Патент на изобретение №2285708

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАТУРАЛЬНОГО ПИЩЕВОГО КРАСИТЕЛЯ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ И НАТУРАЛЬНЫЙ ПИЩЕВОЙ КРАСИТЕЛЬ, ПОЛУЧЕННЫЙ ПО ЭТОМУ СПОСОБУ

(57) Реферат:

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ получения натурального пищевого красителя из растительного сырья заключается в том, что предварительно подготовленное измельченное сырье подвергают обработке ультразвуком в течение 3-7 минут при интенсивности ультразвука 0,3 Вт/см², затем сырье обрабатывают 0,001-0,01% раствором ферментного препарата гидролитического действия при температуре 35-55°С в течение 20-35 минут при соотношении сырья и раствора ферментного препарата 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество. По истечении времени гидролиза ферменты инактивируют, из полученного гидролизата экстрагируют красящие вещества 40-80% растворами этанола в течение 60-80 минут при температуре 40-50°С при соотношении предобработанного сырья и экстрагирующего агента 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество. Полученный раствор стабилизируют Гипоксеном в количестве 0,0001-0,0005% и аскорбиновой кислотой в количестве 0,001%-0,01% от количества сухих веществ в полученном фильтрате и концентрируют до содержания сухих веществ 65-80%. Изобретение позволяет повысить выход, улучшить качество получаемого пищевого красителя, эффективно использовать отходы растительного сырья, проводить экологически чистый процесс получения красителя при упрощении его технологии. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к способам получения пищевых добавок, а именно натуральных пищевых красителей из отходов растительного сырья.

Внешний вид и цвет пищевых продуктов наряду с вкусовыми свойствами являются основными показателями их качества. Поэтому окрашивание пищевых продуктов – кондитерских, ликеро-наливочных изделий, безалкогольных напитков, фруктово-ягодных вод, пищевых концентратов, муссов, киселей и т.п. – широко распространено и предусмотрено соответствующей нормативно-технической документацией. Для сохранения, улучшения или придания определенного внешнего вида и цвета продуктам питания используют пищевые красители. Различают натуральные красители (пигменты, выделенные из природных объектов) и синтетические (химически синтезированные вещества высокой степени очистки). Издавна для окрашивания пищевых продуктов применяли натуральные растительные пигменты. Помимо красящих пигментов натуральные красители, как правило, в своем составе содержат целый комплекс БАВ: витамины, органические кислоты, ароматические вещества, микроэлементы. Таким образом, улучшая внешний вид, повышается и пищевая ценность изделий. Будучи выделенными из природного пищевого сырья, натуральные красители имеют благоприятные токсикогигиенические характеристики.

Природные красящие вещества (ПКВ) являются сложными органическими соединениями, вырабатываются живыми организмами и окрашивают различные клетки и ткани животных и растений. Большинство ПВК обладают значительной физиологической и антибиотической активностью. Их часто применяют в качестве лечебных средств. Рост аллергических и онкологических заболеваний, вызванный загрязнением окружающей среды, привел к необходимости расширения производства безвредных натуральных пищевых красителей.

Производство натуральных красителей в настоящее время не удовлетворяет потребностям рынка ни по количеству, ни по ассортименту. Эта проблема решается частично за счет синтетических красителей. Поэтому совершенствование существующих технологии натуральных красителей является важной задачей современности.

К пищевым красителям предъявляются жесткие требования с точки зрения их безвредности, отсутствия взаимодействия с компонента рецептур пищевых продуктов, прочности окраски, высокой степени окрашивания при малых концентрациях красителя, способности растворяться в воде или жирах, а также равномерного распределения в массе пищевых продуктов, отсутствия посторонних вкусов и запахов.

Известно свыше 2000 различных растений, содержащих красящие вещества, но практическое применение из них нашли немногие, в основном принадлежащие к семействам бобовых, сложноцветовых, тутовых, мареновых.

Известно, что степень извлечения красящих веществ из растительного сырья зависит от многих факторов: его биохимического состава, степени измельчения, природы экстрагента и условий экстракции.

