karagen - Carrageenan

Karageniny lub carrageenins ( / ˌ K ær ə ɡ ı n ə n oo / Karr-ə-Gee-nənz z Irlandii carraigín "mały Rock") to rodzina naturalnych liniowych siarczanowanych polisacharydów , które są ekstrahowane z czerwonych wodorostów jadalnych . Najbardziej znanym i wciąż najważniejszym czerwonym wodorostem używanym do produkcji hydrofilowych koloidów do produkcji karagenu jest Chondrus crispus (mech irlandzki), który jest ciemnoczerwoną rośliną przypominającą pietruszkę, która rośnie przytwierdzona do skał. Karageny są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym ze względu na ich właściwości żelujące, zagęszczające i stabilizujące. Ich główne zastosowanie znajduje się w produktach mlecznych i mięsnych, ze względu na ich silne wiązanie z białkami spożywczymi. W ostatnich latach karageny stały się obiecującym kandydatem w zastosowaniach inżynierii tkankowej i medycynie regeneracyjnej, ponieważ przypominają natywne glikozaminoglikany (GAG). Stosowano je głównie do inżynierii tkankowej, pokrywania ran i dostarczania leków.

Karageny zawierają 15-40% zawartości estrów- siarczanów , co czyni je anionowymi polisacharydami. Można je głównie podzielić na trzy różne klasy w oparciu o zawartość siarczanów. Kappa-karagenina ma jedną grupę siarczanową na disacharyd, jota-karagenina ma dwie, a lambda-karagenina ma trzy.

Ekstrakty galaretowate z wodorostów Chondrus crispus są stosowane jako dodatki do żywności od około XV wieku. Karagenina jest wegetariańską i wegańską alternatywą dla żelatyny w niektórych zastosowaniach lub może być stosowana do zastąpienia żelatyny w wyrobach cukierniczych. Nie ma dowodów klinicznych na to, że karagenina jest niebezpiecznym składnikiem żywności, głównie dlatego, że jej los po trawieniu jest niewystarczająco określony.

Pierwsza komercyjna hodowla z Eucheuma i Kappaphycus spp. dla karagenu został opracowany na Filipinach . Największymi światowymi producentami karagenu są Filipiny i Indonezja . Karagen wraz z agarem jest używany do produkcji tradycyjnych deserów z galaretką na Filipinach, zwanych gulamanami .

Nieruchomości

Struktury molekularne różnych typów karageniny

Karageny są dużymi, bardzo elastycznymi cząsteczkami, które tworzą zwijające się struktury helikalne . Daje im to możliwość tworzenia różnorodnych żeli w temperaturze pokojowej. Są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym i innych jako środki zagęszczające i stabilizujące .

Wszystkie karageny są polisacharydami o dużej masie cząsteczkowej i składają się głównie z naprzemiennych 3-połączonych bD-galaktopiranozy (jednostki G) i 4-połączonych aD-galaktopiranozy (jednostki D) lub 4-połączonych 3,6-anhydro- aD-galaktopiranoza (jednostki DA), tworząc powtarzającą się jednostkę disacharydową karagenin.

Istnieją trzy główne komercyjne klasy karagenu:

  • Kappa tworzy mocne, sztywne żele w obecności jonów potasu i reaguje z białkami mleka. Pochodzi głównie z Kappaphycus alvarezii .
  • Jota tworzy miękkie żele w obecności jonów wapnia. Produkowany jest głównie z Eucheuma denticulatum .
  • Lambda nie żeluje i służy do zagęszczania produktów mlecznych.

Podstawowe różnice wpływające na właściwości karageniny kappa, jota i lambda to liczba i położenie grup estrosiarczanowych na powtarzających się jednostkach galaktozy . Wyższe poziomy siarczanu estru obniżają temperaturę rozpuszczalności karageniny i wytwarzają żele o niższej sile lub przyczyniają się do hamowania żelowania (karagen lambda).

Wiele gatunków krasnorostów w swojej historii rozwoju wytwarza różne rodzaje karagenów . Na przykład, rodzaj Gigartina produkuje głównie karageniny kappa w stadium gametofitycznym i karageniny lambda w stadium sporofitowym .

Wszystkie są rozpuszczalne w gorącej wodzie, ale w zimnej wodzie rozpuszczalna jest tylko forma lambda (i sole sodowe dwóch pozostałych).

W przypadku stosowania w produktach spożywczych karagen ma dodatek UE o numerach E E407 lub E407a, gdy występuje jako „przetworzone wodorosty morskie z gatunku Eucheuma”. Technicznie karagenina jest uważana za błonnik pokarmowy.

W niektórych częściach Szkocji i Irlandii, gdzie znany jest pod różnymi lokalnymi i rodzimymi nazwami , Chondrus crispus jest gotowany w mleku i odcedzany, przed dodaniem cukru i innych aromatów, takich jak wanilia, cynamon, brandy lub whisky. Produktem końcowym jest rodzaj galaretki podobnej do panna cotty , tapioki lub blancmange .

