Способ получения антоцианового красителя из ягодного сырья
METHOD OF PRODUCING AN ANTHOCYAN COLORING AGENT FROM BERRY MATERIAL

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для получения красного пищевого красителя из ягодного антоциансодержащего сырья, в частности ягод черной смородины.
В настоящее время в мире наблюдается интерес к качественным пищевым продуктам, сочетающим в себе высокие органолептические показатели и обладающие выраженными функциональными свойствами. Использование красителей природного происхождения позволяет улучшить внешний вид, цвет, а также повысить пищевую ценность продуктов. Большинство природных красителей содержат в своем составе кроме собственно пигментов витамины, гликозиды, органические кислоты, ароматические вещества и микроэлементы. Наибольший вклад в разнообразие цвета вносят флавоноиды, среди которых наиболее широко представлены антоцианы.
Использование антоциановых пигментов в качестве красителей придает продуктам широкий спектр цветовых оттенков от красного до фиолетового, а также позволяет снизить уровень холестерина, препятствует образованию тромбов, повышает эластичность сосудов, ускоряет заживление ран, благоприятно влияет на зрение, способствует профилактике онкологических заболеваний.
Источником природных антоцианов являются цветы, плоды, овощи и продукты их переработки.
В настоящее время уделяется большое внимание вопросам усовершенствования способов и интенсификации извлечения антоцианового пигмента из растительного сырья путем подбора наиболее оптимальных условий извлечения и экстрагентов.
Известны способы получения красного пищевого красителя, включающие подготовку плодово-ягодного антоцианосодержащего сырья и его экстракцию водно-спиртовым раствором с последующим отделением красителя (см. патенты РФ № 2163612, МПК C09B 61/00, дата публикации 27.02.2001 и № 2228344, МПК C09B 61/00, дата публикации 10.05.2004).
Существенными недостатками известных технических решений являются многостадийность и длительность процесса экстракции, а также необходимость удаления этанола (спирт) из экстракта.
В качестве ближайшего аналога принят способ получения антоцианового красителя из ягодного сырья, включающий измельчение ягод, их смешивание с экстрагентом на основе воды, экстракцию при перемешивании и отделение красителя от твердой фракции фильтрованием (см. патент РФ № 2515478, МПК C09B 61/00, дата публикации 10.05.2014).
Недостатком является наличие в экстрагенте глицерина, что ограничивает использование, выделенного антоцианового пигмента при производстве пищевых продуктов. Кроме того, высокие температуры выделения (90-98°С) приводят к частичной термической деградации антоцианового пигмента и потере биологически активных веществ, входящих в его состав.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа получения экологически чистого антоцианового красителя, выделенного из ягодного сырья, за счет использования нетоксичных природных экстрагентов.
Технический результат изобретения выражается в увеличении степени извлечения антоцианового пигмента и исключении использования химических реагентов, что способствует получению нетоксичного концентрированного красителя со стабильными свойствами.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения антоцианового красителя из ягодного сырья, включающем измельчение ягод, их смешивание с экстрагентом на основе воды, экстракцию при перемешивании и отделение красителя от твердой фракции фильтрованием, в качестве сырья используют черную смородину, ягоды которой измельчают, смешивают с экстрагентом при соотношении 1:20 соответственно, причем в качестве экстрагента используют 0,15%-ный водный раствор каппа-каррагинана, а экстракцию осуществляют при температуре 65-70°С в течение 30 минут.
Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «в качестве сырья используют черную смородину» описывает используемое ягодное антоциансодержащее сырье.
Признаки «в качестве экстрагента используют 0,15%-ный водный раствор каппа-каррагинана» обеспечивают следующие факторы.
Каппа-каррагинан является природным нетоксичным анионным полисахаридом, который из-за стабильности комплекса антоциановый пигмент-анионный полисахарид можно использовать без дополнительной очистки в производстве пищевых продуктов для регулирования их цвета, консистенции и технологических свойств, и как следствие – повысить экологичность процесса получения красителя.
Также использование каппа-каррагинана в составе экстрагента способствует увеличению степени экстрагирования антоцианового пигмента практически в 2 раза по сравнению с его выделением водным раствором без полисахарида при аналогичной температуре.
Повышение степени извлечения пигмента объясняется электростатическим взаимодействием анионного полисахарида каппа-каррагина и катионных антоцианов. При этом образуется стойкий комплекс за счет взаимодействия содержащегося в гетероциклическом кольце антоцианов кислорода, способного вступать в реакцию с отрицательно заряженными сульфатными группами полисахарида.
Признак «экстракцию осуществляют при температуре 65-70°С» задает оптимальные температурные характеристики.
При температуре ниже 65°С наблюдается высокая активность окислительных ферментов, способных разрушать антоциановоый пигмент, в температурном оптимуме 65-70°С происходит их денатурация, при температурах выше 70°С происходит частичная температурная деградация пигмента и потеря биологически активных соединений, входящих в его состав.
Признаки «ягоды… смешивают с экстрагентом при соотношении 1:20 соответственно» и «экстракцию осуществляют в течение 30 минут» описывают оптимальный гидромодуль и продолжительность процесса экстракции соответственно.
При меньших значениях снижается эффективность извлечения, при больших – необоснованно возрастают энергетические затраты.
