Dodatki do żywności

Od pradawnych czasów człowiek nadawał potrawom specyficzny, niepowtarzalny smak dodając do nich zioła, korzenie, sól, miód, czy też cukier. Substancje te określane mianem dodatków do żywności stosowane są do dnia dzisiejszego.

Według definicji ustanowionej w 1965 roku w Hadze pod pojęciem dodatków do żywności rozumiemy substancje, które nie będąc środkami spożywczymi, stają się w sposób pośredni lub bezpośredni ich składnikami lub w inny sposób wpływają na cechy charakterystyczne żywności. W kodeksie żywieniowym FAO z 1988 roku związki te zostały określone jako substancje nie spożywane jako żywność, ale posiadające (lub nie) wartości odżywcze, pożądane do otrzymania w procesie technologicznym wyrobu o określonych cechach.

Jako dodatki do żywności najczęściej wymieniane są surowce wprowadzane do produktów żywnościowych w celu zapewnienia ich odpowiedniej stabilności, wydłużenia okresu ich przydatności, czy też gwarantujące mu określony termin ważności. Substancje z tego segmentu używane są także w celu nadania produktom żywnościowym odpowiednich walorów organoleptycznych takich jak smak, zapach, kolor, konsystencja.

Po co dodatki?
Jeden z najczęściej spotykanych podziałów dodatków do żywności związany jest właśnie z ich funkcjonalnością. Według tego systemu w grupie tej wyróżniamy między innymi: konserwanty, przeciwutleniacze, kompozycje smakowo-zapachowe, barwniki, emulgatory, solubilizatory, środki regulujące konsystencję. Dodawane do wyrobów żywnościowych zapewniają korzyści zarówno producentowi jak i konsumentowi. Zapobiegając psuciu żywności, ograniczają jej straty, umożliwiają większą produkcję przy mniejszych kosztach, zwiększają atrakcyjność, ułatwiają przygotowanie potraw. Są one nieodzowne ze względu na to, iż konsumenci poszukują produktów nie tylko o ładnym wyglądzie, dobrym smaku, ale także dłuższym okresie trwałości, choć coraz częściej świadomi są tego, że w dużej mierze cechy te nadają wyrobowi różnorodne substancje chemiczne.
Dodatkowy, często wymieniany i wskazywany na opakowaniach produktów spożywczych podział dodatków do żywności związany jest właśnie z ich pochodzeniem. Związki chemiczne tego segmentu mogą być bowiem wyodrębniane z produktów naturalnych lub syntezowane w laboratorium. Jeśli struktura chemiczna i czystość związków z obu źródeł jest identyczna to również ich własności jako dodatków do żywności są zbliżone. Według tego podziału wyróżniamy surowce naturalne, identyczne strukturalnie z naturalnymi lecz syntetyzowane przez człowieka, lub całkowicie syntetyczne nie znajdujące odpowiedników w przyrodzie.
I tak na przykład pojawiająca się, w przypadku kompozycji aromatycznych, informacja – „identyczny z naturalnym” oznacza, że końcowy efekt smakowo-zapachowy uzyskano stosując związki syntetyczne, spośród których każdy ma swój odpowiednik w produkcie naturalnym. Aromat „identyczny z naturalnym” zawiera zatem substancje, które normalnie człowiek spożywa jedząc owoce, warzywa, przyprawy, produkty mleczne czy też zbożowe. Znaczące różnice w produkcie naturalnym, którego smak jest „imitowany” przez określoną kompozycję smakową mogą natomiast występować w zawartości poszczególnych składników w nim zawartych. Umieszczona na opakowaniu informacja, że produkt zawiera składniki syntetyczne oznacza natomiast, że w wyrobie znajdują się związki pozyskiwane na drodze syntezy chemicznej, które nie mają pierwowzorów w przyrodzie.