Известны различные способы получения антоциановых красителей из растительного сырья, заключающиеся в обработке растительного сырья, в качестве которого используют выжимки черноплодной рябины (патент РФ №2008314), свеклу (патент РФ №2081136), виноградные отходы (патент США №3963700), морковь (патент США №4939086) чернику, черную смородину и другие ягоды (патент Чехии №292834), сок красного картофеля (патент США №6180154), лепестки шток-розы розовой или дробленую краснокочаную капусту, водными растворами кислоты и/или спирта, отделении экстракта, концентрировании и получении готового продукта. Из подсолнечника путем обработки растворами органических кислот, сепарации экстракта и концентрирования получают красный натуральный стойкий к свету и температурам антоциановый краситель, который с успехом используется в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности (патент США №6132791).

Также известен способ получения антоцианового красителя из отходов пищевого сырья, например вишни, сливы, винограда, в котором из первичного солянокислого экстракта после нейтрализации красящие вещества осаждают гашеной известью, после чего осадок отпрессовывают и растворяют концентрированной соляной кислотой (авторское свидетельство СССР №218358).

Известен способ получения антоцианового пищевого красителя из высушенных выжимок черноплодной рябины путем дробления сырья, обработки уксусным альдегидом, содержащим 0,5-10 мас.ч. концентрированной ортофосфорной кислоты от реакционной среды, фильтрации, сушки и экстракции красящих веществ подогретым этиловым спиртом, подкисленным масляной кислотой, и отделения органического слоя от сырья (патент РФ №2099371).

Известен антоциановый краситель из растительного сырья, содержащий гликозиды цианидина, гликозиды пионидина, гликозиды пеларгонидина, органические вещества и минеральные соли при определенном соотношении компонентов (патент РФ №2177015). Такой пищевой краситель сохраняет естественный красный цвет при воздействии среды рН от 2,0 до 7,0, при всех обработках: замораживании, кипячении, облучении прямым солнечным светом.

Известен способ получения пигментной добавки из растительного сырья (зелени петрушки). Высушенную зелень петрушки измельчают, затем экстрагируют в условиях противотока 96%-м спитром при соотношении сырья и экстрагента 1:2-1:4 в течение не более 40 минут в присутствии MgCO₃ или MgO, или их смеси 0,1-1,0% от количества сырья при 10-22°С. Экстракт фильтруют, собирают в общую емкость, производят отгонку растворителя и сгущают при температуре не выше 40°С и остаточном давлении не более 1333 Па в течение 1 часа. Сушат до содержания сухих веществ 78-80% (патент РФ №2154075).

Известен способ получения пищевого зеленого красителя из ботвы моркови путем экстрагирования сырья органическим растворителем, омыления щелочью, подкисления, стабилизации красителя, перевода в водорастворимую форму и последующей сушки (авт.св. 266117, С 09 В 61/00, СССР № 1307201/28-13).

Однако недостатками известных способов являются использование в технологической цепи непищевых химических веществ, что делает в дальнейшем применение красителя небезвредным, а также неоправданная трудоемкость технологического процесса.

Красящие вещества обычно выделяют из различных частей растений, окраска которых обусловлена присутствием в них антоцианов, каротиноидов, флавоноидов, хлорофиллов и др.

Качество натуральных красителей во многом зависит от условий, в которых развивались растения (климат, почва и т.д.). Оказывает влияние на него также технология извлечения красителя из сырья.

В настоящее время технологические приемы выделения натуральных пищевых красителей все больше совершенствуются. Сырье подвергают предварительной заморозке, сушке, проводят обработку паром. Для экстракции красителей используют новейшие технологии, в частности мембраны. Увеличение выхода красящих веществ можно достичь также обработкой растительных тканей гидролитическими ферментными препаратами.

Также известен способ получения пищевого пастообразного красителя из свекольных выжимок: после отделения сока выжимки экстрагируют водой при температуре 70-80°С, затем полученный экстракт и свекольный сок смешивают и полученную смесь фильтруют, стабилизатор вводят в полученную смесь с последующим мгновенным нагревом до 80°С и охлаждением до 30°С, в охлажденный сок вводят дрожжи в количестве 0,1% и сбраживают, после этого проводят сгущение при температуре не выше 60°С (патент РФ №2031100).

