CC BY
194
Jm 7universum.com
V UNIVERSUM:
Л ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СРЕДЫ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ НА ПОВЫШЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КРАСЯЩИХ ВЕЩЕСТВ В АНТОЦИАНОВОМ КРАСИТЕЛЕ ИЗ АМАРАНТА
Уажанова Раушангуль Улангазиевна
д-р техн. наук, зав. кафедрой безопасности и качества пищевых продуктов
Алматинского технологического университета, Республика Казахстан, г. Алматы E-mail: raushan u67@mail. ru
Изтаев Ауельбек Изтаевич
директор НИИ «Пищевая технология» Алматинского технологического университета, Республика Казахстан, г. Алматы
Кадырбаева Алима
магистрант 2 курса Алматинского технологического университета,
Республика Казахстан, г. Алматы
STUDY OF AN EXTRACTION ENVIRONMENT INFLUENCE ON THE INCREASE OF COLORING SUBSTANCE CONTENT IN ANTHOCYAN DYE MADE FROM AMARANTH
Uazhanova Raushangul
Doctor of Engineering Science, head of the department of Safety and Quality of Food
Products, Almaty Technological University, Kazakhstan, Almaty
Iztaev Auelbek
Head of Scientific Research Institute "Food Technology", Almaty Technological University, Kazakhstan, Almaty
Kadyrbayeva Alima
Master’s degree student of the 2nd year of Almaty Technological University,
Kazakhstan, Almaty
Уажанова Р.У., Изтаев А.И., Кадырбаева А. Исследование влияния среды экстрагирования на повышение содержания красящих веществ в антоциановом красителе из амаранта // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2014. № 2 (3) .
URL: http://7universum.com/en/tech/archive/item/1037
АННОТАЦИЯ
Целью данного исследования является выделение антоциановых пигментов из листьев амаранта вида A. Edulis способом экстрагирования из сырья и изучение влияния способов его обработки на эффективность извлечения пигментов. В связи с поставленной целью экспериментально подтверждено повышение содержания красящих веществ в антоциановом красителе, в особенности амаранта, полученных обработкой сырья этиловым спиртом традиционным способом.
В результате определены основные показатели. Основной максимум светопоглощения находится в области длин волн 510—520 нм.
ABSTRACT
The research is aimed at separation of anthocyan pigments from leaves of amaranth of A.Edulis type by extraction from raw material and studying of influence of its processing methods on efficiency of pigments extraction. According to the target goal an increase of coloring substance content in anthocyan dye has experimentally been confirmed, particularly an increase of amaranth obtained by processing raw materials by ethyl alcohol during the traditional method.
As a result the core indicators have been defined. The key maximum of light absorption is about 510—520 nanometers of waves’ lengths.
Ключевые слова: амарант, краситель пищевой, пигменты, красящая способность, экстрагирование.
Keywords: amaranth, food grade dye, pigments, dyeing ability, extraction.
Цвет пищевых продуктов, внешняя привлекательность играют большую роль в оценке их качества, стоимости, в конкуренции на рынке.
Для производства красителя возможно применение растительных культур, что позволяет более рационально использовать сырьевые ресурсы. Источником красящих веществ служит местное растительное сырье (амарант), 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 настоящее время для окрашивания большинства пищевых продуктов 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 химических реагентов (этанол) без дополнительного подкисления в качестве экстрагента при получении натуральных антоциановых красителей позволяет не только увеличить выход красящих веществ, но и повысить стабильность самих пигментов [7, с. 67].
Натуральные пищевые красители содержат в своем составе кроме красящих пигментов другие полезные биологически активные компоненты: полифенолы, витамины, гликозиды, органические кислоты, ароматические вещества, микроэлементы и др. Поэтому использование их для окрашивания продуктов питания позволяет не только улучшить внешний вид, но и повысить пищевую ценность [2, с. 85; 1, с. 23]. Кроме того, многие природные красящие вещества обладают антиоксидантными свойствами, значительной физиологической и антибиотической активностью [6, с. 13].
Напротив, химические красители вредны для здоровья человека. «Амарант» (пищевая добавка Е123) — это химическое вещество
синтетического происхождения — азокраситель, синевато-красного, краснокоричневого или красно-фиолетового цвета, получаемый из каменноугольной смолы. Краситель Е123 представляет собой растворимый в воде порошок, который разлагается при температуре 120 0C, но при этом не плавится. Химическая формула пищевой добавки Е123: C2oH11N2O3Na1oS3. Употребление
в пищу красителя Е123 может вызывать ринит (насморк), крапивницу (зудящую сыпь), негативное воздействие на работу печени и почек. Эта пищевая добавка запрещена для использования в пищевой промышленности на территории РФ, Украины, США и многих стран Европы [8].
