Получение, свойства и применение антоциановых красителей в производстве сахарных кондитерских изделий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.01, кандидат технических наук Саввин, Павел Николаевич

• Саввин, Павел Николаевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Саввин, Павел Николаевич

Условные сокращения.

Введение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. КРАСНЫЕ ПИЩЕВЫЕ

КРАСИТЕЛИ.

1.1 Тенденции рынка пищевых красителей.

1.2 Классификация красителей и требования к ним.

1.3 Синтетические красители.

1.3.1 Азорубин-Е122.

1.3.2 Понсо4Я-Е124.

1.3.3 Красный очаровательный АС - Е129.

1.3.4 Запрещенные и неиспользуемые красные синтетические красители.

1.4 Натуральные (природные) красители.

1.4.1 Кармины-Е120.

1.4.2 Красный свекольный - Е162.

1.4.3 Антоцианы - Е

1.4.4 Красный рисовый.

1.5 Традиционные способы получения антоциановых красителей.

1.6 Влияние различных факторов на устойчивость окраски красителей.

1.7 Антиоксидантная активность как мера ценности красителя.

1.8 Применение традиционных антоциановых красителей для производства кондитерских изделий.

1.8.1 Производство мармелада.

1.8.2 Производство карамели.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Характеристика антоциансодержащего сырья, используемого в производстве красителя.

2.2 Характеристика сырья, используемого в производстве кондитерских изделий.

2.3 Схема экспериментальных исследований.

2.4 Выделение антоциановых пигментов.

2.5 Изучение состава и свойств антоциановых красителей.

2.5.1 Фотометрический анализ содержания красящих веществ.

2.5.2 Исследование термической устойчивости растворов.

2.5.3 Исследование спектральных характеристик красителей.

2.5.4 Оценка цвета красителя в системе RGB.

2.5.5 Исследование антиоксидантной активности.

2.5.6 Хроматографический анализ антоциановых соединений.

2.6 Определение показателей качества кондитерских изделий.

2.6.1 Оценка органолептических показателей качества.

2.6.2 Определение активной кислотности.

2.6.3 Определение титруемой кислотности.

2.6.4 Исследование спектральных характеристик изделий.

2.6.5 Оценка цвета изделий в системе RGB.

2.6.6 Исследование антиоксидантной активности.

2.7 Статистическая обработка результатов эксперимента.

ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И СОСТАВ

АНТОЦИАНОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ.

3.1 Особенности и преимущества получения антоциановых красителей бескислотным способом.

3.1.1 Бескислотный способ получения антоциановых красителей.

3.1.2 Технологическая схема производства красителя.

3.2 Характеристика свойств антоциановых красителей.

3.2.1 Спектральные характеристики.

3.2.2 Антиоксидантная активность.

3.2.3 Устойчивость растворов при различных рН.

3.2.4 Влияние рН на антиоксидантную активность.

3.2.5 Влияние природы органических кислот.

3.3 Влияние предварительной обработки сырьевого источника на состав и свойства антоцианов из винограда сорта «Изабелла».

3.3.1 Спектральные характеристики.

3.3.2 Антиоксидантная активность.

3.3.3 Состав экстрактов.

Выводы.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ АНТОЦИАНОВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ В

КОНДИТЕРСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

4.1 Использование антоциановых красителей в производстве мармелада.

4.1.1 Исследование окраски мармелада.

4.1.2 Антиоксидантная активность желейного мармелада.

4.1.3 Влияние дозировки сырья на стабильность окраски.

4.2 Использование антоциановых красителей в производстве карамели.

4.2.1 Применение красителя в производстве леденцовой и тянутой карамели.

4.2.2 Спектральные характеристики окраски карамели и ее антиоксидантная активность.

4.2.3 Применение красителя в производстве жевательной карамели и ее спектральные характеристики.

4.3 Использование антоциановых красителей в производстве желейных конфет.

4.4 Экономические расчеты.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение, свойства и применение антоциановых красителей в производстве сахарных кондитерских изделий»

Актуальность работы

Цвет пищевых продуктов, внешняя привлекательность играют большую роль в оценке их качества, стоимости, в конкуренции на рынке.

