ΦΥΣΙΚΕΣ ΧΡΩΣΤΙΚΕΣ Το χρώμα είναι ένας βασικός παράγοντας στη εκτίμηση της ποιότητας ενός τροφίμου. Το χρώμα των τροφίμων οφείλεται σε φυσικές ή τεχνητές χρωστικές. Οι πιο σημαντικές φυσικές χρωστικές είναι οι χλωροφύλλες, η αιμογλοβίνη και μυογλοβίνη, τα καροτενοειδή, τα φλαβονοειδή, οι κινόνες και ξανθόνες, και οι βετακυανίνες.
ΧΛΩΡΟΦΥΛΛΕΣ Είναι πράσινες χρωστικές που συνδέονται με τη φωτοσύνθεση στα ανώτερα φυτά. Είναι παράγωγα της πορφυρίνης, και τμήμα του μορίου τους αποτελεί η αλκοόλη φυτόλη. Τα τρόφιμα ενδιαφέρουν κυρίως οι χλωροφύλλες α και β. Απαντούν σε αναλογία περίπου 3:1 στα ανώτερα φυτά και βρίσκονται σε τμήματα των φύλλων που λέγονται χλωροπλάστες. Η χλωροφύλλη β διαφέρει από την α στη θέση 3 (έχει φορμυλομιάδα αντί μεθυλομάδα). Κατά την επεξεργασία των τροφίμων συχνά από τις χλωροφύλλες σχηματίζονται φαιοφυτίνες, και το χρώμα γίνεται σκούρο πράσινο. Παράδειγμα, συμβαίνει σε αφυδατωμένα τρόφιμα ιδιαίτερα εκείνα ζεματίζονται πριν την αφυδάτωση. Η έκταση της μεταβολής των χλωροφυλλών σε φαιοφυτίνες εξαρτάται από το ph, την ενεργότητα νερού, τη θερμοκρασία και το χρόνο θέρμανσης. Οι χλωροφύλλες και οι φαιοφυτίνες είναι αδιάλυτες στο νερό και διαλυτές σε διάφορους διαλύτες. Η διατήρηση του πράσινου χρώματος στα λαχανικά, κυρίως σε αυτά που υ- ποβάλλονται σε θερμική επεξεργασία, είναι ζητούμενο στην παραγωγή των τροφίμων.
Χλωροφύλλη α και β
Μετατροπή της χλωροφύλλης σε φαιοφυτίνη
ΜΥΟΣΦΑΙΡΙΝΗ ΚΑΙ ΑΙΜΟΣΦΑΙΡΙΝΗ Η μυοσφαιρίνη και αιμοσφαιρίνη είναι δύο πολύπλοκες πρωτεΐνες που έχουν ως προσθετική ομάδα την αίμη. Η αίμη είναι παράγωγο της πορφυρίνης. Από χημική άποψη η αιμοσφαιρίνη μπορεί να θεωρηθεί ως συνένωση τεσσάρων μορίων μυοσφαιρίνης. Το πρωτεϊνικό τμήμα της μυοσφαιρίνης και της αιμοσφαιρίνης καλείται σφαιρίνη. Η αιμοσφαιρίνη και η μυοσφαιρίνη δεσμεύουν το οξυγόνο χωρίς μεταβολή στο βαθμό οξείδωσης του σιδήρου. Το οξυγόνο μεταφέρεται από την αιμοσφαιρίνη του αίματος στα μιτοχόνδρια των μυϊκών κυττάρων.
