Спосіб одержання природного харчового барвника з рослинної сировини

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно, к способу получения красителей для пищевых продуктов из натурального растительного сырья (цветков календулы, листьев крапивы, жмыха черноплодной рябины и т.п.). Получение пищевых красителей из натурального растительного сырья обеспечивает получение не только собственно пищевых красителей, но и позволяет осуществить безотходную переработку сырья. Наряду с этим немаловажным и весьма привлекательным в использовании растительного сырья для пищевых красителей является и то обстоятельство, что пигментам в натуральных красителях сопутствуют биологически активные вещества (БАВ). Известны отдельные разработки в области технологии и режимов сушки растворов пищевых красителей, имеющие своей целью получение порошкообразных красителей более или менее однородных по дисперсному составу. Так, например, подвергают сушке растворы пищевых красителей, полученные из натурального сырья (свекольного, морковного, яблочного, бетанин-пектинового и др.) в центробежном распылителе в токе предварительно нагретого теплоносителя с подачей к корню факела распыла дополнительного потока сжатого воздуха для обеспечения соответствующего (мягкого, щадящего) температурного режима сушки (см. Кочнева С. В., Дьяконова В. К. "Использование распылительной сушки для производства натуральных пищевых красителей", докл. на 4 - № Всесоюзной научно-технической конференции, разд. 36, Кемерово, 1991, с. 66-69). Причиной, препятствующей получению те хнического результата, является трудность подбора оптимального температурного режима, что обуславливает уменьшение первоначальной биологической ценности исходного растительного сырья. Известен также способ получения натурального пищевого порошкообразного красителя из зверобоя продырявленного, по которому предварительно подготовленное сырье подвергают экстракции вначале спиртом при 80°С, а затем дистиллированной водой с добавлением лимонной кислоты при 9&-100°С. Общее время экстракции составляет 16-24 часа. Полученный пигментосодержащий экстракт сгущают и обезвоживают под вакуумом до получения сухого кристаллического порошка красновато-коричневого цвета со вкусом и запахом исходного сырья. Содержание в нем сухих ве ществ - 93-94%, танино-катехинового комплекса - 17-20%. Полученный порошок содержит примерно 8% влаги, может быть использован для окрашивания кондитерских: и шнцентратных изделий, фруктовых и безалкогольных напитков, легко транспортируем, стоек в хранении в герметичной упаковке, не требует больших объемов для своего хранения (см. Кацерикова Н. В., Ма-зитова Г. Ф. "Вопросы производства пищевых продуктов и рационализация питания населения", Кремеровский технологический институт пищевой промышленности, Кемерово. 1990, с. 142-148). Этот способ является прототипом заявляемого. Заявляемое изобретение, как и прототип, включает операцию подготовки исходного сырья. Причиной, препятствующей получению технического результата, является выполнение процесса экстракции в течение длительного времени при достаточно высокой температуре, что приводит к частичной потере БАВ, снижающей биологическую ценность натурального красителя. Длительность способа только за счет экстракции составляет 16-24 часа. Увеличивающие общую длительность процесса последующие стадии сгущения экстракта и обезвоживания под вакуумом также отрицательно сказываются на содержании в целевом продукте БАВ. Кроме того, способ сложен, что обусловлено его многостадийностью и дорог, поскольку для обеспечения стойкости окраски продукта при хранении требуется расходовать лимонную кислоту в качестве стабилизатора. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ получения натурального пищевого красителя из растительного сырья, в котором новые параметры исходного сырья и новый температурный режим измельчения позволил бы повысить содержание в целевом продукте БАВ, а также сократить длительность осуществления способа и его стоимость. Технический результат достигается за счет того, что в способе получения натурального пищевого красителя, включающем подготовку исходного сырья, ее производят путем сушки исходного сырья до получения влажности не более 8%. Заявляемое изобретение позволяет получить целевой продукт ρ виде порошка с дисперсностью 10-30 мкм, соответствующей требованиям, предъявляемом к красителям. Полученный порошок сохраняет весь природный комплекс БАВ исходного сырья, в то время, как при получении красителей методом экстрагирования в раствор удается извлечь лишь до 40% БАВ. Данные по содержанию БАВ в красителях приведены в табл. 1. Ограничение до влажности (не более 8%) связано с условиями низкотемпературного помола материалов растительного сырья. При замораживании влага, находящаяся в исходном сырье, переходит в твердое ледообразное состояние, разбиваясь на отдельные льдинки и разрывая межклеточное пространство ткани растения. Это облегчает процесс измельчения, являясь дополнительным стимулятором механического разрушения. Однако в период нахождения растительного сырья в помольной камере влага не сублимируется и не испаряется, и после отепления готового продукта происходит процесс обратного перехода из твердой фазы в жидкую (лед-вода), Экспериментально доказано, что влага исходного сырья свыше 8%, оставаясь в криопорошке, приводит к слипанию отдельных частиц, комкованию, т.е. потере качеств порошка и снижению срока хранения красителя. В условия х заявляемого способа происходит криомеханическая активация, которая позволяет увеличить биологическую доступность исходного сырья и усиливает положи-тельное воздействие антоциановых, флавоноидных и каротиноидных составляющи х БАВ. При этом происходит активизация не только БАВ, но и клетчатки, составляющей 95-98% массы криопорошков. При низких температурах, имеющих место в парах жидкого азота - (35-70)°С происходит разрыв клеточных оболочек в основном по границам клеток β результате чего на поверхность выходят активные центры волокон клетчатки, которые при взаимодействии с внешней средой вступают в реакции сорбционной направленности. Как, например, наличие в криопорошке, полученном по заявленному способу, антоцианов, кароти-ноидов и флавоноидов с высокой биологической доступностью в совокупности с активированной клетчаткой придает красителям лечебно-профилактические свойства и противорадиоционные свойства. Последнее является весьма важным в связи с актуальностью в Украине проблемы питания населения экологически загрязненных зон, нуждающегося в лечебнопрофилактических продуктах питания. Получаемые по заявляемому способу красители могут быть использованы в пищевой промышленности: в виде порошков - в производстве мороженого, в виде непрозрачных растворов (без декантации) - в жиросодержащих продуктах, хлебобулочны х изделиях, кондитерской выпечке, в виде прозрачных растворов (после декантации) -в производстве алкогольных и безалкогольных напитков. Выход пигмента при экстракции порошка в соответствующи х растворителях составляет 95%. Красящее вещество легко переходит в жидкую фазу. Растворителями могут быть: 96%-ный спирт, спиртово-водные растворы, растительные масла, подкисленные и слабощелочные водные растворы. Перевод красителя в раствор может осуществляться как при комнатной температуре (полная экстракция возможна в течение 10-12 часов), так и с подогревом при 60°С в течение 30 минут, что не угрожает снижением БАВ, содержащихся в криопорошке. Получаемый по заявляемому способу краситель в виде криопорошка стоек при хранении в герметичной упаковке в течение 6 месяцев, легко транспортируем. Особо положительным фактором является то, что концентрированные растворы красителей, полученные из криопорошка, не нуждаются в консервантах и других химических стабилизаторах, в отличие от концентратов красителей, полученных методом химической экстракции. Преимуществом готовой товарной формы красителей в виде криопорошков, получаемых по заявляемому способу, является также то, что растворы на его основе можно приготавливать непосредственно перед закладкой в необходимом количестве в любой заданной концентрации. Подготовленные