CC BY
201
УДК 663.26
К.А. КОВАЛЕВСЬКИЙ, О.1. МАМАЙ, М.1. ВАЛЬКО,
О Д. ШАН1Н, Т.О. КУЗЬМ1НА
Херсонський нацiональний технiчний ушверситет
ТЕХНОЛОГ1Я ВИРОБНИЦТВА НАТУРАЛЬНИХ ХАРЧОВИХ БАРВНИК1В
В данш po6omi розглянуто технологт виробництва натуральних харчових барвниюв шляхом екстракцИ з виноградних вичавюв, що отримують пся пресування виноградно'1 м'язги з темнозабарвлених сортiв винограду при виробництвi союв або вин. Результати проведених до^джень дали змогу запропонувати апаратурно-технологiчну схему виробництва натуральних харчових барвниюв у виглядi концентрату шляхом екстракцИ арчисто-кислим розчинником, з наступним очищенням первинного барвника. Розробленi технологiчнi режими виробництва.
Ключовi слова: винограднi вичавки, барвник, екстрак^я, розчинник, апаратурно-технологiчна
схема.
К.А. КОВАЛЕВСКИЙ, О.И. МАМАЙ, Н.И. ВАЛЬКО, А.Д. ШАНИН, Т.О. КУЗЬМИНА
Херсонский национальный технический университет
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА НАТУРАЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ КРАСИТЕЛЕЙ
В данной работе рассмотрена технология производства натуральных пищевых красителей путем экстракции из виноградных выжимок, которые получают после прессования виноградной мезги с темноокрашенных сортов винограда при производстве соков или вин. Результаты проведенных исследований позволили предложить аппаратурно-технологическую схему производства натуральных пищевых красителей в виде концентрата, путем экстракции сернисто-кислым растворителем, с последующей очисткой первичного красителя. Разработаны технологические режимы производства.
Ключевые слова: виноградные выжимки, краситель, экстракция, растворитель, аппаратурно-технологическая схема.
K.A. KOVALEVSKY, O.I. MAMAI, M.I. VALKO, A.D. SHANIN, T.O. KUZMINA
Kherson national technical university
TECHNOLOGY OF MANUFACTURE OF NATURAL FOOD DYES
In this article, we consider the technology of producing natural food dyes by extraction from grape scraps, which are obtained after pressing grape pulp from dark-colored varieties of grapes in the production of juices or wines. The results of the conducted studies made it possible to propose an apparatus-technological scheme for the production of natural food dyes in the form of a concentrate, by extraction with a sulfuric-acidic solvent, followed by purification of the primary dye. Technological production modes have been developed.
Keywords: grape pulp, dye, extraction, solvent, apparatus-technological scheme.
Постановка проблеми
Поняття про яшсть харчових продукпв е досить масштабним i р1зноманггним. До основных показнишв якосп ввдносяться поживна цшшсть, безпечшсть, смаковi властивосп тощо. Проте на вибiр споживача впливають на перший погляд менш важливi чинники - !х привабливють, зовшшнш вигляд i кольорове оформления. У зв'язку з цим виробники харчових продукпв намагаються розширити коло споживачiв свое! продукцп за рахунок зовшшнього привабливого оздоблення. Безумовно кольорове забарвлення продукту, а також тари, етикеток приваблюе покупщв, особливо дней i молодь Для забарвлення рiзних харчових продукпв застосовують натуральш i синтетичш (штучш) барвники.
Синтетичш барвники також знайшли застосування в харчовш промисловосп, проте !х широке практичне використання досить обмежене, з огляду на !х потенцiйну токсичну, мутагенну та канцерогенну дiю [1,2].
Натуральш барвники вважають безпечними для здоров'я людини, вони не викликають алерпчних реакцiй i нетоксичнi. Деяк1 натуральш харчовi барвники або !х сумiшi мають бiологiчну активнiсть. Вони мютять комплекс вiтамiнiв, оргаиiчних кислот та шших цiнних речовин, тим самими шдвищують харчову цiннiсть забарвленого продукту. Виготовляють натуральнi барвники зазвичай з
природно1 сировини у виглядi cyMrni рiзних за своею природою сполук, причому склад сумiшi залежить вщ виду сировини, що використовуеться, та вибрано1' технологiï одержання.
