125527 (Способы производства пищевых красителей)

Содержание

1. Анализ современных объектов аналогичного назначения

1.1 Получение антоциановых красителей из растительного сырья

1.2 Современные конструкции

2. Экспериментальная часть

2.1 Описание предлагаемой технологической линии производства антоцианового красителя из растительного сырья

2.2 Описание разработанного мембранного аппарата с погружным фильтрующим элементом, вращающимся под действием разделяемого потока

3. Расчеты, подтверждающие работоспособность разрабатываемого объекта

3.1 Выбор рабочей температуры и перепада давления через мембрану

3.2 Выбор мембраны

3.3 Приближенный расчет рабочей поверхности мембран

3.4 Уточненный расчет поверхности мембран

3.5 Расчет и конструирование фланцевого соединения

3.6 Расчет конструкции опорных элементов мембранного фильтра

3.8 Расчет болтового соединения

4. Выбор параметров контроля и управления процессом

4.1 Выбор приборов контроля, регуляторов и средств автоматизации

4.2 Описание схем контроля, регулирования и сигнализации

1. Анализ современных объектов аналогичного назначения

1.1 Получение антоциановых красителей из растительного сырья

Антоцианы в растениях содержатся в различных количествах: в некоторых цветах до 30% (в расчете на сухой вес), в плодах и ягодах от сотых, десятых долой до 1%. Однако несмотря на малое их содержание в плодах и ягодах последние могут быть источниками получения антоциановых красителей. Это объясняется, во-первых, благоприятным составом флавоноидов в плодах, например, по сравнению с цветами; во-вторых, массовой промышленной переработкой плодов и ягод на консерпных и плодоперерабатывающих предприятиях. При такой переработке получается 20-40 % отходов (кожица, твердые части тканей), богатых антоцианами. Пока лишь незначительная часть этих отходов используется для производства красителей. В большей мере это объясняется громоздкостью и несовершенством технологической схемы их получения.

Установлено, что от цвета пищи зависит ее усвояемость. Лучше всего усваиваются те продукты, которые имеют свежую, натуральную окраску. Исследования также показывают, что потеря цвета пищи сопровождается и нежелательными изменениями ее аромата. Эти изменения небольшие, пока потеря цвета не превышает 50 % (на этой стадии аромат примерно ухудшается на 10 %), после чего наступает резкое ухудшение аромата. Все это указывает на то, что проблема сохранения цвета, свойственного плодово-ягодным продуктам, к которому в течение тысячелетий адаптировалась нервная система человека, является первостепенной.

Учитывая, что консервные заводы перерабатывают многие тысячи тонн фруктом в год, отходы соковых производств (выжимки) могут быть дешевым и доступным сырьем для производства антоциановых красителей. В настоящее время налажено в промышленном масштабе только производство некоторых красителей и разработаны способы использования их и экстрактор из плодов и ягод для подкраски, определены перспективы получения чистых натуральных красителей.

1.1.1 Окраска пищевых продуктов как показатель качества

Для придания продуктам цвета, близкого к естественной окраске плодов и овощей, используют дешевые синтетические красители. Однако постепенно накапливаются доказательства вредного - канцерогенного - влияния некоторых искусственных красителей на организм человека, в связи с чем ставится вопрос о запрещении использования ряда синтетических красителей (амаранта, нафтола желтого и др.). Список допускаемых синтетических красителей с каждым годом сокращается. В ближайшие годы пищевая промышленность неизбежно встанет перед фактом необходимости замены синтетических красителей естественными, безвредными для человека.

Природные красящие вещества плодов, ягод, овощей - антоцианы, относящиеся к классу флавоноидов, обладают широким спектром окраски от оранжевой до синей и определенной физиологической активностью. Поэтому использование антоцианов в качестве пищевых красителей рационально не только с точки зрения улучшения товарного вида, но и обогащения продуктов витаминами.

К искусственному подкрашиванию пищевых продуктов прибегают во многих странах. Для этой цели издавна применяют пищевые растительные красители. Такие красители условно разделяют на жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимые растительные красители широко используют для подкраски булочных изделий, кукурузных хлопьев, апельсиновых соков и других подобных напитков, масла, сыра, колбас и т.д.

Синтезирован новый прочный краситель β-апокаротиноль, который ранее был выделен из апельсинов и шпината. Его также начали применять для подкраски приправ, содержащих томаты, а также фруктовых пуншей. Комбинация каротина и апокаротинола успешно заменяет разрешенные желтые искусственные красители при подкраске газированных напитков и сыров, а также экстракты аннато и паприки и даже превосходит их по светоустойчивости и живости оттенков. Каротиноидов в настоящее время насчитывается более 100. Они имеют окраску от желто-красной до, через фиолетовый, почти черный. Эти каротиноиды содержатся в цветах, корнях, плодах рутений, в бактериях, водорослях, рыбе, мясе, молоке.

