Карнозиновая кислота

Карнозиновая кислота (carnosic acid) представляет собой основное жирорастворимое фенольное соединение листьев розмарина. Сообщается, что вместе с карнозолом они обеспечивают более 90 % антиоксидантного действия экстракта розмарина [3], [4]. Производители продуктов питания приобретают экстракт розмарина для замедления порчи жиров, мяса и фритюрных масел [5], [6]. На рынке он часто обозначается номером пищевой добавки E392. Водорастворимое вещество того же растения, розмариновая кислота, является отдельным продуктом и применяется в других областях.

Где и в каком количестве содержится в розмарине?

В листьях, а не в эфирном масле. Эфирное масло розмарина получают паровой дистилляцией, и оно имеет совершенно иной состав. В 12 образцах из Испании основными компонентами оказались камфора (от 17,2 до 34,7 %), альфа-пинен (от 10,2 до 21,6 %) и 1,8-цинеол (от 12,1 до 14,4 %) [7]. Карнозиновая кислота не является летучей и не переходит в дистиллят.

Содержание зависит от сезона и региона. В образцах розмарина, ежемесячно собиравшихся в Адане, Мерсине и Анталье, место произрастания и время сбора существенно изменяли количество карнозиновой кислоты и карнозола. Наиболее богатый карнозиновой кислотой образец был получен в сентябре в Анталье: 0,74 % в растительном сырье. Самый высокий уровень карнозола отмечен в той же локации в феврале: 0,78 % [8]. По этой причине наименование «экстракт розмарина» само по себе не гарантирует определенной концентрации.

В экстракте концентрация значительно выше, но зависит от метода. В экстракте, полученном методом сверхкритической CO₂-экстракции, измерено 35,2 г карнозиновой кислоты на килограмм (3,5 %) и 0,46 г карнозола [9]. В коммерческом экстракте, использованном в исследовании пленок для контакта с пищевыми продуктами, содержание карнозиновой кислоты составило 7,0 %, карнозола 0,9 % [10]. Исследование экстракции водно-этанольными смесями показывает, что лучшим растворителем для карнозиновой кислоты является чистый этанол, а для розмариновой кислоты — 30 % этанол [11]. Одно и то же сырье при разных растворителях дает разные продукты.

Карнозиновая кислота, карнозол, розмариновая кислота: в чем разница?

Значения взяты из PubChem. XLogP показывает сродство вещества к жиру или воде. Чем выше значение, тем выше липофильность. Карнозиновая кислота со значением 4,9 является липофильной, розмариновая кислота со значением 2,4 значительно более гидрофильна. Эта разница определяет область применения каждого соединения. Урсоловая кислота поступает из воскового слоя листа и может присутствовать в экстракте.

Карнозол является продуктом трансформации карнозиновой кислоты. При потере двух атомов водорода и замыкании в циклическую структуру (лактон) карнозиновая кислота переходит в карнозол. В формулах это выражается снижением молекулярной массы с 332,4 до 330,4 при неизменном числе атомов кислорода. При окислении карнозиновой кислоты также образуются продукты хинонового ряда [12]. В растворе этанола деградация всех трех веществ ускорялась с повышением температуры; под действием света образовывались отдельные продукты распада [13]. В рыбьем жире деградация карнозиновой кислоты происходила значительно медленнее. При совместном присутствии трех веществ карнозиновая кислота сохраняла уровень карнозола за счет собственного распада [13].

Карнозол также является антиоксидантом, но проявляет другие свойства. В кукурузном масле карнозиновая и розмариновая кислоты оказались значительно эффективнее карнозола. В эмульсии масло-вода (в продуктах со смешанной фазой) карнозиновая кислота и карнозол превзошли розмариновую кислоту [14]. Исследование пяти экстрактов розмарина показало, что карнозиновая кислота активнее карнозола. В той же работе отмечается, что присутствие карнозола усиливает общий эффект [2].

Соотношение отражает технологическую историю продукта. Проводилось сравнение двух типов экстрактов розмарина в корме для ягнят: с соотношением карнозиновой кислоты к карнозолу 1:1 (14 и 16 %) и 2:1 (25 и 11 %). Авторы указывают, что присутствие карнозола стабилизировало дитерпеновую фракцию в процессе производства корма [15].

Розмариновая кислота активна в водной среде. Она извлекается из того же листа, но представляет собой иной продукт. В эмульсии масло-вода она уступила карнозиновой кислоте и карнозолу. Авторы связывают это с переходом соединения в водную фазу без защиты границы раздела фаз [14]. В сточных водах дистилляции базилика, розмарина и шалфея основным фенольным веществом является розмариновая кислота: зафиксировано от 29 до 135 мг на 100 мл [16].

Маркеры эфирного масла определяют запах. 1,8-цинеол и камфора являются основными компонентами эфирного масла розмарина [7]. В экстракте, используемом в качестве антиоксиданта, запах часто нежелателен. По этой причине контролируется строка летучих веществ в сертификате.