Δομή της αίμης
Οι ιδιότητες της μυοσφαιρίνης έχουν σημασία στην παραγωγή του κρέατος. Η οξυμυοσφαιρίνη έχει έντονο κόκκινο χρώμα, με αντίδραση της μυοσφαιρίνης με το οξυγόνο. Το κρέας έχει σκοτεινό χρώμα που οφείλεται στη μεγάλη ποσότητα μυοσφαιρίνης (και λίγης αιμοσφαιρίνης). Με έκθεση του κρέατος στον αέρα, σχηματίζεται οξυμυοσφαιρίνη και οξυαιμοσφαιρίνη, και το κρέας (στην επιφάνεια) αποκτά λαμπρό κόκκινο χρώμα. Όμως, με οξείδωση του σιδήρου της αίμης από δισθενή σε τρισθενή, σχηματίζεται μετα-μυοσφαιρίνη που έχει σκούρο χρώμα. Σε συνθήκες που ευνοούν την μετουσίωση της πρωτεΐνης και το σχηματισμό ελεύθερης σιδηροπορφυρίνης, αυτή οξειδώνεται πιο εύκολα προς αιματίνη με τρισθενή σίδηρο. Έτσι, συνθήκες όπως η θέρμανση, το μαγείρεμα, η κατάψυξη, η υπεριώδης ακτινοβολία, η προσθήκη αλάτων έχουν επίδραση στο χρώμα του κρέατος.
Με αντίδραση της μυογλοβίνης με οξείδιο του αζώτου (ΝΟ) προκύπτει νιτροζομυοσφαιρίνη που έχει λαμπρό κόκκινο χρώμα. Αυτό συμβαίνει στα αλλαντικά, που χρησιμοποιούνται νιτρώδη ως συντηρητικά. Τα νιτρώδη αντιδρούν με τη μυοσφαιρίνη με τρόπο ανόλογο με το οξυγόνο. Η νιτροζο-μυοσφαιρίνη με οξυγόνο μετατρέπεται σε μετα-μυοσφαιρίνη, που έχει καστανό χρώμα. Αντίθετα, η νιτροζο-μυοσφαιρίνη με θέρμανση μετουσιώνεται προς νιτροζο-αιμοσφαιρίνη η που έχει επίσης κόκκινο χρώμα. Στο κρέας μπορούν να αναπτυχθούν και πράσινες χρωστικές όπως η χολησφαιρίνη και πρασινοαίμη. Οφείλονται στη δράση υπεροξειδίου του υδρογόνου που παράγεται από βακτήρια ή από υδρόθειο παρουσία οξυγόνου. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου διασπάται από καταλάσες και έτσι περιορίζεται το φαινόμενο. Αυτό συμβαίνει στο φρέσκο κρέας. Αντίθετα, στο καπνιστό κρέας που έχουν αδρανοποιηθεί οι καταλάσες, οι παραπάνω χρωστικές εμφανίζονται πιο συχνά.
Μεταβολές του χρώματος σε κρέατα.
ΚΑΡΟΤΕΝΟΕΙΔΗ Τα καροτενοειδή είναι μια μεγάλη ομάδα κίτρινων και πορτοκαλόχρωμων λιποδιαλυτών χρωστικών (περίπου 600), που είναι πολύ διαδεδομένοι στη φύση. Βρίσκονται στα φύλλα. όπου η παρουσία της χλωροφύλλης συνήθως σκεπάζει το κίτρινο ή κόκκινο χρώμα, και σε άλλα μέρη των φυτών, και σε μεγάλο αριθμό προϊόντων όπως ροδάκινα, τομάτες, πιπεριές, καρότα, γλυκοπατάτες. Από την τροφή των ζώων με φυτά τα καροτενοειδή μεταφέρονται στα λιπίδια του αίματος, του γάλακτος, των αυγών καθώς και στο απόθετο λίπος. Έτσι, ορισμένα τρόφιμα ζωικής προέλευσης περιέχουν σημαντική ποσότητα βιταμίνης Α, δεδομένου ότι καροτενοειδή φυτικής προέλευσης είναι προβιταμίνες Α.
