RU2399639C1 - Method for production of anthocyan colouring agent from vegetable raw materials - Google Patents

Abstract

FIELD: food industry.

SUBSTANCE: method envisages milling the original raw stock represented by anthocyan hybrid form of the cultivated flint corn (Zea mays L) plant, extracting colourants with anthocyan water at a temperature of 20°-40°C during 10 min - 1 hour with continuous agitation. Exclusion of the necessity of chemical reagents application enhances environmental friendliness of the colouring agent production process.

EFFECT: enhanced degree of anthocyans solubility in the extragent, improved productivity and reduced technological process duration, increased colouring agent yield, energy saving.

3 ex

Description

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.The invention relates to technology for the production of dyes for the food and light industry and can be used to obtain food dye from plant materials, preferably to obtain a red dye from a hybrid form of a cultivated annual plant - ordinary corn 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.Currently, in most developed countries, the problem of food coloring is acute. It is associated with the widespread use of synthetic dyes in the food, pharmaceutical, and perfume industries. Many of them have been recognized recently as hazardous substances with toxic, teratogenic and allergenic, mutagenic properties. Constantly reported on the introduction of new restrictions on their application.

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.The growing restrictions on them are constantly reducing the use of synthetic dyes. The global potential market for dyes is very large - drinks, confectionery, medicines, cosmetics, etc. Wild-growing sources of raw materials will not be able to serve as the basis for the mass effective production of dyes. In connection with these, the problem of obtaining harmless natural natural dyes increases. Usually, elderberry, mountain ash, colored fruits and berries, dark grape varieties are used to produce natural dyes - anthocyanin food dyes.

Известно использование в качестве красителя экстракта соцветия растения «Петушиный гребень» (см. авторское свидетельство СССР №68995, МПК C09B 61/00).It is known to use the cockerel plant inflorescence extract as a dye (see USSR author's certificate No. 68995, IPC C09B 61/00).

Но использование винограда и ягод как сырья для красителя технологически и экономически не эффективно.But the use of grapes and berries as raw materials for the dye is technologically and economically not effective.

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).There is a method of producing anthocyanin dye from plant material — coughing, which involves the repeated extraction of ground material with a water-alcohol solution, followed by mixing the obtained extracts, filtering and thickening (see USSR author's certificate No. 988845, C09B 61/00).

Недостатки известного способа заключаются в длительности технологического процесса, использовании водно-спиртового раствора высокой концентрации, низкий выход красителя.The disadvantages of this method are the duration of the process, the use of a water-alcohol solution of high concentration, low dye yield.

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).A known method of producing anthocyanin red dye from plant materials, from marine red algae, including grinding, extraction with water and separation of the extract (patent for the invention of the Russian Federation No. 2103292, IPC C09B 61/00).

Недостатками этого способа являются невозможность получения концентрированного красителя, низкая производительность, длительность технологического процесса (процесс экстракции повторяют неоднократно).The disadvantages of this method are the inability to obtain a concentrated dye, low productivity, the duration of the process (the extraction process is repeated repeatedly).

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).A known method of obtaining a natural food coloring from the root of Tangut rhubarb, including grinding raw materials, extraction with a 30-37% aqueous-alcoholic solution with the addition of soda, is then filtered and the resulting extract is concentrated (RF patent No. 2172754, IPC C09B 61/00) .

Недостатком способа получения красного пищевого красителя является снижение качества красителя вследствие сложности технологии получения.The disadvantage of this method of obtaining red food coloring is the decrease in the quality of the dye due to the complexity of the production technology.

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.Known methods for producing anthocyanin dye from plant materials, including extracting anthocyanin-containing raw materials with aqueous solutions, separating the extract and concentrating it, using aqueous solutions of sulfurous acid or its monosubstituted salts, alcohol and acids as extractant.

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.Closest to the proposed is a method for producing an anthocyanin dye, involving the growth of anthocyanin-containing raw materials, grinding, extracting dyes with an aqueous acid solution in the field of ultrasonic vibrations, filtration and concentration. As a plant material, pre-dried anthocyanin-containing vegetative mass of corn is used, extraction is carried out with a mixture of aqueous solutions of hydrochloric and citric acids, and the coloring substances are concentrated in vacuum. Additionally, the raw materials are prepared for extraction by insisting the crushed raw materials in the extractant solution for 6-8 hours at a temperature of 35-40 ° C. Extraction is carried out at a temperature of 35-40 ° C. The extraction is carried out by sequential processing of three batches of plant material with the subsequent removal of the waste material and adding a new batch of plant material to the obtained extract.

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).The duration of processing of each batch during extraction is 30-40 minutes at a temperature of 35-40 ° C. The dye is concentrated under vacuum at a temperature of 50-60 ° C and with a vacuum of 750-800 mm Hg. (see RF patent No. 2158743, IPC 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.The disadvantage is the use of acidic solutions for extraction, which does not allow to obtain an environmentally friendly product, the duration of the process, involving the extraction in three stages.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения экологически чистого антоцианового красителя на основе растительного сырья - кукурузы.The objective of the present invention is to develop a method for environmentally friendly anthocyanin dye based on plant materials - corn.

