Каротин: что это, описание, польза и вред, в чем содержится, применение, отзывы

Каротины – это сложные органические вещества, богатые циклическими включениями. Эти пигменты придают фруктам и овощам жёлто-оранжевый цвет. Полученные из натуральных продуктов или созданные искусственным путём соединения нашли применение в пищевой промышленности, а также косметологии как безопасные красители, придающие естественный яркий цвет. Им присвоен код пищевой добавки Е160а. В связи с тем, что бета-каротин является предшественником витамина А, в качестве добавки в продукции он не только не приносит вреда, но даже является полезным, за что очень высоко ценится.

Что такое каротины, формула

Каротины – это пигменты, относящиеся к классу каротиноидов. Это непредельные углеводороды, имеющие в составе двойные ковалентные связи. Химическая формула С₄₀Н₅₆. Представлены жесткими цепями, на концах которых располагаются две циклические группировки. Среди каротинов наиболее значим бета-каротин, названный так за то, что имеет два идентичных бета-кольца.

Данные пигменты широко распространены в природе и встречаются в плодах растений, в водорослях, грибах, у бактерий. У них они выполняют функцию мощных антиоксидантов, поскольку благодаря сложной структуре способны поглощать световые волны, приводящие к возникновению мутаций, ожогов, опухолей. Кроме того, соединение защищает клетки от окислительного стресса. Наличие каротина вносит существенный вклад в аромат многих овощей и фруктов, поскольку он предшественник кетона – ионона, определяющего стойкий запах, например, моркови.

Пищевая добавка имеет вид порошка низкой плотности оттенка от жёлтого до красно-оранжевого, состоит из мелких кристалликов. Имеет нейтральный или слабо выраженный специфический устойчивый морковный запах. Не разлагается долгое время при соблюдении условий хранения, не подвержена влиянию высокой кислотности. Неустойчива к воздействию повышенной влажности, прямых солнечных лучей, может самовоспламеняться при открытом доступе кислорода при комнатной температуре.

Молекула каротина

Е160а выпускают в сухом порошкообразном и жидком виде. Каротины хорошо растворимы в органических растворителях, таких как спирты, эфиры, вещества ароматического ряда (бензолы, фенолы), пропиленгликоль, хлорсодержащие соединения (хлороформ), углеводороды (гексан), а также жиры. Не растворяются в воде.

Химический состав, характеристики, пищевая ценность

В составе Е160а находится комплекс каротинов: альфа-, гамма- и бета-формы. Попадая в организм, при наличии жиров они растворяются и быстро всасываются в кровь. В печени происходит расщепление молекулы бета-каротина и биотрансформация в ретинол – витамин А. Поэтому соединение не калорийно и не участвует в энергетическом обмене.

Высокая пищевая ценность заключается не в калорийности, а в способности превращаться в жизненно необходимое вещество, положительно влияющее на здоровье. Бета-каротин – это природный источник жирорастворимого истинного витамина А. Аксерофтол выполняет ряд важных функций, главные из которых – защита клеток от действия агрессивных окислителей, а также нормализация метаболизма, обеспечение роста, задержка клеточного старения. При недостатке ретинола возникает сначала гиповитаминоз, выражающийся в постепенном снижении иммунитета, видения в темноте, в общем ухудшении самочувствия. Затем следует авитаминоз – патологическое состояние, обусловленное острой нехваткой витамина. Основные симптомы:

• куриная слепота;
• сухость кожных покровов, слизистой (конъюнктивы);
• нарушение работы иммунной системы, возникновение вторичного иммунодефицита;
• закупорка слёзных каналов;
• воспалительные поражения кожи (дерматиты) с зудом и шелушением.

К авитаминозу приводит несбалансированное питание и скудная диета, в которой недостаточно продуктов животного и растительного происхождения. Кроме того, соединение не усваивается, если отсутствуют жиры.

История использования

Знакомство с каротиноидами началось в 19 веке, когда немецкий учёный Вильгельм Генрих Фердинанд Вакенродер выделил из моркови особое красящее вещество. Он дал ему название в честь латинского слова carota – морковь. После этого начались масштабные исследования жёлто-оранжевых красящих соединений.

По всему миру биологи экстрагировали из разных видов и частей растений похожие пигменты. Швед Йёнс Якоб Берцелиус в 1837 году получил их из осенних листьев, датский химик Вильям Кристофер Цейзе, изучая морковные каротины, делал попытки определить их химическую формулу. Большой вклад в идентификацию внёс русский учёный деятель Николай Андреевич Бородин, предположивший, что получаемые вещества представляют собой комплекс каротиноидов.