В настоящее время для окрашивания большинства кондитерских изделий применяются синтетические пищевые красители, многие из которых по данным правозащитных и здравоохранительных организаций Европы являются опасными аллергенами. Традиционно натуральные пищевые красители имеют ограниченное применение из-за сравнительно высокой стоимости и низких потребительских свойств (термолабильности, невысокой красящей способности). Применение этанола без дополнительного подкис-ления в качестве экстрагента при получении натуральных антоциановых красителей позволяет не только увеличить выход красящих веществ, но и повысить стабильность самих пигментов.

Для производства красителя возможно применение отходов сокового производства, что позволяет более рационально использовать сырьевые ресурсы. Источником красящих веществ служит местное растительное сырье (черная смородина, виноград, черника), обладающее наиболее усвояемыми нутриентами и обеспечивающее укрепление неспецифического иммунитета и антиоксидантной защиты человеческого организма.

Последнее особенно актуально, ввиду того, что рациональное питание является важнейшей составной частью здорового образа жизни, помогает сохранить здоровье и реализовать резерв долголетия организма. В последнее время серьезное внимание уделяется окислительному повреждению биологических молекул, которое генерируется в основном свободными радикалами, что приводит к возникновению ряда заболеваний, в т. ч. онкологических. Введение в окислительные процессы антиоксидантов подавляет или значительно замедляет скорость протекающих реакций.

Мармелад и карамель пользуются большой популярностью у населения. Однако часто люди ограничивают себя и своих детей в потреблении этой продукции, т.к. она бывает окрашена в холодные, неестественные цвета или, по их мнению, содержит вредные синтетические ингредиенты.

Применение для окрашивания этих кондитерских изделий натуральных антоциановых красителей, полученных бескислотной обработкой сырьевого источника этанолом, позволяет исключить из их рецептур синтетические пищевые азокрасители и сделать продукт более привлекательным для потребителя из-за естественной красной окраски. Антоцианы, составляющие основу красящих веществ колоранта, относятся к группе биофлавоноидов (парафармацевтиков), являются сильными антиоксидантами, что позволяет использовать окрашенные ими продукты для профилактики свободноради-кальных патологий.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ВГТА по теме «Выделение, изучение состава и свойств природных и модифицированных биологически активных органических соединений из растительного сырья». Часть работы выполнена в рамках гранта РФФИ № 06-08-00448 а «Разработка методов диагностики качества продукции по параметрам цветности с применением цифровых технологий».

Цели и задачи

Цель работы — развитие физико-химических основ процесса экстрагирования антоциановых соединений из различного растительного сырья, изучение влияния способов его обработки на эффективность извлечения пигментов и расширение ассортимента сахарных кондитерских изделий, окрашенных натуральными антоциановыми красителями.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

- обоснование преимуществ бескислотного получения антоциановых красителей экстрагированием этанолом из растительного сырья; изучение функционально-технологических свойств красителя в различных средах и подбор оптимальных условий приготовления кондитерских полуфабрикатов;

- изучение условий предварительной обработки сырья как способа увеличения выхода красящих веществ;

- изучение антиоксидантных свойств антоциановых красителей, полученных бескислотным способом; разработка способа производства сахарных кондитерских изделий (мармелада, карамели, желейных конфет), окрашенных натуральными антоциановыми красителями и исследование динамики изменения окраски и антиоксидантной активности; разработка проекта технической документации (ТУ, ТИ, РЦ) и промышленная апробация экспериментальных исследований;

- расчет экономических показателей.

Научная новизна

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено повышение содержания красящих веществ в антоциановых красителях, полученных бескислотной обработкой сырья этиловым спиртом, изучено положительное влияние предварительного замораживания на выход пигментов.

Установлено наличие антиоксидантной активности у антоциановых красителей, вырабатываемых по предлагаемому способу получения.

Показано, что применение бескислотных антоциановых красителей с повышенным содержанием красящих веществ в производстве сахарных кондитерских изделий (мармелад, карамель, желейные конфеты) позволяет не только улучшить их внешний вид и обогатить биологически активными соединениями, но и существенно увеличить антиоксидантную активность этих продуктов питания, что может быть использовано для профилактики опасных для здоровья человека радикальных химических реакций.

