Karagen

Przykłady funkcji technologicznych i produktów

W opisach technologicznych i popularnonaukowych karagen wskazuje się jako składnik stosowany do kształtowania konsystencji i tekstury (np. ograniczania rozwarstwiania się fazy wodnej i tłuszczowej), stabilizowania zawiesin (np. w napojach kakaowych) oraz modyfikowania tekstury wybranych produktów mrożonych podczas przechowywania.

Jako przykłady produktów, w których bywa stosowany, podaje się m.in. śmietankę i przetwory mleczne, desery mleczne (np. budynie), serki do smarowania, lody, a także wybrane przetwory mięsne i mięso paczkowane oraz wyroby cukiernicze (np. batony).

W praktyce technologicznej karagen bywa łączony z innymi hydrokoloidami(inne języki) i dodatkami w celu uzyskania oczekiwanej struktury, np. z mączką chleba świętojańskiego (E410), gumą guar (E412), pektynami (E440) lub cytrynianami (E331).

Karageniny są stosowane również w przemyśle farmaceutycznym jako środki śluzowe, powlekające i osłaniające, a także jako emulgatory i substancje spęczniające w preparatyce farmaceutycznej. Zawarte w wysuszonych plechach karageniny były opisywane jako surowiec pomocniczy m.in. w chorobie wrzodowej.

Zastosowania poza żywnością

W przeglądach naukowych wskazuje się, że – ze względu na właściwości żelujące i zagęszczające – materiały na bazie karagenu są badane i wykorzystywane także poza żywnością, m.in. w obszarach farmaceutycznych i biomedycznych (np. jako komponenty układów dostarczania leków lub materiałów opatrunkowych), a także w produktach kosmetycznych.

Karagen rafinowany (E407)

W metodzie ekstrakcyjnej surowiec (glony) najpierw się płucze, aby usunąć m.in. piasek, sole i zanieczyszczenia, a następnie ogrzewa w wodzie z dodatkiem zasady (np. wodorotlenku sodu). Zabieg ten stosuje się m.in. w celu poprawy właściwości żelujących gotowego produktu. Po ekstrakcji część nierozpuszczalna jest oddzielana (np. przez wirowanie lub filtrację), a roztwór bywa dodatkowo doczyszczany i zagęszczany przed etapem odzysku karagenu.

Odzysk karagenu z roztworu może przebiegać różnymi drogami (w zależności od technologii i rodzaju karagenu), m.in. przez strącanie alkoholem, suszenie bębnowe lub strącanie w roztworze chlorku potasu połączone z etapem zamrażania. W praktycznych opisach procesu podkreśla się m.in. wariant alkoholowy (np. z izopropanolem): po wytrąceniu karagen tworzy włóknisty osad, który oddziela się, odwadnia (prasowanie), dodatkowo przemywa alkoholem, a następnie suszy i mieli do postaci proszku. Dla karagenu typu kappa opisywana jest też metoda „żelowa” z użyciem soli potasu (np. chlorku potasu): roztwór karagenu żeluje, a następnie żel jest odwadniany (np. przez prasowanie lub cykl zamrażanie–rozmrażanie), po czym materiał się suszy i rozdrabnia.

Karagen półrafinowany i przetworzone wodorosty Eucheuma (E407a)

W produkcji karagenu półrafinowanego karagen pozostaje w tkankach glonu. Wodorosty poddaje się obróbce w gorącym roztworze zasadowym (np. wodorotlenku potasu), co ogranicza rozpuszczanie karagenu, a jednocześnie umożliwia wypłukanie składników rozpuszczalnych. Następnie surowiec jest kilkukrotnie płukany, aby usunąć pozostałości zasady i inne wypłukiwane składniki, po czym jest suszony i rozdrabniany (mielenie) do postaci proszku lub „chipsów” surowcowych. W odróżnieniu od E407 (ekstraktu), w wariantach półrafinowanych karagen pozostaje w tkankach glonu, a w produkcie końcowym pozostaje też m.in. celuloza.

