До харчових барвників не відносять:
- харчові продукти (плоди, ягоди тощо), включно сушені чи консервовані;
- прянощі та спеції, які використовують у процесі виготовлення складних харчових продуктів (завдяки їх смакоароматичним чи харчовим властивостям) та які володіють вторинними фарбувальним ефектом (фруктові та овочеві соки або пюре, кава, какао, шафран, паприка тощо);
- барвники, які використовують для фарбування неїстівних зовнішніх частин харчових продуктів (неїстівні оболонки для сирів, ковбас тощо).
Людина здавна добувала з рослинної сировини та використовувала для харчових продуктів певні барвники. Для цього застосовували, барвники алканін, кармін, кермес (дубовий кошеніль) тощо. З кінця XIX ст. починається застосування в харчовій індустрії синтетичних барвників, які мають ряд суттєвих переваг стосовно нативних.
Механізм дії
Забарвлення любої хімічної речовини органічного і неорганічного походження пов'язано із особливістю електронної будови її молекули. Відомо, що барвники інтенсивно поглинають світло у видимій частині спектра (760-400 нм). При цьому енергія поглинутого світла витрачається на збудження σ- або π-електронів, тому, змінюючи будову молекули барвника, можна змінювати інтенсивність і характер поглинання. Непоглинуті промені у видимій частині спектра відбиваються від поверхні і сприймаються людським оком, внаслідок чого поверхня здається забарвленою в той колір, промені якого відбилися від неї. Наприклад, якщо поверхня червона, то це означає, що вона поглинає зелене світло із спектра і навпаки. Вважають, що жовтий колір притаманний барвникам, молекули яких поглинають промені з довжиною хвилі 435-480 нм, червоний - 480-500, синій - 580-595, зелений - 730-760. Барвники з чорним кольором поглинають світлові промені у цілому діапазоні 400-760 нм, з білим - повністю відбивають, а прозорість характерна для речовин, які повністю їх пропускають без поглинання.
Для появи забарвлення в молекулах органічних барвників необхідна наявність достатньо довгої спряженої системи зв'язків або функціональних груп, які здатні поглинати у видимій частині спектра (>C=C<, -N=N-, >C=O, -N=O, -NO2, хіноїдний цикл та інші). Наведені групи називаються хромофорними (від грецьк. chroma - колір, phoros - носій), а система спряжених зв'язків за їх участю - хромофорною системою зв'язків. Введення інших груп -OH, -COOH, -NH2, -SO3H тощо поглиблює забарвлення і вони називаються ауксохромними (від грецьк. auxano - збільшую, chroma -колір). Ауксохромні групи сприяють батохромному зміщенню максимуму поглинання λmax у бік більших довжин хвиль завдяки донорним або акцепторним властивостям.
Види барвників
За своїм походженням харчові барвники бувають натуральними (природними, нативними) і синтетичними. За хімічною будовою їх поділяють на органічні та неорганічні (переважно пігменти). Нативні органічні барвники одержують з природної сировини, переважно з дикорослинних і культурних рослин (листів і квітів, ягід, коренеплодів) та відходів їх переробки у таких галузях як овочепереробна при виготовленні соків та екстрактів, виноробство, консервна промисловість. Синтетичні барвники одержують відомими хімічними методами або мікробіологічною технологію, яка останнім часом інтенсивно розвивається. Більшість з них використовуються у вигляді натрієвих солей, що суттєво поліпшує водорозчинність. Для фарбування драже часто застосовують алюмінієві лаки, які одержують при взаємодії натрієвих солей відповідних барвників з гідроксидом алюмінію.
Деякі барвники мають поліфункціональний характер і проявляють поряд з фарбувальними одночасно інші властивості, тобто мають комплексну дію, наприклад, поверхнево активну як емульгатори, смакову та ароматну, біологічну активність. Так, таніни харчові (Е181) є барвником, емульгатором і стабілізатором, а рибофлавіни (Е101) - барвником і вітаміном B2, каротини (Е160a) - барвником, антиоксидантом і провітаміном А1; турмерик (Е100) і шафран (Е164) виконують функції барвника та прянощів тощо.
