способ получения антоцианового красителя из растительного сырья

Формула изобретения

Способ получения антоцианового красителя, предусматривающий измельчение исходного сырья - кукурузы, экстрагирование красящих веществ, ультразвуковую обработку в процессе экстрагирования, отделение экстракта и его концентрирование, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья выбирают антоциановую гибридную форму культивируемого однолетнего растения кукурузы обыкновенной Zea mays L., которую подвергают измельчению от 50 до 400 мкм, экстрагирование красящих веществ-антоцианов осуществляют водой с температурой 20-40°С в течение от 10 мин до 1 ч при постоянном перемешивании.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии производства красителей для пищевой и легкой промышленности и может быть использовано для получения пищевого красителя из растительного сырья, предпочтительно для получения красного красителя из гибридной формы культивируемого однолетнего растения - кукурузы обыкновенной Zea mays L.

В настоящее время в большинстве развитых стран остро стоит проблема пищевых красителей. Она связана с широким использованием в пищевой, фармацевтической, парфюмерной промышленности синтетических красителей. Многие из них признаны в последнее время опасными для здоровья веществами, обладающими токсическими, тератогенными и аллергенными, мутагенными свойствами. Постоянно сообщается о введении новых ограничений на их применение.

Рост ограничений на них ведет к постоянному сокращению применения синтетических красителей. Мировой потенциальный рынок красителей очень велик -напитки, кондитерские изделия, лекарства, косметика и др. Дикорастущие источники сырья не смогут служить основой массового эффективного производства красителей. В связи с этими возрастает проблема получения безвредных естественных природных красителей. Обычно для получения натуральных красителей - антоциановых пищевых красителей - используют бузину, рябину, окрашенные плоды и ягоды, темные сорта винограда.

Известно использование в качестве красителя экстракта соцветия растения «Петушиный гребень» (см. авторское свидетельство СССР № 68995, МПК C09B 61/00).

Но использование винограда и ягод как сырья для красителя технологически и экономически не эффективно.

Известен способ получения антоцианового красителя из растительного сырья - кашинели, предусматривающий многократную экстракцию измельченного сырья водно-спиртовым раствором с последующим смешиванием полученных экстрактов, фильтрованием и сгущением (см. авторское свидетельство СССР № 988845, C09B 61/00).

Недостатки известного способа заключаются в длительности технологического процесса, использовании водно-спиртового раствора высокой концентрации, низкий выход красителя.

Известен способ получения антоцианового красного красителя из растительного сырья, из морских красных водорослей, включающий измельчение, экстрагирование водой и отделение экстракта (патент на изобретение РФ № 2103292, МПК C09B 61/00).

Недостатками этого способа являются невозможность получения концентрированного красителя, низкая производительность, длительность технологического процесса (процесс экстракции повторяют неоднократно).

Известен способ получения натурального пищевого красителя из корня ревеня тангутского, включающий измельчение сырья, экстракцию 30-37%-ным водно-спиртовым раствором с добавлением соды, затем фильтруют и полученный экстракт концентрируют (патент на изобретение РФ № 2172754, МПК C09B 61/00).

Недостатком способа получения красного пищевого красителя является снижение качества красителя вследствие сложности технологии получения.

Известны способы получения антоцианового красителя из растительного сырья, включающие экстрагирование антоциансодержащего сырья водными растворами, отделение экстракта и его концентрирование, при этом в качестве экстрагента используют водные растворы сернистой кислоты или ее однозамещенных солей, спирта и кислот.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения антоцианового красителя, предусматривающий выращивание антоциансодержащего сырья, измельчение, экстрагирование красящих веществ водным раствором кислот в поле ультразвуковых колебаний, фильтрацию и концентрацию. В качестве растительного сырья используют предварительно просушенную антоциансодержащую вегетативную массу кукурузы, экстракцию проводят смесью водных растворов соляной и лимонной кислот, а концентрирование красящих веществ проводят в вакууме. Дополнительно проводят подготовку сырья к экстракции путем настаивания измельченного сырья в растворе экстрагента в течение 6 - 8 ч при температуре 35-40°С. Экстрагирование проводят при температуре 35-40°С. Экстрагирование производят путем последовательной переработки трех партий растительного сырья с последующим удалением отработанного сырья и добавлением в полученный экстракт новой партии растительного сырья.

Длительность переработки каждой партии при экстракции составляет 30-40 мин при температуре 35-40°С. Концентрирование красителя проводят под вакуумом при температуре 50-60°С и при разрежении 750-800 мм рт.ст. (см. патент РФ № 2158743, МПК C09B 61/00).

Недостатком является использование кислотных растворов для экстрагирования, что не позволяет получить экологически чистый продукт, длительность технологического процесса, предусматривающего проведение экстрагирования в три этапа.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения экологически чистого антоцианового красителя на основе растительного сырья - кукурузы.