Также известен способ получения порошкообразного пищевого красителя из свеклы путем измельчения, прессования, стабилизация сока аскорбиновой кислотой, пастеризации, охлаждения до температуры 20-22°С, внесения хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae в количестве 0,03-0,07% к массе сока, сбраживания, фильтрации и сушки на инертных носителях (патент РФ №2102418).

Недостатками известных способов являются: невысокое качество продуктов, невысокая термоустойчивость, несовершенство технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения натурального пищевого антоцианового красителя из отходов кукурузы, которые предварительно высушены и измельчены, а затем проэкстрагированны смесью водных растворов соляной и лимонной кислот в поле ультразвуковых колебаний (патент РФ №2158743). Согласно известному способу полученный продукт фильтруют и концентрируют в вакууме с получением пищевого антоцианового красителя. Подготовку сырья к экстракции проводят путем настаивания измельченного сырья в растворе экстрагента в течение 6-8 ч при температуре 35-40°С. При этом экстрагирование проводят путем последовательной переработки трех партий растительного сырья с последующим удалением отработанного сырья и добавлением в полученный экстракт новой партии растительного сырья, а длительность переработки каждой партии при экстракции составляет 30-40 мин при температуре 35-40°С.

Известным способом можно получить пищевой краситель, но недостаточно высокого качества из-за использования кислотного экстрагента. Кроме того, недостатком известного способа является его длительность и необходимость постоянного контроля температурного режима.

Задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса экстракции красящих веществ из растительного сырья свеклы, цитрусовых, черноплодной рябины и отходов их переработки, а также крапивы, а также стабилизация полученных красителей.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение выхода за счет разрушения полисахаридов клеточных стенок сырья ферментным препаратом, например Целловиридином или Лизофунгином [1], повышение стабильности полученного пищевого красителя за счет использования для стабилизации Гипоксена [2] и аскорбиновой кислоты, эффективное использование отходов переработки свеклы, черноплодной рябины, цитрусовых, а также крапивы, ведение экологически чистого процесса получения красителя при упрощении его технологии.

Эта задача решается тем, что объект изобретения – способ получения натурального пищевого красителя из растительного сырья, включающий измельчение растительного сырья, его подготовку, экстракцию, фильтрацию раствора и концентрирование полученного фильтрата, заключается в том, что измельченное растительное сырье сначала обрабатывают ультразвуком в течение 3-7 мин при интенсивности ультразвука 0,3 Вт/см², а затем обрабатывают 0,001-0,01% раствором ферментного препарата гидролитического действия при температуре 35-55°С в течение 20-35 мин при соотношении сырья и раствора ферментного препарата 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, по истечении времени гидролиза фермент инактивируют, а экстракции подвергают полученный гидролизат, который экстрагируют 40-80% раствором этанола в течение 60-80 мин при температуре 40-50°С и соотношении гидролизата и раствора этанола 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, причем полученный фильтрат стабилизируют Гипоксеном в количестве 0,001-0,01% от количества сухих веществ в фильтрате, концентрирование осуществляют до содержания сухих веществ 65-80%.

Использование в настоящем изобретении в качестве растительного сырья свеклы, черноплодной рябины, цитрусовых, крапивы и отходов их переработки обусловлено наличием большого количества биологически активных веществ, в частности антоцианов, каротиноидов, хлорофиллов. Использование в качестве источника красящих веществ отходов растительного сырья приобретает особое значение при получении пищевых натуральных красителей и создании безотходного производства. Процесс сушки сырья обеспечивает возможность его длительного хранения, что в дальнейшем обеспечивает круглогодичное производство натуральных красителей.

Использование в настоящем изобретении в качестве гидролизующих агентов ферментных препаратов гемицеллюлазы и целлюлазы, позволяет создать оптимальные условия, способствующие разрушению целлюлозно-гемицеллюлозных связей и высвобождению из разрушенных клеток сырья красящих веществ. Внесение гидролизующего агента именно в количестве 0,001-0,01% в пересчете на абсолютно сухое вещество обеспечивает более полное разрушение целлюлозно-гемицеллюлозного комплекса в течение 20-35 минут. По окончании процесса гидролиза ферменты могут инактивировать любым известным способом, например, охлаждением или нагреванием.