Застосування
Тепер в України дозволено застосування близько тридцяти харчових барвників при їх загальній кількості більше шістдесяти, дозволених до застосування міжнародними правилами. Деякі з таких барвників поки не мають свого Е-номера (метилвіолет, родамін С, фуксин кислотний).
Неорганічні барвники, або мінеральні пігменти, значно меншою кількістю (дев'ять) бувають природного походження або хімічно одержаними. З таких дозволених до використання міжнародними правилами пігментів в Україні застосовуються шість - вугілля (Е152), вугілля рослинне (Е153), карбонати кальцію (Е170), діоксид титану (Е171), оксиди заліза (Е172), золото (Е175).
Джерела та одержання
Нативні органічні барвники одержують з природних джерел головним чином шляхом екстракції певними дозволеними розчинниками (вода, органічні розчинники, рослинні олії, "надкритичний" діоксид вуглецю) у вигляді відповідних екстрактів. Хімічний склад таких екстрактів (сумішей) залежить від виду сировини, технології вилучення і постійним переважно не буває. Вміст барвників в екстрактах невеликий (до 4-5%), що часто викликає необхідність застосовувати процеси концентрування. Крім того, нативні барвники містять так звані супутні речовини - цукри, пектини, білкові речовини, органічні кислоти, мінеральні солі, що веде до необхідності додаткового очищення для їх вилучення.
Екстракція органічних барвників полягає переважно у проведенні ряду послідовних технологічних операцій, починаючи з подрібнення до певного стану, дія розчинника (сама екстракція), відстоювання, фільтрування, концентрування (випарювання), аналіз і тарування Для екстракції водорозчинних (гідрофільних) барвників застосовують воду та етанол, а для жиророзчинних (ліпофільних) - органічні розчинники, рослинні олії. Набуло широкого застосування в якості ефективного розчинника нативних барвників "надкритичного" діоксиду вуглецю (оксиду вуглецю IV).
Останнім часом інтенсивно розвивається застосування лакових барвників у вигляді різноманітних дисперсій (гліцеролових, олійних, жирових, воскових тощо), в яких вміст пігментів становить 12-17%. За своєю хімічною будовою це, переважно, комплексні сполуки іонів металу (здебільшого алюмінію) з молекулою барвника.
Список використаної літератури
Механізм дії
Забарвлення любої хімічної речовини органічного і неорганічного походження пов'язано із особливістю електронної будови її молекули. Відомо, що барвники інтенсивно поглинають світло у видимій частині спектра (760-400 нм). При цьому енергія поглинутого світла витрачається на збудження σ- або π-електронів, тому, змінюючи будову молекули барвника, можна змінювати інтенсивність і характер поглинання. Непоглинуті промені у видимій частині спектра відбиваються від поверхні і сприймаються людським оком, внаслідок чого поверхня здається забарвленою в той колір, промені якого відбилися від неї. Наприклад, якщо поверхня червона, то це означає, що вона поглинає зелене світло із спектра і навпаки. Вважають, що жовтий колір притаманний барвникам, молекули яких поглинають промені з довжиною хвилі 435-480 нм, червоний - 480-500, синій - 580-595, зелений - 730-760. Барвники з чорним кольором поглинають світлові промені у цілому діапазоні 400-760 нм, з білим - повністю відбивають, а прозорість характерна для речовин, які повністю їх пропускають без поглинання.
Для появи забарвлення в молекулах органічних барвників необхідна наявність достатньо довгої спряженої системи зв'язків або функціональних груп, які здатні поглинати у видимій частині спектра (>C=C<, -N=N-, >C=O, -N=O, -NO2, хіноїдний цикл та інші). Наведені групи називаються хромофорними (від грецьк. chroma - колір, phoros - носій), а система спряжених зв'язків за їх участю - хромофорною системою зв'язків. Введення інших груп -OH, -COOH, -NH2, -SO3H тощо поглиблює забарвлення і вони називаються ауксохромними (від грецьк. auxano - збільшую, chroma -колір). Ауксохромні групи сприяють батохромному зміщенню максимуму поглинання λmax у бік більших довжин хвиль завдяки донорним або акцепторним властивостям.
