ПИЩЕВОЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ КРАСИТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
MINERAL FOOD COLOURING AGENT BASED ON FERROUS OXIDES AND ITS PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к пищевым красителям. Преимущественно, предлагаемый минеральный пищевой краситель может быть использован для окрашивания жиросодержащих пищевых продуктов, в частности шоколадных изделий, жировых начинок и кондитерской глазури. Окрашивание указанных продуктов необходимо в ряде случаев для уменьшения закладки дорогостоящего какао-порошка с целью понижения себестоимости продукции.
В настоящее время для окрашивания таких продуктов широко используются минеральные пищевые красители, такие, как оксиды железа, растительный уголь, диоксид титана, представляют собой неорганические соединения разных цветов, встречающиеся в природе в составе или полученные из различных минералов и руд путем их переработки. В частности, пищевые красители на основе оксидов железа известны как пищевые добавки с европейским классификационным кодом Е172 (http://www.e-pitanie.m/pishchevie_dobavki/krasiteli/el72.php). Оксиды железа в промышленности получают переработкой минералов магнетита и гематита. Существует 3 формы железоокисных красителей:
E172i - железоокисный пигмент черный - оксид железа (II, III), представляет собой порошок черного цвета;
E172ii - железоокисный пигмент красный - оксид железа (III) - порошок от светло-красного до темно-красного цвета;
E172iii - железоокисный пигмент желтый - оксид-гидроксид железа (III) - порошок желтого цвета.
По своей химической природе пигменты оксидов железа не растворяются в воде, маслах и жирах. Являясь дисперсными красителями, оксиды железа позволяют окрашивать только вязкие или твердые пищевые продукты, такие как шоколадные массы, жировые начинки, кондитерские глазури, покрытия драже и конфет.
Товарные формы пищевых минеральных красителей на основе оксидов железа представлены в виде порошков различной тонкости помола. В виде порошка указанные красители вносятся в окрашиваемые продукты и перемешиваются с ними
(http://www.e-pitanie.m/pishchevie_dobavki/krasiteli/el72.php).
Наиболее близким к предлагаемому решению является пищевой минеральный краситель на основе оксида железа (US 2009/220557 А1), из которой известен пищевой минеральный краситель на основе оксида железа, нанесенный на хлопья оксида кремния, для окрашивания косметических, фармацевтических и пищевых продуктов. Указанный краситель, как и указанные выше красители, представляет собой порошок.
Основным недостатком используемой порошковой формы красителей на основе оксидов железа является сложность внесения порошковых красителей в окрашиваемый продукт. При относительно небольших дозировках, порядка 0,1-0,2% от массы окрашиваемого продукта, порошки оксидов железа трудно и неравномерно вмешиваются в вязкие продукты на жировой основе, из-за чего эффективность окрашивания падает. Для эффективного распределения красителя в массе продукта и недопущения перерасхода красителей требуются дополнительные затраты на увеличение времени производства, на дорогостоящее оборудование.
В основу настоящего изобретения положена задача - создать пищевой минеральный краситель в форме дисперсии, в которой оксиды железа равномерно распределены в дисперсной среде, а также способ изготовления такого красителя, с тем, чтобы повысить эффективность окрашивания пищевым красителем жиросодержащих продуктов.
Поставленная задача решается тем, что в пищевом минеральном красителе, содержащем красящую компоненту в виде по крайней мере одного красящего пигмента на основе оксида железа, согласно предлагаемому изобретению, краситель выполнен в форме жиросодержащей дисперсионной системы, включающую дисперсную фазу в виде частиц красящей компоненты внутри дисперсионной среды в виде твердого пищевого жирового вещества.
Выполнение красителя в виде твердой дисперсии позволяет конечному потребителю достаточно точно дозировать количество красителя при окрашивании продуктов, тем самым не допустить перерасхода красителя и неравномерного окрашивания, избежать ошибок в дозировании красителя, снизить время производства и, в конечном итоге, снизить производственные затраты.
Использование твердого жирового вещества для создания дисперсионной среды обеспечивает возможность равномерного распределения частиц оксидов железа по всей массе красителя, предотвращает оседание оксидов железа в нижние слои красителя.
Целесообразно, в качестве твердого пищевого жирового вещества использовать твердые растительные жиры, например, кокосовое или пальмовое масла.
Кокосовое и пальмовое масла допущены для использования в пищевой промышленности, при этом они обладают достаточной вязкостью, чтобы предотвратить оседание частиц оксида железа, что обеспечивает длительные сроки хранения красителя.