На фиг.1 приведена зависимость степени извлечения антоцианового пигмента черной смородины от вида экстрагента и условий выделения.
На фиг.2 приведена зависимость степени извлечения антоцианового пигмента черной смородины от содержания каппа-каррагинана в водном растворе.
На чертежах показаны 1 – 0,05%-ный водный раствор каппа-каррагинана; 2 – водный раствор антоцианового пигмента без полисахарида; 3 – 0,1%-ный водный раствор каппа-каррагинана; 4 – 0,15%-ный водный раствор каппа-каррагинана.
Заявляемый краситель готовят по стандартной технологии на стандартном оборудовании.
Готовят экстрагент в виде водного раствора, для этого каппа-каррагинан смешивают с питьевой водой в заявленной концентрации.
Свежие ягоды черной смородины очищают и промывают проточной водой, замороженные – размораживают при комнатной температуре.
Подготовленное ягодное сырье измельчают до 3-8 мм, смешивают с экстрагентом при соотношении ягоды: 0,15%-ный водный раствор каппа-каррагинана 1:20 и осуществляют экстракцию при температуре 65-70°С в течение 30 минут при постоянном перемешивании.
На заключительном этапе отделяют краситель от твердой фракции фильтрованием.
Готовый продукт представляет собой маловязкую жидкость темно-красного цвета со слабовыраженным ароматом смородины.
Из фиг. 1 видно, что минимальная степень экстрагирования антоцианового пигмента наблюдается при термостатировании его водой при комнатной температуре (25°С). Значение оптической плотности при данном способе выделения составляет 0,364.
Экстрагирование водой при температуре 70°С приводит к увеличению степени извлечения антоцианового пигмента. Степень извлечения увеличивается в 1,4 раза.
Дальнейшее повышение температуры экстрагирования до 100°С незначительно увеличивает степень извлечения антоцианового пигмента.
Значения оптической плотности растворов антоцианового пигмента, выделенного при 70°С и при 100°С составляют 0,498 и 0,545, соответственно.
Наибольшей экстрагирующей способностью обладают раствор 0,1н соляной кислоты и 0,15%-ный водный раствор каппа-каррагинана. Максимальное значение оптической плотности при извлечении антоцианового пигмента 0,1н соляной кислотой составляет 0,975. Значение оптической плотности антоцианового пигмента, выделенного водным раствором каппа-каррагинана при температуре 70°С, отличается незначительно и составляет 0,897.
Из фиг. 2 видно, что при добавлении в водный раствор 0,05 мас.% каппа-каррагинана степень извлечения антоцианового пигмента увеличивается в 1,3 раза. Увеличение количества в водном растворе каппа-каррагинана до 0,1 и 0,15 мас.% способствует повышению степени извлечения антоцианового пигмента.
Оптическая плотность антоцианового пигмента, выделенного в присутствии 0,1%-ного и 0,15%-ного водных растворов каппа-каррагинана равна 0,495 и 0,630, соответственно. Степень извлечения антоцианового пигмента при использовании 0,1%-ного и 0,15%-ного водных каппа-каррагинана увеличивается в 1,6 и 2 раза.
Дальнейшее увеличение содержания каппа-каррагинана в водном растворе приводит к снижению степени извлечения антоцианового пигмента, вероятно, это происходит из-за насыщения гетероциклического кольца в его молекуле.
Проведенный анализ экспериментальных данных, представленных на фиг. 1 и 2, позволяет подобрать режимные характеристики получения антоцианового красителя и повысить его степень извлечения из ягод черной смородины в соответствии с целями практического использования.
Способ получения антоцианового красителя из ягод черной смородины поясняется примерами (для получения сравнимых результатов проводилось извлечение антоцианового пигмента из ягод черной смородины водными растворами, содержащими разное количество каппа-каррагинана).
Пример 1. Измельченные до 3-8 мм свежие ягоды черной смородины смешивали с 0,05%-ным водным раствором каппа-каррагинана при соотношении 1:20 соответственно и проводили экстракцию при температуре 65°С в течение 30 минут при постоянном перемешивании, затем отделяли краситель от твердой фракции фильтрованием.
Степень извлечения антоцианового пигмента увеличилась в 1,3 раза.
Пример 2. Замороженные ягоды черной смородины размораживали при температуре 25°С и измельчали до 3-8 мм, смешивали с 0,1%-ным водным раствором каппа-каррагинана при соотношении 1:20 соответственно и проводили экстракцию при температуре 70°С в течение 30 минут при постоянном перемешивании, затем отделяли краситель от твердой фракции фильтрованием.
Степень извлечения антоцианового пигмента увеличилась в 1,6 раз.
Пример 3. Измельченные до 3-8 мм свежие ягоды черной смородины смешивали с 0,15%-ным водным раствором каппа-каррагинана при соотношении 1:20 соответственно и проводили экстракцию при температуре 67°С в течение 30 минут при постоянном перемешивании, затем отделяли краситель от твердой фракции фильтрованием. Степень извлечения антоцианового пигмента увеличилась в 2 раза.
Полученный нетоксичный концентрированный краситель обладает стабильными свойствами и насыщенной цветовой гаммой, все это позволяет использовать его без дополнительной очистки в производстве пищевых продуктов, для регулирования их цвета и технологических свойств.