Дипломная работа: Способы производства пищевых красителей
Технология производства красителей из черноплодной рябины, разработанная ВННИИПП и CПT, следующая: свежеотжатые или консервированные отходы загружают вэкстракторы, заливают горячей водой (95-98°С), подкисленной лимонной кислотой из расчета 0,2-0,3% к массе сырья, соотношение сырья в воде 1:5. Экстракцию ведут в аппарате ВЭКД-5 или двутельных котлах. Можно экстрагировать и в реакторе (теплообменник с паровой рубашкой) с мешалкой вместимостью 5-10 т при температуре 65-80ºСв течение часа. Экстракт откачивают, отстаивают, а гущуотжимают на прессах. Экстракт фильтруют и концентрируют ввакуум-выпарном аппарате ВНИИКП-2 (MЗC-320) до массовой доли СВ 40-42%. Концентрированный краситель фасуют в стеклянные банки вместимостью 3 л методом горячего розлива. Срок хранения красителя 10-12 мес.
Красители, вырабатываемые по данной технологии рекомендованы дляпроизводства мармеладов, карамели, драже, сухих плодово-ягодных киселей, ликеро-водочных изделий, безалкогольных напитков и т.п. Расход красителя на 1 т окрашиваемых изделий - 1,5-5,0 кг.
Организация производства натуральных красителей из плодово-ягодных отходов является экономически выгодным мероприятием, способствуетснижению себестоимости и увеличению рентабельности.
Технологическая схема производства пищевых красителей показана на рис.1.1.
Рис. 1.1 Технологическая схема производства пищевых красителей из выжимок черноплодной рябины и черной смородины:
1-емкость для хранения выжимок; 2-этажерки с протвинями; 3-транспортеры; 4-элеватор «Гусиная шея»; 5-экстрактор; 6-гидравлический пресс; 7-насос; 8-емкость для хранения экстракта; 9-фильтр-пресс; 10-вакуум-выпарной аппарат; 11-наполнитель; 12-закаточный автомат
Для улучшения качества продукции необходимо повысить дозу лимонной кислоты при экстракции до 0,5% массы сырья, так как при увеличении расхода воды на экстракцию изменяется рН среды, что способствует превращению антоцианов в другие формы фенольных соединений. Увеличение дозы лимонной кислоты сохраняет кислотность экстрагируемого сырья и стабилизирует антоцианы. Дополнительное нагревание перед розливом в тару вызывает слабое побурение красителей и снижение содержания антоцианов.
1.1.3 Основные процессы производства антоциановых красителей
Основными процессами при получении красителя из отходов производства фруктовых соков являются:
- хранение выжимок до экстракции;
- экстракция;
- концентрирование вытяжек;
- хранение концентрированных экстрактов.
Хранение выжимок вызывается производственной необходимостью. Изучались возможности применения сульфитации, сушки, внесения бензойнокислого натрия с целью консервирования вишневых выжимок для последующей переработки. Консервированные выжимки хранили в течение 6 месяцев и нерегулируемых температурных условиях. Анализ их после указанного срока показал полную непригодность бензойнокислого натрия как консерванта для вишневых выжимок. Выжимки становились бурыми и частично подвергались микробиологической порче. Сушеные выжимки тоже побурели, аналитически в них определено лишь 58% антоцианов от первоначального содержания, при последующей экстракции из них извлекалось не более половины, а при концентрировании весь экстракт становился коричневым.
Наилучшее сохранение антоцианов было в сульфитированных образцах. Потери их за 6 мес хранения не превышали 11%. О хорошем качестве красителя в сульфитированных выжимках можно судить по сравнительным спектограммам антоцианов свежих, сушеных и сульфитированных выжимок. Однако несмотря на хорошие данные по цвету красителя рекомендовать этот способ для производства нет достаточных оснований. Весьма затруднительным оказался процесс десульфитации полученных экстрактов, связанный с подогревом. Выход антоцианов в готовом экстракте, полученном из сульфитированных выжимок, не превышал 30-40%. Исходя из этого можно заключить, что для выделения красителя следует перерабатывать свежие выжимки, а в| крайнем случае их сульфитировать.
ВНИИПП и СПT (Москва) выявлено, что наиболее приемлемые сроки получения красителя из отходов черноплодной рябины - первые трое суток после переработки ягод. В более продолжительные сроки отходы плесневеют. Экстракт из таких отходов имеет темно-бурую окраску с привкусом плесени, низким содержанием антоцианов.
Установлено, что для хранения отходом черноплодной рябины с целью получения красителя можно рекомендовать консервирование отходов cернистой (0,1%) и сорбиновой (0,1%) кислотами (срок хранения 6 месяцев) либо хранение в холодильнике при температуре минус 5-12°C, либо предварительную сушку (до 12 месяцев).