Список пищевых жирорастворимых красителей пополняется с каждым годом. К таковым относятся и ряд дополнительно разрешенных, например в ФРГ: капсантин и капсорубин (из перца красного), фливоксантин (из цветов лютика), лютеин и ксантофилл (из зелени растений), зеаксантин (из кукурузы, шиповника), рубиксантин (из шиповника), ниолоксантин, роддоксантин, криптоксантин и ряд других.

Значительно хуже дело обстоит с красными водорастворимыми красителями, нужными для подкрашинания плодово-ягодных продуктов. Из природных красящих веществ в пищевой промышленности используют некоторые хиноновые пигменты (бензхинон, нафтохинон, антрахинон) и ароматические оксикетоны. Многие из хиноноп, особенно гидрокси-метокси хиноны, обладают свойствами антибиотиков, но из-за своего токсического действия в медицине не применяются. Большинство бензохинонов действует с одинаковой токсичностью на клетку бактерий и клетки высших организмов.

Многие из хиноновых красящих веществ вредны для здоровья. Пока безвредными считают нафтохиноны и антрахиноны, которые применяются в пищевой промышленности за рубежом. Из них юглон (5-гидрокси-, 1,4-нафтохинон) обладает бактерицидными и фунгицидными свойствами. Лавсон является структурным изомером юглона. Лопахол и ломатиол входят в состав желтых красящих веществ тропических деревьев рода Тесома и их семян. Алканин является производным нафтаразина. Это красящее вещество находится в корнях алкянны. Алканна является одним из самых древних красящих веществ, ее применяли еще древние римляне. В корнях алканны находится 5-6 % красного порошка алканина, который легко растворяется в большинстве красителей. Экстракт алканны применяют для окраски жиров, помад, зубной пасты и других предметов косметики. Красящее вещество плумбагин находится в растении Plumbago curopea и других. В малых дозах возбуждает нервную систему. Как краситель не распространен.

Некоторые из природных антрахиноновых красящих веществ применяются в пищевой промышленности (ализарин и пурпурин). Ализарин получают в виде гликозида руберитровой кислоты. Применяются также кермезоная, лаккаиновая, карминовая, кассионая кислоты.

Многие природные красящие вещества, находящиеся в свободном состоянии или и виде глюкозидов в растениях, относятся к ароматическим оксикетонам, которые являются красящими веществами многих цветов и деревьев. Из них маклурин - красящее вещество желтого дерева, где он находится вместе с желтым пигментом марином.

Для подкрашивания свежемороженных и консервированных плодов с целью придания им натурального цвета предложены синтетические красящие вещества, которые близки по строению к природным красителям.

Синтезирован также целый ряд красителей, которые по цвету аналогичны земляничному, вишневому, то есть такие, которые разрешены для использования в пищевой промышленности. Это даст возможность значительно повысить товарную и пищевую ценность консервов. Все перечисленные красящие вещества пока довольно дефицитны и в нашей стране нашли ограниченное применение. Санитарным законодательством нашей страны допущены к использованию лишь абсолютно безвредные искусственные красители: тартразин желтый, ультрамарин синий, индигокармин-крас-ный и естественные (шафран, сафлор, кошениль, каротиноиды, аннато, антоцианы). Из указанных естественных красителей антоциановые красящие вещества являются весьма перспективными. Это естественные компоненты плодов и ягод, которые обладают определенной биологической активностью. Источниками антоциановых красителей могут быть любые темно-окрашенные плоды.

В нашей стране в настоящее, время применяют энокраситель, экстракты из плодовых выжимок и концентрированные соки для подкраски вин, безалкогольных напитков, сухих напиткон и киселей, кондитерских изделий (кремов, конфет), сиропоп, фруктовых консервов .

Каждый из применяемых красителей имеет свои достоинства и недостатки и поэтому может использоваться при определенных условиях. Основными недостатками, присущими всем антоциановым красителям являются необходимость создания в продукте кислой среды (pН не выше 3,5) и деградация их в процессе хранения. Последнее требует определенных условий хранения подкрашенных продуктов и введения красителей в достаточном количестве. Применение каждого из них имеет свои особенности.

1.1.2 Изготовление и использование пищевых красителей

Для изготовления красителей применяют плоды, ягоды и овощи, богатые антоцианами.