Сировиною для отримання натуральних харчових барвнишв можуть слугувати рiзнi частини культурних i дикорослих рослин, вiдходи ïx переробки на виноробних, сокових або консервних заводах, харчосмакових та овочесушильних фабриках. На сьогодшшнш день виробництво натуральних харчових барвник1в не задовольняе потребам ринку нi за шльшстю, нi за асортиментом. У зв'язку з цим актуальною е розробка нових i вдосконалення юнуючих технологш виробництва натуральних харчових барвник1в.
Анaлiз останшх досл1джень i публiкацiй
В технологи виноробства широко використовують натуральш барвники для виробництва червоних виноматерiалiв. Для цього використовують природний барвник - шшрочки червоних cортiв винограду. Для ферментаци i активного забарвлення виноградного соку (мезги) його витримують певний перiод часу разом зi шкурочками. При цьому вiдбyваетьcя екстрагування природного барвника в розчин i продукт набувае потрiбного забарвлення. В цьому випадку шкурочки виноградних япд е джерелом натуральних барвник1в, як можна з ycпixом використовувати.
Натуральний виноградний барвник випускаеться у рщкому виглядi - як сироп або у виглядi сухого порошку. Сироп являе собою густу родину без завислих частинок i осаду, темно -гранатового кольору, зi слабо вираженим винним запахом, кисло-солодким терпким смаком. Для промислового застосування такий виноградний барвник мае вщповщати певним вимогам, що його зберiгання, транспортування i можливосп легкого приготування для використання у xарчовiй промиcловоcтi. Ввдповвдно до нормативноï докyментацiï такими вимогами е: масова частка загального екстракту - не менше 30%, масова концентращя барвник1в - не менше 50 г/дм3, масова доля мшеральних речовин - не бшьше 7%, величина рН розчину з масовою концентращею 3 г/100 см3 - 2,2 - 2,7 [3]. Для отримання харчового виноградного барвника використовують св1жовщжап виноградш вичавки iнтенcивно забарвлених червоних сорпв винограду [4].
1снують рiзноманiтнi способи виробництва виноградного барвника з вичавшв червоних cортiв винограду. Ц способи базуються на заcтоcyваннi розчиннишв або викориcтаннi установок для екстракци барвник1в (антоцiанiв) з шкурки вичавшв, ввдокремлення барвника вiд розчинник1в. Завершальною операцiею е концентрування барвника i закупорювання в скляну тару.
Заслуговуе уваги доcвiд iталiйcькиx виробник1в натурального барвника з виноградних вiдxодiв. Причому оргашзовано промислове виробництво такого барвника. Так, ггалшська компанiя «Rudolf Keller» виготовляе натуральш барвники двох титв: редкий екстракт виноградно1 шкурки («Енощанш» або редкий «Ено») i екстракт виноградноï шкурки у виглядi сухого порошку («Енощанш» або «Ено» в порошку) [5]. Барвник «Ено» вилучають з виноградно1' шкурки Vitis Vinifera, зокрема з cортiв винограду Анчелотп i Ламбруско, яку отримують в процеа настоювання мезги разом з виноградною шкiркою (вiнiфiкацiï) або виробництва виноградних сошв. Залежно вiд запипв cпоживачiв компанiя виготовляе три рiзнi типи рiдкого барвника Ено з рiзною кольоровою гамою: 200, 300 i 400.