Produkcja

Eucheuma denticulatum hodowany dla jota-karagenu w uprawie przydennej w Tanzanii

Chociaż karageny zostały wprowadzone na skalę przemysłową w latach 30. XX wieku, po raz pierwszy zastosowano je w Chinach około 600 pne (gdzie stosowano Gigartina ), a w Irlandii około 400 ne żelatynę karageniową można wytwarzać przez gotowanie 140 gramów opłukanego mchu irlandzkiego w 8 imp qt (9,1 l) wody przez 10 minut, mieszając mieszaninę podczas wrzenia. Do gorącego naparu szybko dodaje się 2 imp qt (2,3 l) zimnej wody i po ostygnięciu przecedza się przez ściereczkę. Następnie jest schładzany przez 24 godziny, w tym czasie staje się galaretowaty.

W 2011 r. globalną sprzedaż karagenu oszacowano na 640 mln USD. Największym producentem karagenu przemysłowego były Filipiny , gdzie uprawiane wodorosty wytwarzają około 80% światowej podaży, natomiast Chiny są głównym eksporterem na rynki światowe w USA i Europie. Najczęściej stosowanymi źródłami są E. cottonii ( Kappaphycus alvarezii , K. striatum ) i E. spinosum ( Eucheuma denticulatum ), które łącznie dostarczają około trzech czwartych światowej produkcji. Wyrastają one z powierzchni morza na głębokość około 2 metrów. Wodorosty są zwykle hodowane na nylonowych linkach rozciągniętych między bambusowymi pływakami, a zbierane są po około trzech miesiącach, gdy każda roślina waży około 1 kg.

E. Cottonii odmiany zostały sklasyfikowane jako Kappaphycus cottonii przez Maxwell Doty (1988), tym samym wprowadzając rodzaju Kappaphycus na podstawie phycocolloids produkt (tj kappa karageniny).

Po zbiorach wodorosty są suszone, belowane i wysyłane do producenta karagenu. Tam wodorosty są mielone, przesiewane w celu usunięcia zanieczyszczeń takich jak piasek i dokładnie myte. Po potraktowaniu gorącym roztworem zasady (np. 5–8% wodorotlenku potasu ), celuloza jest usuwana z karageniny przez odwirowanie i filtrację . Powstały roztwór karageniny jest następnie zatężany przez odparowanie . Jest suszony i mielony według specyfikacji.

Istnieją trzy rodzaje przetwarzania przemysłowego:

Półrafinowany

Wykonuje się to tylko przy użyciu E. cottonii lub E. spinosum . Surowe chwasty są najpierw sortowane, a surowe zanieczyszczenia usuwane ręcznie. Chwast jest następnie myty w celu usunięcia soli i piasku, a następnie gotowany w gorącej wodzie alkalicznej, aby zwiększyć wytrzymałość żelu. Ugotowany chwast jest myty, suszony i mielony. E. spinosum przechodzi znacznie łagodniejszy cykl gotowania, ponieważ dość łatwo się rozpuszcza. Produkt nazywa się półrafinowaną karageniną, filipińską naturalną klasą lub, w USA, po prostu podlega wspólnej specyfikacji karageniny. 

                           cleaned and washed seaweed 
                                   ↓
                                extraction
                                   ↓
                             coarse filtration   → seaweed residue
                                   ↓ 
                              fine filtration    → used filter aids
                                   ↓
            ↓-------------- concentration --------------↓
   preparation with KCl                        preparation with alcohol
            ↓                                           ↓
       gel pressing                                alcohol recovery 
            ↓                                           ↓
         drying                                      drying
            ↓                                           ↓ 
         milling                                     milling 
            ↓                                           ↓ 
         blending                                    blending
            ↓                                           ↓
    gel refined carrageenan                     refined carrageenan

Rafinowany

Zasadnicza różnica w procesie rafinacji polega na tym, że karagenina jest najpierw rozpuszczana i filtrowana w celu usunięcia szczątków ze ścian komórkowych. Karagenina jest następnie wytrącana z klarownego roztworu za pomocą izopropanolu lub chlorku potasu.

Przetwarzanie mieszane

Istnieje technologia hybrydowa, w której wodorosty traktuje się niejednorodnie, jak w procesie półrafinacji, ale w celu zahamowania rozpuszczania stosuje się alkohol lub wysoki poziom soli. Proces ten jest często stosowany w przypadku wodorostów z Ameryki Południowej i daje pewne korzyści kosztowe związane z półrafinowanym przetwarzaniem, jednocześnie umożliwiając przetwarzanie szerszego zakresu wodorostów, jednak naturalnie niski poziom celulozy w niektórych wodorostach z Ameryki Południowej pozwala na ich niejednorodne przetwarzanie i nadal być sprzedawane pod dopracowaną specyfikacją UE.

