Способ получения пищевой красящей крахмалосодержащей добавки
METHOD FOR OBTAINING FOOD COLORING STARCH-CONTAINING ADDITIVES

Изобретение относится к крахмало-паточной отрасли пищевой промышленности и может использоваться для окрашивания в разные цвета пищевых продуктов.
Изобретение позволяет разработать высокоэффективный, экономный и безопасный способ получения пищевой красящей крахмалосодержащей добавки, содержащей пищевой краситель разнообразного цвета (красный, красно-фиолетовый, оранжевый, желтый, желто-оранжевый желто-зеленый желто-белый, белый, металлический, зеленый, синий, коричневый, черный) и крахмалосодержащий компонент.
Известен способ получения сульфированного целлюлозного волокна, включающий окисление целлюлозной волокнистой массы окислительным агентом с образованием альдегидцеллюлозной волокнистой массы и сульфирование ее сульфицирующим агентом. В качестве окислительного агента может использоваться метанерйодат натрия, параперйодат натрия, йодная кислота, гипохлорит натрия, перекись водорода, озон, бихромат калия, перманганат калия, хлорит калия. При pH 3,0-4,6 альдегидцеллюлозную волокнистую массу промывают водой и сульфируют щелочным бисульфитом или двуокисью серы в сочетании с гидроокисью натрия при температуре 25-90°C до образования сульфированного целлюлозного волокна, в котором атом серы связан непосредственно с целлюлозой, а степень замещения колеблется в пределах 0,005-0,1 [Патент РФ №2142530, кл. D21Н 11/00, опубл. в бюл. №10.12.1999 г.].
Недостатками способа является многостадийность, сложность, трудоемкость и длительность технологического процесса, что приводит к увеличению производственных площадей, расходу материала и металлоемкости, а также к повышению энергозатрат, что значительно ухудшает качество получаемого продукта. Кроме того, в процессе производства используется много дорогостоящих химических веществ: метанерйодат натрия, параперйодат натрия, йодная кислота, гипохлорит натрия, перекись водорода, озон, бихромат калия, перманганат калия, хлорит калия бисульфит, двуокись серы, гидроокись натрия. Проведение подобного технологического процесса требует высококвалифицированного персонала. Конечный продукт не всегда соответствует требованиям потребителей.
Известен способ получения окисленного декстринизированного крахмала, при котором нативный крахмал предварительно обрабатывают мочевиной, взятой в количестве 1-16% от массы крахмала, при 80-90°C, 4-5 ч, полученный продукт смешивают с водным раствором перекиси водорода, смесь выдерживают при 60-70°C, 1-2 ч, при содержании перекиси водорода в смеси 0,35-1,0% от массы крахмального продукта [Патент РФ №2061701, кл. С08B 31/18, опубл. в бюл. №16, 10.06.1996 г.].
Недостатками этого способа являются трудоемкость и большая продолжительность технологического процесса, низкая производительность и значительные энергозатраты, а также использование дорогостоящих химических реагентов (мочевины и перекиси водорода). Свойства полученного продукта не полностью удовлетворяют требованиям потребителей.
Известен способ получения модифицированного крахмала, включающий предварительную обработку нативного крахмала и формирование крахмала-экструдата. Предварительную обработку ведут раствором крахмального клейстера или желатина, а крахмал-экструдат подвергают вторичному нагреву с использованием в качестве источника тепла ИК-излучателя. При этом используют 0,3-0,7%-ный водный раствор крахмального клейстера или желатина, а вторичный нагрев осуществляется при температуре 15-18°C [Патент РФ №2078087, кл. 6 С08В 30/12, опубл. в бюл. №12, 27.04.1996 г.].
Однако недостатком данного способа является сложная схема выработки, большие энергозатраты и недостаточные потребительские качества полученного экструзионного крахмала.
Наиболее близким к изобретению является способ производства модифицированного крахмала [Жушман А.И. Модифицированные крахмалы / А.И. Жушман. - М.: Пищепромиздат, 2007. - 236 с.] - прототип, предусматривающий воздействие на него химическим или физическим или сочетанным фактором.
Основным недостатком указанного способа является, прежде всего, получение модифицированного крахмала для текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности, свойства которого полностью соответствуют требованиям потребителей. В настоящее время отсутствует крахмал, при помощи которого можно было бы одновременно проводить окрашивание материала (нитей или бумаги) и осуществлять шлихтование нитей или поверхностную проклейку бумаги или внесение в целлюлозную массу.