Τα καροτενοειδή από χημική άποψη είναι είτε υδρογονάνθρακες είτε υδροξυλιωμένα παράγωγα. Συνήθως έχουν 8 ισοπρενοειδείς ομάδες δηλ. 40 άτομα άνθρακα. Μερικά μόρια αποτελούνται από μια ακόρεστη υδρογονανθρακική αλυσίδα με ένα δακτύλιο στα δύο άκρα όπως π.χ. το β-καροτένιο. Το τελευταίο διαφέρει από το λυκοπένιο, τη χρωστική της τομάτας, ως προς την κυκλοποίηση των δύο άκρων του μορίου. Χαρακτηριστικό και των δύο αυτών υδρογονανθράκων είναι ότι τα μόριά τους είναι συμμετρικά. Το β-καροτένιο παραλαμβάνεται εύκολα από τα καρότα ή από την πάπρικα. Μερικές φορές απαντά στη φύση καθαρό, συνήθως όμως συνοδεύεται από τα καροτένια α- και γ-. Στο φυσικό καροτένιο όλοι οι δεσμοί είναι trans.
Η διαφορά ανάμεσα στο α- και β- καροτένιο είναι η θέση του διπλού δεσμού στο δακτύλιο 2. Το γ-καροτένιο έχει ένα μόνο δακτύλιο, δηλαδή το μισό του μόριο είναι σαν του λυκοπενίου και το άλλο μισό σαν του β-καροτενίου. Στη φύση σε μεγαλύτερη αναλογία βρίσκεται συνήθως το β-καροτένιο. Υπάρχουν όμως και προϊόντα στα οποία κυριαρχεί το α- (παράδειγμα ένα είδος φοινικέλαιου). Τα καροτενοειδή που περιέχουν υδροξυλική ομάδα ονομάζονται ξανθοφύλλες. Μια πολύ γνωστή ξανθοφύλλη είναι η κρυπτοξανθίνη, που έχει δομή ανάλογη με τα καροτένια. Δηλαδή έχει πολλές ισοπρενοειδείς ομάδες με πλήθος διπλών δεσμών σε συζυγιακή θέση. Είναι από τις σημαντικές χρωστικές προϊόντων όπως το καλαμπόκι, η πάπρικα, το μανταρίνι. Συχνά βρίσκεται και ως εστέρας με λιπαρά οξέα.
Άλλα καροτενοειδή έχουν το οξυγόνο σε καρβονυλική ή καρβοξυλική ομάδα. Τέτοιες ενώσεις μπορεί να έχουν αριθμό ατόμων άνθρακα μικρότερο από 40. Τέτοια καροτενοειδή είναι η κροκετίνη, χρωστική που απαντά στον κρόκκο, που είναι παράγωγο της κροκίνης. Στην ένωση αυτή τα καρβοξύλια είναι εστεροειδώς ενωμένα με το σάκχαρο γεντιοβιόζη (δισακχαρίτης).
Τα φυσικά καροτενοειδή είναι αδιάλυτα στο νερό. Διαλύονται στα λιπίδια και τους διαλύτες τους. Κατά την κατεργασία των φρούτων και των λαχανικών, λόγω ακριβώς της δυσδιαλυτότητάς τους οι απώλειες στο νερό είναι μικρές. Όμως, τα καροτενοειδή υφίστανται αυτοξείδωση, που είναι σημαντικό πρόβλημα στην επεξεργασία των φρούτων και λαχανικών. Τα καροτενοειδή υφίστανται επίσης συζευγμένη αυτοξείδωση με τα λιπίδια. Παρουσία πολυακόρεστων οξέων τα καροτενοειδή είναι πιο σταθερά, πιθανώς γιατί τα λιπίδια δέχονται πιο εύκολα τις ελεύθερες ρίζες. Τέλος, τα καροτενοειδή ανάλογα με το σύστημα μπορούν να δράσουν ως προοξειδωτικά ή αντιοξειδωτικά.