Види барвників
За своїм походженням харчові барвники бувають натуральними (природними, нативними) і синтетичними. За хімічною будовою їх поділяють на органічні та неорганічні (переважно пігменти). Нативні органічні барвники одержують з природної сировини, переважно з дикорослинних і культурних рослин (листів і квітів, ягід, коренеплодів) та відходів їх переробки у таких галузях як овочепереробна при виготовленні соків та екстрактів, виноробство, консервна промисловість. Синтетичні барвники одержують відомими хімічними методами або мікробіологічною технологію, яка останнім часом інтенсивно розвивається. Більшість з них використовуються у вигляді натрієвих солей, що суттєво поліпшує водорозчинність. Для фарбування драже часто застосовують алюмінієві лаки, які одержують при взаємодії натрієвих солей відповідних барвників з гідроксидом алюмінію.
Деякі барвники мають поліфункціональний характер і проявляють поряд з фарбувальними одночасно інші властивості, тобто мають комплексну дію, наприклад, поверхнево активну як емульгатори, смакову та ароматну, біологічну активність. Так, таніни харчові (Е181) є барвником, емульгатором і стабілізатором, а рибофлавіни (Е101) - барвником і вітаміном B2, каротини (Е160a) - барвником, антиоксидантом і провітаміном А1; турмерик (Е100) і шафран (Е164) виконують функції барвника та прянощів тощо.
Застосування
Тепер в України дозволено застосування близько тридцяти харчових барвників при їх загальній кількості більше шістдесяти, дозволених до застосування міжнародними правилами. Деякі з таких барвників поки не мають свого Е-номера (метилвіолет, родамін С, фуксин кислотний).
Неорганічні барвники, або мінеральні пігменти, значно меншою кількістю (дев'ять) бувають природного походження або хімічно одержаними. З таких дозволених до використання міжнародними правилами пігментів в Україні застосовуються шість - вугілля (Е152), вугілля рослинне (Е153), карбонати кальцію (Е170), діоксид титану (Е171), оксиди заліза (Е172), золото (Е175).
Джерела та одержання
Нативні органічні барвники одержують з природних джерел головним чином шляхом екстракції певними дозволеними розчинниками (вода, органічні розчинники, рослинні олії, "надкритичний" діоксид вуглецю) у вигляді відповідних екстрактів. Хімічний склад таких екстрактів (сумішей) залежить від виду сировини, технології вилучення і постійним переважно не буває. Вміст барвників в екстрактах невеликий (до 4-5%), що часто викликає необхідність застосовувати процеси концентрування. Крім того, нативні барвники містять так звані супутні речовини - цукри, пектини, білкові речовини, органічні кислоти, мінеральні солі, що веде до необхідності додаткового очищення для їх вилучення.
Екстракція органічних барвників полягає переважно у проведенні ряду послідовних технологічних операцій, починаючи з подрібнення до певного стану, дія розчинника (сама екстракція), відстоювання, фільтрування, концентрування (випарювання), аналіз і тарування Для екстракції водорозчинних (гідрофільних) барвників застосовують воду та етанол, а для жиророзчинних (ліпофільних) - органічні розчинники, рослинні олії. Набуло широкого застосування в якості ефективного розчинника нативних барвників "надкритичного" діоксиду вуглецю (оксиду вуглецю IV).
Останнім часом інтенсивно розвивається застосування лакових барвників у вигляді різноманітних дисперсій (гліцеролових, олійних, жирових, воскових тощо), в яких вміст пігментів становить 12-17%. За своєю хімічною будовою це, переважно, комплексні сполуки іонів металу (здебільшого алюмінію) з молекулою барвника.
Список використаної літератури
- Ластухін Ю.О. Харчові добавки. Е-коди. Будова. Одержання. Властивості. Навч. посібник.- Львів: Центр Європи, 2009. - 836 с. ISBN 978-966-7022-83-9
- Нечаев А. П., Кочеткова А. А., Зайцев А. Н. Пишевые добавки. - М.: Колос, Колос-Пресс. 2002. - 256 с.: ил. - (Учебники и учеб. пособия для студентов высших учебных заведений). ISBN 5-10-003579-X. ISBN 5-901705-15-7.
