Naturalne barwniki spożywcze w praktyce – jak wpływają na produkt i jego odbiór?

Kolor żywności jest cechą technologiczną i sensoryczną. Wpływa na pierwszą ocenę produktu, sugeruje smak, świeżość, dojrzałość surowca i zgodność z deklaracją na etykiecie. Zastosowanie barwnika pochodzenia naturalnego nie polega na prostej wymianie syntetycznego dodatku na składnik roślinny, zwierzęcy lub mikrobiologiczny. Każda grupa pigmentów ma własną wrażliwość na pH, temperaturę, światło, tlen, metale, białka, tłuszcze i cukry.

W UE barwniki stosowane jako dodatki podaje się w składzie przez nazwę lub numer E. Równolegle stosuje się składniki żywności o funkcji barwiącej, np. koncentraty owocowe, warzywne lub pochodzenia z alg, które oprócz koloru mogą wnosić smak, zapach i kwasowość [1,2].

Czym są naturalne barwniki spożywcze

Naturalne barwniki spożywcze obejmują substancje barwiące otrzymywane m.in. z owoców, warzyw, nasion, przypraw, alg, mikroorganizmów i surowców zwierzęcych. Najczęściej wykorzystywane grupy to:

• antocyjany (cyjanidyna, delfinidyna, malwidyna, pelargonidyna, peonidyna, petunidyna),
• karotenoidy (beta-karoten, likopen, luteina, zeaksantyna, kapsantyna, kapsorubina, biksyna, norbiksyna),
• betalainy (betanina, izobetanina, wulgaksantyna I, wulgaksantyna II, indicaksantyna),
• chlorofile i pochodne (chlorofil a, chlorofil b, feofityny, chlorofiliny, kompleksy miedziowe),
• kurkuminoidy (kurkumina, demetoksykurkumina, bisdemetoksykurkumina),
• barwniki koszenilowe, których głównym związkiem barwiącym jest kwas karminowy [4-6,8].

Należy przy tym odróżnić dodatek barwiący od składnika żywności o funkcji barwiącej. Dodatek ma określoną funkcję technologiczną i podlega przepisom dotyczącym dodatków. Składnik barwiący, np. koncentrat marchwi, buraka, czarnej marchwi, dyni, spiruliny lub aronii, może zmieniać ekstrakt, kwasowość, lepkość, profil smakowo-zapachowy i trwałość produktu [1-3].

Jak kolor żywności wpływa na decyzje konsumentów?

Kolor jest jednym z pierwszych parametrów ocenianych przez konsumenta. W produkcie owocowym może wzmacniać oczekiwanie intensywnego smaku, w napoju sugerować rozcieńczenie albo pełnię aromatu, a w produktach mięsnych i roślinnych zamiennikach mięsa wpływać na ocenę świeżości i obróbki cieplnej.

Najwyższe nasycenie barwy nie zawsze jest korzystne. Kolor powinien być spójny z kategorią, deklarowanym smakiem, składem i pozycjonowaniem produktu. W produkcie deklarowanym jako naturalny zbyt jaskrawa barwa może obniżać wiarygodność.

Ocena barwnika powinna obejmować pomiar instrumentalny i odbiór w opakowaniu, przy oświetleniu sklepowym oraz po przechowywaniu [7].

Jak działają antocyjany i dlaczego ich kolor zależy od pH?

Antocyjany odpowiadają za barwy czerwone, purpurowe, fioletowe i niebieskawe. W żywności wykorzystuje się surowce bogate w pochodne cyjanidyny, delfinidyny, malwidyny, pelargonidyny, peonidyny i petunidyny. Aronia i czarna porzeczka zawierają głównie pochodne cyjanidyny i delfinidyny, winogrona i owoce jagodowe mogą zawierać malwidynę, peonidynę i petunidynę, truskawki są kojarzone z pelargonidyną, a czarna marchew i czerwona kapusta dostarczają acylowanych antocyjanów o lepszej stabilności barwy [4].

Odcień antocyjanów w największym stopniu zależy od pH. W środowisku kwaśnym zwykle dają barwę czerwoną i są stabilniejsze. Przy wyższym pH kolor może przechodzić w fiolet, błękit, szarość lub odcienie brunatne. Dlatego dobrze sprawdzają się w napojach owocowych, żelkach, lodach na bazie wody (sorbety), nadzieniach i produktach fermentowanych o niskim pH. W deserach mlecznych, kremach i produktach roślinnych o pH bliższym obojętnemu efekt bywa mniej przewidywalny. Stabilność poprawiają kontrola pH, dobór źródła, ograniczenie światła i tlenu, opakowanie barierowe oraz kopigmentacja [4].

