dyes in recent years. This results in a constant increase in
natural colors market in the world and carries its prospects for further development ...
To meet consumer expectations and achieve optimum results in addition to coloring dyes, food manufacturers also
started to look for new sources of natural dyes derived from different parts of the world.
The article describes how the natural dyes market is changed in the world, contains a comparison between the lists
of natural dyes approved for use in the European Union, the United States and Japan. It also describes dyes and
extracts of plants used outside the European Union countries, which could provide an alternative to dyes already in
use.
Słowa kluczowe: dodatki do żywności, barwniki do żywności, barwniki syntetyczne, barwniki naturalne
Key words: food additives, food dyes, synthetic dyes, natural dyes
1. Wstęp
Barwienie żywności barwnikami naturalnymi staje się
w ostatnich latach coraz bardziej popularne. Dzieje się
tak w wyniku ograniczenia stosowania barwników
syntetycznych na skutek licznych doniesień na temat
ich szkodliwego działania w tym działania
alergizującego czy wpływu na wzrost nadpobudliwości
u dzieci [1]. Konsumenci jednak nadal chcą jeść
produkty ładne i kolorowe, a barwa produktów jest
jednym z kluczowych aspektów zachęcających do ich
zakupu.
Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów
producenci żywności coraz częściej wykorzystują do
barwienia
barwniki
pochodzenia
naturalnego,
bezpieczne dla zdrowia człowieka.
Niestety barwniki te są z reguły mniej trwałe niż
syntetyczne oraz bardziej wrażliwe na czynniki
środowiska, trudniej też uzyskać optymalny
i atrakcyjny dla konsumenta efekt barwienia. Dlatego
producenci żywności stale poszukują nowych
barwników naturalnych , by zaspokoić oczekiwania
rynku. i uzyskiwać nowe, interesujące barwy swoich
produktów.
Wszystkie
zagadnienia dotyczące
barwników
naturalnych, ich właściwości, wpływu na organizm
człowieka, czy też ustawodawstwa regulującego ich
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
stosowanie stanowią wyzwanie dla producentów
żywności i jej importerów.
Jednak w obliczu ogólnoświatowych trendów w
barwieniu produktów spożywczych rozwój barwienia
żywności barwnikami naturalnymi jest nieunikniony.
Biorąc pod uwagę przemieszczanie się produktów
spożywczych na rynku zwiększać się także będzie
zapewne ilość produktów barwionych barwnikami
naturalnymi lub ekstraktami roślin pochodzącymi z
różnych zakątków świata, co stanowi
korzystne
perspektywy dla rynku barwników naturalnych.
2. Rynek barwników naturalnych- perspektywy
rozwoju
Rynek barwników naturalnych stale się rozwija.
W latach 90-tych XX w. notowano wzrost produkcji
barwników naturalnych o (5-10)% rocznie [2]. Już
wtedy zauważalny był kilkukrotny ich wzrost
w stosunku do rynku barwników syntetycznych, który
rozwijał się tylko na poziomie (3-5)% rocznie.
W latach 2010-2015 wzrost ten wynosił już (15-20)%
i obserwuje się stała tendencję wzrostową [3] (rysunek
1)
Rysunek 1. Wzrost rynku barwników naturalnych
w milionach ton (MT) w latach 2000-2015
(prognoza).
Wartość światowego rynku barwników w 2007 roku,
wynosiła 1,15 miliardów dolarów, z czego barwników
naturalnych ok 500 milionów dolarów. W 2014 roku
wartość ta wzrosła do ok 1,7 miliardów dolarów, a na
2019 rok prognozuje się już wartość ok 2.3 miliardów
dolarów [4, 5]. Biorąc pod uwagę szybki wzrost rynku
barwników
naturalnych
prognozuje
się,
że
w niedalekiej przyszłości wartość rynku barwników
naturalnych przekroczy wartość rynku barwników
syntetycznych [6].
3. Nowe źródła barwników naturalnych
Według ogólnej definicji barwniki naturalne są to
barwniki pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego
otrzymywane głównie poprzez ekstrakcję surowców
roślinnych(liści, kwiatów, korzeni, owoców) lub
zwierzęcych( tkanka mięśniowa, krew, pancerze
owadów) [7, 8].
