主题:【原创】CNS_08.010_β-胡萝卜素

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第一章 食品添加剂--β-胡萝卜素的简介

麦韵祺

1.1 定义

β-胡萝卜素是类胡萝卜素的一种,属于天然化学物。β-胡萝卜素最丰富的来源是绿叶蔬菜和黄色的、橘色的水果(如胡萝卜、菠菜)。β-胡萝卜素作为一种食用油溶性色素,已被联合国粮农组织世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会推荐,它既是天然着色剂,也可以是保健食品的添加剂。它的化学结构如下:

1.2 性质

1.2.1 物理性质

β-胡萝卜素色泽为紫红色或红色的结晶或结晶性粉末,无臭[2]。 β-胡萝卜素不溶于水、丙二醇、甘油、酸和碱,溶于植物油,几乎不溶于甲醇乙醇。其稀溶液呈黄色,浓度增大时呈橙红色。 β-胡萝卜素分子中含有共轭双键,所以在光、热、氧条件下不稳定,容易被分解,且不耐酸,但在弱碱性比较稳定。β-胡萝卜素的熔点为176 ~182摄氏度。它有良好的着色能力,着色范围是黄色和橙红色,着色力强,色泽稳定均匀。

1.2.2 化学性质

β-胡萝卜素的化学式为C40H56,其相对分子质量为536.88。β-胡萝卜素不受抗坏血酸等还原剂的影响,重金属离子尤其是Fe3+可促使其褪色。它能与K、Zn、Ca等元素并存且不变色。

1.3 作用机理

食品添加剂β-胡萝卜素现被广泛用作食物例如谷物、干酪、人造奶油、水果和蔬菜等的着色剂。

β-胡萝卜素是维生素A的前体,,也称维生素A原,摄入人体消化器官后,可以转化为维生素A,但是不会因维生素A过量而有害身体健康。它可以维持人体眼睛和皮肤的健康,改善夜盲症、皮肤粗糙的状况,临床上用于治疗维生素A缺乏症、夜盲和皮肤角化等并发症,也有助于身体免受自由基的伤害。

第二章 天然β-胡萝卜素的提取

如今经常从胡萝卜、玉米、沙棘等富含β-胡萝卜素的植物中提取天然β-胡萝卜素。

2.1 酶法提取

酶法提取天然β-胡萝卜素,目前的研究主要着手于提高果汁饮料中β-胡萝卜素的含量。研究表明果胶酶和纤维素酶处理胡萝卜泥可以提高出汁率,胡萝卜素提出率可增加2倍多,混浊度增加,稳定性提高,胡萝卜汁的颜色变深。传统的榨汁工艺不仅出汁率低,而且只有20%的胡萝卜素进入汁液。但是酶用量必须适宜,如果酶含量过大会带来异味。 

2.2 由胡萝卜中提取天然β-胡萝卜素[3]

从胡萝卜中提取β-胡萝卜素前人已有研究,即经过绞汁,汁用表面吸附剂吸附再萃取。或在100~120摄氏度下煮熟、压榨,从压榨渣中提取。或低温下施加压力,把胡萝卜汁用CO2饱和在50-60摄氏度下使含胡萝卜素的物质漂浮在液面上,与水层分离,然后再提取。或把胡萝卜匀浆离心分出水层,热空气干燥残渣再提取。

2.3 沉淀法萃取天然β-胡萝卜素

这种方法的大致过程为将洗净的胡萝卜榨汁得到胡萝卜汁,然后加人一定量CACl,得到橙红色的沉淀,再往沉淀中加人一定体积的有机溶剂,得到上层黄色透明的醚层萃取液,蒸馏后即得到橙红色的胡萝卜素油。用这种方法得到的β-胡萝卜素萃取率在80%左右。

2.4 冷冻干燥法提取天然β-胡萝卜素

这种方法的大致过程为将洗净的胡萝卜冷冻干燥,然后磨粉得到胡萝卜粉。加入一定体积的氯仿,用罐组逆流进行浸取得到萃取液,然后在真空或充人惰性气体条件下进行浓缩,得到的浓缩液往其中加人一定量的丙酮,即可以结晶得到胡萝卜素晶体。对获取的晶体进行洗涤、重结晶和真空干燥后,即可得到纯净的胡萝卜素晶体。此方法可得到含80%~90%β-胡萝卜素的胡萝卜素晶体。



