СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВОГО КРАСИТЕЛЯ ИЗ СВЕКЛЫ Российский патент 1997 года по МПК C09B61/00 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к получению красителей из сырья растительного происхождения, которые могут быть использованы в кондитерском, ликеро-водочном, хлебопекарном и других производствах.

Известен ряд способов получения пищевого красителя из свеклы путем ее измельчения, бланширования, прессования, фильтрации, внесения стабилизатора в виде аскорбиновой кислоты, концентрирования выпариванием и расфасовки [1]
Недостаток этого способа в том,что аскорбиновую кислоту вносят перед концентрацией, которую ведут при 60 75^oC. Такая температура вызывает частичное разложение как самой кислоты, так и красящих веществ.

Известен также способ, в котором этот недостаток частично устранен. Это обеспечивается тем, что концентрат консервируют перед расфасовкой путем последовательного добавления сорбиновой и аскорбиновой кислот, после чего смесь отстаивают, фильтруют, а в качестве стабилизатора применяют чайный экстракт [2]
Недостатки способа-прототипа следующие: бланширование свеклы проводят в 2% -ном растворе уксусной кислоты при соотношении с мезгой 2:1 (т.е. на 2 т свеклы нужно 20 кг ледяной уксусной кислоты (99%), что значительно удорожает производство; кроме того, применение уксусной кислоты запрещено органами здравоохранения при производстве диетических продуктов питания, т.е. краситель, полученный с использованием уксусной кислоты, нельзя использовать для окрашивания йогурта, кефира, мороженого и др.выход сока при прессовании неполный, даже при давлении порядка 20 МПа и при выдержке этого давления до 45 50 мин; недостаточная стабильность красящих веществ и бактериальной устойчивости раствора; ошибочно-ограниченное применение аскорбиновой кислоты - только для консервирования она вносится уже в концентрат, не используются ее стабилизирующие свойства, хотя в процессе концентрирования путем выпаривания температура разлагает часть красящих веществ; большой отстой осадка при длительном хранении готового красителя из-за того, что фильтрация ведется центрифугированием и бумажно-тканевыми фильтрами; получаемый концентрат красителя не стерилен, т.к. указанный способ фильтрации в принципе не обеспечивает стерильность; pH готового продукта от партии к партии может быть 6 7, что резко влияет на стабильность красящих веществ при хранении;низкая сохраняемость красителя при высокой температуре. Уже при температурах хранения +60 70^oC происходит почти 100% -ная порча красителя в течение 3 4 дней; низкий выход красителя в соке -не более 50% остальное его количество остается в жоме, который либо выбрасывается, либо идет на корм скоту; малая сезонная стабильность производства: при хранении свеклы в буртах или в складах качество красителя снижается, выход его в сок уменьшается весной, в а конце хранения можно получить лишь около 30% вместо 50% получаемого осенью, что объясняется пробуждением клеток свеклы в январе феврале и использованием или азота красящих веществ, а это разрушает последние, уменьшая их на 30 50% Кроме того, процент годного к производству количества свеклы также уменьшается из-за естественных убылей гниения и усыхания (потери 14 16% за 9 месяцев при качественном хранении).

Целью изобретения является повышение стабильности красящих веществ, увеличение их устойчивости высоким температурам, повышение процента выхода красителя из свеклы и удешевление производства.

Поставленная цель в предлагаемом способе достигается тем, что в известном способе получения пищевого красителя из свеклы, при котором свеклу сортируют, моют, бланшируют, измельчают, прессуют, полученный сок консервируют введением аскорбиновой и сорбиновой кислот, осветляют, концентрируют и фасуют; при этом после мойки ее замораживают при температуре -10 -18^oC, выдерживают не менее двух суток, а затем размораживают в течение одних суток последовательно частями, каждая равная для одной операции бланширования, бланшированную свеклу охлаждают до 18 20^oC со скоростью не менее 10^oC в 1 мин, а измельченной массы готовят пресс-пакеты высотой 40 80 мм, прессуют в течение 20 -30 мин линейно увеличивающимся давлением до 11 12 МПа со скоростью 0,8 1,3 МПа в 1 мин с тремя выдержками по 4 6 мин каждая, при этом время между измельчением и прессованием должно быть не более 3 5 мин, причем 5 6 л полученного сока подогревают до 50^oC и растворяют в нем дубильное вещество в соотношении 2-4 к единице веса аскорбиновой кислоты и вводят этот раствор в сок одновременно с введением обеих кислот, доводят кислотность сока до pH 0,4 добавлением пищевой лимонной кислоты, а осветление красителя ведут в два этапа грубым фильтрованием и микрофильтрованием. При этом процесс микрофильтрования красителя проводят через фильтры мембранного типа с порами не более 0,45 мкм по методу "кросс-флоу" при давлении на входе 1,8 2,2 бара и температуре 18 22^oC; а концентрирование сока ведут выпариванием под вакуумом в секционном пленочном испарителе при температуре вторичных паров 52 60^oC; кроме того, в качестве дубящего вещества используют кору дуба или применяют тантин из чайного экстракта.