Использование в настоящем изобретении растворов Гипоксена в количестве 0,0001-0,0005% и аскорбиновой кислоты в количестве 0,001% -0,001% от количества сухих веществ в полученном фильтрате позволяет добиться высокой устойчивости к воздействию света и термостабильности полученных красителей.

Способ осуществляется следующим образом. Растительное сырье, например свекла, черноплодная рябина, цитрусовые, крапива, и отходов их переработки, измельчают до размеров частиц 2,0-2,5 мм. Затем подвергают обработке ультразвуком в течение 3-7 минут при интенсивности ультразвука 0,3 Вт/см², после чего гидролизуют 0,001-0,01% раствором ферментного препарата гидролитического действия, например Целловиридином или Лизофунгином, при температуре 35-55°С в течение 20-35 минут при соотношении сырья и раствора ферментного препарата 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, ферменты инактивируют кипячением в течение 5 мин или добавление аскорбиновой кислоты в количестве, необходимом для создания рН 3 [3], из полученного гидролизата экстрагируют красящие вещества 40-80% растворами этанола в течение 60-80 минут при температуре 40-50°С при соотношении предобработанного сырья и экстагирующего агента 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, фильтруют полученный раствор, стабилизируют препаратом полифенольной природы Гипоксен в количестве 0,0001-0,0005% и аскорбиновой кислотой в количестве 0,001% – 0,01% от количества сухих веществ в полученном фильтрате, концентрируют на вакуум-выпарной установке при температуре 50-70°С до содержания сухих веществ 65-80%.

Пример 1.

Свеклу или отходы ее переработки измельчают до размеров частиц 2,0 мм и обрабатывают ультразвуком в течение 4 минут при интенсивности ультразвука 0,3 Вт/см². Подготовленное таким образом сырье обрабатывают 0,001% раствором ферментного препарата гидролитического действия, например Целловиридином, при температуре 35°С в течение 30 минут и соотношении сырья и раствора ферментного препарата 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество. По истечении времени гидролиза ферменты инактивируют кипячением в течение 5 мин, и проводят экстракцию полученного гидролизата 40% растворами этанола в течение 60 минут при температуре 40°С и соотношении предобработанного сырья и экстагирующего агента 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, и проводят фильтрацию полученного раствора. В полученный фильтрат в качестве стабилизатора добавляют Гипоксен в количестве 0,0005% и аскорбиновую кислоту в количестве 0,01% от количества сухих веществ в полученном фильтрате. Полученный раствор концентрируют до содержания сухих веществ 65%. Полученный концентрат содержит 6,5% красящих веществ и позволяет добиться от бледно-розовой до насыщенно красной окраски пищевых продуктов.

Пример 2.

Черноплодную рябину или отходы ее переработки обрабатывают аналогично примеру 1. В полученный фильтрат в качестве стабилизатора добавляют Гипоксен в количестве 0,0005% и аскорбиновую кислоту в количестве 0,005% от количества сухих веществ в полученном фильтрате. Полученный раствор концентрируют до содержания сухих веществ 75%. Полученный концентрат содержит 6,5% красящих веществ и позволяет добиться от бледно-розовой до насыщенно-красной окраски пищевых продуктов.

Пример 3.

Отходы переработки цитрусовых измельчают до размеров частиц 2,0 мм, обрабатывают ультразвуком в течение 4 минут при интенсивности ультразвука 0,3 Вт/см². Подготовленное таким образом сырье обрабатывают 0,01% раствором ферментного препарата Лизофунгина при температуре 45°С в течение 20 минут и соотношении сырья и раствора ферментного препарата 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество. По истечении времени гидролиза ферменты инактивируют внесением аскорбиновой кислоты до создания рН 3 и проводят экстракцию полученного гидролизата 55% растворами этанола в течение 70 минут при температуре 45°С и соотношении предобработанного сырья и экстагирующего агента 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, и проводят фильтрацию полученного раствора. В полученный фильтрат в качестве стабилизатора добавляют Гипоксен в количестве 0,0001% от количества сухих веществ в полученном фильтрате. Полученный раствор концентрируют до содержания сухих веществ 75%. Полученный концентрат содержит 6,0% красящих веществ и позволяет добиться от бледно-желтой до насыщенно желтой окраски пищевых продуктов.