Кроме того, указанные масла хорошо смешиваются с жировыми продуктами, для окраски которых предназначен краситель. При комнатной температуре они имеют не очень жесткую консистенцию, позволяющую легко делить краситель на порции при использовании, тем самым вводить точное количество красителя в продукт. Также указанные масла имеют невысокую температуру плавления, при которой они размягчаются, превращаясь в текучую пасту, что также облегчает точное дозирование и хорошее перемешивание с массой окрашиваемого продукта.
Использование в качестве дисперсионной среды пищевых жиров, таких как кокосовое или пальмовое масла, обеспечивает возможность использования красителя для окрашивания пищевых продуктов, например, шоколадных изделий и кондитерских глазурей, так как указанные масла обладают большим сродством с ними и часто являются компонентами их рецептур. При этом указанные растительные жиры имеют невысокую стоимость.
Для предотвращения прогоркания масел, целесообразно, в процессе приготовления красителя, вводить в краситель антиоксидант. В качестве антиоксидантов могут использоваться любые известные антиоксиданты, допущенные к применению в РФ в дозировках, разрешенных СанПиН 2.3.2. 1078-01 и СанПиН 2.3.2.1293-03.
Кроме того, для обеспечения возможности варьирования цвета красителя и конечного продукта, целесообразно, использовать смесь трех железоокисных пигментов: черный, красный и желтый. Соотношение пигментов оксидов железа может меняться в зависимости от необходимого оттенка цвета.
Целесообразно, чтобы указанные компоненты были включены в пищевой минеральный краситель в следующем количественном соотношении, мас.%: красящая компонента на основе оксида железа - 50-60%, антиоксидант - 0,08 - 0,12%, твердые пищевые растительные жиры - остальное.
Указанное количественное содержание ингредиентов в предлагаемом красителе определено авторами экспериментальным путем и может варьироваться в указанных пределах в зависимости от множества факторов, в частности вида используемого пигмента, назначения красителя, а именно окрашиваемого продукта, для получения которого предназначен краситель, и пр. факторов.
В частности, количество красящей компоненты на основе оксида железа, в том числе ее нижний предел, определены известным образом из условия обеспечения требуемой интенсивности окраски пищевых продуктов красителем в удобных для конечного потребителя дозировках. Экспериментально авторами выявлено, что при количестве красящей компоненты на основе оксида железа менее 50% интенсивность окраски достаточно низкая.
Верхний количественный предел красящей компоненты в красителе обусловлен пределом вмешиваемости порошков пигментов в растопленном пищевом растительном жире, то есть при превышении указанного предела (60%) равномерное распределение порошков пигментов затруднено или невозможно.
Количество твердых пищевых растительных жиров определено авторами экспериментально, как оптимальное соотношение.
Количество антиоксиданта(ов) менее 0,08% не предотвращает прогоркания масел в процессе изготовления красителя.
Количество антиоксидантов более 0,12% не рекомендовано в соответствии с Санитарными правилами и нормами (СанПиН).
Целесообразно, чтобы размеры частиц красящего пигмента составляли 20-60 мкм.
Экспериментально авторами выявлено, что частицы пигмента с размерами в указанном интервале могут быть равномерно распределены в массе жира, что обеспечивает эффективное окрашивание красителем продуктов. Также, авторами выявлено, что красящая способность красителя зависит от размера частиц пигмента в дисперсии, в частности, при размерах частиц в 20 мкм обеспечивается достаточно высокая красящая способность красителя, при дальнейшем снижении размера частиц красящая способность повышаться не будет. При увеличении размера частиц свыше 60 мкм красящая способность понижается.
Поставленная задача решается также тем, что в способе получения пищевого минерального красителя, содержащего красящую компоненту в виде по крайней мере одного красящего пигмента на основе оксида железа в форме порошка, согласно предлагаемому изобретению, красящую компоненту смешивают с твердым пищевым жировым веществом, образуя жиросодержащую дисперсионную систему, содержащую дисперсную фазу в виде частиц красящей компоненты внутри дисперсионной среды в виде твердого пищевого жирового вещества, при этом перемешивание осуществляют до образования частиц красящей компоненты размером 20-60 мкм.
Как указывалось выше, авторами выявлено, что частицы с размерами в указанном интервале могут быть равномерно распределены в массе жира, что обеспечивает эффективное окрашивание красителем продуктов. Также, авторами выявлено, что красящая способность красителя зависит от размера частиц пигмента в дисперсии, в частности, при размерах частиц в 20 мкм обеспечивается достаточно высокая красящая способность красителя, при дальнейшем снижении размера частиц красящая способность повышаться не будет. При увеличении размера частиц свыше 60 мкм красящая способность понижается.