Сопоставительный анализ показал, что предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что введена новая операция замораживание, позволяющая увеличить выход красителя на 10 15% введена также операция охлаждения после бланширования, а прессование ведется линейно возрастающим давлением с тремя временными выдержками, применением дубильного вещества из коры дуба и доведением кислотности сока до pH 4,0 пищевой лимонной кислотой, а микрофильтрование ведут через мембранные фильтры с порами не более 0,45 мкм методом "кросс-флоу". Такое отличие позволяет сказать, что способ соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого способа с другими способами получения красителя из свеклы не позволило выявить признаки, отличающие его от прототипа, и поэтому он соответствует критерию "изобретательский уровень".

Тот факт, что в настоящее время по этому способу начато производство больших партий концентрата красителя и на него уже утверждены технологические условия ТУ 10 29-166-94 "Краситель красный жидкий из свеклы; литер O₁" указывает, что способ соответствует критерию "промышленно применим".

Введение процесса замораживания при -10^oC обусловлено стремлением увеличить выход сока из свеклы, а следовательно, и красителя. Известно в пищевой промышленности применение замораживания овощей с целью 100%-ной их сохранности. Из литературы также известно, что при этом у большинства из них почти не меняется цвет, вкус и питательность. Кроме того, известен процесс концентрации красителя вымораживанием. Известно, также, что замораживание фруктов и овощей ведет к разрушению их клеток кристаллами льда, образуемых замерзшей водой клетки. Наши исследования показали, что замораживание свеклы не ведет к изменению или разрушению ее пигментов (как, например, у абрикосов, моркови, груши и т.д.), выход сока, а следовательно, и красителя при прессовании размороженной свеклы возрастает.

В таблице приведены данные по выходам красящих веществ из свежей и размороженной свеклы, полученных нами при сравнительных исследованиях.

При этом спектры пропускания соков свежей и замороженной свеклы остались практически неизменными, а следовательно, разрушений бетанина и бетаксина - основных пигментов свеклы нет.

Ступенчатость роста давления позволяет получить большой выход сока из пресс-пакета при линейно возрастающем давлении и при ступенчатых выдержках за меньшее время и при меньшем давлении. Это объясняется тем, что при статическом (квазистатическом) давлении распределение внутренних жидкостных противодавлений в структуре свекольной массы имеет снижающийся характер от центра к периферии, что позволяет большему количеству сока быстрее выходить на поверхность пакета. Практика показала, что при принятой ступенчатости повышения давления выход красителя вырос на 8 10% Требование, чтобы время между операциями измельчения и прессования не превышало 3 5 мин, обусловлено двумя соображениями: при времени большем 5 мин поверхность среза начинает в силу капиллярных процессов обезвоживаться, каналы стока сока сужаются, что затрудняет отход сока; измельчение приводит к резкому увеличению поверхности массы, соприкасающейся с воздухом, и возрастает опасность засевания ее порами плесени.

Широко известно, что концентрация сорбиновой кислоты не должна превышать 0,1% готового продукта (медико-биологические и санитарные нормы). Также широко известно, что наилучшую устойчивость красителей дает pH 4,0. В производстве это никогда не обеспечивается, т.к. pH свеклы колеблется в пределах 6 7 и введением допустимого количества консерванта не удается довести кислотность до pH 4,0. Именно поэтому введена новая операция подкисления пищевой лимонной кислотой, что дополнительно еще и улучшает вкусовые качества красителя.

Микрофильтрование методом "кросс-флоу" предпочтительнее потому, что он предусматривает, во-первых, применение мембранных микрофильтров с порами не более 0,45 мкм, причем между ними предусмотрен дренажный слой, в котором возникает турбулентность, предохраняя поры от заболевания, т.е. удлиняет срок их службы, а во-вторых, работа эффективна при низких давлениях на выходе (2 бара) и комнатной температуре. Кроме того, поры 0,45 мкм обеспечивают "холодную" стерилизацию сока, т.е. микроорганизмы имеют большие размеры и не проходят через поры. При этом получают кристально прозрачный сок без взвесей.