第三章 β-胡萝卜素的合成

3.1化学合成法

3.1.1以VA为原料


VA转化成视黄醛和甲基维梯希试剂,再经缩合而成β-胡萝卜素。

3.2生物合成法

3.2.1红酵母发酵法

红酵母是酵母菌的一个属,它是一类腐生菌,抗逆性较强。利用红酵母产β-胡萝卜素的优点是成本低、周期短、发酵易于控制。利用高静水压处理过的红酵母,通过响应面分析法优化发酵培养基,可使β-胡萝卜素得产量13.43mg/L。

3.2.2三孢布拉氏霉发酵法

三孢布拉氏霉属于真菌,其生长迅速,产生发达的菌丝。曾强松在种子阶段,采用正负孢子混合培养,促进了β-胡萝卜素的积累,而这种促进方式是由两性配合产生的三孢酸介导的。所以研究三孢酸类似物,如青霉素β-紫罗酮脱落酸等都能对β-胡萝卜素产量的提高有很大的帮助。根据文献可知,三孢布拉霉培养基中加入10-4mol/L-10-3mol/L的β-紫罗酮后,β-胡萝卜素的含量比空白提高了250%,而且要在对数生长期添加,这样更有利于菌体产β-胡萝卜素,添加太早或太多都会抑制β-胡萝卜素的产量。廖春丽通过响应面法优化了β-胡萝卜素液体发酵培养基,得到了较高的β-胡萝卜素产量。

3.2.3杜氏盐藻提取β-胡萝卜素

在杜氏盐藻中的β-胡萝卜素含量最高可达干细胞重量的0.3%,因而是提取天然β-胡萝卜素的理想原料。杜氏盐藻是一类生活在富含NaCl的水(如海洋、盐湖、盐池、盐碱等)中的单细胞低等真核生物。β-胡萝卜素作为盐藻光合作用的产物,受生长环境的盐度、温度、光照射条件及磷源的影响。根据这些条件对盐藻生长和β-胡萝卜素合成的影响,采用二步法培养杜氏盐藻,即先在盐藻生长有利的条件下培养,此时藻体生长繁殖快,待藻体生长成熟,再收集藻体转入不利于藻体生长但有利于合成积累β-胡萝卜素的强光、高盐、低氮、高温条件下培养。

3.2.4基因工程法[17]

随着转基因技术的迅速发展,利用基因工程菌生产类胡萝卜素成为研究的热点。近年来,对其主要合成途径的研究取得了重大进展,已从分子水平阐释其生物合成途径,关键酶基因先后得到分离,并已初步实现通过遗传工程技术改变植物和微生物中β-胡萝卜素的组成和含量。

第四章 食品添加剂--β-胡萝卜素的应用

β-胡萝卜素是GB 2760—2011《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》许可使用的着色剂,被认定为A类优秀营养色素,并在世界52个国家和地区获准应用。据报道,全世界β-胡萝卜素的年需求量在1000t左右,在我国其年销售量约为4 ~ 5t[21]。β-胡萝卜素本身的颜色可涵盖由红色至黄色的所有色系,非常适合油性产品及蛋白质性产品的开发。而经过微囊化处理的β-胡萝卜素,可溶在水中,几乎所有的食品和饲料都可应用。基于其着色、抗氧化、提高免疫力等功能,β-胡萝卜素已被广泛应用于天然着色剂、食品添加剂、营养食品、保健品、药品、化妆品及生物工程产品的生产[22]

4.1 在食品行业的应用 

β-胡萝卜素因其色泽鲜亮,色价极高,具有很强的着色力,极少剂量的β-胡萝卜素(2~10mg/kg)便可使食品具有诱人的色泽。在与其它色素混合后呈现出各种颜色,可以调成鲜艳的黄到橘红颜色,色泽十分夺目。

4.1.1在饮料中的应用 

β-胡萝卜素乳剂在水中分散性好,并且耐酸、耐热、耐光。因此,β-胡萝卜素乳剂可作为饮料天然着色剂添加到果汁饮料、果味饮料、果味碳酸饮料、运动饮料、速溶饮料、果蔬饮料、功能饮料等中。