Opisywane są także modyfikacje procesu prowadzące do uzyskania jakości spożywczej (np. tzw. processed Eucheuma seaweed): po obróbce alkalicznej i płukaniu materiał może być dodatkowo rozdrabniany i odbarwiany (bielenie), a następnie suszony w warunkach ograniczających wtórne zanieczyszczenie mikrobiologiczne. W razie potrzeby stosuje się dodatkowe zabiegi obniżające liczebność drobnoustrojów (np. krótką obróbkę parą lub przemywanie alkoholem z późniejszym odzyskiem rozpuszczalnika).

Karagen spożywczy a poligeenan (karagen zdegradowany)

Rozróżnia się karagen spożywczy (wysokocząsteczkowy) i tzw. karagen zdegradowany(inne języki) (poligeenan) – materiał o znacznie mniejszej masie cząsteczkowej, otrzymywany w warunkach silniejszej degradacji (m.in. kwaśnej) i niewykorzystywany jako dodatek do żywności. Część wyników badań, w których obserwowano działanie prozapalne w przewodzie pokarmowym, dotyczyła materiału o obniżonej masie cząsteczkowej lub ekspozycji odbiegającej od typowego spożycia z dietą. W publikacjach popularnonaukowych zwraca się uwagę, że część kontrowersji w odbiorze społecznym wiąże się z myleniem karagenu spożywczego z poligeenanem.

Karagen w przewodzie pokarmowym

Z danych dotyczących ADME (wchłanianie, dystrybucja, metabolizm i wydalanie) wynika, że wysokocząsteczkowy karagen (typowy dla dodatku do żywności) nie jest wchłaniany w dostarczonej postaci, czyli organizm nie traktuje go jak składnika odżywczego. W żywności pełni przede wszystkim rolę składnika strukturotwórczego (wpływającego na teksturę i wilgotność). EFSA zwracał też uwagę, że część doświadczeń in vivo, w których karagen podawano zwierzętom w wodzie do picia, ma ograniczoną przydatność do praktycznej oceny narażenia, ponieważ karagen zwykle współwystępuje w żywności i może wiązać się z białkami (jest składnikiem struktury produktu, a nie „czystym roztworem” używanym w doświadczeniach).

W praktyce bezpieczeństwo karagenu wiąże się z jego masą cząsteczkową (w uproszczeniu: „długością łańcucha” polisacharydu). Im większa masa cząsteczkowa, tym trudniej takiej cząsteczce przenikać przez barierę jelitową(inne języki); natomiast krótsze fragmenty (frakcja niskocząsteczkowa) mogą zachowywać się inaczej i potencjalnie łatwiej wchodzić w kontakt z nabłonkiem jelitowym. W reewaluacji z 2018 roku EFSA odnotowano, że w badaniach na zwierzętach wysokocząsteczkowy karagen jako taki nie był wchłaniany, natomiast po podaniu materiału o znacznie niższej masie cząsteczkowej wykrywano go w tkankach, co podkreśla znaczenie kontrolowania udziału frakcji niskocząsteczkowej w preparatach.

Z tego powodu w specyfikacji dla dodatku E407 w UE wprowadzono limit: udział frakcji o masie cząsteczkowej poniżej 50 kDa nie powinien przekraczać 5%. EFSA wskazał jednocześnie na potrzebę dalszego precyzowania specyfikacji i metod oznaczania tej frakcji (m.in. ze względu na ograniczenia dostępnych metod analitycznych i brak pewności, czy każda partia surowca faktycznie spełnia ten warunek). W 2018 roku zwrócono ponadto uwagę na braki w wiedzy o „losie” karagenu w przewodzie pokarmowym (np. w jakim stopniu może dochodzić do jego rozpadu na krótsze fragmenty w procesie trawienia i w jaki sposób wpływa to na kontakt z nabłonkiem jelitowym). Ten aspekt jest jednym z elementów kontrowersji wokół dodatku.

Dane z badań u ludzi i kontrowersje

Dane z badań u ludzi są ograniczone i obejmują przede wszystkim małe próby kliniczne oraz badania krótkotrwałe, dlatego ich wyniki bywają interpretowane ostrożnie, zwłaszcza w odniesieniu do populacji ogólnej.

W badaniu klinicznym u osób z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego w remisji oceniano, czy ekspozycja na karagen (podawany w kapsułkach) może wpływać na ryzyko ponownego zaostrzenia choroby, przy równoczesnym stosowaniu diety bez karagenu. W porównaniu z placebo podawanie kapsułek z karagenem wiązano z szybszym nawrotem aktywności choroby, co autorzy interpretowali jako sygnał możliwej niekorzystnej reakcji u części osób z wrzodziejącym zapaleniem jelita grubego, wymagający jednak potwierdzenia w większych badaniach.