Новизна технического подтверждена положительным решением на выдачу патента РФ на изобретение по заявке №2007140921/13 (044793) «Способ производства желейного мармелада» от 02.11.07.

Практическая значимость

Усовершенствована технология антоциановых красителей, получаемых из растительного сырья бескислотной экстракцией этанолом. Предложен способ предварительной обработки сырьевого источника, позволяющий увеличить выход красящих веществ в 1,3 раза.

Определены оптимальные условия для окрашивания полуфабрикатов кондитерского производства натуральными антоциановыми красителями.

Разработана технология производства кондитерских изделий (мармелада, карамели, желейных конфет), окрашенных натуральными антоциановыми красителями.

Разработаны проекты технической документации: ТУ 9169-10502068108-2007 «Краситель пищевой "Черничный красный"», ТИ; ТУ 9121155-02068108-2007 «Карамель "Вкус лета"», ТИ, РЦ; ТУ 9128-101-020681082007 «Мармелад "Ягода"», ТИ, РЦ.

Возможность использования антоциановых красителей для окраски желейных конфет подтверждена актом промышленных испытаний на ЗАО «Сормовская кондитерская фабрика», г. Нижний Новгород.

Основные научные положения, выносимые на защиту

Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение повышенного содержания красящих веществ в антоциановых красителях, полученных бескислотным выделением из сырья этиловым спиртом, положительное влияние предварительного замораживания сырья на выход пигментов.

Функционально-технологические свойства антоциановых красителей, вырабатываемых бескислотным экстрагированием этиловым спиртом, при различной кислотности среды и температурном воздействии.

Способы производства кондитерских изделий (мармелада, карамели, желейных конфет), окрашенных антоциановыми красителями с повышенным содержанием красящих веществ, и проекты технической документации на краситель пищевой «Черничный красный», мармелад «Ягода», карамель «Вкус лета».

Наличие антиоксидантной активности у антоциановых красителей и окрашенных ими кондитерских изделий (мармелад, карамель, желейные конфеты).

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии (2004 г., 2007-2009 гг.); конференции «Пути и формы совершенствования фармацевтического образования. Создание физиологически активных веществ», г. Воронеж, 2224 марта 2007 г.; VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии», г. Казань, 2007 г.; межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы здоровьесбережения студентов и школьников. Новые научные тенденции в медицине и фармации», г. Воронеж, 6-7 февраля 2008 г.; VI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», г. Томск, 2628 февраля 2008 г.; IX Всероссийском форуме молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территорий и предприятий в формирующейся новой экономике», г. Екатеринбург, 22-24 апреля 2008 г.; VI международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств», г. Могилев, 24-25 апреля 2008 г.; научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития технологии продуктов питания», г. Воронеж, 26-28 мая 2008 г.; IX международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии», г. Казань, 3-5 июня

2008 г.; II международном Форуме «Аналитика и Аналитики», г. Воронеж, 22-26 сентября 2008 г.; IX Международном форуме «Пищевые ингредиенты XXI века - 2008», г. Москва, 25-27 ноября 2008 г.; VII Международной конференции «Кондитерские изделия XXI века», г. Москва, 30 марта -1 апреля 2009 г.

Опытные образцы красителей, окрашенных ими изделий и информационно-справочный материал демонстрировались в экспозиции ВГТА на 24-й и 25-й Межрегиональных специализированных выставках «Продторг» (г. Воронеж, 28-30 ноября 2007 г. и 26-28 ноября 2008 г.); Воронежском промышленном Форуме (г. Воронеж, 6-8 февраля 2008 г.).

Экспозиции отмечены дипломами «За использование натуральных красителей из антоциансодержащего сырья в производстве пастило-мармеладных изделий», «За способ получения мармелада "Ягода" с использованием натуральных красителей», «За инновационный проект "Использование натуральных красителей из антоциансодержащего сырья в производстве пастило-мармеладных изделий"», «За разработку леденцовой карамели "Вкус лета"», «За разработку карамели жевательной консистенции с использованием гуммиарабика и натурального антоцианового красителя из черной смородины».