Только в 1907 году Рихард Мартин Вильштеттер, профессор химик-органик из Германии, совместно со своим коллегой Мигом, точно определил формулу каротинов. Это научное открытие помогло приблизиться к пониманию структурного вида молекулы (что было сделано в 1930 году), её функций.

Одновременно с тщательным изучением бета-каротина происходило осмысление функций и метаболизма витамина А. Когда медики пришли к выводу, что каротины в рационе способствуют улучшению состояния многих больных со схожей симптоматикой, началось их промышленное производство.

В конце 20 – начале 21 века использование бета-каротина вышло на мировой уровень. С развитием пищевой промышленности возникла необходимость в безопасных и натуральных красителях, которые давали бы такой же яркий цвет, как синтетические, но при этом не наносили вреда здоровью. Фирмы перешли к активному применению растительных пигментов. Каротины не только не оказывают негативного эффекта, но даже полезны, могут классифицироваться как биологически активные добавки к пище. При этом получается насыщенный оттенок, не теряется товарный вид продукта. На сегодняшний день Е160а разрешена во всех странах мира.

Получение и производство

Поступающие в продажу каротины делятся на синтетические (Е160i) и натуральные (160ii). Искусственно синтезированные получают с помощью биотехнологических методов из водорослей, грибов или микроорганизмов. По функциональной активности и свойствам они ничем не отличаются от экстрагированных из натурального сырья пигментов.

Выделение натурального каротина из растений проводится в несколько этапов в лабораторных условиях. Для экстракции хорошо подходят такие культуры как морковь и тыква. Последовательность стадий:

1. Исходный материал осторожно высушивается при воздействии низких положительных температур. Слишком интенсивное температурное воздействие неизбежно приводит к разложению нужного соединения, поэтому температурный режим не должен превышать 100 °С. Сырьё измельчается.
2. В качестве растворителя (экстрагента) чаще всего используются хлорсодержащие соединения, например, дихлорэтан. Его добавляют к сухой смеси. В специальных установках – экстракторах, происходит экстрагирование красителя в течение 1,5 часов.
3. Раствор перемещается в испаритель, куда подают углекислый газ, связывающий дихлорэтан и удаляющий его из продукта при постоянной температуре менее 50 °С.
4. Проводят реакцию омыления образовавшегося концентрата. Она заключается во взаимодействии сложного эфира с водой, при котором выделяется спирт и кислые соли. Для этого вносят 10% гидроксид калия. Процесс идёт 20 минут в реакторе, оснащённом холодильником. Выпадает осадок с выходом каротина в 80% и примесями мыла.
5. Полученную массу отбрасывают и фильтруют через ёмкостный фильтр, обрабатывают спиртом для избавления от ненужных мыльных и иных красящих соединений.
6. Затем в реакторе с мешалкой и охлаждающем устройством материал снова подвергают взаимодействию с дихлорэтаном, на этом этапе происходит повторная экстракция из омыленного осадка.
7. Экстракт сгущают в вакуумном дистилляторе.
8. Полученный перенасыщенный раствор проходит ряд повторных кристаллизаций в специальных кристаллизаторах при охлаждении.
9. После третьей кристаллизации кристаллы каротина для дополнительного очищения промывают спиртом, затем высушивают.

При таком способе получения выход каротина составляет 90%. Основной поставщик – США. Промышленное производство сталкивается с рядом проблем. Во-первых, необходимы грамотные сотрудники, знакомые с методами экстракции соединений из растительных остатков. Во-вторых, во время работы приходится взаимодействовать с токсичным дихлорэтаном. В-третьих, содержание каротинов в овощах и фруктах варьирует от урожая к урожаю и зависит от погодных условий, плодородия почвы, биотических факторов. Поэтому процентный выход не всегда стабилен.

С развитием биотехнологии был предложен новый метод получения каротина, связанный с микробиологическим синтезом. Для этого подбираются наиболее неприхотливые культуры микроорганизмов, которые могли бы жить на относительно недорогих питательных средах. Это существенно удешевляет и упрощает процесс производства. Как правило, синтетиками являются пигментированные дрожжи или грибы видов Phycomyces blakesleeanus, Blakeslea trispora. Другой критерий отбора – высокая концентрация искомого каротина. Она отмечается у одноклеточных водорослей Dunaliella salina, которых также успешно выращивают в условиях лаборатории.