Co i ile można dodać?
Maksymalne dawki stosowanych w żywności związków określa rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 27 grudnia 2000 r., w którym znajduje się miedzy innymi wykaz dopuszczalnych ilości substancji dodatkowych dodawanych do środków spożywczych (Dz. U. z 2001 r. Nr 9, poz. 72). W rozporządzeniu tym uwzględniony jest międzynarodowy system oznaczeń INS czyli International Numbering System. Pojawiające się spisie związki określone przy pomocy nazw polskich i angielskich zawierają wytyczne dotyczące ich stosowania. Przy każdym z ujętych dodatków podane są dane dotyczące właściwości fizyko-chemicznych, które są niezbędne przy jego użytkowaniu. Pojawia się tam również informacja na temat tzw. dziennego pobrania danej substancji wyrażonego w mg/ kg masy ciała, czyli maksymalnej ilość jaką człowiek może spożywać codziennie, przez całe życie, bez uszczerbku na zdrowiu. Określana jest ono jako ADI czyli Acceptable Daily Intake i sklasyfikowana w trzech grupach:
- nie wymaga limitowania (no limited – ang) – na podstawie dostępnych danych związek nie stanowi ryzyka dla zdrowia
- nie ustalone (not allocated- ang.)– dostępne dane nie są wystarczające dla pełnej oceny substancji i ustalenia jej bezpiecznego poziomu dla człowieka
- ograniczone wymogami dobrej praktyki wytwarzania (limited by good manufacturing practice- ang.) GMP.

W przypadku substancji, które są niezbędnymi składnikami żywności pojawia się informacja na temat wartości MTDI (MaximumTolerable Daily Intake – ang.), określającej jej maksymalne tolerowane dzienne pobranie w mg/kg masy ciała.
Każda z wymienionych w spisie substancji ma przypisany numer poprzedzony literą E oznaczającą, że związek dopuszczony jest do stosowania w krajach Unii Europejskiej. Lista ta określana jako tzw. lista E, obejmuje wszystkie dodatki do żywności, uznane w tym rejonie za bezpieczne do użyciu w produktach spożywczych. Jest ona bardzo przydatna, ponieważ pozwala umieścić na niewielkiej na ogół etykiecie wyrobu informacje na temat wszystkich użytych w nim dodatków, co w wielu krajach stanowi wymóg prawny stawiany producentom.

Konserwanty
Jednym z ważniejszych problemów przemysłu spożywczego jest czystość mikrobiologiczna wyrobów. Wiele artykułów z tego segmentu ze względu na skład podatnych jest bowiem na zakażenie drobnoustrojami, które nie tylko mogą powodować obniżenie ich jakości, ale również mogą stać się przyczyną poważnych infekcji u konsumentów. Nie dziwi zatem fakt, iż ważną grupę dodatków do żywności, stanowią konserwanty. Substancje tego segmentu wprowadzane do receptur artykułów spożywczych zapobiegają rozwojowi mikroorganizmów: bakterii, drożdży czy też pleśni, dzięki czemu przedłużają w znaczący sposób ich trwałość. Konieczność konserwowania znacząco rośnie wraz ze wzrostem zapotrzebowania na produkty gotowe do bezpośredniego spożycia. Konserwanty stosowane w żywności muszą charakteryzować się: szerokim spektrum aktywności, efektywnością działania, brakiem niekorzystnego oddziaływania na właściwości sensoryczne produktu. Jednak warunkiem nieodzownym dopuszczenia substancji do konserwowania jest jej nieszkodliwość w stosunku do zdrowia człowieka. Stąd też pomimo szerokiej oferty związków charakteryzujących się działaniem przeciw-drobnoustrojowym tylko nieliczne zostały dopuszczone do utrwalania żywności. Najczęściej używanymi do konserwacji produktów owocowo-warzywnych konserwantami spośród związków organicznych są kwasy: benzoesowy E-210, mrówkowy E-236, propionowy E-280, sorbowy E-220 oraz ich sole. Do grupy tej zaliczamy także estry: etylowy E-214 i propylowy E-216 kwasu p-hydroksybenzoesowego i ich sole sodowe. Większość stosowanych jako dodatki do żywności kwasów jest syntetyzowana w sposób naturalny i występuje w przyrodzie. Stąd też na ogół traktowane są one jako substancje bezpieczne, nawet jeżeli są stosowane w większych ilościach.
Spośród konserwantów nieorganicznych można wymienić bezwodnik kwasu siarkowego E-220, pirosiarczyn potasu E-224, wodorosiarczyn potasu E-228, siarczyn sodu E-221. Do grupy tej należą także: azotan sodu E-251 i potasu E-252, oraz azotyn sodu E-250. W świetle prowadzonych badań ostatnie z wymienionych środków konserwujących mogą stanowić źródło potencjalnie rakotwórczych N-nitrozoamin, co powoduje, że coraz mniej chętnie stosowane są w produktach spożywczych.
Do związków przedłużających trwałość artykułów żywnościowych należą także antyoksydanty. Zakres ich działania związany jest z dezaktywacją wolnych rodników powstających w pierwszym stadium zmian oksydacyjnych, które są charakterystyczne między innymi dla jełczenia tłuszczów. Ze stosowaniem antyutleniaczy związany jest podstawowy system ograniczenia tego typu procesów, które mogą przebiegać w wielu artykułach spożywczych. Odpowiednio dobrane układy mogą je zabezpieczyć przed całym szeregiem niekorzystnych zjawisk.
Podstawową grupę antyoksydantów stanowią związki zawierające w cząsteczce fragment strukturalny charakterystyczny dla fenoli. Zasadę ich działania przedstawiono na poniższym schemacie:
Powstające w powyższej reakcji rodniki antyutleniacza są stabilne i nie inicjują dalszego procesu oksydacyjnego, dzięki czemu następuje jego zahamowanie.
W recepturach preparatów spożywczych powszechne zastosowanie znajduje układ syntetyczny jakim jest butylo-hydroksyanizol E-320, który najczęściej kojarzony jest ze skrótem (BHA).
Spośród związków tego segmentu, chętnie stosowanych w przemyśle spożywczym na szczególną uwagę zasługuje witamina E czyli mieszanina α,β,γ,-tokoferoli (E 306 – 309). Do naturalnych antyoksydantów zaliczana jest witamina C czyli kwas L-askorbinowy E-300 oraz jego sól sodowa E-301. Działanie antyoksydacyjne wykazują także kwasy: cytrynowy E-330 i mlekowy E-270. Ważnymi przedstawicielami tej grupy są estry kwasu galusowego: propylowy E-310, oktylowy E-311, dodecylowy E-312.