Концентрирование красителя предпочтительнее вести выпариванием под вакуумом в секционном пленочном испарителе при температуре вторичных паров всего 50 60^oC, при которой мало нарушаются пептидные связи и распад красителей минимален.

Введение дубильного вещества, например экстракта коры дуба или таннина, полученного из нее, обусловлено тем, что оно способствуют видоизменению коллоидного состояния белков и ускоряет их осаждение, увеличивает сопротивление красителя загниванию, значительно повышает температуростойкость. С нашей точки зрения, применение дубильного вещества в виде экстракта дубовой коры наиболее предпочтителен как с точки зрения экономии кора дуб почти на порядок дешевле, чем чай, а по количеству его требуется значительно меньше: так в прототипе чайный экстракт берется от 1/3 до 4/1 (сухих веществ в чайном экстракте и в соке соответственно). Приведем знаменатель к единице (вес сока) 0,33/1 4/1. Учтем, что в свекольном соке сухих веществ 150 160 г/кг свеклы, а в чайном экстракте 40 50 г/кг сухого чая. Получим, что на каждый 1 кг свеклы необходимо приобретать от 1,1 до 12,8 кг сухого чая. Естественно, это может быть приемлемо только для лабораторных исследований, но не для промышленного производства. Кроме того, экстракт коры дуба является и лечебным препаратом используется для санации полости рта при воспалительных процессах, при заболеваниях кишечника, мочевыводящих путей и ранениях (З.Соколов С.Я. Справочник по лекарственным растениям. М. Медицина, 1984). Наряду с этим его вводимое количество весьма незначительное: 2 4 веса к единице веса аскорбиновой кислоты.

Применение пищевой лимонной кислоты, а не аскорбиновой, в качестве окончательного подкислителя сока обусловлено экономическими соображениями: на 1.02.95 г. стоимость 1 кг аскорбиновой кислоты 20 дол. США, тогда как лимонной кислоты всего 1 дол.

Все перечисленные выше отличия предлагаемого способа получения пищевого красителя из свеклы направлены на достижение поставленной цели: повышение стабильности красящих веществ и увеличение их устойчивости высоким температурам и удешевление производства.

На чертеже представлен график изменения давления при прессования. Здесь видно, что давление линейно возрастает от 0 до 4,0 МПа за 5 мин, затем следует 5-минутная остановка-выдержка, при которой внутренние противодавления вытесняют на периферию пресс-пакета сок, затем давление вновь поднимают до 8 МПа в течение 5 мин и снова выдержка 5 мин, после которой давление линейно за 5 мин достигает конечного давления 11 12 МПа и выдерживается 5 мин. Штриховые линии показывают пределы разброса изменений давления.

Предлагаемый способ получения пищевого красителя из свеклы реализован следующим образом.

Пример 1. Поступившую свежую свеклу после приемки по ГОСТ 1722-85 моют, удаляя грязь, корешки, остатки ботвы и поврежденные места, передают в морозильные камеры на хранение. Не ранее, чем через двое суток, время, необходимое не только на замораживание, но и наиболее полную кристаллизацию клеточной воды, свеклу используют далее. Из камеры свекла поступает на размораживание в количестве, не превышающем минимальный объем какой-нибудь операции. Чаще всего эта операция бланширования, объем ванны которой и определит количество свеклы, изымаемой из морозильной камеры. Размораживание ведут в ванне в течение 24 ч при температуре 18 22^oC. Сок, выделившийся при этом, используют при бланшировании, которое проводят горячей водой при 65 80^oC не более, в течение 20 25 мин. Более высокие температуры недопустимы, т.к. они изменяют цветность. После этого свеклу охлаждают до 18 - 20^oC либо холодной водой, подаваемой в рубашку ванны, либо струей холодного воздуха. Охлажденную свеклу измельчают до размеров 4 5 мм и немедленно (3 5 мин), во избежание окислительных и микробиальных процессов передают на прессование. Здесь из массы свеклы готовят пресс-пакеты в тканевых салфетках высотой 40 80 мм, закладывают в пресс и в течение 20 30 мин линейно поднимают давление до 11 12 МПа со скоростью 0,8 1,3 МПа с тремя выдержками по 4 6 мин каждая.