Получение Е160i с участием штаммов плесневых грибков Blakeslea trispor включает несколько стадий:

1. Приготовление ферментативных сред из крахмала, кукурузной или соевой муки, измельченных семян хлопка, меласса.
2. Подготовка спор гетероталличных грибов (+) и (–), которые при смешивании дают наибольшую концентрацию пигмента в мицелии. Разнополые формы выдерживаются в пробирках с агаром (смесь полисахаридов) 7 дней.
3. Высев культуры на питательные среды, сначала отдельно (+) и (-).
4. После прорастания, которое завершается после 48-часового периода, полученные разнополые штаммы смешиваются при +26 °С и усиленной аэрации в специальном ферментере.
5. Смесь выращивается еще в течение недели при постоянных условиях среды.
6. Внутрь добавляются стимуляторы роста, способствующие более быстрому разрастанию и интенсификации выработки каротина. Как правило, такие соединения относятся к классу кетонов – ионон, или же являются углеводородами – керосин. Стимулируют накопление и триспоровые кислоты.
7. Наивысшая концентрация красящего вещества наблюдается после завершения роста мицелия, во второй фазе роста колонии. Этот этап – основная ферментация, во время которой происходит основной синтез каротина.
8. Мицелий инактивируют посредством термообработки при температурном режиме 75-80 °С, затем пропускают через фильтр.
9. Полученную массу отправляют в мельницу, где она перетирается до порошкообразного состояния.
10. Проводят экстракцию с помощью подсолнечного масла, спирта, петролейным эфиром (смесь алифатических углеводородов, не имеющих ароматических вставок).

Выход бета-каротина при таком способе получения достигает 92%. Технологически процесс более прост, не сопряжен с работой со сложным и массивным производственным оборудованием. При этом не приходится контактировать с опасными для жизни экстрагентами, а концентрация пигмента в мицелии предсказуема и воспроизводима. Таким образом пигмент синтезируют в Испании.

Менее эффективна биотехнологическая методика получения каротина из одноклеточной водоросли Dunaliella salina. Культивирование связано с большими затратами по сравнению с выращиванием грибков. Для высокой концентрации вещества растению необходимо обеспечить оптимальную освещённость, солёность, pH воды, добавление различных минеральных элементов. Выделение из среды клеток трудоёмко, включает сложные процессы фильтрации, воздействия химическими реагентами, использование дисперсных систем. Тяжело идёт и процесс экстрагирования, для которого необходимо применение органических растворителей, что не всегда возможно при синтезе пищевой добавки. Выход осложняется значительными по объёмной доле примесями глицерина, составляющими иногда около 30% от получаемого каротина, но компенсируется массовостью производства. Несмотря на трудности, на рынке представлена добавка, синтезированная таким способом, поставками занимается Австралия.

Бета-каротин

Бета-каротин – это жёлто-оранжевое вещество из группы каротиноидов, которое встречается в большем объёме и чаще всего. Его накапливают клетки многих растений для собственных нужд, а в организме человека и животных он преобразуется в истинный витамин А, выполняющий множество регуляторных функций. Благодаря особой структуре молекулы бета-каротина способны поглощать свет определённой длины волны (280–550 нм), за счёт чего растения более полно используют энергию солнца во время фотосинтеза. Кроме того, пигмент защищает растительные клетки от атаки синглетного кислорода, различных пероксидов, поскольку обладает ярко выраженной антиоксидантной активностью.

У животных бета-каротин играет не менее важную роль. Основная его роль – метаболическая, регуляторная. У человека он преобразуется в витамин А, необходимый для протекания многих жизненно важных процессов организма. Функции:

1. Участвует в синтезе основного зрительного пигмента – родопсина. Способствует нормальному функционированию ночного зрения, различению света и тени, увлажнению слизистой глаза, предотвращая инфицирование патогенами, которые повреждают пересыхающую роговицу.
2. Влияет на формирование костной ткани, рост костей и зубов.
3. Кофермент многих химических реакций, в том числе синтеза половых гормонов.
4. Необходим для слаженного и быстрого функционирования иммунной системы: обеспечивает выработку антител, интерферона, лизоцима, активирует Т-лимфоциты.
5. Способствует усвоению витамина D за счёт возбуждения соответствующих рецепторов.
6. Нормализует работу печени, формирование и отхождение желчных кислот через регуляцию выделения таурина.
7. Незаменимый компонент в цепи синтеза коллагена, а также соматомедина, который обеспечивает нарастание мышечной массы.

Бета-каротин – это высоко активное вещество, которое принимает участие в различных процессах организма. Поэтому его недостаток сразу же обнаруживается. Однако каротиноиды способны накапливаться, поэтому дефицит пигмента в пище не моментально вызывает негативную симптоматику, а только после того, как истощатся естественные запасы. В современных условиях это происходит редко, в основном в развивающихся странах в детском возрасте, т.к. ребенку витамина нужно больше. В большей дозе нуждаются беременные и кормящие женщины. Специалисты не рекомендуют рано отказываться от грудного вскармливания еще и потому, что с молоком матери ребенок получает доступную форму провитамина и ретинола.