Для получения безалкогольных напитков предложен вместо амаранта краситель из клюквы. Выжимки заливают водным 1,5 процентным раствором сернистого ангидрида в соотношении (1:3), настаивают двое суток при переодическом перемешивании, затем отфильтровывают и десульфитируют путем упаривания под вакуумом при 50-60°С. Применение этого красителя дает неплохие результаты при подкрашивании зефирной массы, кремов, напитков (клубничного, виноградного, вишневого). Срок хранения налитков 10…11 суток при температуре 20-22°С.

Энокраситель получают из выжимок красных сортов винограда, образующихся в производстве соков и вин. Организовано производство энокрасителя в Молдавии. Сравнительный хроматографический анализ молдавского и итальянского энокрасителя проведен Тютюником. По его данным в состав красителя входят разнообразные производные дельфинидина, петунидина, мальпидина и пеонидина. Различие между исследуемыми красителями установлено по количественному соотношению компонентов, наличию дигликозидов, входящих в состав только итальянского энокрасителя. Энокраситель нашел применение для подкрашивания вин, безалкогольных напитков, кондитерских изделий. При использовании этого красителя рН среды должно быть не более 5, при увеличении pН окраска ослабевает, переходит в черно-фиолетовую и даже сине-зеленую. При недостаточной кислотности образуется чернильная окраска. Прибавление этилового спирта увеличивает яркость окраски.

Лучше использовать очищенный энокраситель. Очистку его можно провести путем экстракции спиртом, содержащим до 3 сернистого ангидрида, с последующим удалением SO₂, HCI и спирта выпариванием под вакуумом . Очищенный таким путем концентрат с содержанием 8,5 г/л красителя при рН раствора 2,1 может использоваться для подкраски кондитерских изделий (на сахаре без добавки кислот), кремов (с добавлением 0,025 л лимонной кислоты на I кг крема).

Вишневый сок издавна используется для подкраски многих плодово-ягодных продуктом (напитков, кондитерских изделий, сухих киселей). Предложены способы выделения красителя из отходов производства вишневого сока. Полученный краситель с содержанием 0,8 антоциана добавляется в заливку, используемую для приготовления компотов из расчета 10-15 мл красителя на 1 банку 83-1. Цвет приготовленных таким путем компотов получается естественным, без посторонних тонов.

Во ВНИИКОПе разработан способ, согласно которому проводят экстрагирование антоциансодержащего сырья водой или водным раствором с наложением УЗ-колебаний, отделение экстракта и его концентрирование. Способ позволяет повысить производительность, снизить расход экстрагента и энергозатраты, увеличить растворимость антоцианов в экстрагонте за счет химических превращений и нем под действием УЗ. Так, выжимки апельсинов красных сортов экстрагируют при гидромодуле 2:1 0,075 процентным раствором кислого сульфита натрия в 40 процентном водном растворе этанола при наложении УЗ-колебаний с частотой 18 кГц в течение 10 мин, декантируют экстракт и концентрируют сорбцией антоцианов на полимерном носителе. Извлечение эквивалентного количества антоцианов из аналогичного сырья без наложения УЗ требует минимального гидромодуля 1:1 и экстрагирования более 30 мин.

И пищевых производствах находит применение также краситель из свеклы, который ранее считался антоциановым. Однако исследования последних лет показали, что красящее вещество свеклы является бетанидином - азотсодержащим пигментом с максимумом поглощения 535-545 ммк.

Получают его следующим образом. Проинспектированные корнеплоды измельчают на универсальной плодоовощной дробилке до частиц размером 2-4 мм, мезгу бланшируют в двух процентном растворе лимонной кислоты при 80-85 °C в течение 10 мин, а затем прессуют на гидравлических пак-прессах при постепенном увеличении давления до 0,8-1,2 МПа, выход сока составляет 60 от массы мезги. Полученный сок подвергают грубой фильтрации, сепарированию на центрифугах или сепараторах под избыточном давлением 0,2-0,4 атм, концентрируют около 6 ч в вакуумаппаратах, оборудованных мешалками при разряжении 0,055-0,060 МПа и температуре 55-60°С. Готовый продукт должен содержать около 60 процентов сухих веществ (по рефрактометру), а кислотность его должна быть около 5 (в пересчете на лимонную кислоту). Фасуют при помощи автоматических наполнителей в герметически закрываемые трех литровые или вручную в десяти литровые бутылки. Краситель добавляют к сухим плодово-ягодным киселям (2 %), безалкогольным налиткам (0,1-0,3 %), кремам, пирожным (0,25-0,8 %), карамелям. Установлено, что для максимального сохранения красящих веществ, в свекольном соке нужно соблюдать следующие условия: температура не выше 50-60°С, pН менее или равно 4,5, исключается аэрация и воздействие дневного света, а также д.б. осуществлена инактивация окислительных ферментов.