Πολλά καροτενοειδή που βρίσκονται σε φυσικά εκχυλίσματα, όπως από το annatto, την πάπρικα, τις τομάτες, χρησιμοποιούνται ως χρωστικές τροφίμων. Επίσης, ως διαιτητικά συμπληρώματα λόγω της βιταμινικής δράσης τους. Εκτός από τα φυσικά καροτενοειδή, για την χρήση των τροφίμων χρησιμοποιούνται και συνθετικά προϊόντα. Πιο γνωστά στο εμπόριο είναι το β- καροτένιο (κίτρινο ως πορτοκαλί χρώμα ) και η β-αρο-8'-καροτενάλη (πορτοκαλί ως κόκκινο χρώμα). Τρόφιμα στα οποία χρησιμοποιούνται τα καροτενοειδή ως χρωστικές είναι κυρίως λιπαρές ύλες, όπως βούτυρο, μαργαρίνη, μαγειρικά λίπη. Υπάρχουν όμως και τρόφιμα που δεν μπορούν να διαλύσουν τα καροτενοειδή. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται κατάλληλα γαλακτώματα ή κολλοειδή εναιωρήματα. Έτσι, τα καροτενοειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν για χρώση προϊόντων όπως ποτών, σουπών, γαλακτοκομικών προϊόντων, ζυμαρικών.
ΦΛΑΒΟΝΟΕΙΔΗ Στα φλαβονοειδή κατατάσονται διάφορες φαινολικών συστατικών. Μεταξύ αυτών είναι ομάδες φαινολικών που είναι κίτρινες χρωστικές. Στις ομάδες αυτές είναι οι φλαβονόλες, οι φλαβόνες, οι φλαβανόνες, οι ισοφλαβανόνες, οι χαλκόνες. Στις φλαβανόλες ανήκουν οι κερκετίνη και η καμφερόλη, που βρίσκονται ως γλυκοζίτες σε πολλά φυτά. Παράδειγμα, γνωστός γλυκοζίτης της κερκετίνης είναι η ρουτίνη (κερκετινο-3-ραμνοζο-γλυκοζο-γλυκοζίτης). Αποτελούν σε μεγάλη αναλογία συστατικά του τσαγιού και συμβάλλουν στη στυφή γεύση. Οι φλαβανόνες βρίσκονται κυρίως στα εσπεριδοειδή.
Ταννίνες Στις ταννίνες οφείλεται συχνά το μαύρο χρώμα και η στυφή γεύση των φρούτων. Οι ταννίνες είναι γνωστές και ως δεψικές ύλες γιατί αντιδρούν με συστατικά του δέρματος και προκαλούν το μαύρισμα (tanning). Οι συμπυκνωμένες ταννίνες είναι πολυμερή (ΜΒ > 500) των φλαβανολών-3 και των φλαβανοδιολών-3,4. Οι υδρολυόμενες ταννίνες αποτελούνται από σάκχαρο, όπως γλυκόζη, και φαινολικά οξέα, όπως γαλλικό οξύ. Οι ταννίνες σε διάφορα προϊόντα προσδίδουν το χαρακτηριστικό τους χρώμα και τη στυφή γεύση. Σε ζεστό είτε και κρύο νερό δίνουν κολλοειδή διαλύματα. Έτσι, παραλαμβάνονται κατά την εκχύλιση του τσαγιού ή του καφέ ή κατά την έκθλιψη των φρούτων για την παρασκευή ποτών, όπως κρασί. Οι ταννίνες με μεταλλικά ιόντα ( Ca, Fe, Mg), δίνουν σκούρα χρώματα. Στη ιδιότητα αυτή οφείλεται το χαρακτηριστικό χρώμα διαφόρων ροφημάτων. Η αλλαγή του χρώματος του τσαγιού με την προσθήκη λεμονιού, επίσης σχετίζεται με τα άλατα των ταννινών. Οι κατεχίνες και λευκοανθοκυανίνες βρίσκονται σε μήλα, ροδάκινα σταφύλια, αμύγδαλα, όπως και σε σιτηρά. Το τσάι και το κακάο περιέχουν γαλλικούς εστέρες της κατεχίνης.