Obecnie oprócz tych źródeł coraz częściej sięga się po
barwniki pochodzące z grzybów, pleśni czy alg. Biorąc
pod uwagę ilość i różnorodność gatunków roślin
i zwierząt (głównie owadów), a także postęp
w umiejętności wydobycia barwnika z danego
materiału liczba pojawiających się na rynku barwników
będzie z pewnością stale wzrastać.
Oczywiście ograniczenie stanowić może przemysłowa
uprawa egzotycznych roślin będących źródłem
barwników naturalnych, jednak wzrost opłacalności
takiej produkcji spowoduje zapewne wzrost ilości
takich upraw.
Ponieważ w Europie i Ameryce Północnej zostało
zbadanych już ponad 95% roślin mogących stanowić
źródło barwników naturalnych, zapewne nowe źródła
barwników stanowić będą rośliny i zwierzęta
pochodzące z Azji, Afryki czy Ameryki Południowej.
Barwniki ekstrahowane z występujących w tych
regionach roślin są wykorzystywane tam już od stuleci
i występują pod postacią ekstraktów z roślin, które
nierzadko oprócz właściwości barwiących mają
również właściwości smakowe, czy prozdrowotne.
Teraz w dobie szybkiego rozwoju rynku barwników
naturalnych mogą być coraz szerzej wykorzystywane
i rozpowszechniane również na innych kontynentach.
4. Barwniki naturalne dopuszczone do stosowania
wg ustawodawstwa Unii Europejskiej, Stanów
Zjednoczonych i Japonii
Na terenie Unii Europejskiej dopuszczonych do
stosowania jest 18 barwników naturalnych opatrzonych
symbolem E [9, 10, 11], podobna ilość barwników jest
dopuszczona do stosowania w Stanach Zjednoczonych,
natomiast liderami w ich stosowaniu są niewątpliwie
Japonia i Chiny Wszędzie są regulowane również
dopuszczalne ilości tych barwników oraz produkty do
których barwienia mogą być stosowane.
Jak widać w tabeli 1, występują znaczne różnice
pomiędzy listami barwników dopuszczonych do
stosowania na terenie Unii Europejskiej, Stanów
Zjednoczonych i Japonii przy czym lista barwników
dopuszczonych do stosowania w Japonii jest
najbogatsza. Wiąże się to z bogactwem tradycyjnej
kuchni japońskiej oraz obfitością gatunków roślin
występujących na tym terenie
W czasach globalnego rynku i obrotu towarami na
całym świecie również na rynku europejskim można
spotkać produkty barwione barwnikami czy ekstraktami
z roślin, których nazwa nie występuje na liście
naturalnych barwników dopuszczonych do stosowania.
Ponieważ barwniki dopuszczone do stosowania w Unii
Europejskiej to nierzadko grupy barwników pod jedną
nazwą jak np. karoteny czy antocyjany w produktach
18
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
występować mogą różne barwniki należące do danej
grupy występujące w formie ekstraktów np. ekstrakt
z marchwi czy ekstrakt ze skórek winogron. Również w
barwnikach o egzotycznie brzmiących nazwach
tj barwnik fioletowego słodkiego ziemniaka (purple
sweet potato colour) czy barwnik z czerwonej
kukurydzy (purple corn colour) występują barwniki
należące do znanych i dopuszczonych w UE grup
barwników tj. właśnie antocyjanów czy karotenów.
Oczywiście na listach barwników dopuszczonych do
stosowania w Stanach Zjednoczonych i Japonii są tez
barwniki o zupełnie odmiennej budowie od barwników
stosowanych w UE np ekstrakt spiruliny. Dlatego
niewątpliwie brakuje jasnych reguł określających
stosowanie barwników naturalnych do barwienia
produktów spożywczych co w dobie globalnego rynku
stanowi problem dla producentów i importerów
żywności.
Tabela 1. Barwniki naturalne dopuszczone do barwienia produktach spożywczych w Europie, USA i Japonii
[9, 10, 11, 12, 13, 14].