Дефицит чаще всего возникает не по причине отсутствия пигмента в еде, а при нарушениях усвояемости. Это так называемый вторичный дефицит, провоцируемый хроническим алкоголизмом, длительным пассивном или активном курении, дисфункции желчеобразования и тонкого кишечника, при котором хуже всасываются липиды.

Воздействие на организм

Пищевая добавка Е160а полезна для здоровья, не оказывает негативного влияния. В продукты питания её добавляют немного, она поддерживает сбалансированность рациона, особенно если он беден на овощи и фрукты. Избыточное употребление пищи, богатой каротинами, может привести к изменению окраски кожи, однако это бывает в редких случаях.

Вред для организма, противопоказания, побочные эффекты

В допустимых дозировках бета-каротин не наносит вреда организму. Употребляя продукты, в составе которых есть пищевая добавка каротинов, невозможно получить какой-либо негативный эффект. Единственное исключение – наличие у человека индивидуальной непереносимости. Лекарственные препараты пигмента имеют противопоказания:

• хроническая почечная недостаточность;
• печеночная недостаточность;
• гипервитаминоз;
• гиперчувствительность;
• циррозы;
• воспалительные заболевания печени вирусной природы (гепатиты);
• хронический алкоголизм.

Беременные женщины при сбалансированном рационе не нуждаются в добавках каротина или витамина А, слишком высокие дозы могут привести к уродствам плода, т.к. соединение способно оказывать на развивающийся эмбрион тератогенное воздействие. Поэтому при подготовке к беременности и во время вынашивания ребенка обо всех биологически активных добавках следует консультироваться с лечащим врачом.

Побочные эффекты возникают редко, но могут включать тошноту, расстройство ЖКТ, головокружение, сухость во рту, появление зуда и покраснения, изъязвления кожных покровов, слабое нарушение зрения. При чрезмерном употреблении пищи, богатой бета-каротином, возникает каротинодермия – пожелтение кожи. Это состояние не сопровождается болями и безвредно, вскоре проходит.

У некоторых людей пищевая добавка может вызывать аллергию, выражающуюся в кашле, сыпи, диспепсии. Это касается, чаще всего, синтетической Е160i. Аллергическую реакцию вызывают споры гриба, плохо очищенный мицелий или частички водорослей.

Последние научные данные показывают, что бета-каротин повышает вероятность появления раковых опухолей у курильщиков и людей, находящихся в постоянном контакте с токсичными соединениями (на производстве асбеста). Возрастает риск рака легких и простаты.

Полезные свойства

Положительные качества бета-каротина используются во многих отраслях деятельности. В пищевой промышленности Е160а придаёт стойкий и яркий цвет продукции, при этом не изменяя вкус и не принося вреда здоровью.

В фармацевтике препараты бета-каротина благодаря множеству полезных свойств высоко ценятся как профилактическое и лечебное средство. Выраженная иммуномодулирующая активность этого каротиноида позволяет применять его в качестве натурального стимулятора иммунной системы. Польза обусловлена рядом факторов:

• усиление размножения Т-клеток иммунитета;
• антиоксидантное действие;
• увеличение активности макрофагов, которые помимо прямого контакта с возбудителями заболеваний занимаются презентацией антигена, что непосредственно связано с продуцированием антител;
• повышает концентрацию интерферонов;
• предотвращение преждевременной кератинизации кожных покровов.

Е160а в продуктах питания не оказывает выраженного лечебного эффекта, т.к. дозировка там ограничена. Однако она выступает не только как эффективный краситель, но и как БАД, вносит существенный вклад в разнообразие рациона, является более полезной заменой многих искусственно синтезированных красителей.

В каких продуктах содержится

Каротины как группа пигментов встречаются во многих продуктах питания, в большем количестве в них представлен бета-каротин.

В продукции животного происхождения каротины находятся в запасенном состоянии в глубоких слоях кожи, в печени. В куриных яйцах большая концентрация провитамина содержится в желтке. Как правило, чем более выражена окраска, тем выше содержание пигментов.

Применение каротина

Каротины используются во многих сферах. Основная масса произведенной Е160а расходуется на пищевую промышленность, где добавка применяется в качестве красящего вещества. В медицине широкое распространение получили лекарства бета-каротина, которые назначают для ликвидации дефицита витамина А в составе комплексной терапии, а также при лечении некоторых других болезней. В косметологии важно антиоксидантное действие вещества и благоприятное влияние на кожу.