к употреблению концентрированные растворы могут храниться в течение 30 суток без изменения оптической плотности. Заявляемый способ позволяет получать красный краситель (в растворе оттенки от ярко-рубинового до нежно-розового) из жмыха черноплодной рябины, желтый (от светло-желтого до золотистого с оттенками) из цветка календулы, зеленый (с оттенками от изумрудного до светло-салатного) из листьев крапивы двудомной, коричневый (от светло-коричневого до шоколадного) из околоплодника гречихи. Способ осуществляется следующим образом. Растительное сырье (цветки календулы, листья крапивы, жмых черноплодной рябины и т.д.) с содержанием влаги 7-8% предварительно измельчают до частиц размером 0,5-1,0 мм. Подготовленным сырьем загружают приемный бункер вибрационной мель-ницы с двумя помольными камерами, например, такой, как описано в заявке № 313249 от 30.06.93 на выдачу патента Украины на изобретение. Камеры мельницы с мелющими телами захолаживают до (-35 - -70)°С жидким азотом, подавая в первую по ходу материала камеру 70-80% всего азота, а остальное количество - во вторую камеру. Включают вибропривод. Сырье из бункера поступает в первую помольную камеру, контактирует с парами жидкого азота и с мелющими телами и измельчается, затем поступает во втор ую помольную камеру, где также подвергается низкотемпературному помолу. Целевой продукт выводят из второй камеры в герметичную емкость и отепляют до температуры окружающей среды. Получаемый продукт представляет собой дисперсный порошок с размером частиц 10-30 мкм (криопорошок), имеет интенсивную окраску, вкус и запах исходного сырья. Пример 1. В бункер вибромельницы загружают 20 кг предварительно измельченного жмыха черноплодной рябины с размером частиц 0,5-1,0 мм с содержанием влаги не более 8%. При помощи жидкого азота охлаждают камеры вибромельницы до температуры -35°С. В рабочем режиме помола в первую камеру подают 1,34 л/мин жидкого азота, что составляет 80% от общего количества, а во вторую - 0,33 л/мин оставшегося количества. Это обеспечивает среднюю температуру материала в камере - 30°С. Измельчение проводят в парах жидкого азота при контакте материала с мелющими телами, как в первой, так и во второй камере. Режим измельчения непрерывный, производительность равна 20 кг/час. Продолжительность пребывания материала в вибромельнице 4,5 мин. Общая продолжительность процесса получения красителя из выжимок черноплодной рябины 2 часа 20 минут. Расход жидкого азота составляет 10 кг/час (1,67 л/мин). В этих условиях происходит наиболее энергетически выгодный процесс помола, при котором на 1 кг готового продукта расходуется 0,5 кг жидкого азота. Получают продукт в виде порошка, цвет которого от фиолетового flj темно-красного (в зависимости от исходного сырья) с запахом исходного сырья. Размер частиц 10-30 мкм, влажность 6% мае. Основным красящим пигментом его являются вещества антоциановой природы. Концентрация красящих ве ществ составляет 65-70 г/кг, кислотность - не менее 2%. Порошкообразный краситель из черноплодной рябины легко перевести в водно-кислотные и спиртовые растворы. Спектры поглощения водно-кислотных и спиртовых растворов красителя из черноплодной рябины приведены в табл.2. Приведенные в табл. 2 данные характеризуют порошкообразный краситель из выжимок черноплодной рябины не только по оптическим показателям, но и по потребительским свойствам. Так, оптимальные условия для получения наибольшей концентрации красящих веществ можно достигнуть, используя кислые водные и спиртовые растворы. Краситель, полученный из выжимок черноплодной рябины в указанных средах создает цветовую гамму от ярко-рубинового до нежно-розового в независимости от концентрации раствора. Содержание красящих веществ в пище вых красителях антоциановой группы, полученных методом химической экстракции (концентратах), более, чем в 1,5 раза ниже, чем в красителе из черноплодной рябины, порученном по заявляемому способу. Данные приведены в табл. 3. Указанный краситель может быть использован для окрашивания кондитерских изделий, фруктовых и безалкогольных напитков, в мороженом, десертных блюдах (например, кисели, муссы, желе, соусы и т.