Технический результат изобретения состоит в увеличении степени растворимости антоцианов в экстрагенте, что позволяет повысить производительность и сократить время технпроцесса, увеличить выход красителя до 94%, снизить энергозатраты. Исключение необходимости использования химических реагентов повышает экологичность процесса получения красителя.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения антоцианового красителя из кукурузы, предусматривающем измельчение, экстрагирование красящих веществ, ультразвуковую обработку в процессе экстрагирования, отделение экстракта и его концентрирование, согласно решению в качестве сырья выбирают гибридную форму кукурузы, имеющую доминантные гены маркера "коричневый Саратовский", исходное сырье подвергают измельчению от 50 до 400 мкм, экстрагирование ведут водой, температуру которой выбирают в интервале 20-40°С, извлечение антоцианов проводят при постоянном перемешивании.

Способ осуществляется следующим образом.

Антоциансодержащее сырье, а именно гибридную форму кукурузы, имеющую доминантные гены маркера "коричневый Саратовский", подвергают измельчению от 50 до 400 мкм любым известным способом. Измельченное сырье заливают водой с температурой не выше 40 градусов. Измельчение растительного сырья увеличивает поверхности соприкосновения фаз (твердое тело-жидкость) и облегчает процесс экстракции. Постоянное перемешивание на универсальной встряхивающей машине способствует уменьшению гидравлического сопротивления массы вещества и возрастанию скорости процесса и позволяет вести исчерпывающую экстракцию сырья с малыми затратами труда и времени. В процессе экстрагирования на смесь накладывают ультразвуковые колебания, оптимально в интервале 20-60 кГц, одним из известных способов. Изменение давления при ультразвуковой обработке сырья приводит к разрушению его клеточных оболочек, что ускоряет массообменные процессы, а при обработке эктрагентом к активации молекул воды, их диссоциации и повышению растворимости в ней антоцианов, что позволяет получать высококонцентрированный раствор антоцианов и выделять антоцианы из сырья при меньшем гидромодуле (1:15), что дает возможность экономии экстрагента и затрат теплоносителя. Экстрагирование ведут в течение времени, которое определяется экспериментально в зависимости от требуемой концентрации получаемого экстракта. Эксперимент показывает, что время экстракции меняется от 10 минут до 1 часа. В процессе экстрагирования осуществляют спектральный контроль концентрации, а также контроль температуры экстракта. Сочетание предлагаемых признаков позволяет использовать в качестве экстрагента воду.

После завершения эктракции экстракт отделяют от шрота одним из известных способов и концентрируют по любой известной технологии, причем увеличенная концентрация антоцианов в экстракте позволяет снизить энергоемкость при концентрировании благодаря уменьшению количества удаляемого экстрагента.

Пример 1. Исходное сырье, антоциановую гибридную форму культивируемого однолетнего растения кукурузы обыкновенной Zea mays L измельчили на мельнице до 50 мкм, залили водой при температуре 35°С при гидромодуле 1:15, наложили ультразвуковые колебания с частотой 40 кГц в течение 30 мин при постоянном перемешивании. Выход антоцианов составил 86%.

Пример 2. Исходное сырье измельчили на мельнице до 150 мкм, залили водой при температуре 40°С при гидромодуле 1:10, наложили ультразвуковые колебания с частотой 35 кГц в течение 45 мин при постоянном перемешивании. Выход антоцианов составил 94%.

Пример 3. Исходное сырье измельчили на мельнице до 400 мкм, залили водой при температуре 40°С при гидромодуле 1:15, наложили ультразвуковые колебания с частотой 35 кГц в течение 60 мин при постоянном перемешивании. Выход антоцианов составил 82%.

Антоциановая гибридная форма культивируемого однолетнего растения кукурузы обыкновенной Zea mays L. имеет доминантные гены маркера с рабочим названием "коричневый Саратовский". Кукуруза выведена в Саратовском государственном университете и может стать основным источником натурального растительного красного красителя.

В целом внешне растение не отличается от родительских линий за исключением темно-фиолетовой окраски стеблей, листьев, соцветий и кроющих листьев початков.

Отработанная агротехника кукурузы позволяет иметь большую сырьевую базу, которая может обеспечить требования массового производства красителей.

В результате применения предлагаемого способа получается натуральный экологически чистый красный краситель, изменяя pH которого можно получить весь цветовой спектр необходимых красителей.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет повысить производительность за счет сокращения времени экстрагирования, увеличить выход красителя, снизить растворимости и концентрации антоцианов в экстракте за счет химических превращений в нем под действием ультразвука, а исключение необходимости использования химических реагентов повышает экологичность процесса получения красителя.

По данной технологии максимальный выход антоцианов достигает 94% от содержания в сырье.