Barwniki naturalne i sztuczne oraz ich wpływ na zdrowie

Barwa jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na wybory konsumentów. W trakcie obróbki technologicznej barwa zanika, co czyni produkt nieatrakcyjnym. Dodawanie barwników do produktu ma na celu przywrócenie pożądanej barwy. Co jednak ważne, ilość barwnika nie może zagrażać życiu człowieka [4]. Wyróżniamy barwniki naturalne oraz sztuczne. Do barwników naturalnych zaliczamy m.in: chlorofil, karotenoidy, ryboflawina, karmel i antocyjany. Do sztucznych zaliczamy: żółcień pomarańczową i chinolinową, karmiozynę, czerwień Allura oraz czerwień koszenilową. Bardziej cenione i pożądane są barwniki pochodzące z naturalnych źródeł, lecz ich produkcja jest dość droga w odróżnieniu od barwników sztucznych. Stosowanie sztucznych barwników w zbyt dużych ilościach może prowadzić do pogorszenia się stanu zdrowia konsumenta [12].

Barwniki naturalne. Charakterystyka najpopularniejszych barwników

Karotenoidy (E160)

Są to pomarańczowe i żółte barwniki pochodzenia naturalnego. Dla człowieka są źródłem witaminy A oraz mają właściwości przeciwutleniające. Chronią w ten sposób organizm przed wolnymi rodnikami, powstającymi w wyniku stresu oksydacyjnego. Karotenoidy zbudowane są z 11 sprzężonych wiązań podwójnych i mogą występować w postaci acyklicznej, monocyklicznej i bicyklicznej. Najwięcej tego barwnika zawierają warzyw, takie jak: jarmuż, szpinak, czerwona papryka, marchew, kapusta, brokuły, brukselka i pomidory [10]. Karotenoidy stosowane są w przemyśle mleczarskim, do produkcji jogurtów, napojów mlecznych, śmietany, serków homogenizowanych itp. Stosowane są również do produkcji pasz dla kur, celem uzyskania żółtek jaj o intensywnym, żółto-pomarańczowym zabarwieniu [5].

Kurkumina (E100)

Jest to związek pochodzenia roślinnego, uzyskiwany z kłączy ostryżu długiego. Są one wykorzystywane jako przyprawa w kuchni azjatyckiej. Kurkumina, nazywana inaczej szafranem indyjskim nadaje żywności żółtą barwę, ale również charakterystyczny smak i zapach. O tym zapachu decyduje zawartość olejków eterycznych i ilości od 2 do 7%.

Kurkumina zawiera wiele składników mineralnych m.in. wapń, żelazo, potas oraz sód, i witaminy takie jak tiamina, niacyna, ryboflawina i kwas askorbinowy. Barwnik ten jest wrażliwy na pH, w środowisku kwaśnym przyjmuje barwę żółtą, a w zasadowym czerwono-brązową. W przemyśle spożywczym jest ona wykorzystywana do produkcji wyrobów cukierniczych, piekarniczych, produktów mlecznych, musztard, konserw oraz napoi. Komitet Ekspertów m.in. Dodatków do Żywności ustalił wartość dopuszczalnego dziennego spożycia na poziomie 0-3 mg/kg m.c [7].

Ryboflawina (E101)

Jest to rozpuszczalny w wodzie organiczny związek chemiczny, który jest wykorzystywany m.in. w celu barwienia produktów zbożowych oraz mlecznych, przypraw i napoi energetyzujących. Ma barwę żółto-pomarańczową. Inaczej znana pod nazwą witaminy B2. Jej niedobór prowadzi do zaburzenia funkcjonowania układu nerwowego oraz stanów zapalnych błon śluzowych. Ryboflawina jest barwnikiem, który nie stwarza zagrożenia dla zdrowia człowieka [7].

Antocyjany (E163)

Są to barwniki roślinne, występujące w dużych ilościach w przyrodzie. Należą one do grupy flawonoidów. W zależności od odczynu środowiska przyjmują barwę od czerwonej do fioletowej. Występują we wszystkich częściach rośliny, ale najczęściej w łodygach, owocach i nasionach.

Najwięcej antocyjanów zawierają owoce i warzywa, takie jak: bakłażan, borówki, ciemne winogrona, czarna porzeczka i czerwona kapusta. Spożycie tego barwnika ma pozytywny wpływ na zdrowie i funkcjonowanie człowieka. Ogranicza on stany zapalne naczyń włosowatych oraz zapobiega agregacji płytek krwi. Wpływa pozytywnie na ostrość widzenia, chroni przed chorobami układu krążenia oraz przed chorobami cywilizacyjnymi np. cukrzycą i otyłością [9].