4.1.2在焙烤制品中的应用   

β-胡萝卜素在烘焙制品中应用,可以补充焙烤食品的色泽和营养,增强焙烤食品的抗氧化效果。另外,β-胡萝卜素的使用有利于产品降低焙烤温度。

4.1.3在肉制品中的应用

β-胡萝卜素在肉制品中应用,可以增强产品的食欲感色彩,增强产品中油脂的抗氧化性能。另外,也能够强化产品中的营养,减少有危害添加剂的加入。

4.1.4在果冻中的应用

β-胡萝卜素在果冻中应用,可以增强产品的货价美感,提高消费者的食欲感,另外也可调整色泽的亮度,强化产品的营养。

4.1.5在面制品中的应用

β-胡萝卜素在面制品中应用,可以增强面食的天然食欲感,降低快食面的加工温度,有利于改变面食的工艺方法,也能够起到强化面食营养的作用。

4.1.6在乳制品中的应用

β-胡萝卜素在乳制品中应用,不仅可以补充孕妇、母乳的营养不足,也可以应用到婴幼儿奶粉、液态奶中,增强其营养价值。 

4.2 在医药和保健行业的应用

β-胡萝卜素保健食品一般有β-胡萝卜素硬胶囊、β-胡萝卜素软胶囊和含有β-胡萝卜素的复合维生素片等多种剂型。另外,β-胡萝卜素的一些临床应用如下: 

作为维生素A的前体,用于治疗维生素A缺乏症及夜盲、皮肤角化等一系列并发症;β-胡萝卜素的摄取量低与肺癌发生率高密切相关。服用β-胡萝卜素有降低上消化道肿瘤发生的作用,对结肠或直肠病变发生率关系不明显;β-胡萝卜素的高摄入量与子宫颈癌、子宫内膜癌、乳腺癌的发生率低呈正相关;预防冠心病等心脑血管疾病的发生;天然胡萝卜素植物油有增进食欲、改善睡眠、增强记忆、加速伤口愈合、防治气管炎、咽炎的作用。 

4.3 在化妆品行业的应用

在口红、胭脂等化妆品中添加β-胡萝卜素,可使其色泽自然丰满,又能营养皮肤、保护皮肤。 

4.4 在饲料添加剂中的应用 

β-胡萝卜素作为饲料添加剂,既能提高动物的生长速率和肉类质量,也能提高牛、马、猪的繁殖能力。另外,也能加深禽蛋的颜色。 

第五章 食品添加剂--β-胡萝卜素的研究现状[9]

由于β-胡萝卜素不溶于水,在油中也是微溶的,β-胡萝卜素本身又极易氧化,因此,在饮料及其他食品中的应用受到很大的限制。在实际应用中,根据不同的食品特性,一般将β-胡萝卜素制成不同的剂型,分别有β-胡萝卜素油悬浮液、β-胡萝卜素水分散性干粉、β-胡萝卜素乳液等,以满足食品不同的加工需要。 

5.1 β-胡萝卜素油悬浮液

β-胡萝卜素油悬液为砖红色的粘稠液体,一般含β-胡萝卜素30%。β-胡萝卜素油悬液是油溶性产品,主要应用于油基食品,包括奶油、人造奶油、食用油等,也可用于蛋糕、夹心、调味酱、沙拉酱等。 

5.2 β-胡萝卜素水分散性干粉 

β-胡萝卜素水分散性干粉是黄色至红色或红褐色、细微颗粒的粉末,具有良好的流动性,可在冷水中扩散,并产生黄色至橙色的色泽。β-胡萝卜素水分散性干粉是将β-胡萝卜素均匀分散于植物油、淀粉、胶质等组成的基质中,并添加维生素E和维生素C作为抗氧化剂,经成型工序形成β-胡萝卜素在内,外包包覆剂的细小颗粒,使β-胡萝卜素隔绝了空气、光等,大大提高了产品的稳定性。由于可在水中均匀扩散,因此可用于饮料、固体饮料、液体食品,也可用于糖果、奶制品、布丁、果酱、饼干、冰淇淋、方便面等的着色和营养强化,以及保健品、药品。β-胡萝卜素水分散性干粉大量用于保健食品中的硬胶囊、压片中。包装、运输较为方便。在冷水中即可均匀分散,方便用于饮料、液体食品中。由于外包包覆剂,减少了与外界的接触,保存期也较长。

5.3 β-胡萝卜素乳液

β-胡萝卜素乳液是黄色至橙红色的流动性液体,在水中具有良好的分散性,呈色范围由黄色至橙色。β-胡萝卜素乳液是将β-胡萝卜素溶于稍微加热的植物油中,并加入抗氧化剂、乳化剂、去离子水,经高速剪切机分散,再以高压均质机均质即成均匀的乳状液。乳液剂型在在饮料中的应用稳定性特别好,对不同饮料配方的适应性强,而且通过控制液滴的大小,可以很方便地控制溶液的浊度,也可制成用于澄清饮料的乳液,还可使颜色偏黄或偏红。β-胡萝卜素乳液使用时可直接加入食品液体成分中,不需要制作储备液步骤,使用更方便。由于不用包覆剂,其成本也较粉状β-胡萝卜素为低。乳液剂型的保存期比干粉剂短,保存条件比干粉剂苛刻,但完全可以满足实际生产的需要。由于β-胡萝卜素乳液剂型无可比拟的优越性,必将成为饮料,特别是果汁饮料中最主要、最普遍的应用剂型。   

第六章 食品添加剂-β-胡萝卜素的生理功能

6.1 抗氧化功能

人体衰老和许多疾病均与自由基有关。自由基含有不对称电子,作用于细胞膜及DNA双键上会导致细胞突变和死亡。清除氧自由基除依靠体内的抗氧化酶外,还依赖于非酶的抗氧化物质,β-胡萝卜素便是其中之一。β-胡萝卜素具有多个双键,在光、热、氧气及活泼性较强的自由基离子存在的条件下易氧化,从而有效地预防DNA和脂蛋白的氧化损伤,维持细胞功能,延缓机体衰老。现已知1分子的β-胡萝卜素可抑制1000个分子的活性氧[10]。类胡萝卜素能阻止LDL-胆固醇氧化物的形成,因而能减缓动脉粥样硬化,预防冠心病等心脑血管疾病。[11,12] 

6.2 增强机体免疫力

β-胡萝卜素在特定条件下可提高机体的细胞免疫、体液免疫及非特异性免疫反应,增强对某些疾病的抵抗力,改善健康状况。乔冬等[18]将β-胡萝卜素以灌胃和腹腔注射两种方式作用于小鼠,采用液体芯片检测技术,对小鼠血清24种细胞因子含量的变化进行测定。发现β-胡萝卜素能促进炎症细胞因子的产生,不同途径对细胞因子的作用强度有所不同。β-胡萝卜素调节机体的免疫,其作用的信号途径涉及NFKBJAK-STAT等途径。Amar[19]用天然来源的β-胡萝卜素以口服的方式作用于虹鳟鱼,饲养9周来评价其对虹鳟鱼非特异性防御机制的影响,结果表明,β-胡萝卜素可显著提高血清溶菌酶浓度,可以调节虹鳟鱼的一些先天防御机制。Cucco[20]研究表明,在成年鹧鸪饲粮中添加27mg / kgβ-胡萝卜素,可显著提高雌鸟的免疫力,所产卵的蛋清中可检测出高含量的β-胡萝卜素,这些卵的孵化率更高,蛋的抗菌能力更强,而对于雄鸟其差异不显著[22]

流行病学研究发现:吃富含β-胡萝卜素的食物可降低肺癌发病率,增强生物机体的特异性及非特异性免疫功能。β-胡萝卜素能调节与免疫调节和炎症反应有关的脂质过氧化酶。它能强化免疫系统,增强抵抗力。 

6.3 抗癌作用

天然β-胡萝卜素有良好的抗染色体畸变作用,Bertram[13]报道,β-胡萝卜素及其他类胡萝卜素可加强细胞间的交流能力,从而抑制或降低癌症的发生和发展。Yamasaki[14]也指出,β-胡萝卜素能够抑制癌症诱导细胞升级到恶化阶段。医学上称β-胡萝卜素为肿瘤的化学预防剂。摄入β-胡萝卜素的量越大,肺癌、子宫颈癌、子宫内膜癌、乳腺癌的发生率就越低。

6.4 放疗、化疗的辅助治疗

放疗、化疗在杀伤癌细胞的同时对机体也有较大的损害。服用β-胡萝卜素 在减轻放射性体组织损伤的同时,还可提高射线对肿瘤的治疗作用。 

6.5 其他功能作用  

β-胡萝卜犹如天然眼药水,帮助保持眼角膜的润滑及透明度,促进眼睛的健康。另外,它能够预防白内障,有助于保护眼睛晶体的纤维部分。

β-胡萝卜能够转化成维生素A,帮助保持肌肤与器官内腔黏膜系统正常化。它能改善和强化呼吸道系统功能,增强生殖系统和泌尿系统机能,提高精子活力,预防前列腺疾病。

第七章 食品添加剂-β-胡萝卜素的法规

β-胡萝卜素具有良好的着色性能,尤其适合与儿童食品配伍。它还能用于药片糖衣着色,色泽、稳定性均优于柠檬黄、胭脂红复色糖衣法。β-胡萝卜素通过合成法或发酵法应用在普通食品中。

β-胡萝卜素作为一种食用油溶性色素,其本身颜色因浓度的差异,可涵盖由红色至黄色的所有色系,因此受到食品行业关注。其非常适合油性产品及蛋白质性产品的开发,做食用橙色色素和营养强化剂,如人造奶油、胶囊、鱼浆炼制品、素食产品、速食面的调色等。而经过微胶囊处理的β-胡萝卜素,可转化为水溶性色素,几乎所有食品都可应用。

根据GB 2760-2014,添加剂β-胡萝卜素可以用于调制乳(最大使用量为1g/kg)、风味发酵乳(最大使用量为1g/kg)、干酪类似品(最大使用量为1g/kg)、脂肪类甜品(最大使用量为1g/kg)、水果罐头(最大使用量为1g/kg)、果酱(最大使用量为1g/kg)、蜜饯凉果(最大使用量为1g/kg)、干制蔬菜(最大使用量为0.2g/kg)、腌渍的蔬菜(最大使用量为0.132g/kg)、蔬菜罐头(最大使用量为0.2g/kg)、糖果(最大使用量为0.5g/kg)、方便米面制品和冷冻米面制品(最大使用量为1g/kg)、熟肉制品(最大使用量为0.02g/kg)、烘焙食品(最大使用量为1.0g/kg)等食品类别。

第八章 食品添加剂-β-胡萝卜素的发展前景

随着我国经济的发展,对添加剂β-胡萝卜素的用量不断增加,特别是用于食品加工业的需求量越来越大,如各种果汁饮料中使用β-胡萝卜素作为色素。此外,食用油、人造奶油、糖果、罐头等也添加β-胡萝卜素作为色素和营养强化剂。随着在医药保健和食品新的作用不断发现,添加剂β-胡萝卜素日益受到各国各界的关注,市场潜力不断扩大。 

将超声提取、微波萃取、酶解法等现代技术与传统方法有机溶剂萃取法结合,能有效提高β-胡萝卜素提取率并缩短提取时间。另外,需找到一些适宜大规模工业生产的方法,以满足人们对β-胡萝卜素的需求。同时,要扩大β-胡萝卜素的来源,如利用果皮和果蔬废渣提取[22]

综上所述,食品添加剂β-胡萝卜素具有多种生理功能,尤其是抗氧化、抗癌以及提高免疫力和繁殖力,已广泛用于营养保健、医药业和畜牧、水产养殖业。但是对于提高β-胡萝卜素的稳定性目前尚无很好的办法。随着科学技术的飞速发展,相信会得到解决,食品添加剂β-胡萝卜素将会有更好的应用前景。