Экстракция антоцианов. Известно, что выход вещества зависит от применяемого растворителя, температуры и продолжительности процесса. Аналитической практикой доказано, что наилучшим растворителем антоцианов является 0,1 процентный НCI в метаноле. Однако в условиях пищевых производств использование этого летучего ядовитого растворителя затруднено. В практике получили распространение вода, этиловый спирт в сочетании с разными добавками кислот для регулирования рН среды и стабилизации красителя.
Предложено экстрагировать антоцианы из виноградных выжимок 0,5-1 процентным раствором соляной кислоты в течение 20 ч или раствором сернистой кислоты и ее солей (метабисульфита калия) в концентрации 0,2…0,4. Концентрация сернистого ангидрида в растворителе должна быть 0,6%, а в его смеси с выжимками - 0,3%.
При экстракции красящих веществ из смеси гибридных сортов винограда с применением растворов SO2 и HCl при 20°С и гидромодуле 1 при удалении семян из выжимок перед экстракцией увеличивается концентрация красящих веществ в экстракте в 1,13 раза. Концентрация достигает равновесной величины за 4 ч и практически не изменяется при последующем настаивании на выжимках в течение 24 ч. Оптимальная концентрация SO2 составляет 0,15…1,2%, HCL…0,5 что обеспечивает извлечение 80…90 % красящих веществ от равновесного их содержания. Рекомендуют экстрагировать красящие вещества также водным раствором винной и лимонной кислот.
Добавка кислот, способствующая снижению рН, по данным всех исследователей повышает выход красителя.
По данным Скориковой в любом из испытанных растворителей (вода, спирт с добавками неорганических и органических кислот) переход антоцианов в раствор наименьший при нейтральной реакции среды (извлекается только 30…40%), а с повышением кислотности среды экстрагирующая способность увеличивается. Поэтому лучшее извлечение антоцианов получается при 0,5 % HCl и создается низкое значение рН среды. Дальнейшее увеличение концентрации до 1-1,5 % результатов не улучшает. Добавки винной и лимонной кислот менее эффективны. При использовании спирта лучший эффект получен при экстракции 0,5 % процентным раствором соляной кислоты в 10 процентном этиловом спирте.
По данным Самвелян и Гаспарян, проверявшим степень экстрагируемости красящих веществ из винограда с добавлением кислот, степень извлечения красных пигментов из винограда находится в обратной зависимости от pНl сока: чем ниже значение рН, тем больше степень извлечения красящих веществ. Однако при одинаковом pН среды извлечение антоцианов протекает лучше при введении лимонной кислоты, чем винной, если при внесении в мезгу лимонной кислоты комплекс красящих веществ красного вина входит 12антоцианов, то при добавлении винной кислоты - всего 8.
Различные кислоты неодинаково влияют на стабильность окраски. В наших экспериментах безусловный стабилизирующий эффект дали лишь галловая и ортофосфорная кислоты. Все остальные способствовали деградации хризантемина. А в отношении красителя свеклы - бетанидина большинство кислот, кроме сорбиновой и фосфорновольфрамовой, показывают стабилизирующий эффект. Анализ показывает, что положительный или отрицательный эффект кислот в отношении стабильности пигментов связан не со способностью их к диссоциации, а со свойствами их аниона.
Для стабилизации антоцианов в процессе производства и дальнейшего хранения красителя испытывали добавки к растворителям небольших концентраций сернистой кислоты (0,1-0,2 %), тиомочевины ( 0,2 %), ферментного препарата глюкооксидазы (2-6 мг/кг).
Сернистая кислота в концентрации 0,05 и 0,1 % спопобствует экстракции и стабилизирует антоцианы в большей мере, чем в концентрации 0,2 %. Более полной стабилизации антоцианов можно добиться при совместном использовании тиомочевины и сернистой кислоты в концентрации 0,1 %. Самые хорошие результаты получены при экстракции антоцианов 0,5 процентным солянокислым и 0,05 прорцентным сернистокислым водными растворами кислот с добавкой ферментного препарата глюкооксидазы из расчета 4 мг на 1 кг выжимки. Эти растворители следует предпочитать при выборе экстрагента.
В отношении антоцианов неприемлемо существующее правило по предпочтению проведения процесса экстракции при высокой температуре, повышающей растворимость большинства химических соединений, т.к. антоцианы термолабильны. При высокой температуре ускоряется их деструкция, приводящая к образованию темно-коричневых полимеров. В связи с этим температура, как и продолжительность ее действия, должны строго ограничиваться
Небольшое содержание антоцианом в спирте и хорошая растворимость гликозидированных форм в водных и спиртовых растворителях дает возможность исключить высокотемпературные режимы. По данным Валуйко при термической обработке целого винограда с увеличением обработки от 1 до 10 мин (как в соке, так и в воде при 90-95°C) степень извлечения дубильных и красящих веществ повышается, причем красящие вещества извлекаются быстрее, чем дубильные.