Koszenila (E120)

Jest to naturalny, organiczny związek chemiczny. Pozyskuje się go z wysuszonych i zmielonych pancerzyków owadów o nazwie czerwiec kaktusowy. Koszenila jest jedynym barwnikiem pochodzenia zwierzęcego, ale też jest jednym z niewielu barwników rozpuszczalnych w wodzie, który nie ulega degradacji pod wpływem czasu. Koszenila jest odporna na utlenianie, podwyższoną temperaturę oraz na promienie słoneczne. Według dostępnych badań koszenila wykazuje właściwości alergizujące, a także jej spożycie może wywołać wstrząs anafilaktyczny. Istnieje powiązanie reakcji alergicznych z faktem, że koszenila jest barwnikiem pochodzenia zwierzęcego i występowaniem naturalnego zanieczyszczenia białkowego [7].

Koszenila E120

Chlorofil (E140)

Należy do grupy barwników lipidowych. W roślinach występują dwie główne formy tego barwnika: chlorofil a, o barwie niebieskozielonej, i chlorofil b, o barwie zielonożółtej [8]. Chlorofile są podstawowymi barwnikami umożliwiającymi przekształcanie energii świetlnej w związki wysokoenergetyczne na drodze fotosyntezy. Chlorofil i jego pochodne są wykorzystywane do barwienia makaronów, olejków roślinnych, lodów, groszku konserwowego, ale również produktów farmaceutycznych i kosmetykach. W organizmie człowieka mają prozdrowotne działanie, a dodatek tego barwnika do produktów spożywczych nie stanowi przyczyny reakcji alergicznych [7].

Barwniki sztuczne. Charakterystyka

Producenci żywności chcą zwiększyć wizualną atrakcyjność swoich wyrobów. Dlatego stosują dodatki do żywności, takie jak barwniki syntetyczne lub sztuczne. W odróżnieniu od barwników naturalnych są tanie, łatwe w użyciu, trwalsze i uzyskiwane na drodze syntezy chemicznej. Dodawanie barwników sztucznych do żywności skutkuje pogorszeniem stanu zdrowia, alergią, a także chorobami [3].

Barwniki azotowe, które obecnie są niedopuszczone jako dodatki do żywności np. żółcień masłowa i czerwień 2G, ulegają w organizmie redukcji, która prowadzi do powstania metabolitów o działaniu rakotwórczym. W roku 2007 Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) wprowadził zakaz stosowania czerwieni 2G. Substancja ta była stosowana do kiełbasek śniadaniowych i hamburgerów, zawierających w swoim składzie oprócz mięsa, przetwory zbożowe. Według Ekspertów EFSA czerwień 2G uznana została za kancerogen, a także nie można wykluczyć, że ma działanie genotoksyczne [1].

W kosmetykach tak jak w produktach spożywczych również występują barwniki. Są one dodawane do kosmetyków w celu zwiększenia atrakcyjności i przyciągnięcia klientów, lecz nie wpływają pozytywnie na skórę. Barwniki sztuczne bardzo często wywołują reakcję alergiczną i wysypkę [11].

Czego nie wolno barwić?

Barwnikami sztucznymi i syntetycznymi nie wolno barwić: soków owocowych i warzywnych, nektarów owocowych, koncentratów napojów w proszku, przetworów mleczarskich, lodów, przetworów owocowych i warzywnych, przetworów mącznych i piekarskich, tłuszczów, octu, musztardy i majonezów [1].

Barwniki a bezpieczeństwo

W Rozporządzeniu Parlamentu Europejskiego i Rady określono warunki stosowania barwników, w tym ich ilość i do jakich produktów można je używać. Dodatkowo stwierdzono, że konieczne jest ponowne zbadanie barwników spożywczych pod kątem szkodliwości na organizm człowieka.

Konsumenci spożywający w nadmiarze produkty zawierające barwniki sztuczne oprócz ryzyka zachorowania na nowotwór są narażeni na zaburzenia funkcjonowania układu oddechowego. Badania przeprowadzone na Uniwersytecie w Southampton wykazały, że nadmierne spożycie przez dzieci słodkich przekąsek, takich jak cukierki, batony, ciasta i ciastka, a także słodkich napoi, zawierających w swoim składzie duże ilości sztucznych barwników i konserwantów wpływają na wzrost nadpobudliwości oraz spadek skupienia i koncentracji. Na podstawie tych badań wykazano 6 barwników, które powinny być wyeliminowane w diecie dzieci i dorosłych do minimum [6].

Metody oznaczania barwników spożywczych

Spektrofotometria

Barwniki są substancjami absorbującymi falę elektromagnetyczną w obszarze światła widzialnego. Spektrofotometria jest odpowiednią oraz najczęściej wykorzystywaną techniką analityczną ze względu na niskie koszty oprzyrządowania. Ta metoda pozwala na analizę próbek wieloskładnikowych i polega na porównaniu próbki badanej z próbką wzorcową na podstawie różnicy stosunków absorbancji przy analitycznej długości fali. Uzyskane wyniki wskazują na bardzo dobrą dokładność i precyzję metody. Ponadto urządzenie do analizy, zwane spektrofotometrem jest łatwe w użyciu i ma prostą budowę.