Антоциановые пигменты выделяют методом экстрагирования из соответствующего вида сырья. Высушенное сырье измельчали, а затем проводили экстракцию этиловым спиртом с объемной долей этанола 96 % в соотношении 500 мл спирта на 100 г сырья. Время экстракции 1,5 ч при температуре 50—60 °С. Целесообразно осуществлять двукратное и трехкратное проведение экстракции, т. к. при этом экстрагируется почти весь (до 95 %) краситель из сырья. Краситель концентрировали путем отгонки этанола при атмосферном давлении или под вакуумом [5, с. 3].
Определение количества красных пигментов в антоциановых красителях проводили по стандартному раствору сернокислого кобальта Со804"7Н20, г/кг в соответствии с описанной в литературе методикой [4, с. 5].
Большинство продуктов питания в процессе их изготовления подвергаются тепловой обработке. Интервал температур, как правило, колеблется от 70 до 120 °С. Поэтому необходимо было определить степень устойчивости изучаемых красителей к воздействию температур. Подготовленные растворы красителей нагревали в водяной бане до 70 °С, 100 °С, 120 °С. Возможные изменения цвета колорантов регистрировали на спектрофотометре в каждой точке выбранной термограммы. Предварительно были записаны спектры растворов при комнатной (24 °С) температуре.
Результаты исследований показали высокую термоустойчивость изучаемого красителя.
Очень чувствительным к нагреванию показал себя раствор амаранта. При исследовании влияния температуры на спектральные характеристики пигмента в интервале температур от 24 до 100 °С наблюдалось уменьшение интенсивности поглощения основного пика. При дальнейшем увеличении
температуры до 120 °С красная окраска раствора исчезала полностью. Следует отметить, что устойчивость амаранта к нагреванию зависит от рН раствора. При рН 7,0 раствор амаранта был более устойчив к действию повышенных температур по сравнению с растворами с рН 3,0 и 9,0.
В зависимости от pH среды изменилась окраска. При pH 1—3,5 цвет красителя ярко-красный, с увеличением pH интенсивность красного цвета уменьшается, при pH 6,0 цвет раствора фиолетовый, при pH 10—11 — зеленый. Следовательно, для получения интенсивно красного цвета пищевых изделий, они должны иметь кислую реакцию (табл. 1).
Таблица 1.
Физико-химическая характеристика процесса обработки красителя
Режим технологических процессов
Температура воздуха в камере, °С Продолжительность процесса, мин Температура красителя, в °С Продолжительность процесса варки, в мин И Рч Влага, % Показатель отражения Д 570/Д 650 Устойчивость окраски, %.
85 7,5 40 9,16 5,39 70,9 - -
5,39 71,9 - 99,8
5,58 69,4 - 55,6
85 42 60 6,5 5,80 71,9 - -
5,95 69,9 - 80,9
6,05 69,7 1,97 71,2
100 18,5 60 3,5 5,81 72,5 - -
5,96 70,3 - 82,0
6,08 69,7 1,54 86,4
100 33,5 72 5,0 5,81 71,7 - -
5,99 70,0 - 80,0
6,04 68,1 2,29 89,1
Краситель, полученный из листьев амаранта, устойчив при нагревании (выше 100 0С), т. е. цвет является термостойким.
Установлено, что краситель обладает высокой устойчивостью к изменению при рН 5,39 среды и устойчивостью к воздействию температур. Необходимо отметить, что цветообразующая добавка амарант может быть использована
при приготовлении продуктов, технологический процесс производства которых предусматривает термическую обработку, не превышающую 70 °С (табл. 2).
Таблица 2.
Влияние предлагаемого способа получения антоцианового красителя
на сохранность его красного цвета
Тип красителя Интервал стабильности красной окраски красителя, pH Степень изменения красного цвета красителя после двухчасового нагревания при t = 80°C, %
Опыт 1 1—6,6 10
Опыт 2 1—5,8 16
Для исследования в качестве источника красящего вещества использовали высушенную наземную часть растения, разделенную на листья и стебли. Отобранное сырье измельчали, а затем проводили экстракцию красящих компонентов водой на водяной бане в течение 60 мин. Полученный экстракт выпаривали до сухого остатка и выдерживали в эксикаторе в течение 24 часов над Р2О5.
Полученные результаты (табл. 3) показывают, что наибольшее количество экстрактивных окрашенных веществ концентрируется в листьях растения, а наименьшее количество извлекается из стеблей растения.
Таблица 3.
Выход окрашенных веществ из различных частей растения
Часть растения, используемая для выделения окрашенных веществ Выход окрашенных веществ, % от сухого сырья
Листья 18,4
Стебли 10,9
Цветы 8,5
Полученные результаты согласуются с данными ЭСП и подтверждаются цветовыми характеристиками образцов, окрашенных экстрактами, полученными из различных частей растения.