Klas

Zobacz także: Klasyfikacja żywności

Istnieją dwa podstawowe rodzaje karageniny: rafinowana karagen (RC) i półrafinowana karagen (SRC). W Stanach Zjednoczonych oba gatunki są oznaczone jako karagenina. W Unii Europejskiej karagen rafinowany oznaczony jest numerem E E-407, a karagen półrafinowany E-407a. Rafinowana karagenina ma 2% maksimum dla materiału nierozpuszczalnego w kwasie i jest wytwarzana w procesie wytrącania alkoholem lub w procesie tłoczenia żelu z chlorkiem potasu. Półrafinowana karagenina zawiera znacznie wyższy poziom zawartości celulozy i jest wytwarzana w mniej złożonym procesie. Indonezja, Filipiny i Chile to trzy główne źródła surowca i wydobytego karagenu.

Zastosowania i aplikacje

Żywność i inne zastosowania domowe

Status regulujący

W USA karagenina jest dozwolona zgodnie z przepisami FDA jako bezpośredni dodatek do żywności i jest uważana za bezpieczną, gdy jest stosowana w ilości niezbędnej jako emulgator, stabilizator lub zagęszczacz w żywności, z wyjątkiem standardowych produktów spożywczych, które nie przewidują takiego zastosowania. FDA dokonała również przeglądu bezpieczeństwa karageniny w preparatach dla niemowląt. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności stwierdził, że „nie ma dowodów na jakiekolwiek niekorzystne skutki dla ludzi wynikające z narażenia na karageninę spożywczą lub na to, że występuje narażenie na zdegradowaną karageninę w wyniku stosowania karageniny dopuszczonej do kontaktu z żywnością”. Ponadto wspólny ekspert FAO/WHO Komitet ds. Dodatków do Żywności stwierdził w przeglądzie karageniny w lipcu 2014 r., „że stosowanie karageniny w preparatach do początkowego żywienia niemowląt lub preparatach do specjalnych celów medycznych w stężeniach do 1000 mg/l nie budzi obaw”.

Chociaż Narodowy Program Ekologiczny (NOP) dodał karageninę do swojej krajowej listy dodatków, które mogą być zawarte w żywności ekologicznej w 2003 r., oraz zweryfikował i ponownie zatwierdził go w 2008 r., Odnotowując go jako „krytyczny dla produkcji ekologicznej i operacji przetwarzania”, w listopadzie 18, 2016, NOP's National Organic Standards Board (NOSB) przegłosowała zalecenie usunięcia karageniny z Krajowej Listy dodatków dozwolonych w produkcji żywności ekologicznej.

4 kwietnia 2018 r. Służba Marketingu Rolnego (AMS) ( USDA ) opublikowała dokument ogłaszający odnowienie karageniny na Liście Krajowej, umożliwiającej jego dalsze stosowanie w produktach spożywczych. W dokumencie stwierdza się: „NOSB zaleciła usunięcie karageniny, ponieważ ustaliła, że ​​alternatywne materiały, takie jak guma gellan, guma guar lub guma ksantanowa, są dostępne do stosowania w produktach ekologicznych”, kontynuując: „AMS znalazł wystarczające dowody w publicznych komentarzach do NOSB że karagen nadal jest niezbędny do przetwarzania produktów rolnych ze względu na niedostępność całkowicie naturalnych substytutów (§ 6517(c)(1)(ii)). Karagenina ma specyficzne zastosowania w szeregu produktów rolnych, a komentarze publiczne donoszą, że potencjalne substytuty nie odwzorowują odpowiednio funkcji karageniny w szerokim zakresie zastosowań. Dlatego karagen nadal spełnia kryteria OFPA dotyczące umieszczenia na Liście Krajowej.” Zasada weszła w życie 29 maja 2018 r.

W przeglądzie 2015, Wspólny Komitet Ekspertów FAO w ONZ i Światowej Organizacji Zdrowia w sprawie dodatków do żywności opublikował raport techniczny w 2015 roku na wykorzystaniu karagen w mieszankach dla niemowląt i stwierdzili, że dodatek był „nie z troski " w mieszance dla niemowląt jako żywność specjalnego przeznaczenia medycznego w stężeniu do 1000 miligramów na litr . Stosowanie karageniny w mieszance dla niemowląt, ekologicznej lub innej, jest zabronione w UE ze względów ostrożności, ale jest dozwolone w innych produktach spożywczych. W 2018 r. Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności (EFSA) poinformował, że bezpieczeństwo karageniny w produktach spożywczych opiera się na ADI wynoszącym 75 mg/kg masy ciała dziennie.

W Wielkiej Brytanii Agencja Standardów Żywności wydała wycofanie produktu dla słodyczy zawierających karageninę, stwierdzając, że karagenina „nie jest dozwolona jako składnik wyrobów cukierniczych z galaretką, ponieważ stwarza ryzyko zadławienia”.

Badania toksyczności

Od 2018 r. karageninę uznano za nietoksyczną przy pewnych poziomach spożycia (75 mg/kg mc dziennie), chociaż zalecono dalsze badania, koncentrujące się głównie na losie karageniny i jej metabolitów podczas i po trawieniu.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki