کاروتنوئیدهای ریزجلبکی به عنوان رنگدانه‌های فراسودمند: چه مزایایی برای صنایع غذایی دارند؟

کاروتنوئیدها رنگ‌دانه‌هایی آب‌گریز (هیدروفوب) با اسکلت تترا‌ترپنی هستند که به‌طور گسترده در گیاهان عالی و همچنین ریزجلبک‌های آب‌های شور و شیرین یافت می‌شوند. جانوران و انسان‌ها قادر به سنتز این ترکیبات نیستند و باید آن‌ها را از طریق منابع غذایی تأمین کنند. بارزترین ویژگی کاروتنوئیدها، وجود زنجیره‌ای طولانی از پیوندهای دوگانه مزدوج (کونژوگه) در بخش مرکزی مولکول است که شکل، واکنش‌پذیری شیمیایی و خواص جذب نور آن‌ها را تعیین می‌کند. رنگ این ترکیبات (که از زرد کم‌رنگ تا قرمز متغیر است) و همچنین خواص آنتی‌اکسیدانی آن‌ها، وابستگی شدیدی به این پیوندهای دوگانه مزدوج و سایر گروه‌های عاملی موجود در مولکول دارد. افزودنی‌های غذایی به‌طور کلی به شش دسته تقسیم می‌شوند: بهبوددهنده‌های طعم، نگهدارنده‌ها، تثبیت‌کننده‌ها، امولسیفایرها، آنتی‌اکسیدان‌ها و رنگ‌دهنده‌ها. این فصل به دو دسته آخر اختصاص دارد. گیاهان حاوی کاروتنوئید (مانند کلاله زعفران و پوست فلفل) و عصاره‌های آن‌ها قرن‌هاست که به‌عنوان رنگ‌دهنده غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ترکیبات عموماً ایمن تلقی می‌شوند؛ با این حال، مطالعات اندکی در مورد پایداری، بیوشیمی، فراهمی زیستی، فارماکوکینتیک و سم‌شناسی آن‌ها انجام شده است. اگرچه کاروتنوئیدها به دلیل حساسیت به نور، حرارت، اکسیژن، اکسیداسیون خودبه‌خودی (اتواکسیداسیون) و ایزومریزاسیون نسبتاً ناپایدار هستند، اما چندین نوع کاروتنوئید سنتز شده به روش تجاری (مانند بتا-کاروتن) وجود دارند که به‌عنوان افزودنی‌های رنگی پذیرفته شده‌اند. امروزه، برخی از مهم‌ترین کاروتنوئیدهایی که به‌عنوان رنگ‌دهنده‌های طبیعی در صنایع غذایی، خوراک دام و لوازم آرایشی استفاده می‌شوند، توسط ریزجلبک‌ها در بیوراکتورها (با استفاده از فناوری تخمیر) تولید می‌گردند. برخی از کاروتنوئیدهای طبیعی (مانند بتا-کاروتن و آستاگزانتین) به‌طور گسترده تجاری‌سازی شده‌اند، در حالی که برخی دیگر (مانند لوتئین، کانتگزانتین، زآگزانتین و لیکوپن) کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ارزش بازار جهانی کاروتنوئیدها بیش از ۲ میلیارد دلار آمریکا در سال برآورد می‌شود و این بازار همچنان در حال رشد مداوم است.

Carotenoids are hydrophobic pigments with tetraterpene skeleton, widely distributed in higher plants, as well as microalgae from both marine and freshwaters. Animals and humans are unable to synthetize them, and they need to obtain them from dietary sources. The most characteristic feature of carotenoids is the long series of conjugated double bonds forming the central part of the molecule, providing their shape, chemical reactivity, and light-absorbing properties. The colour, ranging from pale yellow to red, and the antioxidant properties of carotenoids highly depend on these conjugated double bonds and other functional groups in the molecule. Food additives are generally divided into six categories: taste enhancers, preservatives, stabilisers, emulsifiers, antioxidants, and colouring agents. This chapter is dedicated to the latter two categories. Carotenoid‐containing plants (e.g. saffron stigmas, pepper pericarps) and their extracts have been used as food colourants for centuries. They are generally considered safe; however, there are only few studies about their stability, biochemistry, bioavailability, pharmacokinetics, and toxicology. Although carotenoids are relatively unstable due to their susceptibility to light, heat, oxygen, autoxidation, and isomerization, there are several commercially synthesized carotenoids (e.g. β‐carotene), which are accepted colour additives. Today, some of the most important carotenoids used as natural colourants in food, feed, and cosmetics industries are produced by microalgae in bioreactors (fermentation technology). Some of the naturally occurring carotenoids (e.g. β-carotene, astaxanthin) are widely commercialised; while others (e.g. lutein, canthaxanthin, zeaxanthin, lycopene) are used less frequently. The global carotenoid market is estimated > USD 2 billion per year, and it is still constantly growing.