д.). Расход красителя на единицу массы продукта составляет 0,5-1.5% массы. Пример 2. В бункер вибромельницы загружают 10 кг предварительно измельченных цветков календулы с размером частиц 0,5-1,0 мм с содержанием влаги 7 мас.%. Материал поступает в предварительно захоложенную установку. Захолаживание мельницы осуществляют так же, как и в примере -1. В рабочем режиме помола подают в первую камеру 1,17 л/мин жидкого азота, что составляет 70% всего количества, а во вторую - 0,5 л/час (оставшиеся 30%), что обеспечивает среднюю температуру материала в камере -30°С. Измельчение происходит в парах жидкого азота при контакте материала с мелющими телами, как в первой, так и во второй камере. Режим измельчения непрерывный. Производительность равна 10 кг/час. Расход азота, как и в примере № 1 составляет 10 кг/час. При этом на 1 кг готового продукта расходуется 1 кг жидкого азота. Продолжительность пребывания материала в вибромельнице от момента загрузки до выгрузки составляет 5 минут. Общая продолжительность процесса получения желтого красителя по заявляемому способу из цветков календулы - 2 часа 30 мин. Получают продукт в виде порошка с размером частиц 10-30 мкм, влажность 7-8 мас.%, желтого цвета (от ярко-tранжевого до желто-зеленого в зависимости от исходного сырья) с запахом исходного сырья. Основным красящим пигментом его являются вещества каротиноиднофлавоноидной природы, содержание красящих веществ не менее 0,7 мг/г. Порошкообразный краситель из цветков календулы легко переводится в масляные и спиртовые растворы (96% и 40%). Установлено, что наиболее стабильными являются спиртовые растворы с содержанием спирта 96%. Спектр поглощения масляных и спиртовых растворов красителя из цветков календулы приведен в табл. 4. Красители из календулы перспективны для применения в пищевой промышленности в виде масляных и спиртовых (96%) концентратов. Установлено, что в процессе хранения концентратов желтого красителя в течение 30 суток не наблюдается изменений агрегатного состояния и разложения компонентов раствора, а также видимых изменений оптической плотности. Краситель из календулы может использоваться в различных товарных формах: - в виде порошка - для киселей, муссов, коктейлей и хлебобулочных изделий, - в виде концентрированных масляных растворов - для окраски маргарина и други х жиросодержащих продуктов. - в виде спиртовых растворов для окраски кондитерских изделий. Расход желтого красителя на единицу готовой продукции не превышает обычных норм расхода для натуральных красителей каротиноидно-флавоноидной группы. Так, например, для окраски маргарина расходуется 0,3-0,4 кг на 1 т. Пример 3. В бункер вибромельницы загружают 10 кг предварительно измельченных листьев крапивы размером 0,5-1,0 мм с влажностью 8 мас.%. Далее процесс ведут так же, как и в примере 2. Получают порошкообразный продукт интенсивно зеленого цвета с размером частиц 10-30 мкм, влажностью 7 мас.%. Концентрация красящих ве ществ составляет не менее 13 мг/г. Основным красящим пигментом является вещество хлорофилловой природы. Кроме того, в крапиве содержатся также и флаво-ноиды, которые могут при разложении хло-рофиллов давать устойчивый желтый цвет. Порошкообразный краситель легко переводится в растворы. Спектры поглощения растворов красителя крапивы приведены в табл. 5. Наиболее перспективными являются спиртовые растворы, т.к. при этом создаются условия для получения истинных растворов хлорофиллов, выход которых составгяет приблизительно 95%. Спиртовый концентрат красителя крапивы хранится в течение 30 суток без изменения оптической плотности. Краситель из крапивы не явпяется моно хромным, а представляет комбинацию двух красителей желтого и зеленого. В спиртовых растворах с 40% спирта краситель из крапивы менее устойчив и по мере хранения переходит из зеленого в желтый. Поэтому краситель из крапивы целесообразно использовать для кондитерских изделий, десертных блюд, в мороженом и др. непрозрачных кондитерских изделиях.