Unia Europejska
USA
kurkumina (E100)
ryboflawina (E101)
koszenila (E120)
chlorofile (E140(i)
chlorofiliny (E140(ii)
miedziowe kompleksy chlorofili
(E141(i))
miedziane kompleksy chlorofilin
(E141(ii))
karoteny (E160a)
beta-karoten (E160a(ii)
annatto (E160b)
ekstrakt z papryki (E160c)
likopen (E160d)
beta-apo—8'-karotenal (E160e)
luteina (E161b)
kantaksantyna (E161g)
betanina (E162)
antocyjany (E163)
annato ekstrakt
odwodniony burak (betanina)
kantaksantyna
beta-karoten
beta-apo—8'-karotenal
ekstrakt koszenili, karmin
ekstrakt ze skórki winogron
(antocyjany)
sok owocowy
sok warzywny
olej z marchwi
oleorezyna papryki
szafran
miedziowe kompleksy chlorofilin
kurkumina
ekstrakt spiruliny
6. Charakterystyka
wybranych
barwników
naturalnych
Istnieje grupa barwników, które są dopuszczone do
stosowania w USA czy Japonii, które coraz częściej
Japonia
annatto ekstrakt
karoteny
carthamus red
carthamus yellow
chlorofile
chlorofiliny
ekstrakt koszenili
gardenia blue
gardenia red
gardenia yellow
ekstrakt ze skórki winogron
barwnik kaoliang
barwnik lac
barwnik logwood
barwnik marigold
barwnik monascus
barwnik onion(barwnik cebuli)
orange
colour
(barwnik
pomarańczy)
paprica colour (barwnik papryki)
pecun nut colour
phaffia colour
purple
corn
colour(barwnik
fioletowej kukurydzy)
purple
sweet
potato(barwnik
fiotetowego słodkiego ziemniaka)
purple yarn colour
sandalwood
colour(barwnik
drzewa sandałowego)
shea nut colour
spirulina colour
tomato colour(barwnik pomidora)
turmeric oleoresin(kurkumina)
możemy również spotkać w produktach znajdujących
się w sprzedaży na terenie UE.
Biorąc pod uwagę inne funkcje jakie barwniki czy
ekstrakty roślinne
mogą pełnić w produkcie
19
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
spożywczym, np. funkcje przypraw, korzystne działanie
prozdrowotne przy jednoczesnej tendencji do
wycofywania z rynku barwników syntetycznych
zainteresowanie tymi barwnikami czy ekstraktami
będzie z całą pewnością wzrastać.
Te barwniki to między innymi:
1. Carthamus yellow/carthamus
barwierski
2. Gardenia blue/red/yellow
3. Szafran
4. Ekstrakt ze spiruliny
5. Monascus red
6. Barwnik Lac
red-
Gardenia yellow jest to barwnik stanowiący składnik
owoców Gardenii Jasmonides L., który jest
powszechnie stosowany do barwienia żywności
w Japonii i Chinach.
krokosz
Carthamus yellow, carthamus red
Carthamus yellow jest to barwnik należący do grupy
flawonoidów(podobnie jak antocyjany) Jest on
otrzymywany poprzez ekstrakcję płatków rośliny
Carthamus Tinctorius w Polsce noszącej nazwę krokosz
barwierski. Dlatego często stosowana jest również
nazwa ekstrakt z krokosza barwierskiego.
Rysunek 2. Carthamus tinctorius L.-krokosz
barwierski.
Głównymi składnikami barwnika carthamus są
safflomina A i safflomina B. Oprócz nich carthamus
yellow zawiera również cukry, białka czy sole
mineralne [15, 16]. Jest to barwnik bardzo dobrze
rozpuszczalny w wodzie, wskutek czego stosowany jest
do barwienia m.in. napojów.
Carthamus red powstaje w wyniku ekstrakcji płatków
Carthamus Tinctorius. Żeby otrzymać Carthamus red
po ekstrakcji Carthamus yellow wodą, do pozostałości
dodaje się wodny roztwór NaOH, a następnie barwnik
wytrącany jest przez ekstrakcję kwasem, filtrowany
i suszony. Głównym składnikiem Carthamus red jest
cartamina. Barwnik ten jest słabo rozpuszczalny w
wodzie i jest głównie stosowany w Japonii, jako
barwnik do kolorowej czekolady.
Ad 2. Gardenia yellow/red/blue
Rysunek 3. Gardenia Jasmonides L.