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 18 публикаций, в том числе две в рекомендуемых ВАК изданиях, семь тезисов докладов и одно положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Основное содержание работы изложено на 128 страницах, включая 34 таблицы и 46 рисунков. Список используемых источников включает 142 работы российских и зарубежных авторов.

Заключение диссертации по теме «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства», Саввин, Павел Николаевич

Общие выводы

1. Теоретически обоснован и изучен бескислотный способ экстрагирования антоцианов этанолом из растительного сырья, предложена усовершенствованная технологическая схема получения антоциановых красителей.

2. Исследовано влияние различных органических кислот на термостойкость красителя и показано, что аскорбиновая кислота (витамин С) способствует разрушению антоциановых пигментов, а лимонная кислота — сохранению окраски. На основании строения молекул органических кислот высказаны предположения о природе их влияния на термостабильность пигментов. Выработаны рекомендации по использованию антоциановых красителей в производстве пищевых продуктов, подкисленных лимонной кислотой.

3. Исследованиями установлено наличие антиоксидантной активности у антоцианового красителя, выделяемого из растительного сырья бескислотным способом. Изучено изменение антиоксидантной активности антоцианов в зависимости от кислотности раствора и определены условия, при которых ее значение максимально.

4. Установлено положительное влияние предварительного замораживания ягод на выход красящих веществ и антиоксидантную активность красителей, выделяемых бескислотным способом. Хроматографически установлен состав антоцианов экстрактов винограда, подвергшихся различной обработке ягод перед экстрагированием.

5. Выявлено, что окрашивание разнообразных кондитерских изделий (мармелада, карамели, желейных конфет) концентратами экстрактов ягод черники и черной смородины не только придает продуктам приятную красную окраску, но и увеличивает их антиоксидантную активность, что может быть использовано для выработки функциональных продуктов питания.

6. Определено, что в ходе хранения окраска образцов кондитерских изделий (по R-компоненте модели RGB) снижается на величину до 30 % для мармелада и до 5 % для карамели, что позволяет рекомендовать антоциановые красители для окрашивания этих групп кондитерских изделий.

7. Экспериментально установлено, что особенности технологии изготовления красителя с повышенным содержанием красящих веществ позволяют без потери цветности снизить его дозировку (по сравнению с красителем, полученным традиционным путем) в 3-5 раз.

8. Разработаны проекты технической документации (ТУ, ТИ, РЦ) на «Краситель пищевой "Черничный красный"», «Карамель "Вкус лета"» и «Мармелад "Ягода"». Результаты экспериментальных исследований апробированы на ЗАО «Сормовская кондитерская фабрика», г. Нижний Новгород.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Саввин, Павел Николаевич, 2009 год

1. Синявская, А. Ю. На кондитерском фронте без перемен Текст. / А. Ю. Синявская // Кондитерское производство. 2005, № 2. - С. 25-27

2. Олейникова, А. Я. Проектирование кондитерских предприятий Текст. / А. Я. Олейникова, Г. О. Магомедов. СПб.: ГИОРД, 2004. - 416 с.

3. Болотов, В. М. Пищевые красители: классификация, свойства, анализ, применение Текст. / В. М. Болотов, А. П. Нечаев, JI. А. Сарафанова. СПб.: ГИОРД, 2008. - 240 с.

4. СанПиН 2. 3. 2. 1293-03 Гигиенические требования по применению пищевых добавок: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы Текст. Введен 04-01-01. - М.: Минздрав России, 2003. - 416 с.

5. Дудкин, М. С. Новые продукты питания Текст. / М. С. Дудкин, JI. Ф. Щелкунов. М.: МАИК «Наука», 1998 - 304 с.

6. Цыганова, Т. Б. Пищевые красители для кондитерских изделий Текст. / Т. Б. Цыганова, JI. С. Кузнецова, М. Ю. Сиданова. СПб.: ГИОРД, 2002.- 120 с.