Для чего применяется?

Жиры и фритюр. В исследовании с добавлением карнозиновой кислоты в рапсовое масло при 180 °C зафиксировано снижение показателей окислительной порчи [6]. В другой работе той же группы при длительном термическом воздействии карнозиновая кислота в дозировке 700 мг/кг обеспечила минимальную скорость деградации полиненасыщенных жирных кислот. Для сравнения использовался TBHQ в дозировке 200 мг/кг [17].

Мясные продукты. В свиных колбасах экстракт розмарина в дозировке 2 500 мг/кг показал активность, равную смеси BHA/BHT. В замороженных сырых колбасах экстракт розмарина оказался эффективнее BHA/BHT [5]. В печеночном паштете экстракт розмарина снизил окисление липидов, не повлияв на стабильность цвета. С увеличением дозы экстракта концентрация карнозиновой кислоты в продукте возрастала [18]. В свежих свиных колбасах чистый экстракт розмарина показал антиоксидантный эффект, сопоставимый с хитозаном [19]. В говядине экстракт розмарина в дозировках 800 и 1 600 мг/кг замедлял микробиологическую порчу и окисление липидов; наилучший результат получен при использовании инкапсулированной формы [20].

Сухое молоко. В жиросодержащем сухом молоке смесь карнозола, карнозиновой и розмариновой кислот в концентрации 308 мг/кг подавляла первичные и вторичные маркеры окисления. В некоторых измерениях она уступала по эффективности смеси BHA/BHT в дозировке 200 мг/кг [21].

Общий недостаток исследований. Большинство публикаций по пищевым продуктам не указывает точную долю карнозиновой кислоты в использованном экстракте. Дозировка из конкретной статьи относится исключительно к использованному образцу и не может напрямую переноситься на другой экстракт.

Жирорастворимый, водорастворимый или эфирное масло: какая форма?

Из розмарина получают три различных продукта с разными характеристиками.

Жирорастворимые экстракты часто реализуются в разведенном виде в пищевом масле. В сертификате должно быть указано, к чему относится заявленный процент: к самому экстракту или к раствору с носителем.

Выбор зависит от четырех факторов:

• Жировая или водная основа продукта? Карнозиновая кислота работает в жировой фазе. В эмульсиях ее поведение меняется (см. раздел «Поведение в рецептуре»).
• Требуется ли отсутствие запаха? Остатки эфирного масла могут придавать запах розмарина [7]. Для продуктов без запаха запрашиваются данные по содержанию летучих веществ.
• Требуемое количество. Дозировки в исследованиях варьируются в зависимости от матрицы. В колбасах использовалось 2 500 мг/кг экстракта [5], в говядине — от 800 до 1 600 мг/кг [20], в сухом молоке — 308 мг/кг смеси активных веществ [21], в термически обработанном рапсовом масле — от 200 до 700 мг/кг карнозиновой кислоты [17]. Предельно допустимые уровни пищевой добавки определяются категорией продукта и регламентами и рассчитываются по сумме карнозола и карнозиновой кислоты [23].
• Стоимость. Сравнение цен проводится в пересчете на килограмм карнозиновой кислоты, а не на килограмм экстракта. Если на 1 тонну масла требуется 500 мг/кг карнозиновой кислоты, то потребуется 14,3 кг экстракта с концентрацией 3,5 % или 7,1 кг экстракта с концентрацией 7,0 % [9], [10]. Цифры приведены для примера.

Почему розмарин при наличии синтетических антиоксидантов? В лабораторном тесте с восемью антиоксидантами все пять экстрактов розмарина превзошли синтетические аналоги [2]. В свиных колбасах экстракт розмарина показал эффективность на уровне смеси BHA/BHT, а в замороженном фарше — более высокую активность [5]. Значение имеют три фактора.

Первый фактор — область разрешенного применения. Допустимость использования антиоксиданта регулируется законодательством для каждой категории пищевой продукции. Экстракты розмарина разрешены как пищевая добавка с установленными максимальными уровнями по категориям [23]. Перечень категорий для синтетических антиоксидантов более ограничен. Основной вопрос заключается в том, разрешено ли вещество для конкретной категории продукции согласно действующим нормам.

Второй фактор — термостойкость. Карнозиновая кислота сохраняет защитные свойства при 180 °C [6]. Для фритюра и длительной термообработки это является технологическим отличием.

Третий фактор — сопутствующие компоненты. Присутствие карнозола усиливает действие [2], а совместное использование с альфа-токоферолом увеличивает продолжительность защиты [24]. В синтетических антиоксидантах такой синергизм отсутствует.

Маркировка «чистая этикетка» — еще один фактор. Экстракт розмарина указывается в составе под названием растения, знакомым потребителю. Решение принимается на основе комплекса этих факторов.

Как читать протокол анализа?