Целесообразно перемешивание осуществлять при начальном значении интервала температуры плавления жирового вещества при скорости перемешивания 80-120 оборотов в минуту в течение 50-70 минут.
При начальном значении интервала температур плавления твердого жирового вещества, с которым смешивают порошок пигмента, указанное жировое вещество имеет размягченную форму, при которой наиболее просто осуществлять перемешивание.
Смешивание порошка пигмента с жировым веществом при более высокой температуре может привести к прогорканию жирового вещества в результате его нагрева до более высоких температур. В частности, известно, что при повышении температуры выше 60°С, в жировом веществе начинаются нежелательные процессы полимеризации, которые в итоге приводят к прогорканию.
Известно, что начальное значение интервала температур плавления твердых растительных жиров, таких, как кокосовое и пальмовое масло, лежит в области 40°С.
Авторами выявлено, что заданные размеры частиц, равномерно распределенные в жировом веществе, достигаются при скорости перемешивания компонентов в 80-120 оборотов в минуту в течение 50-70 минут.
Экспериментально авторами выявлено, что при длительном перемешивании (в течение 50-70 минут) с невысокими скоростями перемешивающего устройства (80-120 оборотов в минуту) в вязкой среде крупные агломераты порошков оксида железа распадаются в результате трения друг о друга до более мелких частиц с эффективным для окрашивания размером 20-60 мкм, которые равномерно распределяются в массе жира. После охлаждения полученной смеси до комнатной температуры жиры застывают, препятствуя обратному слипанию частиц оксидов железа и осаждению их на дно емкости.
Авторами установлено, что при перемешивании менее 50 минут и скорости перемешивания 80 оборотов/ мин существует вероятность недостаточно равномерного распределения частиц пигмента в жировой среде, а перемешивание в течение времени более 70 минут и при скорости более 120 оборотов/мин не является целесообразным, так как не приводит к улучшению свойств красителя.
В дальнейшем предлагаемое изобретение будет более подробно раскрыто на конкретных примерах его выполнения.
Пищевой минеральный краситель выполнен в виде твердой дисперсионной системы, содержащей дисперсную фазу в виде частиц красящей компоненты, внутри дисперсионной среды в виде твердого пищевого жирового вещества. В качестве красящей компоненты использован, по крайней мере, один красящий пигмент на основе оксида железа.
Пищевые красители (пигменты) на основе оксидов железа известны как пищевые добавки с европейским классификационным кодом Е172. Оксиды железа в промышленности получают переработкой минералов магнетита и гематита. Существует 3 формы железоокисных красителей:
E172i - железоокисный пигмент черный - оксид железа (II, III), представляет собой порошок черного цвета;
Е172ii - железоокисный пигмент красный - оксид железа (III) - порошок от светло-красного до темно-красного цвета;
Е172iii - железоокисный пигмент желтый - оксид-гидроксид железа (III) - порошок желтого цвета.
Возможно использование в красителе как одного пигмента, так и смеси из двух или трех указанных пигментов на основе оксидов железа.
Выбор конкретного пигмента на основе оксидов железа или смеси указанных пигментов осуществляют известным образом, аналогично, как при выборе пигмента на основе оксидов железа (или их смеси), используемого в исходном его состоянии (в виде порошка) для окрашивания жиросодержащих пищевых продуктов. Пигменты используют в исходной товарной форме - в виде порошков различной тонкости помола.
В качестве твердого пищевого жирового вещества использовано пищевое растительное масло, твердое при комнатной температуре, например, кокосовое, пальмовое и т.д.
Дополнительно, дисперсная система пищевого красителя содержит антиоксидант(ы), допущенный к применению в пищевой промышленности в соответствии с Европейской директивой по пищевым добавкам «Кодекс Алиментариус» и СанПиН 2.3.2.1293-03.
Заданные компоненты включены в пищевой минеральный краситель в следующем количественном соотношении, мас.%: красящая компонента на основе оксида железа - 50-60%, антиоксидант - 0,08-0,12%, твердые пищевые растительные жиры - остальное.
Указанное количественное содержание ингредиентов в предлагаемом красителе определено авторами экспериментальным путем и может варьироваться в указанных пределах в зависимости от множества факторов, в частности вида используемого пигмента, назначения красителя, а именно окрашиваемого продукта, для получения которого предназначен краситель, и пр. факторов.
В частности, количество красящей компоненты на основе оксида железа, в том числе его нижний предел, определены известным образом из условия обеспечения требуемой интенсивности окраски пищевых продуктов красителем в удобных для конечного потребителя дозировках. Экспериментально авторами выявлено, что при количестве красящей компоненты на основе оксида железа менее 50% интенсивность окраски достаточно низкая.