Дещо iнший споаб видiлення барвник1в з виноградних вичавшв та отримання натурального червоного барвника запропонували i розробили технологш його виробництва дослвдники Б.1.Леонов i Е.М.Руднев [6]. Запропонована ними теxнологiя приготування барвника полягае в тому, що cвiжi виноградш вичавки, отримаш шсля пресування ягiд винограду, заливають розчином соляно1' кислоти з масовою концентращею 1 г/100 см3 в сшвввдношенш 1:1 i настоюють при перюдичному перемiшyваннi протягом 12-20 годин. Масу пщ^вають до температури 65-70оС i витримують протягом 30-60 хв. По зашнченню екстрагування масу охолоджують, рщку фракцiю зливають самопливом, а залишок шддають пресуванню. Отриманi рiдкi фракцп об'еднують i пicля нетривалого вщстоювання фiльтрyють. Вичавки промивають водою i вдруге ввджимають на преci. Отриману воду використовують для приготування ново1' порцiï розчину кислоти. Отриманий екстракт концентрують пiд вакуумом при температyрi 60 -65оС в апаратi з нержавшчо1' cталi. При цьому встановлено, що в xодi випарювання первинного екстракту з виноградних вичавшв ввдбуваеться деградащя барвних речовин, що супроводжуеться втратами, якi досягають 40%.
В наведених вище теxнологiяx приготування барвника з виноградних вичавшв шнцевим продуктом е концентрат з певною масовою концентращею барвних речовин. До числа найважливших компоненпв барвника, ^м барвних речовин можуть бути ввднесеш також i оргашчш кислоти. Подальшими досл1дженнями було встановлено, що наявшсть у концентратi значно1' кiлькоcтi цyкрiв, мiнеральниx, пектинових, фенольних та деяких шших речовин ускладнюе отримання барвника з високою концентращею барвника.
Загальним недолiком розглянутих cпоcобiв отримання барвник1в е порiвняно низький вмicт барвних речовин в концентрап i наявнicть cyпyтнix компонентiв, обумовлених xiмiчним складом сировини. Беручи до уваги той факт, що концентращя антощашв в сировиш невисока, отримання
високояшсного барвника можливе лише за умови попереднього очищення екстракту барвних речовин вщ домшок. Умови екстракцп повинш сприяти найменшому переходу цих домшок в розчин.
Формулювання мети дослiджень
Метою дано1 роботи е вдосконалення Гснуючих i розробка нових способГв переробки вторинних ресурсГв виноробно1 промисловостi для отримання натуральних барвниюв.
Проведет рашше науково-дослiднi роботи з виробництва виноградного барвника в лабораторних i виробничих умовах та досвгд переробки вторинних продукпв виноробно1 промисловостi дозволили авторам розробити i запропонувати новi схеми виробництва, яш було застосовано у виноробнiй промисловосп, а також надати пропозицiï щодо органiзацiï виготовлення натурального виноградного барвника в Украш [7-9].
Викладення основного матер1алу досл1джень
Виробництво натурального барвника з вiдходiв виноробних пiдприемств може бути оргашзовано наступним чином. Апаратурно-технолопчна схема такого виробництва наведена на рис. 1. Складаеться дана схема з такого обладнання:
- шнекового екстрактора Р3 -ВЕА (1),
- пдроциклона (2),
- преса типу ВП0-20 (3),
- збiрникiв первинного барвника (4),
- насоса для перекачування первинного барвника (5),
- пластинчатого теплообмшника (6),
- десульфпатора (7)
- збiрника (8),
- насоса (9),
- бродильноï батаре1 (10),
- насоса дифузiйного соку барвника, що збродив (11),
- вщстшнишв (12),
- насоса освггленого барвника (13),
- фiльтра (14),
- батареï катiонiтових фiльтрiв (15),
- батареï анiонiтових фiльтрiв (16),
- збiрника очищеного первинного барвника (17),
- насоса подачi на вакуум--апарат (18),
- вакуум-апарата (19),
- насоса концентрованого барвника (20),
- збiрника (21),
- лшп розливу i упакування барвника (22).