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.The technical result of the invention is to increase the degree of solubility of anthocyanins in the extractant, which allows to increase productivity and reduce the process time, increase the yield of dye to 94%, and reduce energy consumption. Eliminating the need for the use of chemical reagents increases the environmental friendliness of the dye production process.

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.The problem is solved in that in the method of producing anthocyanin dye from corn, which involves grinding, extracting dyes, ultrasonic processing in the extraction process, separating the extract and concentrating it, according to the solution, the hybrid form of corn having the dominant genes of the brown Saratov marker is selected as a raw material ", the feedstock is subjected to grinding from 50 to 400 microns, extraction is carried out with water, the temperature of which is selected in the range of 20-40 ° C, the extraction of anthocyanins rovodyat with constant stirring.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

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.Anthocyanin-containing raw materials, namely a hybrid form of corn having the dominant genes of the brown Saratov marker, are subjected to grinding from 50 to 400 microns by any known method. The crushed raw materials are poured with water with a temperature not exceeding 40 degrees. Grinding plant materials increases the contact surfaces of the phases (solid-liquid) and facilitates the extraction process. Constant mixing on a universal shaking machine helps to reduce the hydraulic resistance of the mass of the substance and increase the speed of the process and allows exhaustive extraction of raw materials with low labor and time. In the process of extraction, ultrasonic vibrations are applied to the mixture, optimally in the range of 20-60 kHz, using one of the known methods. The pressure change during ultrasonic treatment of the raw material leads to the destruction of its cell walls, which accelerates mass transfer processes, and when treated with an extractant, it activates water molecules, dissociates them and increases the solubility of anthocyanins in it, which makes it possible to obtain a highly concentrated solution of anthocyanins and to separate anthocyanins from raw materials with a smaller hydraulic module (1:15), which makes it possible to save extractant and coolant costs. Extraction is carried out over a period of time which is determined experimentally depending on the desired concentration of the obtained extract. The experiment shows that the extraction time varies from 10 minutes to 1 hour. In the process of extraction, spectral control of the concentration is carried out, as well as control of the temperature of the extract. The combination of the proposed features allows you to use water as an extractant.

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.After the extraction is completed, the extract is separated from the meal by one of the known methods and concentrated by any known technology, and the increased concentration of anthocyanins in the extract allows to reduce the energy consumption during concentration due to a decrease in the amount of extractant removed.

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%.Example 1. The feedstock, the anthocyanin hybrid form of the cultivated annual annual maize plant Zea mays L was ground in a mill to 50 μm, poured with water at a temperature of 35 ° C at a hydraulic module of 1:15, ultrasonic vibrations were applied at a frequency of 40 kHz for 30 min at a constant stirring. The yield of anthocyanins was 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%.Example 2. The feedstock was ground in a mill to 150 μm, filled with water at a temperature of 40 ° C with a hydraulic module of 1:10, superimposed ultrasonic vibrations with a frequency of 35 kHz for 45 minutes with constant stirring. The yield of anthocyanins was 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%.Example 3. The feedstock was ground in a mill to 400 μm, poured with water at a temperature of 40 ° C with a hydraulic module 1:15, superimposed ultrasonic vibrations with a frequency of 35 kHz for 60 minutes with constant stirring. The yield of anthocyanins was 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.The anthocyanin hybrid form of the cultivated annual plant of ordinary corn Zea mays L. has dominant marker genes with the working name "brown Saratov". Corn is bred at Saratov State University and may become the main source of natural plant red dye.

В целом внешне растение не отличается от родительских линий за исключением темно-фиолетовой окраски стеблей, листьев, соцветий и кроющих листьев початков.On the whole, the plant does not differ externally from the parental lines, with the exception of the dark purple color of the stems, leaves, inflorescences, and coverts of the cobs.

Отработанная агротехника кукурузы позволяет иметь большую сырьевую базу, которая может обеспечить требования массового производства красителей.The proven agricultural technology of corn allows you to have a large raw material base, which can meet the requirements of the mass production of dyes.

В результате применения предлагаемого способа получается натуральный экологически чистый красный краситель, изменяя pH которого можно получить весь цветовой спектр необходимых красителей.As a result of the application of the proposed method, a natural environmentally friendly red dye is obtained, changing the pH of which you can get the whole color spectrum of the necessary dyes.

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.In addition, the proposed method allows to increase productivity by reducing the extraction time, increase the dye yield, reduce the solubility and concentration of anthocyanins in the extract due to chemical transformations in it under the influence of ultrasound, and eliminating the need to use chemical reagents increases the environmental friendliness of the dye production process.

По данной технологии максимальный выход антоцианов достигает 94% от содержания в сырье.According to this technology, the maximum yield of anthocyanins reaches 94% of the content in raw materials.

Claims (1)

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. A method of producing an anthocyanin dye, comprising crushing the feedstock - corn, extracting dyes, ultrasonic processing during the extraction process, separating the extract and concentrating it, characterized in that the anthocyanin hybrid form of the cultivated annual maize plant Zea mays L. is selected as a feedstock, which is subjected to grinding from 50 to 400 microns, the extraction of dyes-anthocyanins is carried out with water at a temperature of 20-40 ° C for 10 minutes to 1 hour with constant stirring.