Karotenoidy i betalainy – naturalne źródła żółtych, pomarańczowych i czerwonych barw

Karotenoidy nadają barwy żółte, pomarańczowe i czerwone. Istotne technologicznie są beta-karoten, alfa-karoten, likopen, luteina, zeaksantyna, kapsantyna, kapsorubina, biksyna, norbiksyna i astaksantyna. Wiele karotenoidów jest lipofilowych, dlatego dobrze sprawdza się w produktach zawierających fazę tłuszczową: margarynach, serach, sosach, majonezach, przekąskach i wyrobach cukierniczych. W napojach wymagają emulsji, zawiesiny albo formy zdyspergowanej; inaczej mogą tworzyć osad lub nierówny kolor [5].

Betalainy obejmują czerwono-fioletowe betacyjaniny i żółto-pomarańczowe betaksantyny. Najbardziej znanym związkiem jest betanina z buraka ćwikłowego; obok niej występują m.in. izobetanina, prebetanina, wulgaksantyna I, wulgaksantyna II i indicaksantyna. Betalainy dają intensywną barwę czerwoną, różową, bordową lub żółtawą, ale są wrażliwe na wysoką temperaturę, tlen, światło i jony metali. Lepiej sprawdzają się w produktach chłodzonych i łagodnie ogrzewanych. W deserach i napojach trzeba uwzględnić możliwe nuty ziemiste buraka [5].

Dlaczego zielony kolor w żywności jest trudny do utrzymania?

Zielony kolor jest trudny do utrzymania w żywności. Chlorofile (chlorofil a i chlorofil b) są naturalnymi pigmentami roślin i alg, ale łatwo ulegają przemianom podczas ogrzewania, zakwaszania, ekspozycji na tlen i światło. Powstawanie feofityn i feoforbidów przesuwa barwę w stronę oliwkową lub brunatnozieloną, dlatego świeża zieleń po produkcji nie gwarantuje stabilnego koloru podczas przechowywania [5,6].

Stosuje się chlorofile, chlorofiliny oraz kompleksy miedziowe chlorofili i chlorofilin, które mogą dawać stabilniejsze odcienie zieleni. Ich użycie zależy od statusu prawnego, kategorii żywności i specyfikacji dodatku. Alternatywą są składniki żywności o funkcji barwiącej, np. spirulina, koncentraty zielonych warzyw lub ekstrakty roślinne. Mogą one wnosić posmak alg, trawiasty lub warzywny, dlatego wymagają oceny sensorycznej równolegle z testem koloru [5,6].

Kurkumina, annato i koszenila – naturalne barwniki o wysokiej sile koloru

Kurkuminoidy nadają intensywną barwę żółtą i pomarańczową. Najważniejsze związki to kurkumina, demetoksykurkumina i bisdemetoksykurkumina. Kurkumina ma wysoką siłę barwiącą, ale jest wrażliwa na światło, środowisko zasadowe i część warunków procesowych.

Annato dostarcza biksyny i norbiksyny, a ekstrakty z papryki zawierają głównie kapsantynę i kapsorubinę. W produktach delikatnych sensorycznie należy sprawdzić, czy dawka potrzebna do uzyskania koloru nie wnosi wyczuwalnego smaku lub zapachu [5].

Koszenila oznacza surowiec lub ekstrakt otrzymywany z owadów Dactylopius coccus. Kwas karminowy jest główną cząsteczką barwiącą, a karminy są kompleksami kwasu karminowego, zwykle z jonami glinu lub wapnia. W regulacjach UE ta grupa funkcjonuje jako cochineal, carminic acid, carmines, czyli E 120. Barwniki koszenilowe dają stabilne odcienie czerwieni i różu, ale ich pochodzenie zwierzęce wyklucza je z produktów wegańskich i może być istotne dla konsumentów kierujących się względami etycznymi, religijnymi lub alergologicznymi [8].

Od czego zależy stabilność naturalnych barwników spożywczych?

Naturalne pigmenty często reagują na warunki procesu i skład produktu. Antocyjany są zależne od pH, karotenoidy od obecności tłuszczu i tlenu, betalainy od temperatury i światła, a chlorofile od kwasowości i przemian zachodzących podczas ogrzewania. Ten sam barwnik może być stabilny w kwaśnym napoju, a nietrwały w produkcie mlecznym. Po kilku tygodniach może pojawić się blaknięcie, ciemnienie, osad lub przesunięcie odcienia [4,5]. Ocena barwnika powinna obejmować pełny cykl życia produktu: mieszanie, obróbkę cieplną, schłodzenie, ekspozycję na światło, przechowywanie i koniec deklarowanego terminu trwałości.

Pomiar w systemie CIELAB pozwala kontrolować zmiany jasności, tonu i nasycenia, ale nie zastępuje oceny wizualnej w opakowaniu, bo konsument ocenia produkt w warunkach sklepowych i domowych [5,7].

Jak matryca produktu wpływa na działanie naturalnych barwników?