Barwniki
Kryterium wizualne stanowi pierwszy etap oceny żywności. Z tego też powodu kolejną istotną grupę dodatków do żywności stanowią barwniki. Ich zastosowanie w wielu wypadkach związane jest z określonymi oczekiwaniami konsumentów. Kolor bardzo często jest bowiem cechą charakteryzującą produkt, która wywiera istotny wpływ na jego zakup. Barwienie żywności barwnikami początkowo naturalnymi, potem coraz częściej syntetycznymi przez lata stawało się powszechnie stosowaną praktyką. W świetle pojawiających się informacji na temat szkodliwości wielu barwników syntetycznych obecnie znaczna ich część zostaje zastąpiona poprzez ich naturalne odpowiedniki. Należy jednak zdawać sobie sprawę z tego, że pochodzenie nie zawsze przesądza o ich bezpieczeństwie. Większość barwników naturalnych charakteryzuje się małą stabilnością i mniej intensywnymi barwami. Z tego też powodu używanie ich w recepturach produktów spożywczych w sposób istotny znacząco podwyższa koszt ich otrzymywania, w stosunku do układów syntetycznych. W grupie substancji naturalnych i identycznych z naturalnymi wyróżnia się barwniki: karotenoidowe E-160, karmelowe E-150, porfirynowe E-140. Zaliczamy do nich także: antocyjany E-163, betalaniny E-162, koszenilę E-120.

Substancje zapachowe
Ważną grupę dodatków do żywności stanowią substancje aromatyczne wzmacniające smak i zapach. Najczęściej stosowane są one w wyrobach, które utraciły swoje naturalne właściwości w trakcie obróbki technologicznej. Wprowadzana kompozycja nie ma zwykle identycznego składu jak smak czy zapach, który imituje. Jej zadaniem jest tylko wywołanie podobnego wrażenia organoleptycznego przy użyciu minimalnej ilości naturalnie występujących w naturze związków chemicznych. W odróżnieniu od innych dodatków do żywności substancje aromatyczne nie mają oznaczeń numerycznych. Ich ilość limitowana jest tzw. dobrą praktyką produkcyjną. Substancje tego segmentu podzielone są na trzy podstawowe grupy: olejki eteryczne, substancje aromatyczne identyczne z naturalnymi lub związki syntetyczne. Do najważniejszych układów ostatniej grupy powszechnie stosowanych w produktach naturalnych należy etylowanilina.