Chromatografia cienkowarstwowa (TLC)

Jest to najprostsza i ekonomiczna technika do jakościowej analizy mieszaniny analitów. Jej zaletą jest możliwość uzyskanie dobrych wyników w stosunkowo krótkim czasie. Umożliwia rozdzielenie mieszaniny kilku barwników oraz ich identyfikację za pomocą porównania współczynnika migracji Rf, kształtu i koloru plamki ze wzorcami.

Elektroforeza kapilarna

Jest to elektroforetyczna metoda wykorzystująca do skutecznego rozdziału zarówno małych, jak i dużych cząsteczek. Elektroforeza jest szybsza i bardziej ekonomiczna niż elektroforeza konwencjonalna i chromatografia. Rozdział elektroforetyczny zachodzi na podstawie różnic w prędkościach migracji cząstek obdarzonych ładunkiem w polu elektrycznym.

Wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC)

Techniki analityczne oparte na chromatografii cieczowej mają szeroki zakres zastosowań do analizy syntetycznych barwników spożywczych. Najczęściej stosuje się metodę chromatografii cieczowej w układzie faz odwróconych, kiedy faza stacjonarna jest niepolarna, a faza ruchoma polarna. Metoda ta jest stosowana do oczyszczania i identyfikacji związków chemicznych. Rozdział następuje na skutek oddziaływań międzycząsteczkowych składników mieszaniny [2].

Podsumowanie

Barwniki są nie tylko wykorzystywane do barwienia żywności, ale również występują w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. Dodawanie barwników do produktów ma na celu przede wszystkim nadanie nowej barwy. Barwniki pomagają maskować niekorzystne przebarwienia oraz ograniczają stratę związków zapachowych i smakowych w produkcie.

Barwniki naturalne są bezpieczne dla zdrowia człowieka, lecz ich stosowanie wymaga większych nakładów finansowych niż w przypadku barwników sztucznych. Pod wpływem temperatury, światła i utleniaczy barwniki tracą swe właściwości.

Barwniki sztuczne są trwalsze od naturalnych, ale mają negatywny wpływ na zdrowie człowieka. Dlatego więc dla tych związków została określona dopuszczalna dawka, którą można spożyć. Nadmierne spożycie barwników sztucznych może prowadzić do zaburzeń funkcjonowania całego organizmu, alergii, a także nadpobudliwości u dzieci.

Źródła:

1. Brzozowska, A. (red.). (2010). Toksykologia żywności. Wydawnictwo SGGW. Warszawa 2010
2. Kałwa, K., Mazurek, A. (2018). Metody oznaczania barwników spożywczych. Wiadomości chemiczne. 2018, 72, 9-10.
3. Krępska, M. i in. (2015). Barwniki spożywcze i ich wpływ na organizm człowieka. Technologia i Jakość Wyrobów 60, 2015.
4. Krzyśko-Łupicka, T.i in. (2016). Barwniki w żywności a zdrowie konsumentów. Kosmos. Tom 65 Nr 4 (2016): Ekologia człowieka.
5. Lis, K., Bartuzi, Z. (2020). Naturalne i identyczne z naturalnymi barwniki spożywcze a alergie pokarmowe. Alergia Astma Immunologia 2020, 25 (2): 95-103.
6. Opinia Instytutu Żywności i Żywienia nt. Dodatków do Żywności.
7. Przybylska, S. (2015). Kurkumina – prozdrowotny barwnik kurkumy. Probl Hig Epidemiol 2015, 96(2): 414-420.
8. Rotkiewicz, R. i in. (2002). Barwniki karotenoidowe i chlorofilowe olejów roślinnych oraz ich funkcje. T. 23.
9. Saluk-Juszczak, J. (2010). Antocyjany jako składnik żywności funkcjonalnej stosowanej w profilaktyce chorób układu krążenia. Postepy Hig Med Dosw (online), 2010; 64: 451-458.
10. Szterk A, Lewicki P.P. (2007). Karotenoidy i ich funkcje biologiczne. Barwniki naturalne. Przemysł Spożywczy. T. 61 nr 7, 32-34.
11. Wilusz, M. i in. (2016). Analiza występowania w produktach spożywczych barwników stosowanych również w kosmetykach. Kosmetologia Estetyczna. 2, 2016, vol. 5.
12. Zawirska-Wojtasiak, R. (2005). Aromaty, barwniki, konserwanty – perspektywy stosowania. Przemysł Spożywczy. T. 59, nr 4, 2—10.