Верхний количественный предел красящей компоненты в красителе обусловлен пределом вмешиваемости порошков пигментов в растопленном пищевом растительном жире, то есть при превышении указанного предела (60%) равномерное распределение порошков пигментов затруднено или невозможно.
Количество твердых пищевых растительных жиров определено авторами экспериментально как оптимальное соотношение.
Количество антиоксиданта(ов) менее 0,08% не предотвращает прогоркания масел в процессе изготовления красителя.
Количество антиоксидантов более 0,12% не рекомендовано в соответствии с Санитарными правилами и нормами (СанПиН).
Определение конкретного процентного соотношения компонентов красителя подбирается экспериментальным путем, с учетом потребительских качеств красителя, а именно, требуемый цвет, назначение, а именно продукт, для окрашивания которого предназначен краситель.
Дисперсная жиросодержащая система пищевого красителя содержит частицы пигмента(ов) на основе оксидов железа, размеры которых составляют 20-60 мкм.
Экспериментально авторами выявлено, что частицы с размерами в указанном интервале равномерно распределяются в массе жира, что обеспечивает эффективное окрашивание красителем продуктов. При этом, авторами выявлено, что красящая способность красителя зависит от размера частиц пигмента в дисперсии: при размерах частиц до 20 мкм обеспечивается достаточно высокая красящая способность красителя, при дальнейшем снижении размера частиц красящая способность повышаться не будет. При увеличении размера частиц свыше 60 мкм красящая способность снижается.
Ниже приведены конкретные примеры реализации предлагаемого пищевого минерального красителя.
Пример 1
Пигмент оксид железа черный E172i в количестве 30%, оксид железа Е172ii в количестве 15%, оксид железа желтый E172iii в количестве 5%, антиоксидант альфа-токоферол в количестве 0,12%, кокосовое масло в количестве 49,88%.
Общее количество красителя - 0,4% от конечной массы готового окрашиваемого продукта.
Полученный готовый продукт имеет коричневый (какао) цвет.
Пример 2
Пигмент оксид железа черный E172i в количестве 20%, оксид железа Е172ii в количестве 15%, оксид железа желтый E172iii в количестве 20%, антиоксидант альфа-токоферол в количестве 0,1%, пальмовое масло в количестве 44,9%.
Общее количество красителя - 0,5% от конечной массы готового окрашиваемого продукта.
Полученный готовый продукт имеет коричневый (молочный шоколад) цвет.
Пример 3
Пигмент оксид железа черный E172i в количестве 40%, оксид железа Е172ii в количестве 12%, оксид железа желтый Е172iii в количестве 8%, антиоксидант альфа-токоферол в количестве 0,08%, кокосовое масло в количестве 39,92%.
Общее количество красителя - 0,6% от конечной массы готового окрашиваемого продукта.
Полученный готовый продукт имеет коричневый (горький шоколад) цвет.
Пример 4
Пигмент оксид железа черный E172i в количестве 60%, антиоксидант альфа-токоферол в количестве 0,08%, пальмовое масло в количестве 39,92%.
Общее количество красителя - 0,5% от конечной массы готового окрашиваемого продукта.
Полученный готовый продукт имеет черный (темный шоколад) цвет.
Пример 5
Пигмент оксид железа черный E172i в количестве 8%, оксид железа E172ii в количестве 10%, оксид железа желтый E172iii в количестве 42%, антиоксидант альфа-токоферол в количестве 0,1%, кокосовое масло в количестве 39,9%.
Общее количество красителя - 0,4% от конечной массы готового окрашиваемого продукта.
Полученный готовый продукт светло-коричневый (карамельный) цвет.
Приведенные выше примеры показывают, что оксиды железа и/или их смеси в указанных пределах обеспечивают продуктам на жировой основе разного оттенка коричневый (аналогичный присущим шоколадным изделиям) цвет.
Предлагаемый пищевой минеральный краситель получают следующим образом.
В качестве пигмента на основе оксида железа или смеси пигментов используют готовый тонкодисперсный порошок известного пищевого пигмента Е172.
В такой форме минеральные красители (пигменты) в настоящее время выпускаются промышленностью, например, Индии или Китая.
Процесс изготовления красителя заключается в диспергировании (перемешивании) смеси порошков оксидов железа (или одного пигмента оксида железа) в размягченном твердом пищевом жировом веществе, например кокосовом или пальмовом масле. При этом перемешивание осуществляют при начальном значении интервала температуры плавления жирового вещества, скорости перемешивания 80-120 оборотов в минуту в течение 50-70 минут.