Провели также исследование влияния среды экстрагирования на количество извлекаемого красителя. Для этого использовали высушенную наземную часть растения, разделенную на листья и стебли. Отобранное сырье
измельчали, а затем проводили экстракцию окрашенных компонентов водой на водяной бане в течение 60 мин. Для создания кислой среды (рН=5) использовали уксусную кислоту, а для щелочной (рН=9) — №2СОз. Полученный экстракт выпаривали до сухого остатка и выдерживали в эксикаторе над Р2О5 в течение 24 часов. Результаты определения количества извлекаемых окрашенных веществ в зависимости от среды экстрагирования и части используемого растения представлены в табл. 4.
Из полученных данных видно, что наиболее полно окрашенные вещества извлекаются при экстрагировании в щелочной среде. Выход сухого остатка при экстрагировании в щелочной среде составил в среднем 23 %, в то время как в нейтральной и кислой средах — 13 и 15 процентов соответственно. Увеличение выхода красящих веществ также подтверждается спектральными характеристиками экстрактов и данными по крашению.
Таблица 4.
Выход окрашенных веществ в зависимости от среды экстрагирования
Среда экстрагирования листья стебли цветы
1. Щелочная среда 30,6 27,0 17,1
2. Нейтральная среда 18,4 10,9 8,5
3. Кислая среда 19,3 15,8 8,6
Нами показано, что при экстрагировании в щелочной среде выход окрашенных веществ увеличивается, и нам представилось интересным изучить, как скажется подобное увеличение на цветовых характеристиках окрашенных продуктов. Для исследования влияния среды экстрагирования на цветовые характеристики окрашенных образцов, мы провели сравнение цветовых характеристик окрашенных образцов с эталоном. В качестве эталонов были выбраны образцы, окрашенные экстрактом, выделенным из листьев, стеблей и целого растения в нейтральной среде.
При анализе полученных данных видно, что образцы, окрашенные экстрактом, выделенным из целого растения в щелочной и кислой средах, светлее образца, окрашенного экстрактом, выделенным из целого растения
в нейтральной среде. Однако образец, окрашенный экстрактом, выделенным в щелочной среде, имеет отрицательное значение ДБ (показатель отражения) и сильно отличается по цветовому тону (АТ (насыщенность цвета) составляет — 16,41), а общее цветовое различие составляет 17,90. Образец, окрашенный экстрактом, выделенным в кислой среде, по цветовому тону отличается от эталона на 6,17, общее цветовое различие составляет 2,32 [3, с. 86].
Образцы, окрашенные экстрактом, выделенным из цветов растения в щелочной и кислой средах, по светлоте не сильно отличаются от эталона, окрашенного экстрактом, выделенным из цветов растения в нейтральной среде АТ не превышает 1,5, а ДБ не превышает 2. Однако общее цветовое различие для образца, окрашенного экстрактом, выделенным из цветов растения в щелочной среде, составляет 10,9, в то время как для образца, окрашенного экстрактом, выделенным в кислой среде, цветовое различие составляет 2,71. Такая же ситуация сохраняется и для образцов, окрашенных экстрактом, выделенным из листьев растения.
Образцы, окрашенные экстрактом, выделенным из стеблей растения в кислой и щелочной средах, значительно отличаются от эталона по светлоте (для щелочной среды АТ составляет 27,0), имеют менее насыщенную окраску (А8 имеет отрицательный знак). Общее цветовое различие для образца, окрашенного экстрактом, выделенным из стеблей растения в щелочной среде, составляет 27,4.
Выводы:
1. При исследовании влияния температуры на спектральные характеристики пигмента в интервале температур от 24 до 100 °С наблюдалось уменьшение интенсивности поглощения основного пика. При дальнейшем увеличении температуры до 120 °С красная окраска раствора исчезала полностью.
2. Установлено, что при рН 7,0 раствор амаранта был более устойчив к действию повышенных температур по сравнению с растворами с рН 3,0 и 9,0, а также в зависимости от pH среды изменилась окраска.
3. Краситель, полученный из листьев амаранта, устойчив при нагревании
(выше 100 0С), т. е. цвет является термостойким.
4. Определены основные показатели, характеризующие окраску
колорантов — содержание красящих веществ.
Список литературы:
1. Архипова А.Н. Пищевые красители, их свойства и применение// Пищевая промышленность. — 2000. — № 4. — с. 66—69.
2. Болотов В.М. Пищевые красители: классификация, свойства, анализ, применение. — СПб.: ГИОРД, 2008. — 240 с.
3. Домасев М. В., Гнатюк С.П. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. — СПб., Питер, 2009.
4. Красникова Е.В. Получение пищевого красителя из краснокочанной капусты// Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. — 2003. — № 1. — с. 12—13.
5. Пищевые ароматизаторы и красители. Некоторые вопросы законодательства// Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. — 2002. — № 1. — с. 10—13.
6. Рыжова Н.В. Новые натуральные пищевые красители// Кондитерское производство. — 2006. — № 4. — с. 25—26.
7. Харламова О.А. Натуральные пищевые красители. — М.: Наука, 1989. — 191 с.
8. Е123 — Амарант/ [Электронный ресурс]. — Режим доступа: URL: http://dobavkam.net/additives/e123 (дата обращения: 22.03.12).