Робота технолопчно1' лiнiï оргашзована таким чином. На екстрактор 1 подаються вичавки червоних сортiв винограду, де вгдбуваеться за принципом протитечп ступiнчаста екстракцiя розчинних речовин (цукру i барвника) розчинником з низькою концентращею сiрчистого ангидриду. Отриманий дифузшний сiк мiстить до 8 г/дм3 виноградного барвника. Вичавки, що виходять з екстрактора, промивають водою, пресують на пресi 3 i направляють на сушiння i вiдокремлення виноградного насшня. Первинний барвник направляють у пдроциклон 2 [10] для вгдокремлення зважених частинок i накопичують у резервуарах 4, де вш вщстоюеться, пiсля чого насосом 5 направляеться через теплообмiнник 6 на десульфггатор 7. Перед подачею на десульфггатор рекомендуеться проводити фiльтрування первинного барвника для видалення грубих домiшок.
В десульфггатор барвник надходить пiдiгрiтим до температури 96-98°С, де вiн пвдгрГваеться до температури китння. При цьому вгдбуваеться видiлення арчистого ангидриду разом з водяною парою, яш нейтратзуються лужним розчином.
Шсля десульфiтацiï розчин барвника та Гнших розчинних речовин направляють у збГрник 8, з якого частина його повертаеться для повторно1' десульфггаци, а iнша надходить для охолодження в теплообмiнник 6, де в протитечи диФузГйним соком i холодною водою ввдбуваеться суттеве зниження температури продукту. ПотГм розчин барвника надходить у бродильну установку 10. Десульфггащя продукту проводиться до вмюту SO2 не бiльше, шж 0,05%.
БродГння розчину проводять в емальованих резервуарах Гз сорочками для тдтримання температури 25-30°С. В бродильну установку задають розведення хлГбопекарських або винних дрГжджГв у к1лькостГ 3-4%. Бродшня проводять до концевого показника вмГсту цукру на рГвнГ 0,2-0,5%.
Отриманий зброджений первинний барвник насосом направляють у вгдстшники 12 для нетривалого вгдстоювання i вГдокремлення барвника. Шсля цього розчин барвника прокачують через фГльтр тонкого очищення 14 на катюштовГ фГльтри 15. Катюнування проводять на смолГ КУ-2 у Н-формь
Шсля катюнування барвник подають у збiрник з насосом i направляють на анiонiтовi фiльтри 16, де ввдбуваеться видалення надлишку оргашчних кислот, а також частини арчистого ангiдриду. Анiонування здiйснюeться на юттах у гiдроксильнiй формi. При низьшй концентрацп органiчних кислот процес анюнування можна не проводити. Регенерацiя анютту здiйснюeться 2%-м розчином гiдроксиду натрш.
Рис. 1. Апаратурно-технологiчна схема виробництва виноградного барвника з використанням арчистокислого розчинника: 1 - екстрактор Р3-ВЕА; 2 - пдроциклон; 3 - шнековий прес ВПО-20; 4 - зб1рмики первинного барвника; 5, 9, 11, 13, 18, 20 - насоси; 6 - теплообмшник; 7 - десульфггатор; 8 - зб1рник десульфiтованого барвника; 10 - бродильна батарея; 12 - вiдстiйники; 14 - фшьтр тонкого фiльтрування; 15 - катiонiтовi фшьтри; 16 - анюнмош фiльтри; 17 - зб1рник очищеного первинного барвника; 19 - вакуум-апарат; 21 - зб1рник концентрату барвника; 22 - вузол розливу барвника
Очищений i освiтлений первинний енобарвник накопичуеться у збiрнику 17, зввдки насосом 18 подаеться у вакуум-випарну установку 19, де вщбуваеться його концентрування при 73 мм рт. ст. i температурi 48°С [11].
Кратшсть випарювання визначають за вмiстом барвних речовин в очищеному екстрактi з урахуванням досягнення 50 г/дм3 еншу в готовому концентратi барвника. Останнш концентрований барвник насосом 20 направляють у збiрну емнiсть 21, аз нього самопливом - на лшш розливу i упакування 22. Розливають барвник у скляну тару.
Висновки
Результата виробничих випробувань доводять високу ефектившсть роботи запропоновано! технолопчно! установки. Технолопя отримання екстракту первинного барвника з виноградних вичавшв iз застосуванням як розчинника арчисто! кислоти можна широко застосовувати у виноробнш промисловостi.
