способ получения пищевой добавки цитрата аммония-железа (iii) зеленого

Формула изобретения

Способ получения пищевой добавки цитрата аммония-железа (III) зеленого, включающий взаимодействие источника железа, гидроксида аммония и лимонной кислоты в присутствии воды, отличающийся тем, что в качестве источника железа используют цитрат трехвалентного железа, вначале проводят взаимодействие цитрата железа с водой и гидроксидом аммония при температуре 55-60°С при перемешивании до полного растворения цитрата железа, причем массовое соотношение между цитратом железа, водой и гидроксидом аммония составляет 1:(0,3-0,7):(0,30-0,44), а затем вводят кристаллическую лимонную кислоту в количестве 8-33 мас.% от массы цитрата железа и полученную реакционную массу перемешивают до достижения рН 3,0-5,0.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения пищевой добавки, предназначенной для использования в пищевых продуктах, преимущественно для обогащения железом.

Железо является одним из важнейших микроэлементов, необходимых для организма человека. Этот элемент участвует в жизненно важных процессах кроветворения, дыхания и биологического окисления, обеспечивающего организм энергией.

Известен способ получения цитрата аммония-железа зеленого из сульфата железа путем взаимодействия с гидроксидом аммония (Патент US № 2644828, кл. С07С 59/265, опубл. 1953.07.07). Выпавший осадок гидроксида железа промывают дистиллированной водой до отсутствия сульфатов. К промытому гидроксиду железа прибавляют раствор лимонной кислоты (106 г; 0,505 моль). Смесь нагревают в течение (60-75) мин и затем фильтруют. Фильтрат концентрируют. Прибавляют гидроксид аммония (1,6 моль NH₃) до рН 6,05. Раствор концентрируют и охлаждают. Кристаллизация завершается за 4 дня. Зеленые кристаллы цитрата аммония-железа центрифугируют, промывают спиртом и сушат при 105°С. Получают цитрат аммония-железа зеленый с содержанием железа 14,7%.

Известен также способ получения фармакопейного лимоннокислого железа (III) из сульфата железа (FeSО₄) и избытка карбоната натрия (Nа₂СО₃), получения из них карбоната железа (FeCO₃), взаимодействие его с лимонной кислотой, нейтрализации этого раствора гидроксидом аммония (NH₄OH) или лимоннокислым аммонием. Окисленный раствор фильтруют, выпаривают при 60°С и сушат. Получают зеленые пластинки с содержанием железа (12,8-14,5)% Fe (III) (пат. Чехосл. 93504 от 15.01.60).

Недостатками этих способов являются:

1. Длительность и сложность осуществления процессов получения и значительные потери, в том числе на операциях промывки, фильтрования, центрифугирования, вследствие этого снижение выхода целевого продукта.

2. Возможность загрязнения при обогащении сульфатами, присутствие которых в пищевых продуктах нежелательно.

Важно поступление железа в организм в безопасной для здоровья и биодоступной органической форме, не оказывающей вредного воздействия на здоровье человека при использовании в пищевых продуктах в рекомендуемой норме. К таким соединениям относятся цитраты аммония-железа в зеленой форме (ЦАЖ₃), которые разрешены к применению в России в качестве нутриентов и биологически активных добавок лечебно-профилактического назначения (Сарафанова Л.А. Пищевые добавки. Энциклопедия, 2-е изд. - СПб.: ГИОРД, 2004, с.601).

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения цитрата аммония-железа (III) зеленого, включающий взаимодействие источника железа - стальной стружки, окисленной в растворе азотной и лимонной кислот, с гидроксидом аммония в присутствии воды (Новинюк Л.В. Цитраты аммония-железа - эффективные источники биодоступного железа. Ж. Пищевые ингредиенты, сырье и добавки. - 2007. № 1. - С.40). Соотношение между твердой и жидкой фазой составляет 1:4,5, выход продукта составляет около 92%.