7. Рыжова, Н. В. Новые натуральные пищевые красители Текст. / Н. В. Рыжова, 3. Г. Скобельская, Т. С. Вайншенкер, JL А. Иванова // Кондитерское производство. 2006, № 4. - С. 25-26

8. Куевда, О. В. Натуральные красители Текст. / О. В. Куевда // Кондитерское производство. 2005, № 5. - С. 30-31

9. Сизенко, Е. И. Проблемы детского питания Текст. / Е. И. Сизенко, А. Б. Лисицин // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2007, № 5. — С. 8-12

10. Кацерикова, Н. В. Создание продуктов питания для лиц пожилого возраста Текст. / Н. В. Кацерикова, Р. С. Казаков // Пищевая промышленность. 2007, № 12. - С. 58-59

11. Бокучава, М. А. Биохимия производства растительных красителей Текст. / М. А. Бокучава. Тбилиси: Мецниереба, 1986. - 94 с.

12. Танчев, С. С. Антоцианы в плодах и овощах Текст. / С. С. Танчев. М.: Пищевая промышленность, 1980. - 304 с.

13. Нечаев, А. П. Пищевые добавки Текст. / А. П. Нечаев, А. А. Кочеткова, А. Н. Зайцев. М.: Издат. Колос, 2001. - 256 с.

14. Беленький, Е. Ф. Химия и технология пигментов Текст. / Е. Ф. Беленький. Л.: Химия, 1984. -656 с.

15. Бородкин, В. Ф. Химия красителей Текст. / В. Ф. Бородкин. М.: Химия, 1981.-248 с.

16. Архипова, А. Н. Пищевые красители, их свойства и применение Текст. / А. Н. Архипова // Пищевая промышленность. — 2000, № 4. С. 66-69

17. ГОСТ Р 52481-2005. Красители пищевые. Термины и определения Текст. Введен 2007-01-01. - М. Стандартинформ, 2006. - 12 с.

18. Харламова, О. А. Натуральные пищевые красители Текст. / О. А. Харламова, Б. В. Кафка. -М.: Наука, 1989. 191 с.

19. Пищевые ароматизаторы и красители. Некоторые вопросы законодательства Текст. // Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. 2002, № 1.-С. 10-13

20. Aldrich Catalog Handbook of Fine Chemicals Text. // Aldrich Cemical Company, Inc., USA, 1988-1989. 2150 p.

21. Aldrich Catalog Handbook of Fine Chemicals. Text. // Aldrich Cemical Company, Inc., USA, 1990-1991. 2150 p.

22. Гордон, П. Органическая химия красителей Текст. / П. Гордон, П. Грегори. М.: Мир, 1987. - 384 с.

23. Сарафанова, Jl. А. Пищевые добавки: Энциклопедия Текст. / Л. А. Сарафанова. 2-е изд., испр. и доп. - СПб: ГИОРД, 2004. - 808 с.

24. Смирнов, Е. В. Синтетические пищевые красители Текст. / Е. В. Смирнов, Е. А. Береснева // Пищевая промышленность 1991, № 3. -С. 15-16

25. Khanna, S. K. Toxicity of commonly used food colours: a review Текст. / S. K. Khanna, G. B. Singh // J. Sci. and Ind. Res. 1975. - V. 34, №11. -P. 631-635

26. Xang, W. T. Effects of photosensibized synthetic colorants on singlet oxygen oxidation of soybean oil Text. / W. T. Xang, D. B. Min // INFORM: Inst. News Fats, Oils and Relat. Mater. 1994. - V. 5, № 4. - P. 511

27. Сальникова, О. Ешь ароматизаторы, консерванты жуй Текст. / О. Сальникова // «АиФ на Енисее». 2007, № 22 (494).- С. 16

28. McCann, D. Food additives and hyperactive behavior in 3-year-old and 8- to 9-year-old children in the community: a randomized, double-blinded, placebo-controlled trial Text. / D. McCann // The Lancet DOI: 10. 1016/S0140-6736(07)613063

29. Список пищевых добавок Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.potrebitel.to.kg/sovet/prod/ekras.htm - Загл. с экрана