Wzmacniacze smaku
Oddzielną grupę substancji wzmacniających smak i zapach stanowią sól sodowa i potasowa kwasu glutaminowego. Glutaminian sodu (E-621) znajduje zastosowanie jako dodatek do różnorodnych konserw, koncentratów, zup, sosów. Jest on także ważnym surowcem do produkcji różnorodnych przypraw. Glutaminian potasu (E-622) wykorzystywany jest natomiast do przetworów rybnych. Jako substancje wzmacniające smak konserw mięsnych, koncentratów zup, wędlin i przypraw stosuje się także guanylan (E-627) i inozynian sodu (E-631).
Środki słodzące
W krajach rozwiniętych coraz częściej obserwuje się zjawisko eliminowania z produktów spożywczych cukru – sacharozy. Z tego też powodu liczną grupę związków chemicznych stanowią zastępujące ją środki słodzące. Do grupy tej zaliczamy substancje, które na ogół w małych stężeniach, znacznie niższych niż sacharoza, nadają wyrobom słodki smak. Słodkość substancji określana jest jako stosunek intensywności słodkości jednostki wagowej danej substancji do sacharozy, której słodkość przyjmuje się za 1,00. Według tego kryterium substancje słodzące można przypisać do dwóch klas: półsyntetycznych wypełniaczy i syntetycznych środków silnie słodzących. Do pierwszej grupy zaliczamy głównie alkohole cukrowe tzw. poliole. Związki te bywają klasyfikowane jako substancje słodzące o wartości odżywczej (nutritive – ang.). Substancje syntetyczne wymieniane są natomiast jako układy nie posiadające wartości odżywczych (nonnutritive – ang.).
Surowce tego typu odgrywają szczególnie ważną rolę w przypadku żywności niskokalorycznej, ponieważ nie są one źródłem energii dla organizmu.
Zagęszczacze
Na szczególną uwagę spośród dodatków do żywności zasługują substancje regulujące konsystencję, a zwłaszcza środki zagęszczające. Ich działanie bardzo często wynika ze zdolności tych związków do wiązania wody, dzięki której zwiększają one lepkość wyrobu. Z produktów naturalnych tego segmentu często wykorzystywana jest żelatyna, czy też chleb świętojański E-414. Do grupy tej zaliczamy także różnorodne wydzieliny roślinne, takie jak guma arabska E-414, czy tragakant E-413. Ważnymi przedstawicielami tego segmentu są także wyciągi roślinne np. agar E-406 czy pektyny E-440.