Метод. Карнозиновая кислота и карнозол определяются методом жидкостной хроматографии (ВЭЖХ/HPLC, метод разделения и количественного учета компонентов смеси) [25]. Название метода должно быть указано в сертификате.

Особенности анализа. Чистый карнозол в растворе разлагается в течение нескольких часов, тогда как чистая карнозиновая кислота сохраняет стабильность днями в зависимости от растворителя. Чистота раствора карнозола снизилась с 95 % до 70 % за 30 часов. В составе экстракта розмарина эти вещества оставались стабильными [25]. Заниженный результат анализа может быть следствием пробоподготовки, а не качества сырья.

Карнозиновая кислота и карнозол должны указываться отдельными строками. Суммарное значение необходимо для соответствия нормам, но раздельные строки дают информацию о качестве сырья. Поскольку карнозол является продуктом окисления карнозиновой кислоты, их соотношение указывает на температурную и окислительную историю экстракта [13].

«E392» не является названием одного вещества. Это номер европейского классификатора пищевых добавок для группы «экстракты розмарина». Сам номер не содержит сведений о типе экстракта, содержании карнозиновой кислоты или примененном растворителе. Эти параметры проверяются по сертификату.

Регламенты нормируют сумму, а не соотношение. Максимальные пределы E392 в пищевых продуктах выражаются как сумма карнозола и карнозиновой кислоты [23]. Методы контроля в готовой продукции также определяют эту сумму [26]. Две строки в сертификате решают разные задачи. Сумма относится к соответствию нормам и маркировке. Соотношение характеризует историю продукта и его антиоксидантное поведение. Экстракты розмарина прошли оценку в Европе в 2008 году [27]; в 2016 году JECFA установил временное допустимое суточное поступление на уровне от 0 до 0,3 мг/кг массы тела по сумме «карнозиновая кислота плюс карнозол» [23]. Статус продукта подтверждается документацией производителя.

Доля масла-носителя. Процентное содержание может быть указано на весь раствор или на чистый экстракт. Тип носителя и его доля должны быть зафиксированы в сертификате.

Строка розмариновой кислоты. В жирорастворимом экстракте розмариновая кислота практически отсутствует; она является основным компонентом водорастворимого экстракта [11]. Наличие этой строки в жирорастворимом продукте требует уточнения состава сырья.

Спецификация и протокол партии. Спецификация содержит гарантированные производителем параметры. Протокол анализа (CoA) отражает фактические значения конкретной партии. Лист технических данных (TDS) является общим документом.

Критерии качества

Остаточные растворители. Содержание остатков зависит от типа растворителя (этанол, гексан, ацетон или CO₂). Запрашиваются данные о применяемом растворителе и лимитах остаточных количеств.

Пигменты. Листья розмарина содержат хлорофилл и каротиноиды. Они переходят в экстракт и придают ему темный цвет. Показана возможность их отделения путем селективной экстракции [22].

Контроль сырья. Для растительного сырья проверяются протоколы на пестициды, микотоксины и тяжелые металлы.

Поведение в рецептуре

Масло или эмульсия. Карнозиновая кислота эффективна в масляной фазе. В эмульсиях масло-вода активность всех соединений розмарина ниже, чем в чистом масле. По мере приближения pH эмульсии к нейтральному действие карнозиновой кислоты и карнозола ослабевает [14]. В эмульсионных системах дозировка рассчитывается с учетом pH. В водную фазу вещество напрямую не вводится; требуется растворение в масле-носителе или эмульгирование.

Температурный фактор. Карнозиновая кислота сохраняет защитную функцию при 180 °C [6]. Защита сопровождается ее расходом: в этанольном растворе распад ускорялся при нагреве, а в смеси соединений карнозиновая кислота расходовалась, поддерживая уровень карнозола [13]. При длительной термической обработке начальная дозировка рассчитывается с запасом на термический распад.

Хранение. Скорость деградации возрастает с повышением температуры, а свет вызывает образование вторичных продуктов распада [13]. Вскрытая упаковка хранится в прохладном месте, в герметичной таре, без доступа света. Со временем доля карнозола в экстракте естественным образом увеличивается.

Синергизм. В сардиновом жире совместное введение экстракта розмарина (0,02 %) и альфа-токоферола (0,05 %) продлило стабильность на 5 дней дольше, чем их раздельное применение, показав результат, сравнимый с BHA [24].

Прооксидантный эффект. В некоторых модельных тестах данные соединения проявляли свойства прооксидантов. В частности, карнозол и карнозиновая кислота увеличивали повреждение ДНК в одной тест-системе, одновременно связывая свободные радикалы в другой [3]. Эти эффекты зафиксированы в модельных лабораторных экспериментах, а не в пищевых матрицах.

Безопасность и маркировка. При работе с экстрактом соблюдаются требования паспорта безопасности (SDS). Наименование и код добавки для маркировки определяются категорией продукции и требованиями технических регламентов.