Известно, что начальное значение интервала температур плавления твердых растительных жиров, таких, как кокосовое и пальмовое масло, лежит в области 40°С. При такой температуре твердое пищевое масло размягчается до такого состояния, при котором наиболее просто осуществлять перемешивание.
Смешивание порошка пигмента с жировым веществом при более высокой температуре может привести к прогорканию жирового вещества в результате его нагрева до более высоких температур. В частности, известно, что при повышении температуры выше 60°С в жировом веществе начинаются нежелательные процессы полимеризации, которые в итоге приводят к прогорканию.
Для предотвращения прогоркания масла в процессе хранения красителя в смесь добавляют антиоксидант.
Экспериментально авторами выявлено, что при длительном перемешивании (в течение 50-70 минут) с невысокими скоростями перемешивающего устройства (80-120 оборотов в минуту) в вязкой среде крупные агломераты порошков оксида железа распадаются в результате трения друг о друга до более мелких частиц с эффективным для окрашивания размером 20-60 мкм, которые равномерно распределяются в массе жира. После охлаждения полученной смеси до комнатной температуры жиры застывают, препятствуя обратному слипанию частиц оксидов железа и осаждению их на дно емкости.
Авторами установлено, что при перемешивании в течение менее 50 минут и скорости перемешивания 80 оборотов/мин существует вероятность недостаточно равномерного распределения частиц пигмента, а перемешивание в течение времени более 70 минут и при скорости более 120 оборотов/мин не является целесообразным, так как не приводит к улучшению свойств красителя.
Заданные компоненты включают в пищевой минеральный краситель в следующем количественном соотношении, мас.%: красящая компонента на основе оксида железа - 50-60%, антиоксидант - 0,08-0,12%, твердые пищевые растительные жиры - остальное.
Диспергирование (перемешивание) осуществляется с помощью известного гомогенизатора для вязких продуктов с низкоскоростной мешалкой планетарного типа, например, может быть использован планетарный миксер марки РН202 компании VMI, Франция. В результате длительного перемешивания в вязкой среде крупные агломераты порошков оксида железа измельчаются путем трения друг о друга, до эффективного для окрашивания размера 20-60 мкм и равномерно распределяются в массе жира. После охлаждения полученной смеси до комнатной температуры жиры застывают, препятствуя обратному слипанию частиц оксидов железа и осаждению их на дно емкости. Для окрашивания продукции готовый краситель нагревают до 25-30°С, при этом он размягчается, превращаясь в текучую пасту, что облегчает его дозирование и перемешивание с массой окрашиваемого продукта.
Минеральный краситель добавляют в окрашиваемый продукт в количестве 0,4%-0,6% от конечной массы готового жирового продукта. Нижний предел обусловлен необходимостью обеспечения достаточной интенсивности окраски. При закладке красителя ниже указанного предела в продукте появляется нежелательный серый оттенок. Верхний предел обусловлен достаточностью интенсивности окраски.
Ниже приведены конкретные примеры реализации способа получения предлагаемого пищевого минерального красителя.
Пример 1
Кокосовое масло в количестве 49,88% нагревают до температуры 40°С, добавляют пигмент оксид железа черный E172i в количестве 30%, оксид железа E172ii в количестве 15%, оксид железа желтый E172iii в количестве 5%, антиоксидант альфа-токоферол в количестве 0,12%. Смесь перемешивают гомогенизатором для вязких продуктов с низкоскоростной мешалкой планетарного типа в течение 50 минут со скоростью 120 оборотов в минуту.
В результате перемешивания указанных компонентов получают смесь, представляющую собой дисперсную систему, содержащую дисперсную фазу в виде частиц пигмента размера 20-60 мкм, равномерно распределенных внутри дисперсионной среды в виде твердого жирового вещества.
Пример 2
Использовался тот же состав компонентов, как в вышеприведенном примере 1. При этом перемешивание осуществляют в течение 60 мин со скоростью 100 оборотов в минуту.
В результате перемешивания указанных компонентов получают смесь, представляющую собой дисперсную систему, содержащую дисперсную фазу в виде частиц пигмента размером 20-60 мкм, равномерно распределенных внутри дисперсионной среды в виде твердого жирового вещества.
Пример 3
Использовался тот же состав компонентов, как в вышеприведенном примере 1. При этом перемешивание осуществляют в течение 70 мин со скоростью 80 оборотов в минуту.
В результате перемешивания указанных компонентов получают смесь, представляющую собой дисперсную систему, содержащую дисперсную фазу в виде частиц пигмента размером 0-60 мкм, равномерно распределенных внутри дисперсионной среды в виде твердого жирового вещества.