第九章 食品添加剂-β-胡萝卜素的产品标准、限量标准、标准检测

9.1产品标准、限量标准

食品分类号食品名称最大使用量/(g/kg)备注
01.01.03调制乳1.0
01.02.02风味发酵乳1.0
01.03.02调制乳粉和调制奶油粉1.0
01.05稀奶 油 (淡 奶 油 )及 其 类 似 品(01.05.01 稀奶油除外)0.02
01.06.01非熟化干酪0.6
01.06.02熟化干酪1.0
01.06.04再制干酪1.0
01.06.05干酪类似品1.0


01.07
以乳为主要配料的即食风味食品或其预制产品(不包括冰淇淋和风味发酵乳)

1.0
02.02水油状脂肪乳化制品(02.02.01.01黄油和浓缩黄油除外)1.0


02.03
02.02类以外的脂肪乳化制品,包括混合的和(或)调味的脂肪乳化制品

1.0
02.04脂肪类甜品1.0
02.05其他油脂或油脂制品(仅限植脂末)0.065
03.0冷冻饮品(03.04食用冰除外)1.0
04.01.02.03醋、油或盐渍水果1.0
04.01.02.04水果罐头1.0
04.01.02.05果酱1.0
04.01.02.07除04.01.02.05外的果酱(如印度酸辣酱)0.5
04.01.02.08蜜饯凉果1.0
04.01.02.09装饰性果蔬0.1
04.01.02.10水果甜品,包括果味液体甜品1.0
04.01.02.11发酵的水果制品0.2
04.02.02.02干制蔬菜0.2
04.02.02.03腌渍的蔬菜0.132
04.02.02.04蔬菜罐头0.2
04.02.02.05蔬菜泥(酱),番茄沙司除外1.0
04.02.02.08其他加工蔬菜1.0
04.03.02.03腌渍的食用菌和藻类0.132
04.03.02.04食用菌和藻类罐头0.2
04.03.02.06其他加工食用菌和藻类1.0
04.05.02加工坚果与籽类1.0
05.01可可制品、巧克 力和巧克力制品,包括代可可脂巧克力及制品0.1
05.02糖果0.5
05.03糖果和巧克力制品包衣20.0


05.04
装饰糖果(如工艺造型,或用于 蛋糕装 饰)、顶 饰 (非  水 果 材 料)和甜汁

20.0
06.03.02.04面糊(如用于鱼和禽肉的拖面糊)、裹粉、煎炸粉1.0
06.03.02.05油炸面制品1.0
06.04.02.01杂粮罐头1.0
06.06即食谷物,包括碾轧燕麦(片)0.4
06.07方便米面制品1.0
06.08冷冻米面制品1.0
06.09谷类和淀粉类甜品(如米布丁、木薯布丁)1.0
06.10粮食制品馅料1.0
07.0焙烤食品1.0
07.04焙烤食品馅料及表面用浆0.1
08.03熟肉制品0.02
08.04肉制品的可食用动物肠衣类5.0
09.02.03冷冻鱼糜制品(包括鱼丸等)1.0
09.03预制水产品(半成品)1.0
09.04熟制水产品(可直接食用)1.0
09.05水产品罐头0.5
10.03蛋制品(改变其物理性状)(10.03.01、10.03.0除外)1.0
10.04其他蛋制品0.15
11.05调味糖浆0.05
12.10.01固体复合调味料2.0
12.10.02半固体复合调味料2.0
12.10.03液体复合调味料(不包括 12.03,12.04)1.0
14.02.03果蔬汁(浆)类饮料2.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
14.03

蛋白饮料类
2.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
14.04

碳酸饮料
2.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
14.05.01茶(类)饮料2.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
14.05.02咖啡(类)饮料2.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
14.05.03

植物饮料
1.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
14.07

特殊用途饮料
2.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
14.08

风味饮料
2.0固体饮料按稀释倍数增加使用量
15.01蒸馏酒0.6
15.03发酵酒(15.03.01葡萄酒除外)0.6
16.01

果冻
1.0如用于果冻粉,按冲调倍数增加使用量
16.06膨化食品0.1


9.2标准检测

检测原理:试样经皂化后,使β-胡萝卜素完全变为游离态。用石油继萃取后,反相色谱法分离,外标法定量。

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xiahuanihao
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学习——食品添加剂--β-胡萝卜素知识内容。