Warzywa i owoce bogate w karotenoidy

Barwniki karotenoidowe są syntetyzowane tylko przez rośliny. Towarzyszą one chlorofilowi w chloroplastach, ale występują również w innych częściach roślin: w kwiatach, owocach, nasionach, korzeniach i bulwach. Karotenoidom zawdzięczamy przepiękną barwę wielu owoców (ananasy, owoce cytrusowe, pomidory, papryka) i kwiatów (Eschscholtzia , Narcissu ), a także barwę upierzenia ptaków (flamingów, ibisów, czy kanarków), zabarwienie owadów (biedronki) oraz zwierząt wodnych (łososi, skorupiaków). Bogatym źródłem karotenoidów są algi, z których wyizolowano i opisano ponad 100 karotenoidów.  Zwierzęta nie mają zdolności syntetyzowania barwników karotenoidowych, ale mogą wchłaniać, modyfikować i gromadzić karotenoidy dostarczone z paszą. Dlatego niektóre produkty pochodzenia zwierzęcego, np.:  mleko, masło, jaja, a także wybrane zwierzęta morskie – ryby i kraby, zawierają barwniki karotenoidowe.

                       Karotenoidy zbudowane z 8 jednostek izoprenowych połączonych w ten sposób, że układ reszt izoprenowych jest odwrócony w środku cząsteczki. Mogą one występować w formie  związków acyklicznych, monocyklicznych lub bicyklicznych.

                        Są to związki polienowe, w których podwójne wiązania występują w układzie sprzężonym, w naturalnych barwnikach najczęściej w konfiguracji all trans. Cząsteczka musi zawierać najmniej 7 podwójnych wiązań, aby pojawiła się barwa żółta. Ze wzrostem liczby sprzężonych wiązań podwójnych maksimum absorpcji związku przesuwa się w kierunku fal długich, czyli barwa zmienia się z żółtej na pomarańczową. Ogrzewanie produktów zawierających barwniki karotenoidowe powoduje izomeryzację niektórych wiązań podwójnych, co wiąże się z osłabieniem barwy. W nazwie karotenoidów, w których występuje jedno podwójne wiązanie w konfiguracji cis, dodaje się przedrostek neo-, w przypadku występowania więcej niż jednego wiązania cis, przedrostek pro-.

                      Obecnie jest znanych ok. 400 barwników karotenoidowych naturalnych i ok. 200 otrzymanych w wyniku syntezy. Dzieli się je na dwie grupy:

- karoteny – karotenoidy nie zawierające tlenu,

- ksantofile – karotenoidy zawierające w cząsteczce tlen w postaci grup hydroksylowych, epoksydowych lub karbonylowych.

                     Do barwników karotenoidowych zalicza się również związki o skróconym łańcuchu, które powstają w wyniku degradacji lub są otrzymywane syntetycznie, jeżeli zawierają centralny fragment cząsteczki z czterema grupami metylowymi. Takie barwniki o skróconym łańcuchu nazywa się apo-karotenoidami.

                    W produktach naturalnych występują mieszaniny kilku do kilkudziesięciu barwników karotenoidowych. Mało zróżnicowanym składem tych barwników charakteryzują się produkty pochodzenia zwierzęcego. Jest to spowodowane ograniczoną zdolnością wchłaniania i magazynowania karotenoidów. Najczęściej dominującą formą są ksantofile. Natomiast w roślinach skład karotenoidów jest często złożony, charakterystyczny dla danego gatunku lub odmiany. Najczęściej występuje α-karoten i β-karoten oraz ksantofile, często w formie zestryfikowanej.

                   Zawartość karotenoidów w produktach żywnościowych jest na ogół mała, rzadko przekracza 0,1% suchej masy. Z warzyw szczególnie bogatych w karotenoidy można wymienić: jarmuż, czerwoną paprykę, szpinak i marchew. W marchwi dominującym barwnikiem jest β-karoten, w warzywach liściastych ksantofile – luteina i wiolaksantyna, a w papryce – kapsantyna.

                  Owoce na ogół zawierają mało karotenoidów, jedynie w grejpfrutach, nektarynach i morelach suma karotenoidów wynosi > 1 mg/100 g części jadalnych, a np.: w truskawkach i jabłkach jest 10-krotnie mniejsza.

Tabela1. Zawartość niektórych karotenoidów w warzywach, mg/100 g części jadalnych (wg Muller H.)

Marchew

W naturalnych produktach najbardziej powszechnym karotenoidem jest żółto-pomarańczowy barwnik występujący w marchwi (Daucus carota), tzw. ß-karoten. Po raz pierwszy został wyizolowany (w postaci krystalicznej) w roku 1831 przez Wackenrodera. Od nazwiska odkrywcy pochodzi nazwa całej grupy tych związków.

Synteza ß-karotenu została przeprowadzona w 1950 roku przez Karrera, Eugstera, Inhoffean i Milasa. Już cztery lata później ß-karoten był produkowany na skalę przemysłową i wykorzystywany jako barwnik do pasz i żywności. W 1995 oszacowano wielkość produkcji ß-karotenu na 500 ton rocznie.

Wszystkie karotenoidy, jako związki polienowi, są antyoksydantami aktywnymi in vitro i in vivo, a niektóre z nich, zawierające w swojej cząsteczce fragment o strukturze identycznej jak retinolu, wykazują również aktywność witaminy A.