Пример 4.

Крапиву измельчают до размеров частиц 2,5 мм сырье, обрабатывают ультразвуком в течение 7 минут при интенсивности ультразвука 0,3 Вт/см². Подготовленное таким образом сырье обрабатывают 0,008% раствором ферментного препарата гидролитического действия, например Целловиридином, при температуре 55°С в течение 35 минут и соотношении сырья и раствора ферментного препарата 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество. По истечении времени гидролиза ферменты инактивируют кипячением в течение 5 мин и проводят экстракцию полученного гидролизата 80% растворами этанола в течение 80 минут при температуре 50°С и соотношении предобработанного сырья и экстагирующего агента 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, и проводят фильтрацию полученного раствора. В полученный фильтрат в качестве стабилизатора добавляют Гипоксен в количестве 0,0002% и аскорбиновую кислоту в количестве 0,001% от количества сухих веществ в полученном фильтрате. Полученный раствор концентрируют до содержания сухих веществ 80%. Полученный концентрат содержит 6,0% красящих веществ и позволяет добиться от бледно-зеленой до насыщенно зеленой окраски пищевых продуктов.

Увеличение выхода красящих веществ при обработке ферментным препаратом представлено в табл.1

Характеристика красителей представлена в табл.2-4. Полученные натуральные пищевые красители были опробованы в кондитерском производстве, а именно при приготовлении желейного мармелада.

Рецептура приготовления мармелада приведена в таблице 5.

Органолептическая оценка полученных кондитерских изделий приведена в таблице 6.

Таблица 3
Некоторые БАВ концентратов красителей
Показатели	Красители по видам использованного сырья
	отходы переработки свеклы	выжимки черноплодной рябины	цедра цитрусовых	крапива
Белок, %	1,7	1,3	1,4	1,8
РВ, %	43,4	47,3	43,8	41,8
Фенольные вещества, %	3,2	4,1	1,2	0,7
Витамин С, мг/100 г	14,0	16,0	23,2	18,7
-каротин, мг/100 г	6,4	2,4	27,2	7,6
Витамин РР, мг/100 г	0,5	0,7	0,9	1.4

Использование предлагаемого способа позволит получать экологически чистые натуральные пищевые красители из различного растительного сырья и отходов его переработки, а также эффективно использовать отходы переработки свеклы, черноплодной рябины, цитрусовых, а также крапиву.

Литература

Формула изобретения

1. Способ получения натурального пищевого красителя из растительного сырья, включающий измельчение растительного сырья, его подготовку, экстракцию, фильтрацию раствора и концентрирование полученного фильтрата, отличающийся тем, что измельченное растительное сырье сначала обрабатывают ультразвуком в течение 3-7 мин. при интенсивности ультразвука 0,3 Вт/см², а затем обрабатывают 0,001-0,01% раствором ферментного препарата гидролитического действия при температуре 35-55°С в течение 20-35 мин. при соотношении сырья и раствора ферментного препарата 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, по истечении времени гидролиза фермент инактивируют, а экстракции подвергают полученный гидролизат, который экстрагируют 40-80% раствором этанола в течение 60-80 мин. при температуре 40-50°С и соотношении гидролизата и раствора этанола 1:10 в пересчете на абсолютно сухое вещество, причем полученный фильтрат стабилизируют Гипоксеном в количестве 0,0001-0,0005% и аскорбиновой кислотой в количестве 0,001-0,01% от количества сухих веществ в фильтрате, концентрирование до содержания сухих веществ 65-80%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растительного сырья используют отходы переработки свеклы – очистки и шрот, отходы переработки черноплодной рябины – выжимки, отходы цитрусовых – цедра апельсинов, мандаринов, грейпфрутов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовка сырья включает измельчение до размеров частиц 2,0-2,5 мм.

4. Натуральный пищевой краситель, отличающийся тем, что он получен по способу по любому из пп.1-3.

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 16.12.2007

Извещение опубликовано: 27.07.2009 БИ: 21/2009