Karagen (także: karagenina, CGN; ) – grupa siarczanowanych polisacharydów (galaktanów) pozyskiwanych z czerwonych krasnorostów, m.in. z rodzaju Chondrus oraz Eucheuma i Kappaphycus. W roztworach wodnych pełni rolę (zagęstnika, stabilizatora i środka żelującego), dlatego znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym oraz w wyrobach medycznych. W Unii Europejskiej karagen jest dopuszczony jako dodatek do żywności o symbolu E407 (a przetworzone wodorosty Eucheuma – E407a).
W języku polskim określenie karagen bywa używane zarówno w odniesieniu do surowca z Chondrus crispus (tzw. mchu irlandzkiego), wykorzystywanego tradycyjnie ze względu na zawartość karagenin, jak i jako nazwa skrótowa dla dodatku otrzymywanego z czerwonych wodorostów.
Nazwa karagenina (liczba mnoga: karageniny) odnosi się ściślej do wyizolowanych polisacharydów (m.in. κ-, ι- i λ-karagenu; ) pozyskiwanych z czerwonych wodorostów i wykorzystywanych m.in. jako substancje zagęszczające i żelujące.
Historia Czerwone wodorosty zbierano i wykorzystywano jako żywność od dawna (w źródłach wskazuje się m.in. wzmianki historyczne z Chin oraz tradycje kulinarne w Irlandii), natomiast produkcja i zastosowania przemysłowe karagenu rozwinęły się na większą skalę w XX wieku.
Właściwości i rodzaje Karageniny są liniowymi polisacharydami zbudowanymi z jednostek galaktozy i zawierają liczne grupy siarczanowe, co wpływa na ich właściwości reologiczne i zdolność do tworzenia żeli. W praktyce technologicznej wyróżnia się kilka głównych frakcji (m.in. κ-, ι- i λ-karagen), różniących się stopniem siarczanowania i zachowaniem w układach wodnych, np. zdolnością do żelowania oraz wrażliwością na obecność jonów.
W uproszczeniu frakcje kappa (κ-karagen) i iota (ι-karagen) wiąże się głównie z żelowaniem (zależnym m.in. od rodzaju i stężenia jonów, np. potasu lub wapnia), natomiast lambda (λ-karagen) opisuje się częściej jako zagęstnik zwiększający lepkość roztworu, bez tworzenia typowego żelu.
Zastosowanie Karagen jest wykorzystywany w przemyśle spożywczym jako substancja zagęszczająca i stabilizująca zawiesiny oraz emulsje (m.in. w napojach i produktach mlecznych, deserach, sosach, wyrobach mięsnych, a także w produktach roślinnych imitujących nabiał), a także jako czynnik w wyrobach o zmniejszonej zawartości cukru. Roztwory zawierające wystarczająco wysokie stężenia karageniny mogą po oziębieniu tworzyć żele, które po ogrzaniu przechodzą w stan płynny.
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 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.
Pozyskiwanie thumb|Chrząstnica kędzierzawa (Chondrus crispus – jedno ze źródeł surowca) Karageniny są pozyskiwane z czerwonych krasnorostów (wodorostów). Większość karagenu przemysłowego otrzymuje się obecnie z () oraz Eucheuma spinosum (). Historycznie „oryginalnym” źródłem był Chondrus crispus (dziś wykorzystywany w ograniczonym stopniu), a jako surowce dla określonych typów karagenin wskazuje się też m.in. oraz niektóre gatunki południowoamerykańskie (np. Gigartina skottsbergii, Sarcothalia crispata, Mazzaella laminaroides). mały|alt=Plantacja wodorostów Euchema, Filipiny|Plantacja wodorostów z gatunku Euchema, Filipiny Wyróżnia się dwa główne podejścia wytwarzania: wytwarzanie karagenu rafinowanego (E407), w którym polisacharyd jest ekstrahowany do roztworu, a następnie odzyskiwany jako surowiec o wysokiej czystości; wytwarzanie produktów półrafinowanych, w których karagen pozostaje w „macierzy” glonu (w UE jako E407a oraz w praktyce przemysłowej jako karagen półrafinowany).
Podkreśla się zwykle sekwencję etapów: sortowanie i mycie surowca, ekstrakcję lub obróbkę alkaliczną w gorącym roztworze zasadowym, klarowanie (dla wariantu ekstrakcyjnego), wytrącanie (alkoholem lub solami), odwadnianie, suszenie i rozdrabnianie (mielenie).
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).
Bezpieczeństwo i wpływ na zdrowie Karagen spożywczy a poligeenan (karagen zdegradowany) Rozróżnia się karagen spożywczy (wysokocząsteczkowy) i tzw. (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 ; 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.