Разговоров П.Б. Технология получения биологически активных веществ

Подождите немного. Документ загружается.

Разделение белков на фракции осуществляют следующим образом. Сырь-

ем является сухая молотая травяная мука амаранта. Травяной жом после

обработки NаОН (процесс экстракции альбуминов), отделения жидкой фазы и

промывки направляют на стадию экстракции глобулинов. Технология экстрак-

ции аналогична вышеприведенной. Жом после экстракции глобулинов направ-

ляют на экстракцию глютелинов и проламинов. Максимальное количество гло-

булинов и глютелинов удается получить при введении в раствор фермента

целловридина. Добавление соляной кислоты до рН = 3,8 при ферментативной

экстракции альбуминов приводит к увеличению выхода фракции глютелинов

на 35%. Максимальное извлечение белка достигается при последовательной его

обработке раствором целловридина Г20Х и раствором соляной кислоты при

рН = 3,8, а затем 0,1 М раствором гидроксида натрия.

Особенности технологии:

– применение установок кавитационного типа позволяет сократить в 10

раз продолжительность экстрагирования;

– целесообразно применять ультрафильтрационные установки, включаю-

щие сменные мембранные блоки с различными размерами пор;

– выполняется разделение твердой и жидкой фаз после осаждения белка

центрифугированием.

В результате получают продукт, который можно использовать в качестве

кормовой добавки или как отдельное биологически активное вещество. Уста-

новлено, что экстракт обладает высокой биологической ценностью и усвояе-

мостью (переваривается до 97%).

11. Получение энокрасителей из красных сортов винограда

Пищевая ценность ягод винограда обусловлена их химическим составом

(мас.%): вода 65–85; сахара 10–33; органические кислоты 0,5–1,4; белки

0,15–0,90; пектины 0,3–1,0; минеральные вещества 0,3–0,5; витамины А, С, B

– остальное. Также в них содержатся эфирные масла, дубильные и красящие

вещества, технология выделения которых на примере красного красителя

рассмотрена ниже [4].

Основу красящих веществ темных сортов винограда составляют

антоцианы. Красный пигмент энин содержит глюкозу в гетероциклической

цепи; при гидролизе глюкоза отщепляется, и энин переходит в энидин. При

глубоком гидролизе энина интенсивность окраски снижается. Кроме того, в

ягодах винограда содержится пигмент кверцетин С

Извлечение антоцианов из растительного сырья обычно осуществляют

методом экстракции слабыми водными или водно-спиртовыми растворами

минеральных или органических кислот.

Методы получения красителя

Один из методов получения путем экстрагирования включает использо-

вание спирта, предварительно подкисленного винной кислотой. Экстракт кон-

центрируют под вакуумом и полученный краситель вводят в вина для

подкраски. Однако такой краситель имеет низкое качество вследствие неблаго-

приятного влияния семян винограда как источника дубильных веществ, продук-

ты конденсации которых способствуют помутнению жидкости.

Для получения экстракта красящих веществ из виноградных выжимок

можно использовать 2% водный раствор лимонной или винной кислот или 50%

водно-спиртовой раствор названных кислот. В этих случаях экстракцию

проводят при температуре 35–45°С в течение 4 ч, затем вытяжку сливают и

операцию повторяют. При экстрагировании водно-спиртовым раствором

концентрацию спирта уменьшают до 30%, после чего производят прессование

выжимок. Объединенный экстракт концентрируют под вакуумом до содержа-

ния сухих веществ 30–40%.

Следует отметить, что использование дорогостоящих и дефицитных пи-

щевых кислот и растворителя, которые частично теряются в процессе извле-

чения красящих веществ из выжимок винограда, делает эти способы мало-

доступными для широкого производства. Экстракты, приготовленные на

водных растворах органических кислот, нестойки к действию микроорга-

низмов; хранить их можно до 15 сут, а затем – необходимо сульфитировать.

Наиболее распространен способ Карпентьери, схема для которого представле-

на на рис. 11.1.

Экстракт

Рис. 11.1. Схема получения виноградного красителя по Карпентьери

Обработка виноградных выжимок

Настаивание

;

–

72 ч

рессов

ние

Десульфитирование экстракта

Готовый продукт

Концентрирование экстракта

в вакуум-аппаратах; t = 40–45°С

Слив вытяжки

Острый пар

0,2% р-р SO

или 0,4% р-р

метабисульфита калия

Массу настаивают в течение 48–72 ч. Затем сливают вытяжку и отпрессо-

вывают осадок. Экстракт хранят в герметичной таре; перед концентрирова-

нием его десульфитируют острым паром. Виноградные выжимки обрабатывают

равным количеством 0,2% раствора сернистого газа или 0,4% раствора

метабисульфита калия; в последнем случае дополнительно добавляют винную

кислоту. При высоком содержании красящих веществ в выжимках концентра-

цию экстрагента повышают в 1,5 раза Далее процесс ведут в вакуум-аппаратах

при температуре 40–45°C до упаривания массы в 3–5 раз.