Matryca żywnościowa obejmuje wodę, tłuszcz, białka, węglowodany, błonnik, sole, kwasy, emulgatory i stabilizatory. W produkcie mlecznym pigment może oddziaływać z białkami, w emulsji lokować się głównie w fazie tłuszczowej, w napoju osiadać, a w żelu uwalniać się wolniej. W produktach roślinnych dochodzi własny kolor białek grochu, soi, bobu lub pszenicy, często beżowy, zielonkawy albo szarawy. Barwnik dodany do takiego produktu nie daje tego samego efektu co w wodzie lub jasnym modelu laboratoryjnym [5].

Naturalny barwnik lub składnik barwiący może wpływać na produkt poza samym kolorem. Koncentrat buraka może wnosić nutę ziemistą, spirulina posmak alg, kurkuma nutę przyprawową, a ekstrakty owocowe kwasowość lub cierpkość.

Składnik żywności o funkcji barwiącej zawiera także cukry, kwasy organiczne, pektyny i sole mineralne. Może zmienić lepkość, aktywność wody, stabilność emulsji albo odczucie w ustach. Dlatego test barwy powinien być prowadzony razem z oceną smaku, zapachu i tekstury.

Clean label i naturalne barwniki – czego oczekują konsumenci?

Barwniki pochodzenia naturalnego są często łączone z oczekiwaniem krótszej i bardziej zrozumiałej etykiety. Badania nad tzw. clean label pokazują jednak, że konsumenci nie interpretują tego pojęcia jednolicie. Najczęściej łączą je z mniejszym przetworzeniem, ograniczeniem niepożądanych dodatków, naturalnością, prostszą listą składników oraz czasem z aspektami etycznymi i środowiskowymi [7]. Numer E nie oznacza niższego bezpieczeństwa. W UE wskazuje, że dodatek jest dopuszczony do stosowania i podlega określonym wymaganiom. Mimo to część konsumentów nadal traktuje oznaczenia E jako sygnał nadmiernego przetworzenia produktu.

Jak dobrać naturalny barwnik do konkretnego produktu spożywczego?

Naturalne pochodzenie nie zwalnia z oceny bezpieczeństwa. Surowiec naturalny może zawierać zanieczyszczenia, alergeny, pozostałości rozpuszczalników, metale ciężkie, produkty degradacji lub związki pochodzące z ekstrakcji. W UE zasady stosowania dodatków do żywności określa rozporządzenie (WE) nr 1333/2008, a specyfikacje dodatków, w tym barwników, rozporządzenie Komisji (UE) nr 231/2012. Przed wdrożeniem trzeba sprawdzić status prawny danej formy, kategorię produktu, limity stosowania, nośniki, alergeny, czystość i deklarację etykietową [1,2].

Dobór barwnika należy zacząć od określenia oczekiwanego koloru po produkcji, transporcie, ekspozycji sklepowej, otwarciu i przygotowaniu przez konsumenta. Następnie trzeba ocenić pH, aktywność wody, obecność tłuszczu, białek, tlenu i metali, intensywność obróbki cieplnej, światło oraz termin trwałości. Ostateczny wybór powinien wynikać z testów w docelowej recepturze.

---

Bibliografia

[1] Regulation (EC) No 1333/2008 of the European Parliament and of the Council of 16 December 2008 on food additives. Official Journal of the European Union. 2008.

[2] Commission Regulation (EU) No 231/2012 of 9 March 2012 laying down specifications for food additives listed in Annexes II and III to Regulation (EC) No 1333/2008. Official Journal of the European Union. 2012.

[3] European Commission. Guidance notes on the classification of food extracts with colouring properties. Standing Committee on the Food Chain and Animal Health. 2013.

[4] Khoo HE, Azlan A, Tang ST, Lim SM. Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits. Food Nutr Res. 2017;61(1):1361779. doi:10.1080/16546628.2017.1361779.

[5] Nabi BG, Mukhtar K, Ahmed W, Manzoor MF, Ranjha MMAN, Kieliszek M, Bhat ZF, Aadil RM. Natural pigments: Anthocyanins, carotenoids, chlorophylls, and betalains as colorants in food products. Food Biosci. 2023;52:102403. doi:10.1016/j.fbio.2023.102403.

[6] Viera I, Pérez-Gálvez A, Roca M. Green natural colorants. Molecules. 2019;24(1):154. doi:10.3390/molecules24010154.

[7] Asioli D, Aschemann-Witzel J, Caputo V, Vecchio R, Annunziata A, Næs T, Varela P. Making sense of the clean label trends: A review of consumer food choice behavior and discussion of industry implications. Food Res Int. 2017;99(Pt 1):58-71. doi:10.1016/j.foodres.2017.07.022.

[8] EFSA ANS Panel. Scientific Opinion on the re-evaluation of cochineal, carminic acid, carmines (E 120) as a food additive. EFSA J. 2015;13(11):4288. doi:10.2903/j.efsa.2015.4288.