Недостатками этого способа являются:

1. Способ многостадиен, включает: окисление стальной стружки смесью азотной и лимонной кислот до железа (III), взаимодействие железа (III) с гидроксидом аммония. Общая продолжительность процесса при этом составляет от 3-х до 4-х суток.

2. Использование в способе концентрированной азотной кислоты сопровождается выделением токсичных окислов азота и является экологически опасным, что особенно нежелательно при получении пищевых продуктов.

3. Способ осуществляется в разбавленных растворах, что требует высоких энергозатрат при сушке продукта и удалении избыточной влаги.

Задачей предлагаемого решения является разработка способа получения железосодержащей пищевой добавки в виде хорошо растворимой соли пищевой лимонной кислоты - цитрата аммония-железа (III) зеленого в безвредной и биодоступной форме при одновременном обеспечении высокого выхода продукта и упрощении способа.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения железосодержащей пищевой добавки цитрата аммония-железа (III) зеленого, включающем взаимодействие источника железа, гидроксида аммония и лимонной кислоты в присутствии воды, согласно изобретению в качестве источника железа используют цитрат трехвалентного железа, вначале проводят взаимодействие цитрата железа с водой и гидроксидом аммония при температуре 55-60°С при перемешивании до полного растворения цитрата железа, причем массовое соотношение между цитратом железа, водой и гидроксидом аммония составляет 1:(0,3-0,7):(0,30-0,44), а затем вводят кристаллическую лимонную кислоту в количестве 8-33 мас.% от массы цитрата железа и полученную реакционную массу перемешивают до достижения рН 3,0-5,0.

Выбор в качестве источника железа цитрата трехвалентного железа, подбор оптимальных значений концентраций вышеуказанных компонентов и режимов проведения их взаимодействия обеспечивают образование цитрата-аммония железа (III) зеленого в безвредной и биодоступной форме, а также высокий выход продукта, в котором железо устойчиво связано в комплексном ионе с лимонной кислотой. Вследствие этого, в отличие от других водорастворимых соединений, таких как сульфат железа или хлорид железа, полученная по предлагаемому способу пищевая добавка при использовании не дает горьковатого привкуса железа и изменения цвета продукта.

Характеристика используемого сырья.

В качестве источника железа используют железо (III) цитрат марки ч. с содержанием железа не менее 17,0%. В качестве аммиачных соединений используют гидроксид аммония (аммиак водный о.с.ч. по ГОСТ 24147-80), использование которого предпочтительнее, а также можно использовать аммоний углекислый или аммоний углекислый кислый (х.ч., ГОСТ 3762-78), которые разрешены для использования в пищевой промышленности. Кислота лимонная моногидрат пищевая по ГОСТ 908-2004.

Способ получения пищевой добавки осуществляют следующим образом. В емкость с мешалкой загружают цитрат железа, воду и аммиачное соединение в массовом соотношении указанных компонентов 1:(0,3-0,7):(0,30-0,44). Взаимодействие указанных реагентов проводят при температуре 55-60°С при перемешивании в течение 1,0-1,5 ч до полного растворения цитрата железа. Затем вводят кристаллическую лимонную кислоту в количестве 8-33 мас.% от массы цитрата железа и перемешивают в течение 1 ч до достижения рН 3,0-5,0 и перехода коричневой окраски раствора в зеленую.

Полученный вязкий раствор цитрата аммония-железа₃ фильтруют, а затем сушат при температуре не выше 75°С с получением пищевой добавки в виде гранул, чешуек или порошка после измельчения. Способ получения цитрата аммония-железа в концентрированных растворах при содержании сухих веществ от 60 до 65% позволяет значительно снизить энергозатраты на стадии сушки продукта.

Получение ЦАЖ₃ можно представить уравнениями 1 и 2.

Далее изобретение поясняется примерами, иллюстрирующими способ получения пищевой добавки ЦАЖ₃ .