Другим способом получения красного пищевого красителя является

способ Леонова-Руднева; технологическая схема представлена на рис. 11.2.

Свежие выжимки после прессования заливают 1% раствором НСl при

соотношении 1:1 и настаивают в течение 12–20 ч при периодическом переме-

шивании.

Рис. 11.2. Схема получения виноградного красителя

способом Леонова-Руднева

Обработка виноградных выжимок

Жидкая

фракция

Экстракт

Настаивание при комнатной

температуре; τ =12–20 ч

Нагревание и выстаивание;

t = 65–70 °С, τ

= 30–60 мин

1% раствор НСl (1:1)

Выжимки

Охлаждение и слив жидкой фракции

Прессование остатка

Фильтрование

Готовый продукт

Упаривание экстракта; t = 60–65°С

С целью ускорения процесса массу подогревают до 65–75°С и выдержи-

вают 30–60 мин. По окончании экстрагирования массу охлаждают, жидкую

фракцию сливают, осадок промывают водой и вторично отжимают на прессе;

воду используют для приготовления новой порции раствора кислоты. Готовый

первичный экстракт представляет собой жидкость красного цвета (плотностью

1010–1080 кг/м

), содержащую 3–5% сахара и 5–7 г красящих веществ/л. Он

непригоден для окрашивания пищевых продуктов, так как количество крася-

щих веществ в нем мало. Поэтому его концентрируют путем упаривания под

вакуумом при температуре 60–65°С в аппаратуре из нержавеющей стали.

В целях сокращения потерь красящих веществ в первичный экстракт пе-

ред концентрированием добавляют 1–2% пищевой глюкозы или 3–5% кара-

мельной патоки, или 1,5% глюкозо-белкового концентрата. Добавление глюко-

зы облегчает достижение в красителе требуемого содержания сухих веществ

(30%), однако стоимость изготовления такого продукта выше. Количество

красящих веществ в экстракте зависит от сорта винограда и способа получения

из него вина; в выжимках красных сортов концентрация красителей макси-

мальна.

Красители выпускают в виде паст и порошков. Так, изготовление порош-

кового красителя включает следующие операции:

– экстрагирование из виноградных выжимок;

– нейтрализация экстракта;

– удаление жидкой фазы в распылительной сушилке.

Содержание красящих веществ в таком красителе достигает 67,5%.

Предложены способы получения сухого энокрасителя, основанные на

осаждении антоцианов в виде комплексов с двухвалентными металлами.

Солянокислый экстракт красящих веществ нейтрализуют до рН=7 едким нат-

ром или содой и затем обрабатывают хлористым кальцием. После 3–4 ч отстоя

нерастворимый в воде осадок отделяют, сушат и измельчают.

Рассмотрим иной способ получения энокрасителя, представленный на

рис. 11.3. Выжимки экстрагируют 0,3–0,5% раствором соляной кислоты с

добавлением 0,001% SO

при 50°С, затем смесь подщелачивают

едким натром.

Полученный экстракт отделяют и обрабатывают гидроксидом бария при рН =

8,3. Выпавший в осадок комплекс разлагают на фильтре смесью концентриро-

ванной соляной кислоты и спирта. В фильтрат добавляют сульфат натрия для

осаждения ионов бария и повторяют процесс разделения фаз.

Антоциановый комплекс следует разлагать сразу же после осаждения,

иначе будут велики потери красящих веществ, которые по истечении 24 ч

проблематично извлечь из осадка.

Описанный способ позволяет без подвода тепла повысить содержание

красящих веществ в упаренном продукте до 2–5%.

Отметим, что экстракт содержит значительное количество поваренной

соли. Его хранят при температуре 0–2°С и рН = 1.

Экстракт

Рис. 11.3. Структурно-технологическая схема

получения сухого энокрасителя методом осаждения

К недостаткам данного способа следует отнести высокую кислотность и

малую устойчивость красителя при хранении в обычных условиях, что затруд-

няет его использование.

Общими недостатками представленных способов получения красителей

является сравнительно низкое содержание в красителях красящих веществ и

наличие сопутствующих компонентов, что связано со сложным химическим

составом растительного сырья. Так как концентрация антоцианов в сырье

невелика, получение качественного красителя возможно лишь при условии

предварительной очистки экстракта красящих веществ от примесей. Условия

экстракции должны способствовать наименьшему переходу этих примесей в

раствор.