Ανθοκυάνες Πολλές ανθοκυάνες (περίπου 200) βρίσκονται σε διάφορα φυτά. Οι ανθοκυάνες είναι γλυκοζίτες, και αποτελούνται από τις ανθοκυανιδίνες (φλαβονοειδή, άγλυκο) και το σάκχαρο, όπως γλυκόζη, ραμνόζη, γαλακτόζη, ξυλόζη, αραβινόζη. Στις ανθοκυάνες οφείλεται το ερυθρό και κυανό χρώμα πολλών φυτών και τροφίμων. Ο αριθμός των υδροξυλίων και των μεθοξυλίων των ανθοκυανιδινών επηρεάζει τις αποχρώσεις τους. Όταν αυξάνεται ο αριθμός των υδροξυλίων μεταβάλλεται η απόχρωση από ερυθρή σε κυανή. Η αύξηση του αριθμού των μεθοξυλίων έχει το αντίθετο αποτέλεσμα. Οι ανθοκυάνες χαρακτηρίζονται από τις ανθοκυανιδίνες των μορίων τους. Οι ανθοκυάνες διακρίνονται σε κυανίνες, δελφινίνες, πεονίνες, πετουνίνες και μαλβίνες. Οι μαλβίνες είναι η κύρια κατηγορία ανθοκυανών στο κρασί, κυρίως ως μαλβιδίνη-3-γλυκοζιωμένη. Οι ανθοκυάνες είναι δραστικές, και αποτέλεσμα διαφόρων αντιδράσεων είναι η αλλοίωση του χρώματος φρούτων και λαχανικών. Ο ρυθμός αλλοίωσης εξαρτάται από το ph και τη θερμοκρασία.
Το χρώμα των ανθοκυανών μεταβάλλεται με το ph. Σε χαμηλό ph έχουν κόκκινο χρώμα, και καθώς το ph αυξάνει η χρωστική μετατρέπεται τελικά σε άχρωμη ένωση. Τα θειώδη, που χρησιμοποιούνται για συντήρηση κρασιών αλλά και άλλων προϊόντων, προκαλεί αποχρωματισμό των ανθυκυανών. Η παρουσία ασκορβικού οξέος, φαινολών, σακχάρων ή αμινοξέων επιταχύνει τον αποχρωματισμό των ανθοκυανών.
Μεταβολή του χρώματος των ανθοκυανιδινών με την οξύτητα.
Αποχρωματισμός ανθοκυανιδινών με θειώδη ανυδρίτη. Αποχρωματισμός ανθοκυανιδινών με αναγωγή.
ΚΙΝΟΝΕΣ ΚΑΙ ΞΑΝΘΟΝΕΣ Οι κινόνες είναι μια μεγάλη ομάδα κιτρινωπών χρωστικών που βρίσκονται σε λουλούδια, φύκια και μικροοργανισμούς. Στις κινόνες ανήκουν οι ανθρακινόνες, οι ναφθοκινόνες, και οι βενζοκινόνες. Οι ξανθόνες είναι συγγενείς προς τις κινόνες. Γνωστή ξανθόνη είναι η μανκιφερίνη που βρίσκεται ως γλυκοζίτης στα φρούτα μάνγκο. Ανθρακινόνη Nαφθοκινόνη
ΒΕΤΑΚΥΑΝΙΝΕΣ Το επιτραπέζιο τεύτλο (κοκκινογούλι) είναι μια πηγή φυσικών χρωστικών. Οι κόκκινες χρωστικές του επιτραπέζιου τεύτλου (κοκκινογούλι) είναι μίγμα από βετακυανίνες, με κύριο συστατικό τη βετανίνη. Τα διαλύματα των χρωστικών αυτών δεν είναι σταθερά αλλά επηρεάζονται από τη θερμοκρασία, το φως, τον αέρα και το ph. Οι βετακυανίνες ανήκουν στις βεταλαίνες. Αυτές περιλαμβάνουν τις βετακυανίνες που έχουν μωβ-κόκκινο χρώμα και τις βεταξανθίνες που έχουν κίτρινο χρώμα.