W innym badaniu – podwójnie ślepym badaniu cross-over – u zdrowych mężczyzn oceniano, czy dwutygodniowa suplementacja karagenem (250 mg dwa razy dziennie) wpływa na insulinooporność i parametry związane z barierą jelitową, w porównaniu z placebo (każdy uczestnik otrzymywał oba warianty w dwóch różnych okresach). W całej badanej grupie nie wykazano jednoznacznej różnicy w głównych miarach wrażliwości na insulinę między okresem karagenu i placebo, natomiast odnotowano sygnał pogorszenia wskaźników przepuszczalności jelit po okresie z karagenem. Autorzy opisali też analizy uzupełniające sugerujące, że ewentualne niekorzystne zmiany (w tym markery zapalne i wskaźniki związane z gospodarką glukozową) mogły być wyraźniejsze u osób z wyższym BMI. Wskazywali jednak na ograniczenia badania (mała liczebność, krótki czas ekspozycji, jedna populacja – zdrowi mężczyźni) i potrzebę dalszych badań, zanim będzie można ocenić znaczenie kliniczne tych obserwacji.

Oceny instytucji ds. bezpieczeństwa żywności

W 2018 r. EFSA (instytucja UE zajmująca się bezpieczeństwem żywności) ocenił, że dostępne dane nie wskazują, aby karagen uszkadzał DNA (czyli działał genotoksycznie). Jednocześnie EFSA zaznaczył, że dotychczasowy „bezpieczny poziom” dziennego spożycia (ADI) 75 mg na kilogram masy ciała należy traktować jako tymczasowy. Wskazano na potrzebę dodatkowych danych, m.in. o tym, jaka część karagenu może mieć postać frakcji niskocząsteczkowej oraz jak wiarygodnie ją oznaczać w ramach kontroli jakości. EFSA zwrócił też uwagę, że stosowanie tych dodatków w żywieniu niemowląt młodszych niż 12 tygodni wymaga osobnej oceny, ponieważ standardowe podejście do oceny ryzyka może nie być w tej grupie w pełni adekwatne.

W ocenach JECFA(inne języki) (wspólnego zespołu ekspertów FAO/WHO) z 2007 roku dla karagenu oznaczono ADI jako nieokreślone („not specified”), co w praktyce oznacza, że przy typowych zastosowaniach technologicznych w żywności nie wyznaczono liczbowej wartości granicznej zawartości. W późniejszej ocenie (z 2014 roku) JECFA stwierdzono, że stosowanie karagenu w mieszankach dla niemowląt lub w preparatach do żywienia w szczególnych wskazaniach medycznych na poziomie niższym niż 1000 mg/l nie budzi obaw. Zaznaczono, że preparaty do żywienia w szczególnych wskazaniach medycznych mogą być stosowane u niemowląt o zróżnicowanych potrzebach klinicznych, a niemowlęta korzystające z takich formuł są zwykle pod nadzorem medycznym. JECFA odnotował także, że przy wyższych stężeniach karagenu mieszanka staje się bardzo lepka, co może niekorzystnie wpływać na przyswajanie danego produktu i przyrost masy ciała.

W Stanach Zjednoczonych karagen i jego sole są wymienione w przepisach jako dodatki dopuszczone do stosowania w żywności przy zachowaniu określonych warunków użycia, tj. jako emulgator, stabilizator lub zagęstnik w minimalnej ilości niezbędnej do uzyskania efektu technologicznego, z wyłączeniem żywności standaryzowanej, której „standard tożsamości” (standard of identity(inne języki)) nie przewiduje takiego dodatku. Przepisy wskazują też wymagania definicyjne i jakościowe (m.in. że karagen jest rafinowanym hydrokoloidem ekstrahowanym wodą z określonych krasnorostów oraz że ma określony zakres zawartości grup siarczanowych). Wymagają również odpowiedniego oznakowania dodatku (np. jako „carrageenan”, a w przypadku soli – jako „sodium/potassium/ammonium/calcium carrageenan”, zależnie od dominującej soli).