Таким образом, задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка высокоэффективного, экономного и безопасного способа получения пищевой красящей крахмалосодержащей добавки, содержащей пищевой краситель, способный окрашивать в красный или красно-фиолетовый, или оранжевый, или желтый, или желто-оранжевый, или желто-зеленый, или желто-белый, или белый, или металлический, или зеленый, или синий, или коричневый, или черный цвет и крахмалосодержащий компонент.
Это достигается тем, что способ получения пищевой красящей крахмалосодержащей добавки предусматривает получение нативного крахмала или его суспензии, или получение модифицированного крахмала или его суспензии путем экструзии или контактной сушки, или распылительной сушки, или декстринизации, или окисления, или кислотного гидролиза, или щелочного гидролиза, или катионизации, или анионизации, или оксиалкилирования, или ацетилирования, и механическое смешивание нативного крахмала или модифицированного крахмала, или суспензии нативного крахмала или суспензии модифицированного крахмала с последующей распылительной сушкой с пищевыми красителями: Е100 или Е101 и/или E101a и/или Е102 или Е103 или Е104 или Е105 и/или Е106 и/или Е107 или Е110 или E111 или Е120 и/или Е121 и/или Е122 и/или Е123 и/или Е124 и/или Е125 и/или Е126 и/или Е127 и/или Е128 и/или Е129 или Е130 и/или Е131 и/или Е132 и/или Е133 или Е140 и/или Е141 и/или Е142 и/или Е143 или Е150а и/или Е150b и/или Е150с и/или E150d или Е151 и/или Е152 и/или Е153 или Е154 и/или Е155 или Е160а или Е160b или Е160с или E160d или Е160е и/или E160f или Е161а и/или Е161b и/или Е161с и/или E161d и/или Е161е и/или E161f или E161g и/или Е161h или Е161i и/или E161j или Е162 или Е163 или Е164 или Е165 или Е166 или Е170 и/или Е171 или Е172 или Е173 и/или Е174 и/или Е175 или Е180 или Е181 или Е182, при этом соотношение нативного крахмала или модифицированного крахмала и пищевых красителей составляет от 1:1 до 1:2, а количество вносимых в суспензию нативного крахмала или суспензию модифицированного крахмала пищевых красителей составляет от 15 мас.% до 20 мас.%.
Способ реализуется следующим образом.
Для получения пищевой красящей крахмалосодержащей добавки используют пищевые красители, полученные по действующим техническим нормативным правовым актам, основная характеристика которых представлена в таблице 1.
Получение нашивных крахмалов. Нативные крахмалы получают при переработке следующего растительного сырья:
- кукурузы (Zea mays L.);
- пшеницы (растений рода Triticum);
- ржи (Secale cereale L.);
- тритикале (Tritikale, от лат. triticum - пшеница и от лат. secale - рож);
- ячменя (Hordeum vulgare L.);
- риса (Oryza sativa L.);
- сорго (Red leoti L.);
- амаранта (Amaranthus tricolor L. или другие растения рода Amaranthus);
- гороха (Pisum sativum L.);
- нута (Cicer arietinum L.);
- тапиоки (Manihot utilissima L. и Manihot palmate L.);
- картофеля (Solanum tuberosum L.).
Получения нативного крахмала предусматривает подготовку к переработке и измельчение крахмалсодержащего сырья, использование многоступенчатой гидроциклонной установки, на которой осуществляются операции разделения тонкоизмельченного крахмалсодержащего сырья на крахмальную суспензию и смесь мезги с другими побочными продуктами, а также впоследствии осуществляют частичное сгущение крахмальной суспензии с последующим обезвоживание, сушкой удалением металломагнитных примесей, фасовкой, упаковкой, маркировкой и транспортированием крахмала.
Получение модифицированных крахмалов. Получение набухающих или предварительно клейстеризованных крахмалов. Процесс приготовления набухающих крахмалопродуктов обычно включает следующие операции: подготовку сырья с увлажнением его, а иногда и с обработкой химическими реагентами; клейстеризацию крахмала; образование тонкой пленки клейстера; высушивание клейстера; измельчение полученных пленок и просеивание порошкообразного продукта. Сушку клейстера производят тонким слоем с использованием специального оборудования. Широкое распространение получили набухающие крахмалы, приготовляемые путем предварительной клейстеризации 35-45% водной суспензии крахмала и последующего высушивания клейстера в тонком слое на паровых барабанных вальцовых сушилках при температуре 120-180°C.