W owocach Gardenia Jasmonides znajdują się głównie
żółte pigmenty karotenoidowe oraz związki irydoidowe
[15,16]. Dwa główne składniki w żółtym pigmencie to
krocyna i krocetyna. Pozostałości iridoidowe stanowią
natomiast prekursory przy produkcji barwnika Gardenia
blue. Barwniki karotenoidowe krocyna i krocetyna są
również składnikiem szafranu, jednak stosunek tych
barwników jest w tych roślinach inny. Zdarzają się
przypadki
fałszowania
produktów
barwnikiem
gardenia, poprzez stosowanie go zamiast bardzo
drogiego szafranu. Barwniki gardenia są dobrze
rozpuszczalne w wodzie.
Są powszechnie używane w Japonii głównie do
barwienia soków, galaretek, słodyczy, makaronów, czy
tradycyjnego żółtego ryżu.
Szafran
Szafran jest to najdroższa wagowo przyprawa świata.
Oprócz zastosowania jako przyprawa wykorzystywany
jest także do produkcji leków, kosmetyków, a także
jako środek barwiący Wytwarza się go ze znamion
słupków rośliny przyprawowej Crocus Sativus L.
Rysunek 4. Crocus sativus L
Głównymi barwnikami zawartymi w szafranie są
krocyna i krocetyna należące do grupy karotenoidów
[15, 17]. Największym producentem szafranu jest Iran,
któremu przypada ponad połowa jego światowej
produkcji..Jako barwnik szafran wykorzystywany jest
przy wypiekach, przygotowaniu potraw curry czy
20
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
napojów alkoholowych, jego zastosowanie ogranicza
jednak wysoka cena.
Ekstrakt ze spiruliny
Spirulina to mikroskopijna alga z gromady sinic
o pozytywnych właściwościach prozdrowotnych.
Spirulina występuje naturalnie w jeziorach Czad
w Afryce oraz Texcoco w Meksyku. Sztuczne hodowle
zaczęto zakładać na przełomie lat 60 i 70 XX w. W jej
skład wchodzą oprócz białek, kwasów tłuszczowych
i minerałów także barwniki beta-karoten,chlorofil, oraz
ciemnoniebieski barwnik fitocyjanina.[18].
Rysunek 5. Fitocyjanina- niebieski barwnik
izolowany ze spiruliny.
Z tego powodu ekstrakt ze spiruliny oprócz zastosowań
prozdrowotnych znalazł również zastosowanie jako
barwnik. Amerykańska agencja do spraw żywności
i leków (FDA)od kwietnia 2014r. zezwala na
stosowanie barwnika ekstrakt spiruliny w słodyczach
w tym w cukierkach, gumie do żucia, lodach, lukrach,
jogurcie, budyniach, twarożkach.
Barwnik Lac
Jest to czerwony barwnik obecny w ciele owadów
Kerria lacca (Kerr)żyjących w Indiach i Tajlandii.
Czysty barwnik jest częściowo rozpuszczalny
w wodzie, roztwór w środowisku kwaśnym ma kolor
pomarańczowy, a w alkalicznym czerwono-fioletowy
[19].
Barwnik lak należy do grupy barwników
antrachinonowych i ma strukturę podobną do innego
barwnika otrzymywanego z pancerzy owadów koszenili.
Jest to barwnik wykorzystywany głównie w Indiach,
które produkują 200 ton tego barwnika rocznie. Jako
barwnik spożywczy jest tam wykorzystywany do
barwienia napojów, słodyczy itp.
Rysunek 6. Barwnik Lac.
Monascus red
Barwnik Monascus red otrzymywany jest z grzyba
Monascus purpureus i jest tradycyjnie używany w
kuchni orientalnej w Chinach,Japonii, Indonezji czy na
Tajwanie jako składnik np. czerwonego wina
ryzowego.
Rysunek 7. Czerwony ryż-źródło barwnika
Monascus.
Barwnik Monascus składa się z grupy czerwonych,
żółtych i purpurowych barwników z czego
najważniejszymi są ankaflawina i monascorubina [20].
Wolne barwniki są nierozpuszczalne w wodzie, jednak
ich połączenie z białkami i peptydami powoduje wzrost
ich rozpuszczalności
dzięki czemu mogą być
wykorzystywane do barwienia np. słodyczy, Monascus
ma również działanie obniżające poziom cholesterolu
Wszystkie wymienione wyżej barwniki są niewątpliwie
ciekawą alternatywą dla barwników
naturalnych
zazwyczaj stosowanych. Niektóre z nich jak np.
ekstrakt z krokosza barwierskiego są już dość
powszechnie stosowane do barwienia np. napojów na
terenie Unii Europejskiej w tym Polski. Dlatego
producenci
żywności będą starali się zapewne
rozszerzyć wachlarz produktów barwionych tymi
barwnikami aby uatrakcyjnić wygląd produktów
i spełniać oczekiwania konsumentów. Oczywiście
będzie to wymagało doprecyzowania uregulowań
prawnych odnośnie funkcji czy zastosowań tych
barwników.