Mikro- i nano-kapsułki
Jak wynika z tego krótkiego przeglądu, dodatki do żywności stanowią ważny segment związków stosowanych w przemyśle spożywczym. Niestety niektóre z nich, w szczególności zaś aromaty, są substancjami nietrwałymi, które pod wpływem takich czynników jak wilgoć, tlen z powietrza, zanieczyszczenia, czy temperatura mogą zmieniać swój profil sensoryczny, a co za tym idzie także jakość wyrobu, w którym są stosowane.
Duży problem przy stosowaniu dodatków do żywności może stanowić także konieczność ich precyzyjnego dozowania i równomiernego rozprowadzenia w wyrobie. Wiąże się to z faktem, iż substancje te wprowadzane są na ogół w małych ilościach w stosunku do dużej masy produktu finalnego. Rozwiązaniem tego typu problemów coraz częściej staje się stosowanie dodatków do żywności zamkniętych w odpowiednio dobrane nośniki tzw. kapsułki. Kapsułkowanie jest stosunkowo szybko rozwijającą się technologią. Jest to proces polegający na otaczaniu substancji, ściankami i zamykaniu jej w powstającej strukturze. Pojedyncza kapsułka jest zbudowana z tzw. rdzenia oraz z wytworzonej wokół niego ścianki. Produkowane są także mikrokapsułki z dwiema lub więcej ściankami. Mogą one przyjmować różne formy, które w dużym stopniu zależą od kształtu oraz postaci fizycznej rdzenia i ścianki.
Metoda kapsułkowania zapewnia ochronę wrażliwych składników, przed ujemnym wpływem czynników zewnętrznych np. wilgoci czy tlenu z powietrza. Poprzez oddzielenie wzajemnie reagujących substancji receptury, można osiągnąć zwiększenie trwałości preparatu, oraz uzyskać rozszerzenie działania niektórych surowców. Przy pomocy mikrokapsułek można, odpowiednio dobierając materiał otoczki, wprowadzać substancje hydrofilowe do układów hydrofobowych i odwrotnie. Bardzo istotnym elementem w przypadku ich stosowania jest również możliwość kontrolowanego w czasie uwalniania substancji czynnej z produktu np. podczas przyrządzania potraw, czy w trakcie ich spożywania. Z użyciem tego typu nośników istnieje także możliwość kontrolowania zapachu i barwy surowców oraz uwidocznienia założonej koncepcji realizowanej w preparacie przy ich pomocy. Stosowanie kapsułkowanych dodatków nie tylko podwyższa trwałość i stabilność dodatków do żywności ale także ułatwia ich dozowanie i mieszanie. Kapsułkowane surowce nie zbrylają się, nie pylą, składowane w magazynach i halach produkcyjnych nie wydzielają intensywnych zapachów. Kapsułkowanie, jeżeli zachodzi taka konieczność, pozwala również skutecznie maskować obce smaki np. preparatów witaminowych dodawanych do żywności.
Substancjami, z których tworzone są otoczki kapsułek mogą być różnego rodzaju hydrokoloidy, gumy, białka roślinne, żelatyna. Dobrymi materiałami nośnikowymi są cyklodekstryny, czyli węglowodany, które składają się z połączonych wiązaniami α-1,4-acetalowymi merów glukozowych, tworzących strukturę cykliczną. Otrzymuje się je ze skrobi, w wyniku jej kontrolowanej hydrolizy enzymatycznej z użyciem α-amylazy. Cyklodestryny są łatwo rozpuszczalne w wodzie i przyjmują w roztworze kształt otwartego z obu stron ściętego stożka tzw. toroidu, w którym pierwszorzędowe grupy hydroksylowe są umieszczone na zewnątrz. Powierzchnia cyklodekstryn wykazuje charakter hydrofilowy, dlatego są one rozpuszczalne w wodzie, natomiast ich wnętrze posiada cechy hydrofobowe.
Dzięki tej właściwości układy te mogą tworzyć kompleksy inkluzyjne ze związkami normalnie nierozpuszczalnymi w wodzie, choć cały układ jest nadal w niej rozpuszczalny. Z tego też powodu pełnią one rolę swoistego gospodarza dla rozmaitych, najczęściej lipofilowych, zarówno organicznych jak i nieorganicznych cząsteczek.
Nowoczesna technika pozwala na zamykanie różnorodnych substancji w coraz to mniejsze cząsteczki, których rozmiary określane są w nanometrach Odpowiedni dobór materiałów matrycy i mechanizmów uwalniania substancji w funkcji czasu pozwala uzyskiwać wyrafinowane efekty smakowo –zapachowe. I tak na przykład nanokapsułki wypełnione substancjami pozyskanymi z owoców zapewniają świeższy smak i silniejszy aromat soków i napojów. Otwiera to szerokie pole do kreowania nowych, coraz atrakcyjniejszych sensorycznie produktów.

Autorka reprezentuje Politechnikę Łódzką Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)

Zawartość numeru:

• Temat Miesiąca:
  • Dodatki do żywności
  • Pieczywo żytnie - zdrowe i długo świeże
  • Błonniki pokarmowe nowej generacji
• Chemia Gospodarcza i Kosmetyki:
  • Nanokosmetyki w natarciu
  • Mikrokapsulacja w emulsjach z mikrokapsułkami ISP
• Zarządzanie:
  • Dłużnik z zagranicy
• Rynki Chemii:
  • Wielkie firmy chemiczne w szczycie koniunktury
• Prezentacje:
  • Świeże opakowania
• Aparatura i Urządzenia:
  • Przemysł opakowań nie obejdzie się bez recepturowania
  • Ciekawe aplikacje pomp perystaltycznych

Zobacz pozostałe numery Chemical Review »