Получение экструзионных крахмалов. Для экструзионной обработки крахмалов применяют различные типы экструдеров. Процесс экструдирования осуществляется следующим образом. Подготовленное исходное крахмалсодержащее сырье в виде гранул или порошка из бункера через загрузочное отверстие поступает к шнеку, который перемещает его вдоль корпуса. В ходе этого процесса сырье переходит из дисперсного сыпучего состояния в упруговязкопластичную массу. Эти превращения происходят при действии на сырье с необходимым количеством влаги (20%), высоких температур (до 200°C) и давления (до 25 МПа). Продукт, уплотняясь, нагревается за счет сил трения частиц о поверхности вращающихся рабочих органов и деформации сдвига в самом продукте, а также за счет дополнительного регулирования нагрева от внешнего источника теплоты. Образующаяся масса перемещается шнеком к матрице и при определенном давлении выпрессовывается через ее отверстия. Величина давления в значительной мере обусловлена размером отверстий матрицы и структурно-механическими свойствами обрабатываемой массы. После выхода продукта из отверстий матрицы в результате резкого перепада температуры и давления происходит мгновенное испарение влаги, аккумулированная продуктом энергия высвобождается. Экструдат увеличивается в объеме, в нем появляется большое число разных по форме и размеру пор, стенки которых являются высушенными пленками клейстера крахмала.
Методы экструзии для обработки сырья, содержащего крахмал, подразделяются на три типа: холодная (температура ниже или равная температуре клейстеризации крахмала, т.е. не более 50°C, влажность массы - более 28%, давление - менее 10 МПа), горячая или теплая (температура выше температуры клейстеризации крахмала, но не выше 120°C, влажность массы - 24-30%, давление - 9-12 МПа) и высокотемпературная или варочная (температура более 120°C, влажность массы - 14-20%, давление - 12-20 МПа) экструзия.
Получение кислотно- или щелочно-модифицированных крахмалов. Модифицированный кислотой крахмал обычно получают путем обработки крахмальной суспензии соляной (0,5-7%), фосфорной (0,5-7%) или серной (≤2%) кислотой при 25-55°С. Так, кислотногидролизованный крахмал можно получить с применением реактора-смесителя в результате гидролиза нативного крахмала с использованием 0,5 н. раствора соляной кислоты или 0,5 н. раствора серной кислоты при температуре 50°C в течение 6 часов с последующей нейтрализацией, промывкой, обезвоживанием, сушкой (для картофельного крахмала массовая доля влаги - не более 17-20%, для кукурузного крахмала массовая доля влаги - не более 13-16%), фасовкой, упаковкой и транспортированием на производство пищевой красящей крахмалосодержащей добавкой. При этом условная вязкость 6%-ных клейстеров кислотно-гидролизованных крахмалов, полученных данным способом, не более 15 с.
Модифицировать крахмал можно также щелочью, обработав крахмал смесью NaOH/KOH (≤1%). Время обработки зависит от показателя вязкости, которую необходимо получить и может составлять от 6 до 24 часов.
Получение окисленных крахмалов. Окисленные крахмалы получают в результате воздействия на сухой крахмал или крахмальную суспензию различных окислителей: йодной кислоты или перйодатов, перекиси водорода, озона, перманганата калия, гипохлорита натрия, гипохлорит кальция с/без добавления катализатора и с последующей отмывкой, обезвоживанием и сушкой.
Получение декстринов. Для получения декстрина сухой крахмал подкисляют с помощью летучей кислоты (соляной или азотной) в оборудовании непрерывного действия. Подкисленный крахмал выдерживают в бункерах в течение 12-16 часов. После отлежки крахмал предварительно подсушивают до 3% влажности и подвергают декстринизации. При этом крахмал нагревают и выдерживают определенное время при температуре 125-180°C, что обеспечивает требуемую степень расщепления крахмала. В дальнейшем декстрин охлаждают, увлажняют и просеивают.