              Największą aktywność prowitaminy A wykazuje β-karoten, gdyż zawiera dwa pierścienie  β-jononowe, wiec teoretycznie, w wyniku rozerwania podwójnego wiązania w pozycji  —C15 = C15’— powinny powstać dwie cząsteczki retinolu. Jednakże efektywność fizjologiczna tego procesu wynosi tylko ok. 50%. Mała przyswajalność β-karotenu z produktów roślinnych, średnio ok. 30%, spowodowała, że jako równoważnik 1 mg retinolu RE (Retinolu Equivalent)  przyjęto 6 mg β-karotenu i 12 mg innych karotenoidów, w których występuje pierścień β-jononowy. Karotenoidy, które nie zawierają takiego pierścienia, nie wykazują aktywności prowitaminowej, ale niektóre, np.: likopen, jako antyoksydanty są efektywniejsze niż β-karoten.

Tabela2. Zawartość β-karotenu w niektórych owocach, mg/100g produktu.

 Kukurydza

Karotenoidy występujące w żółtej kukurydzy znajdują się głównie w ziarnie. Główne karotenoidy to zeaksantyna i kryptoksantyna.  

Zeaksantyna występuje również u niektórych szczepów bakterii.

Papryka

Kapsantyna to główny karotenoid występujący w owocach czerwonej papryki (Capsicum annuum).

Naturalny ekstrakt karotenoidowy z czerwonej papryki jest stosowany jako barwnik do żywności.

Oleożywice to olejowe ekstrakty z owoców papryki Capsicum annuum . Barwa produktu spożywczego zawierający paprykę ma szerokie spektrum, od głębokiej czerwieni po jasno różowo-żółtą, zależnie od stężenia. Substancja ta może być stosowana w sosach sałatkowych oraz przede wszystkim w produktach mięsnych, w tym w wędlinach, w których stanowi dozwolony dodatek. Często stosuje się je w połączeniu z annato (inna naturalny preparat karotenoidowy) w celu zabarwienia sera.

Ekstrakt olejowy zawiera ok. 37- 54 różnych barwników karotenoidowych zależnie od metody przygotowania (ekstrakt z bielonej lub nie bielonej papryki), spośród których tylko kilka udało się całkowicie lub częściowo zidentyfikować. Główne barwniki to przede wszystkim estry kapsantyny i kapsorubiny. Większość metod analitycznych opiera się więc na oznaczaniu tych dwóch karotenoidów.

Tradycyjnie, wiele prac badawczych na ten temat prowadzi się na Węgrzech, gdzie uprawia się duże ilości papryki.

Pomidor

Podstawowe karotenoidy występujące w owocach pomidora (Lycopersicon esculentum): fitoen, fitofluen, z-karoten, neurosporen, likopen, ß-zeakaroten, ß,y-karoten i  ß-karoten.

Skład i zawartość karotenoidów w pomidorach w ogromnym stopniu zależy od odmiany oraz stopnia dojrzałości owoców

W związki karotenoidowe są bogate soki, zupy i koncentraty pomidorowe i produkty te są często spożywane. W największym stężeniu występuje likopen, jego zawartość wynosi od 0,3 mg/100g w zupie warzywnej z wołowiną, do 55 mg/100g w koncentracie pomidorowym.

Zawartość ß -karotenu wynosi od 0,23 mg/100g w zupie pomidorowej do 1,51 mg/100g w zupie warzywnej z wołowiną.

Badania wykazują, że likopen jest lepiej przyswajany przez organizm, jeśli znajduje się w przetworach, np. soku, koncentracie czy ketchupie. W świeżych owocach jest on uwięziony w tkankach. Z tego powodu jest wchłaniana tylko pewna część likopenu zawarta w owocach. Po przetworzeniu surowców, likopen jest łatwiej dostępny dzięki zwiększonej powierzchni, która może ulec trawieniu. Co więcej, struktura chemiczna likopenu ulega zmianom pod wpływem temperatury i to czyni go jeszcze łatwiej przyswajalnym. Ponieważ likopen rozpuszcza się w tłuszczach (tak jak witaminy A, D, E oraz ß-karoten), jego biodostępność wzrasta jeśli w naszej diecie obecny jest np. olej.

Bogate w likopen są również owoce guawy, dzikiej róży, arbuzy i różowe grejpfruty.

Tabela3. Zawartość likopenu w wybranych produktach.

                      Karotenoidy są istotnym czynnikiem dla ludzkiego zdrowia np. ß-karoten od wielu lat odgrywa znaczącą rolę jako źródło witaminy A. Niedawno odkryto, że karotenoidy mają korzystny wpływ na poważne schorzenia jak: nowotwory, choroby serca i pogarszanie się wzroku. Obecnie prowadzone są badania nad działaniem karotenoidów jako przeciwutleniaczy i regulatorów systemu odpornościowego.

                    Współczesne badania karotenoidów obejmują wiele dziedzin nauki, w tym fizjologię roślin, nauki o żywności, nauki o środowisku, taksonomię, przemysł chemiczny, biotechnologię oraz badania medyczne. Wykonywane prace badawcze muszą być oparte na solidnej wiedzy o strukturze chemicznej karotenoidów oraz zastosowaniu odpowiednich metod prowadzenia doświadczeń, uwzględniających małą trwałość tych związków.