С целью стабилизации красящих веществ при последующей обработке в сок вносят 0,15 0,2% аскорбиновой кислоты, предварительно растворив ее в небольшом количестве воды или сока. Для подавления развития плесени и дрожжей в сок вносят сорбиновую кислоту перемешивая. При этом ее концентрация не должна превышать 0,1% готового сока, а кислотность должна быть не выше pH 4,0. Если же она выше, то в раствор вводят раствор пищевой лимонной кислоты. Наряду с этим в сок вводят дубильное вещество экстракт коры дуба. Его предварительно растворяют в некотором количестве (1 5 л) нагретого до 50^oC сока свеклы. Количество дубящего вещества должно быть 2 -4 веса к единице веса аскорбиновой кислоты.

После этого проводят два этапа фильтрования грубое и микрофильтрование. Последнее предпочтительнее вести методом "кросс-флоу", обеспечивающим более длительную работу фильтров. После этого сок концентрируется до не менее чем 55% сухих веществ в нем, а затем его передают на расфасовку в стеклянные или металлические фляги.

Пример 2. Способ получения пищевого красителя из свежей свеклы может быть реализован и без операций замораживания-размораживания. Это целесообразно лишь в сезон уборки или сразу после него, когда свекла еще свежая и когда еще малы потери от гниения и усыхания.

Остальные операции подобны описанным выше.

Однако спустя некоторое время (порядка одного месяца) качество свеклы по сохраняемости падает, увеличивается процент гнилых отбросов, заметно снижение выхода сока на единицу исходного сырья. Поэтому на производстве целесообразно иметь достаточные морозильные емкости, которые загружают во время уборки свеклы. Это позволяет вести производство на замороженной свекле вплоть до нового урожая, без потерь как качества, так и количества, и даже получая выигрыш.

Предлагаемый способ получения пищевого красителя из свеклы может быть реализован на любом производстве пищевых красителей, т.к. использует стандартное оборудование. Исключение составляет оборудование микрофильтрации по методу "кросс-флоу", но и оно сейчас начинает выпускаться в России, например во Владимире.

Особенно эффективным этот способ будет при организации производства выпуска красителя при крупных хладокомбинатах, консервных зоводах и т.д.

Применение дубящего вещества и процесса замораживания позволяют увеличить выход готового продукта на 12 15% а сочетание дубящего вещества со стабилизирующими кислотами позволяет повысить температуростойкость красителя и увеличить его сохраняемость, чему также способствует и установление в нем постоянной кислотности в pH 4,0. Кроме того, употребление в качестве дубящего вещества экстракта дубовой коры не только значительно удешевляет, но и придает красителю лечебные свойства.

Использование: в пищевой промышленности, в частности при производстве пищевых красителей. Сущность изобретения: после мойки свеклу замораживают, выдерживают, а затем размораживают последовательно частями, равными для одной операции бланширования, которое проводят перед измельчением с последующим охлаждением бланшировкой свеклы, после измельчения из массы свеклы готовят пресс-пакеты высотой 40 - 80 мм, затем прессуют, в полученный сок консервируют введением аскорбиновой и сорбиновой кислот, стабилизируют и концентрируют. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения пищевого красителя из свеклы, включающий сортировку, мойку, измельчение свеклы, прессование, консервирование полученного сока введением аскорбиновой и сорбиновой кислот, стабилизацию, осветление и концентрирование, отличающийся тем, что после мойки свеклу замораживают при температуре от минус 10 до минус 18^oС, выдерживают не менее 2-х суток, а затем размораживают последовательно частями, равными для одной операции бланширования, которую проводят перед измельчением, с последующим охлаждением бланшированной свеклы до 18 20^oС со скоростью не менее 10^oС в минуту, после измельчения из массы свеклы готовят пресс-пакеты высотой 40 80 мм, прессование осуществляют в течение 20 30 мин линейно увеличивающимся давлением до 11 12 МПа со скоростью 0,8 1,3 МПа/мин с тремя выдержками по 4 6 мин каждая, при этом время между измельчением и прессованием составляет не более 3 5 мин, причем часть полученного сока подогревают до 50^oС и растворяют в нем дубильное вещество в соотношении 2 4 к единице веса аскорбиновой кислоты с последующим введением этого раствора в сок одновременно с аскорбиновой и сорбиновой кислотами, доводя кислотность сока до pH 4,0 добавлением пищевой лимонной кислоты, а осветление красителя ведут в два этапа: грубым фильтрованием и микрофильтрованием. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что микрофильтрование красителя проводят по методу "кросс-флоу" при давлении на входе 1,8 2,2 бар и температуре 18 22^oС. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрирование красителя осуществляют выпариванием под вакуумом в секционном пленочном испарителе при температуре вторичных паров 52 60^oС. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дубильного вещества используют экстракт коры дуба.