Получение оксиалкилированных крахмалов. При производстве оксиалкилированных крахмалов используют очищенную 40-45% суспензию крахмала. В смесь вводят раствор щелочи или окиси щелочно-земельного металла и растворяют в ней окись этилена или пропилена. Реакцию проводят при температуре не выше 50°C и постоянном перемешивании в герметично закрытом оборудовании в течение нескольких часов. После завершения реакции оксиалкилкрахмал отделяют фильтрацией и в случае необходимости промывают водой. Сырой крахмал высушивают, просеивают и упаковывают.
Получение катионных крахмалов. Существует различные способы катионирования крахмала. Для катионирования крахмала используют: конденсат эпихлоргидрина и аммиака, метилсиликонат натрия, смесь мочевины и фосфорной кислоты, N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-N,N,N-триметиламмония хлорида или любые другие катионсодержащие агенты.
Получение ацетатных крахмалов. Ацетилирование может быть проведено путем нагревания смеси состоящей из ацетилирующего агента и крахмала. В качестве ацетилирующего агента можно применять уксусную кислоту, уксусный ангидрид, кетен, винилацетат, а также смеси уксусного ангидрида с уксусной кислотой, пиридином, диметилсульфоксидом и водным раствором щелочи. В зависимости от того, какой процент содержания ацетильных групп необходимо получить в крахмале, создают определенные условия для проведения реакции. Избыток ацетилирующего агента отделяют от крахмала промыванием в холодной воде. Промытый модифицированный крахмал обезвоживают, высушивают и просеивают.
Получение пищевой красящей крахмалосодержащей добавки. Осуществляют механическое смешивание нативного крахмала с пищевым красителем или модифицированного крахмала с пищевым красителем, или к суспензии нативного крахмала или к крахмальной суспензии полученной после модификации и корректировки уровня pH добавляют пищевой краситель и осуществляют распылительную сушку.
Полученную пищевую красящую крахмалосодержащую добавку фасуют, упаковывают, маркируют и при необходимости транспортируют или отправляют в склад на хранение.
Далее приведены примеры конкретного выполнения изобретения.
Пример 1
Получают нативный картофельный крахмал. Затем осуществляют механическое смешивание полученного нативного картофельного крахмала с пищевым красителем Е101 в соотношении 1:1.
Полученную пищевую красящую крахмалосодержащую добавку фасуют, упаковывают, маркируют и при необходимости транспортируют или отправляют в склад на хранение.
Пример 2
Получают кислотно-гидролизованный крахмал. Затем осуществляют механическое смешивание полученного кислотно-гидролизованного крахмала с пищевыми красителями (смесью Е151, Е152 и Е153 в соотношении 1:1:2) в соотношении 1:2.
Полученную пищевую красящую крахмалосодержащую добавку фасуют, упаковывают, маркируют и при необходимости транспортируют или отправляют в склад на хранение.
Пример 3
Получают 10%-ную суспензию нативного тапиокового крахмала. Затем к полученной 10%-ной суспензии нативного тапиокового крахмала после корректировки уровня pH добавляют 20% пищевого красителя Е140 и осуществляют распылительную сушку.
Полученную пищевую красящую крахмалосодержащую добавку фасуют, упаковывают, маркируют и при необходимости транспортируют или отправляют в склад на хранение.
Пример 4
Получают 5%-ную суспензию окисленного картофельного крахмала. Затем к полученной 5%-ной суспензии окисленного картофельного крахмала после корректировки уровня pH добавляют 15% пищевых красителей (смесь Е130, Е131, Е132 и Е133 в соотношении 1:1:1:1) и осуществляют распылительную сушку.
Полученную пищевую красящую крахмалосодержащую добавку фасуют, упаковывают, маркируют и при необходимости транспортируют или отправляют в склад на хранение.
Таким образом, разработан высокоэффективный, экономный и безопасный способ получения пищевой красящей крахмалосодержащей добавки, которая содержит пищевой краситель, способный окрашивать пищевые продукты в красный или красно-фиолетовый, или оранжевый, или желтый, или желто-оранжевый, или желто-зеленый, или желто-белый, или белый, или металлический, или зеленый, или синий, или коричневый, или черный цвет и имеющая в своем составе крахмалосодержащий компонент, выделенный из разнообразного растительного крахмалосодержащего сырья.