Обработка виноградных

выжимок

0,3–0,5% НСI;

0,80% раствор SО

Маточный раствор

Экстрагирование; t = 90°C

Отведение экстракта

Ва (ОН)

Отделение экстракта

Фильтрат

Обработка экстракта; рН = 8,3

Разложение осадка на фильтре

Жидкая фракция

Осаждение ионов Ва

Смесь

концентрированной

НСI и спирта

Фильтрование

Упаривание

Готовый продукт

Nа

SО

Разработана технология получения виноградного красителя в виде

концентрата и порошка с высокой окрашивающей способностью (рис. 11.4).

При этом извлечение красящих веществ происходит в противотоке мето-

дом вытеснения с применением раствора сернистого ангидрида. Соотношение

сырья и раствора экстрагента составляет 1:1 (по массе).

Получаемый экстракт меньше загрязнен балластными веществами (в

основном – сахарами), чем солянокислый, и не подвержен микробиальной пор-

че. Очищенный экстракт сгущают под вакуумом до содержания в нем сухих

веществ не менее 40%. В результате очистки повышается концентрация пиг-

ментов, и конечный продукт имеет высокую окрашивающую способность. В

ходе вакуум-сушки такой концентрат может быть превращен в порошок. Со-

держание красящих веществ в порошке составляет 325 г/л. Сухие вещества

красителя на 75% представлены антоцианами.

Концентрированный краситель испытан при окрашивании карамели, мар-

меладной массы и газированных напитков; расход красителя составляет 0,2–0,7

кг/т продукта.

Слив вытяжки

Экстракт

Рис. 11.4. Технологическая схема получения виноградного красителя

Обработка виноградных выжимок

Настаивание; τ = 48–72 ч

Хлебопекарные дрожжи

0,2% р-р SO

или 0,4% р-р

метабисульфита калия

Острый пар

Сгущение под вакуумом до

содержания сухих веществ ≥ 40%

Прессование

Десульфитирование экстракта

Ионообменные

смолы

Сбраживание экстракта

Фильтрование

Готовый продукт

Поскольку в красителе, помимо красящих веществ, содержатся орга-

нические кислоты, наблюдается небольшое (на 0,2–0,8%) возрастание редуци-

рующих веществ в карамельной массе. Количество вносимой с красителем

влаги исчисляется сотыми долями процента.

Краситель хранят в герметичной стеклянной и полимерной таре при

комнатной температуре в течение 18 мес.

Требования к натуральным пищевым красителям

Натуральные пищевые красители должны удовлетворять следующим тре-

бованиям:

1. Безвредность. Красители изготовляют из растительного сырья, разре-

шенного органами здравоохранения. В составе большинства продуктов присут-

ствуют ценные биологически активные компоненты – витамины, аминокис-

лоты, углеводы, ароматические вещества, минеральные соли и др.

2. Термоустойчивость. При нагревании до температуры 100–105°С ос-

новные свойства красителей не должны изменяться. Определяют кипячением

их растворов в течение 30 мин.

3. Хорошая красящая способность. Пищевые изделия должны иметь

интенсивные цвета соответствующих тонов.

4. Отсутствие посторонних вкуса и запаха. Энокрасители имеют слабо

выраженный аромат виноградного вина.

5. Стойкий цвет. Не должен изменяться при хранении в течение гаран-

тийного срока.

12. Факторы, способствующие повышению антиоксидантных свойств

биологически активных веществ

Важной характеристикой, отвечающей антиоксидантным свойствам био-

логически активных веществ, является перекисное число (п.ч.). П.ч. измеряют в

процентах или миллимолях активного кислорода (О

) на единицу массы или

объема (%; ммольО

/ кг жидкой фазы).

На технологических маршрутах (например, при изготовлении продуктов

детского и диетического питания) оптимальный показатель п.ч. должен нахо-

диться в диапазоне 2–10 ммоль О

/кг продукта. Превышение этого показателя

указывает на протекание нежелательных окислительных процессов при хране-

нии. В результате продукт накапливает продукты окисления, при поступлении

которых в организм человека повышается риск возникновения онкологических

заболеваний. Пограничным значением п.ч. является 30 ммоль О

/ кг.

При получении БАВ производитель должен обеспечивать качество конеч-

ного продукта на выходе ниже указанного порога.

Отдельные технологии оперируют понятием анизидинового числа (а.ч.) –

показателя, определяющего наличие карбонильных соединений в смеси

биологически активных соединений.