7. Podsumowanie
Obserwując tendencję wzrostową na rynku barwników
naturalnych, można przypuszczać, że będzie się ona
nadal utrzymywać, niosąc ze sobą nowe perspektywy
21
Technologia i Jakość Wyrobów 59, 2014
rozwoju. Mając na względzie globalny obrót
produktami spożywczymi na świecie, oraz trend do
eliminowania w żywności barwników syntetycznych
jasne staje się, że zwiększać się będzie również liczba
naturalnych barwników czy ekstraktów roślinnych,
pochodzących z innych źródeł niż dotychczasowe.
Stosowanie tych barwników niesie za sobą również
szereg wyzwań dotyczących zarówno uregulowań
prawnych odnośnie ich stosowania, a także opracowań
na temat ich zastosowań , właściwości, czy też badań
toksykologicznych.
Wszystkie te kwestie będą zapewne rozwiązywane w
niedługiej przyszłości, aby zaspokoić oczekiwania
szybko wzrastającego rynku barwników naturalnych
oraz oczekiwań konsumentów.
8. Literatura
1. B Batman. et al.: The effect of a double blind,
placebo controlled,artificial food colourings and
benzoate praservative challenge on hyperactivity
In a general populationsample of preschool
children. Archives of disease in childhood
hyperactivity. Lancet 364,(2004), 823-4.
2. U. Wissgott, K. Bortlik Prospects for new natural
food colorants, Trends in Food science&
Technology September 7(1996), 298-302.
3. A Downham, Collins P.:Colouring our foods in
the last and next millennium, International Journal
of Food science and Technology 35, (2000), 5-22
4. P. Coultate: Food. The chemistry of its
components, RSC Publishing, (2009), 214-23
5. www.food-navigator-usa.com
6. www.marketsandmarket.com
7. www.leatherheadfood.com
8. Chitanaya Lakshmi G.: Food coloring: The Natural
Way, Research Journal of Chemical Sciences, 4(2),
(2014),87-96
9. Regulation (EC) N° 1333/2008 of the European
Parliament and the Council of 16 December 2008
on food additives.
10. European parliament and council directive
94/36/EC of June 1994 on colours for use in
foodstuffs.
11. Commision Directive 95/45/EC of July 26,1995
laying down specific criteria of purity concerning
colors for use in food stuffs, Official J, L206,
19,5/8/1999
12. J.C. Graffithhs Coloring Foods & Beverages, Food
Technology, 59, no 5(2005), 38-44
13. Title 21, Code of federal Regulations, Color
Additives Approved for Use in Human Food Part
73, Subpart A: Color additives exempt from batch
certification, Food and drugs administration,2014
14. Specifications and Standards for Foods, Food
Additives, etc. under the Food Sanitation Act April
2011 Japan External Trade Organisation
15. J. Walford: Developments in food colours-1,
Applied science poblishers LTD London(1980)
16. Toshiro Watanabe, Shigeru Terabe: Analysis of
natural food pigments by capillary electrophoresis,
Journal of Chromatography A, 880(2000),311-322
17. M. Giaccio Crocetin from saffron: an active
component of an ancient spice: Food science
and nutrition,2010, 155-173
18. S Buossiba, A.E Richmond Isolation and
charcterisation of phycocyanins from the bluegreen algae Spirulina Platensis, Archives of
Microbiology0(1979),155-159
19. S. Svirasteva, D. P. RayS.KPandey, K. M.
Prasad, M. Prasad, B. Baboo: Pure Lac Dye: A
Potential Natural Food Additive, International
Journal of Emerging Technology and Advanced
Engineering3(2013), 589-594
20. Sameer A.S. Mapari, Ulf Thrane, Anne
S.Meyer. Fungal polyketide azaphilone
pigments as future natural food colorants?
Trends in Biotechnology 28(2010)300-307
22