Крiм пiдвищення якостi продукту, впровадження запропоновано! лшп i способу виробництва енобарвника дае значну економш коштiв за рахунок збiльшення виходу, зниження витрат на реагенти i допомiжнi матерiали.
Пеpевaгoю дaнoï сxеми e с^ощены^ теxнoлoгiчниx oпеpaцiй очищення пеpвиннoгo бapвникa зa paxyнoк викopистaння тiльки одного ступеня пеpегoнки i кoнцентpyвaння, зaстoсyвaння бiльш нaдiйнoï сxеми очищення пеpвиннoгo бapвникa [12].
Зaстoсyвaння дaнoï теxнoлoгiï виpoбництвa нaтypaльнoгo бapвникa з винoгpaдниx вiдxoдiв pекoмендyeться до шиpoкoгo впpoвaдження i дозволить зaбезпечити xapчoвy ^ом^лов^^ Укpaïни нaтypaльним пpoдyктoм i тдвищити ïï експopтний пoтенцiaл.
Список використано!' лiтерaтури
1. Oгaй Ю.А. Теxнoлoгия пpoдyктoв из втopичнoгo сьфья виноделия. В кн. Cпpaвoчник по виноделию, Cимфеpoпoль, Тaвpидa, 2000. - C. 5б2-578.
2. Kapпoв C.C. Экстpaкт энoкpaсителя / Энциклопедия винoгpaдapствa. - Т.З // Кишинёв: Глaвнaя pедaкция Moлдaвскoй Coветскoй Энциклопедии, 1987. - C.463.
3. Aндpеев В.В., Cyxoмлинoвa O.A. Пеpспективы пpoмышленнoгo пpoизвoдствa и ^именение естественныx пищевыx кpaсителей (oбзop). - Кишинёв: HИИHТИ, 1971. - 46 с.
4. Garoglio P.G. Nuovo tractato di enologia. - Florenzia, 1959. - 810 p.
5. Haтypaльные винoгpaдные кpaсители, ^оизводство «RUDOLF KELLER», Итaлия. Kaтaлoг 90528-1 /http://www.enogrup.com. - 10 c.
6. Леонов Б.И., Леонов Г.Б., Руднев HM. Croœ6 получения кpaсителя из выжимок винoгpaдa. Авт. свид. 126570 (CCCP) - Б.И. 1960, №5.
7. Козуб Г.И., Koвaлевский К.А., napa^a П.И. Cпoсoб получения кpaсителя из выжимок плодов и ягод Авт. св. CCCP № 707947, 09B61/00, 5.05. 1978.
8. Koвaлевский К.А., Cтoянoвa O.B., Шaнiн O^. Теxнoлoгiя виpoбництвa винoгpaднoгo бapвникa. -Тaвpiйський нayкoвий вiсник: Збipник нayкoвиx пpaць. Вип.30. - Хеpсoн: Aйлaнт. 2004. - C. 111116.
9. Koвaлевский К.А., Козуб Г.И., napaœa П.И., Узун Д.Ф. Тежология и сxемa пpoизвoдствa эно -кpaсителя с экстpaгиpoвaнием выжимок водно^п^товым paствopителем. - Кишинев: Тимпул, 1982. - 4 с.
10. Koвaлевский и дp. Гидpoциклoн. Авт. свид. CCCP № 380357, 29.07.70.
11. Koвaлевский К.А., Cкopoxoд ВЮ., Baкyyм-пеpегoннa yстaнoвкa для коньячного тa плодового спиpтy. Пaтент Укpaïни №24423 A6C12G 3/12 15.02.2001
12. Koвaлевский К.А., napa^a П.И., Pyсaнoвскaя М.В., Унку Ф.Ф., Koжyкapy А.М. Paspa6oTCa теxнoлoгическoй сxемы и oбopyдoвaния очистки от ^имесей пеpвичнoгo энoкpaсителя. Oтчет OHMP ТКИ HnAnO «Яловены» № 78075507, Кишинев, 1981.