Пример 1

В термо- и кислотостойкую емкость, снабженную мешалкой, помещают 100 г измельченного цитрата железа с содержанием железа 17,0% и 30 см³ дистиллированной воды и при перемешивании медленно порциями по 8-10 см³ добавляют 44 см³ 25%-ного раствора гидроксида аммония с плотностью 0,907 г/см³. Температуру в реакционной среде поддерживают на уровне 55°С. При полном растворении цитрата железа в емкость при перемешивании вводят 8 г кристаллической лимонной кислоты до достижения рН 5,0. Продолжительность процесса составляет 2,0 ч. Раствор фильтруют и сушат, получают 124 г ЦАЖ ₃ с содержанием железа 14,8%.

Пример 2

В термо- и кислотостойкую емкость, снабженную мешалкой, помещают 100 г измельченного цитрата железа с содержанием Fe 18,5% и 45 см³ дистиллированной воды, затем при перемешивании медленно порциями по 8-10 см³ добавляют 38 см ³ 25%-ного раствора гидроксида аммония. Температуру поддерживают на уровне 57°С. При полном растворении цитрата железа в емкость при перемешивании вводят 18 г кристаллической лимонной кислоты до рН 4,0. Продолжительность процесса в целом составляет около 2,0 ч. После сушки получают 133 г ЦАЖ₃ влажностью 4% с содержанием железа 15,2%.

Пример 3

В термо- и кислотостойкую емкость, снабженную перемешивающим устройством, помещают 100 г измельченного цитрата железа с содержанием железа 21,0% и 70 см³ дистиллированной воды, затем медленно при перемешивании добавляют порциями по 8-10 см ³ 30 см³ 25%-ного раствора гидроксида аммония. Температуру в емкости поддерживают на уровне 60°С. При полном растворении цитрата железа вводят 33 г кристаллической лимонной кислоты и перемешивают в течение 1 ч до достижения рН 3. Общая продолжительность процесса составляет 2,5 ч. После сушки получают 145 г продукта влажностью 4% с содержанием железа 15,6%.

Выход пищевой добавки ЦАЖ₃, полученной по примерам 1-3, составляет более 100% от исходного сырья - цитрата железа.

В таблице представлены показатели качества пищевой добавки, полученной предложенным способом по примерам 1-3 в сравнении с показателями качества пищевой добавки Е381 - цитрат аммония-железа зеленый, установленными международным Комитетом по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ (Сарафанова Л.А. Пищевые добавки. Энциклопедия, 2-е изд. - СПб.: ГИОРД, 2004, с.601).

Данные, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что полученная по предложенному способу пищевая добавка представляет собой хорошо растворимое в воде (до 300 г в 100 г воды) соединение, в котором содержание железа и примесей (сульфатов) соответствует требованиям, установленным к показателям качества пищевой добавки Е381-цитрат аммония-железа зеленый.

Таким образом, предложенный способ позволяет получить железосодержащую пищевую добавку - ЦАЖ₃ в безвредной и биодоступной цитратной форме и обеспечивает высокий выход продукта.

Таблица
Показатели качества полученной по заявленному способу пищевой добавки и пищевой добавки Е381
Примеры	Массовое соотношение цитрат железа:вода:гидроксид аммония	Растворимость	Содержание железа, %	Содержание сульфатов, %	Органолептические показатели
В воде	В спирте
1	1:0,30:0,44:0,08	300	Нерастворима	14,8	0,25	Прозрачные зеленые гранулы без запаха со слабым металлическим привкусом
2	1:0,45:0,38:0,18	295	-«-	15,2	0,30
3	1:0,70:0,30:0,32	293	-«-	15,6	0,27
Пищевая добавка Е381 цитрат аммония- железа зеленый	-	Хорошо растворима	Нерастворима	14,5-16,0	Не более 0,3	Прозрачные зеленые чешуйки, гранулы или порошок без запаха с металлическим вкусом