Применение каротина в пищевой промышленности

Е160а добавляют в продукты питания для придания или усиления жёлто-оранжевого цвета. Натуральный пигмент плохо смешивается с водой, но при эмульгировании с жиросодержащими растворителями способен долгое время сохранять окраску. Каротины можно встретить в составе таких товаров, как:

• соусы (кетчуп, майонез);
• порошковые супы быстрого приготовления;
• сыры;
• хлебобулочные изделия;
• макароны;
• десерты;
• печенье;
• начинка для конфет;
• растворимые концентраты фруктовых напитков.

Предельно допустимая концентрация соединения в различных категориях продуктов строго регламентирована. Суточная доза приёма составляет 5 мг на 1 кг массы тела. В США и Европе, в том числе в России, Е160а запрещена для детского питания, ориентированного на возраст до 3 лет. Это связано с тем, что синтетическая добавка может спровоцировать кожные высыпания.

Применение каротина в медицине

Бета-каротин обладает собственной фармакологической активностью, поэтому является действующим веществом некоторых лекарственных препаратов. Их назначают для коррекции различных состояний:

• куриная слепота;
• гиповитаминоз витамина А;
• витилиго;
• хронические дерматозы (псориаз);
• длительно текущие процесса заживления ран.

В отдельных случаях средства на основе каротина могут рекомендоваться беременным и кормящим женщинам. Однако дозирование осуществляет только специалист, он же и принимает решение о необходимости употребления лекарства.

Применение каротина в косметологии

В косметике бета-каротин используется в основном в составе различных кремов и масок. Пигмент способен замедлять старение клеток за счёт антиоксидантной функции. Поэтому его часто включают в антивозрастные средства.

Косметологи утверждают, что каротин помогает справиться с чрезмерной пигментацией кожи, а также избавляет от кругов под глазами. В связи с тем, что провитамин регулируют обмен кератина, он благотворно влияет на состояние кожного покрова, уменьшает сухость и стянутость, способствует оздоровлению кожи. В кремах до и после загара бета-каротин играет защитную роль. Он препятствует негативному воздействию ультрафиолетового излучения, снижая вероятность возникновения злокачественных новообразований, выравнивая выработку пигмента меланина.

Инструкция по применению

Конкретные дозировки зависят от тяжести состояния и сопутствующих заболеваний. Как правило, профилактическая доза составляет 1 мг/кг. Пики приёма – осенние и весенние периоды в условиях недостатка естественных источников витамина. При нарушениях пигментации употребляют 25 мг в сутки на протяжении нескольких месяцев, затем снижают до 0,01 г/кг, продолжают приём еще несколько недель.

Солнцезащитные крема рекомендуется начинать использовать за несколько недель до активного загара для накопления каротина в подкожно-жировом слое.

Где купить и сколько стоит каротин

Препараты бета-каротина можно приобрести в аптеке, капсульные формы стоят порядка 1000 рублей, жевательные таблетки более дешевые – около 400 рублей, еще меньше цена у масляных растворов для приёма внутрь 120-200 рублей.

Пищевая добавка продаётся в розницу в различных интернет-магазинах. Цена варьирует от 190 до 300 рублей. Оптом продают заводы-производители и фирмы-перекупщики. Мешки от 10 кг стоят 380-900 руб/кг, стоимость зависит от того, отечественная компания или зарубежная.

Отзывы

Наталья Гущина, 31 год

Начала принимать бета-каротин перед поездкой на море в совокупности с витамином Е. Купила также крема, обогащённые каротином. В итоге получила не только ровный загар, но и улучшение зрения! Раньше смутно видела в сумерках, но не придавала этому значения. Однозначно рекомендую всем для профилактики!

Екатерина Старичкова, 40 лет

Бета-каротин посоветовала принимать подруга. Перепробовала кучу витаминов до этого, и только каротин дал эффект. Конечно, лекарство не дешевое, но и расходуется не быстро. Кожа значительно улучшилась и нет теперь постоянной сухости, больше не трачусь на дорогие крема и не испытываю раздражения.

Анастасия Витько, 53 года

Пью раствор бета-каротина каждый день осенью. Поднимает иммунитет и настроение! Самочувствие гораздо лучше, тем более в условиях города практически невозможно купить качественные овощи и фрукты.

Заключение

Каротины – это группа пигментов, относящихся к каротиноидам. Активно применяются в пищевой промышленности для подкрашивания продуктов, в медицине средства на основе бета-каротина назначаются для профилактики гиповитаминоза, в составе укрепляющей терапии различных заболеваний. В косметологии ценится антиоксидантный эффект, оказываемый бета-каротином на кожу при загаре.