способ получения натурального пищевого красителя из растительного сырья и отходов переработки растительного сырья и натуральный пищевой краситель, полученный по этому способу

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.

Описание изобретения к патенту

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/см ², 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/см ². 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 1
Влияние ферментативного катализа на выход красящих веществ из различных видов сырья
Сырье	Интенсивность окраски экстрактов, Е
	Вид экстрагента
	Вода	Раствор Целловиридина		Раствор Лизофунгина
		0,1%	0,01%	0,1%	0,01%
Отходы переработки свеклы, Е 540	0,18	0,29	0,26	0,27	0,26
Выжимки черноплодной рябины, Е 540	0,20	0,30	0,26	0,28	0,26
Отходы переработки апельсинов, Е 440	0,13	0,31	0,26	0,27	0,25
Крапива, Е 750	0,26	0,35	0,34	0,37	0,34

Таблица 2
Физико-химические и микробиологические показатели полученных концентратов красителей
Показатели	Красители по видам использованного сырья
	отходы переработки свеклы	выжимки черноплодной рябины	цедра цитрусовых	крапива
1	2	3	4	5
Относительная плотность при 20°С	1,85	1,65	1,68	1,50
Содержание сухих веществ, %	60	65	65	60
Содержание красящих веществ, г/дм	39,5	54,1	32,8	34,7
рН	4,0	4,5	4,5	6,5
растворимость в воде	полная	полная	полная	полная
содержание солей тяжелых металлов, мг на 1 кг
красителя:
свинца	0,004	0,003	0,003	0,003
мышьяка	0,005	0,004	0,002	0,002
кадмия	0,001	0,001	0,001	0,001
ртути	0	0	0	0
1	2	3	4	5
содержание нитратов, мг/см3	2,2·10-10	1,8·10-10	2,0·10-10	1,7·10 -10
содержание нитритов, мг/см3	0,11·10 -2	0,13·10-2	0,15·10-2	0,13·10-2
КМАФАнМ, КОЕ/г	нет	нет	нет	нет
БГКП, КОЕ/г	нет	нет	нет	нет
Дрожжи и плесени, КОЕ/г	нет	нет	нет	нет

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

Таблица 4
Органолептическая оценка концентратов красителей
Показатели	Красители по видам использованного сырья
	Отходы переработки свеклы	Выжимки черноплодной рябины	Цедра цитрусовых	Крапива
Внешний вид	Густая сиропообразная жидкость	Густая сиропообразная жидкость	Густая сиропообразная жидкость	Густая сиропообразная жидкость
Цвет	Темно-красный	Темно-красный	Желто-коричневый	Темно-зеленый
Вкус	Характерный, слабокислый	Характерный, слабокислый, слегка вяжущий	Характерный слабокислый	Характерный слабогорький
Запах	Специфический, свойственный свекле	Специфический, свойственный черноплодной рябине	Специфический, свойственный цитрусовым	Специфический, свойственный крапиве

Таблица 5
Мармелад желейный формовой
Наименование сырья	Содержание сухих веществ, %	Расход сырья на 1 т		рабочая рецептура на 200 г сахара, г
		в натуре	в сухих веществах	в натуре	в сухих веществах
сахарный песок на обсыпку	99,85	86,60	86,50	32,91	32,87
сахарный песок в желе	99,85	525,60	524,80	200,00	199,70
патока	78,00	262,70	204,90	99,83	77,86
агар	85,00	10,50	8,90	3,99	3,38
кислота лимонная	98,0	11,80	11,60	4,48	4,41
эссенции	-	1,60	-	0,61	-
красители	-	0,50	-	0,19-0,76	-
Итого:	-	899,30	836,70	343,01	318,22
Выход	82,00	1000,00	820,00	380,32	311,86

Таблица 6
Органолептическая оценка желейного мармелада
Показатель качества	Оценка, баллы
	Коэффициент значимости	Число степеней качества	Высшая максимальная оценка	Используемые красители
				свекольный	черноплодно-рябиновый	цитрусовый	крапивный
Форма	1	3	3	31	3 1	31	31
Цвет и внешний вид	2	3	6	62	62	63	6 4
Структура и консистенция	3	3	9	95	95	9 5	95
Вкус и аромат	4	3	12	126	12 6	126	126
Суммарная оценка	10	-	30	30	30	30	30
1 - форма правильная, с четким контуром 2 - цвет от розового до насыщенного красного, равномерный 3 - цвет от бледно-желтого до насыщенного желтого, равномерный 4 - цвет от бледно-зеленого до насыщенного зеленого, равномерный 5 - структура и консистенция студнеобразная, плотная, прозрачная 6 - вкус и аромат приятные, соответствующие применяемым ароматизаторам

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

1. Матреничева В.В., Иванова Л.А., Строева С.С. Изменение состава растительных волокон в результате обработки ферментными препаратами" //Сб. "Микробные биокатализаторы и перспективы развития ферментных технологий в перерабатывающих отраслях АПК. - М.: Пищепромиздат, 2004, с.151-156.

2. Мартьянов В.А., Шустер A.M., Иванова Л.А. и др. Влияние стимулятора химической природы Гипоксена на синтез амилолитических и протеолитических ферментов грибом Aspergillus oryzae 8Р1 //Деп. в ВИНИТИ. - №1453 В 2001.

3. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов //М.: Элевар, - 2000, - 512 с.