Особенности технологии совместного извлечения каротиноидных и антоциановых пигментов

Цвет продуктов питания, их внешняя привлекательность — важный фактор в оценке их конкурентной способности на рынке. Потребитель давно привык к их определенному цвету, связывая с ним качество и готовность продуктов к употреблению. История применения природных красителей, получаемых из окрашенных лепестков цветов, листьев и корней некоторых растений, насчитывает много столетий. Появление синтетических пищевых колорантов значительно расширило возможности производителей в улучшении внешнего вида продуктов питания.

Синтетические красители обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с большинством натуральных красителей. Они дают яркие, легко воспроизводимые цвета и менее чувствительны к различным видам воздействия, которым подвергается материал в ходе технологического процесса [1]. Однако ни один из синтетических красителей не имеет пищевой ценности, многие из них являются канцерогенами, мутагенами или аллергенами.

Поэтому в последние годы интерес к натуральным колорантам возрастает. Современные технологии позволяют получать

Хрипушин В.В., 2012

натуральные пищевые красители из различного пищевого сырья в основном методом экстрагирования с применением различных растворителей. Известно, что натуральные пищевые колоранты содержат в своем составе, кроме красящих пигментов, биологически активные компоненты: витамины, микроэлементы, органические кислоты, которые полезны для человека. Поэтому использование естественных красителей для окрашивания продуктов питания позволяет не только улучшить внешний вид, но и повысить пищевую ценность продуктов [2].

Цель исследования – разработка оптимальных условий получения композиционных каротиноидно-антоциановых красителей для использования в технологии пищевого производства.

Объектом исследования служили экстракты каротиноидно-антоциановых красителей различной степени экстрагирования, полученные путем совместного бескислотного экстрагирования гидрофилизированного каротиноидного (измельченные корнеплоды моркови Daucus Sativus Roehl) и высушенного антоцианового (выжимки ягод черной смородины Ribesnigrum) сырья в различном соотношении масс навесок. Для этого измельченная морковь подвергалась термической обработке при 40, 60 и 80 °С в течение 2 ч при каждой температуре [3]. Выжимки ягод черной смородины подвергались сушке при температуре 55-60 ° С до постоянной массы.

Совместное экстрагирование сырья в соотношении антоцианы: каротиноиды 1 : 1, 1 : 2 и 1 : 3 проводили трижды этанолом с объемной долей спирта 96 % при температуре 55-60 °С и гидромодуле 1 : 4, варьируя при этом продолжительность процесса экстрагирования от 45 до 90 мин.

Определение спектральных характеристик полученных спиртовых экстрактов композиционных красителей проводили на однолучевом спектрофотометре Shimadzu (Япония) в видимом диапазоне длин волн в кювете с толщиной оптического слоя 10 мм.

Для оценки окраски экстрактов применяли сканерометрический метод [4], позволяющий получить количественные характеристики цвета экстрактов красителей. Измерение проводили на планшетном сканере Hewlett Packard Scan Jet 3400С в цветовом режиме RGB, разрешение сканирования 300 dpi, используя специализированную приставку к сканеру. Толщина оптического слоя составляла 20 мм.

Интенсивность I полученных экстрактов рассчитывали по формуле

I = (R + G + B) / 3, где R – значение красной компоненты, усл. ед.; G – значение зеленой компоненты, усл. ед; B – значение синей компоненты, усл. ед.

Природные каротиноидные красители широко используются в пищевой промышленности для окраски жиросодержащих продуктов питания. Основными пигментами красителей являются гидрофобные углеводородные каротиноиды типа каротина. Термолитическая гидрофилизация природных углеродных каротиноидов термообработкой кароти-ноидсодержащего растительного сырья (например, моркови Daucus Sativus Roehl ) в условиях сохранения окраски пигментов приводит к образованию спиртоводорастворимых красителей. Это происходит не только из-за окисления каротиноидов, но и за счет гидролиза полимерных углеводов до олигомерных форм, образующих гидрофильный комплекс каротиноид–пектин [5]. Полученные красители могут успешно применяться для окраски не только гидрофобных, но и гидрофильных продуктов питания, что значительно расширяет эксплуатационные возможности колорантов.

Антоциановые пигменты традиционно выделяют из растительного сырья водным или водно-спиртовым экстрагированием в кислой среде или без подкисления экстрагента [2, 6]. При спектральном анализе экстрактов, полученных путем совместного экстрагирования каротиноидного и антоцианового сырья этанолом с объемной долей спирта 96 %, выявлено смещение максимумов светопоглощения растворов относительно индивидуальных коло-рантов (максимумы светопоглощения спиртового раствора β -каротина соответствуют длинам волн 420, 460 и 480 нм, антоцианов – 549 нм. Так, максимумы светопоглощения смесевых красителей соответствуют 424, 445, 473 и 542 нм (рис. 1).

Рис. 1. Спектральные характеристики экстрактов смесевых красителей: 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3 – массовое соотношение антоцианы : каротиноиды

При сканерометрическом анализе окраски спиртовых экстрактов каротиноидноантоциановых красителей выявлено высокое содержание красной компоненты ( R ) в экстракте со степенью экстрагирования 1 и низкие значения зеленой ( G ) и синей ( B ) (рис. 2), что связано с преимущественным влиянием на цвет растворов спиртовых экстрактов композиционных красителей антоциановых соединений [6].

Рис. 2. Цветометрические характеристики первого экстракта: 45 мин – продолжительность экстрагирования 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3 – массовое соотношение антоцианы : каротиноиды

При двукратном воздействии на сырье (рис. 3) экстрагента (этанола с объемной долей спирта 96 %) наблюдается увеличение зеленой ( G ) и появление синей ( B ) компоненты с сохранением высокого значения красной ( R ), что свидетельствует об извлечении каротиноидов и дальнейшем экстрагировании антоцианов из смеси сырья. Причем при увеличении продолжительности экстрагирования наблюдается нарастание красной компоненты ( R ), а при увеличении доли каротиноидов в смеси возрастает зеленая компонента ( G ) (рис. 3).

Рис.3. Цветометрические характеристики экстракта при двукратном экстрагировании: 75 мин – продолжительность экстрагирования; 1 : 1, 1 : 2, 1 : 3 – массовое соотношение антоцианы : каротиноиды

При этом увеличение продолжительности экстрагирования приводит к нарастанию доли красящих веществ в экстракте, что выражается в снижении интенсивности I окраски, т.е. потемнении растворов (рис.4).

Рис. 4. Динамика изменения интенсивности окраски экстрактов

С точки зрения технологии двукратное экстрагирование является наиболее оптимальным, т.к. позволяет извлечь до 90 % красящих веществ из исходного сырья без значительного увеличения расхода экстрагента и суммарного времени экстрагирования.

На основании сравнительной оценки цветометрических характеристик экстрактов можно сделать вывод, что при соотношении сырья выжимки ягод черной смородины и морковь 1:1 оптимальными параметрами экстрагирования являются продолжительность 60 мин и кратность 2. При таких условиях происходит совместное экстрагирование красящих веществ полиеновой и полифенольной природы более полярным экстрагентом этанолом, в то время как традиционно гидрофобные каротиноидные пигменты извлекаются неполярными растворителями, а антоциановые пигменты выделяют кислотным и бескислотным водным или водно-спиртовым экстрагированием.