Фиксатором накопления карбонильных соединений (соединений с

активными карбонильными группами –С=О) может служить условный

показатель, равный сумме удвоенного перекисного и анизидинового чисел:

2 п.ч. + а.ч. Данная сумма способствует получению информации о накоплении

в продукте первичных или вторичных продуктов окисления.

Фиксация этих чисел основана на определении вклада отдельных продук-

тов окисления в смеси и снижении стабильности при пропускании через эту

смесь активного кислорода

воздуха. Перед внедрением новых технологий полу-

чения БАВ целесообразно зафиксировать время (период τ), отвечающее гаран-

тийному сроку хранения смеси и указывающее на устойчивость к окислению.

Перед внедрением новой технологии следят за поведением смеси в соединении

при τ ≥ 4 ч. В этом случае процесс окисления идет наиболее активно.

График изменения п.ч. смесей БАВ, включающих жировую компоненту в

отсутствие (кривая 1) и в присутствии (кривая 2) добавки экстракта, получен-

ного из растительного сырья, представлен на рис. 12.1; для выделения биологи-

чески активных компонентов использовали этиловый спирт.

Как видно из рис. 12.1, в присутствии спиртовой вытяжки из березовых

листьев динамика возрастания п.ч. для БАВ значительно отличается от таковой,

полученной для биологически активных смесей без введения антиокислитель-

ного агента (спустя 8 ч выдержки композиций это различие оценивается в

30–40%).

0 2 4 6 8 10

Рис. 12.1. Изменение во времени (τ, ч) п.ч. для БАВ: 1 –

в отсутствие добавки

из растительного сырья; 2 – в присутствии экстракта из листьев березы

п.ч

, ммоль

/кг

τ, ч

Кроме того, высокими антиокислительными свойствами обладают экст-

ракты из плодов шиповника, плодов калины, гриба чаги.

Кривые 1 и 2 показывают, что гарантийный срок хранения смеси БАВ

при продувке их кислородом воздуха через барботер составляет не менее 8 ч;

согласно кривой 2, п.ч. не превышает 15 ммоль О

/кг. Кроме того, известно,

что окислительные процессы идут в первые часы хранения (см. кривую 1).

Таким образом, можно полагать,что в присутствии спиртового экстракта из

березовых листьев или плодов калины уровень п.ч. не превысит отметки 30

ммоль О

/кг при длительном хранении (до нескольких месяцев). Следует отме-

тить, что рекомендуемое время хранения биологически активных соединений

до употребления, как правило, не превышает 2 мес. (для укупоренного про-

дукта – 30 сут при температуре 20°C).

В последние годы проводятся исследования по влиянию различных орга-

нических кислот (винной, аскорбиновой, гликолевой) на антиокислительные

свойства биологически активных веществ. В этой связи изучается также

действие свободных аминокислот – лизина, треонина, лейцина.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что все названные

соединения являются ингибиторами процесса образования свободных радика-

лов, а также обеспечивают снижение содержания в них различных токсикантов.

Стойкость окисления смесей из компонентов, обладающих выраженной

биологической активностью, может быть определена:

= (τ

· 2,2

)/24,

где τ

– стойкость окисления при заданной температуре смеси, сут;

– время окисления (в сутках), при котором достигается значение перекис-

ного числа, равное 10 ммоль

/кг;

n – коэффициент учета различичия температуры опыта (t

ОП

,°C) и темпе-

ратуры хранения (t

хр

, °C); при этом

n = (t

ОП

– t

хр

)/10.

Обычно время окисления 6 ч отвечает прогнозируемому сроку хранения

при нормальных условиях (20°C) 2 мес. и выше. Например, в присутствии

водного экстракта калины он равен 63–71 сут.

Получение водно-спиртового экстракта из плодов и листьев любого вида

растительного сырья включает процессы химической обработки этого сырья

при фиксированной температуре до 100°C, фильтрацию и, в отдельных случаях,

введение ферментированных препаратов. Ферментированные препараты в дан-

ном случае выполняют функции моделирующих агентов при разработке новых

методик фиксации ускоренного окисления смесей компонентов с выраженной

биологической активностью.

В последнее время разработка технологий получения БАВ, устойчивых к

окислению, сводится к подбору ферментов, близких по своим свойствам к фи-

зико-химическим свойствам белковых веществ, которые естественным путем

выполняют свои функции в организме человека.

Так, активно ведутся исследования в области оценки сроков хранения и

антиокислительных свойств соединений, которые включают жиры и токофе-

ролы (α-, β-, γ-, σ-формы), опираясь на значение а.ч. = 2,5–3,0 ед. Если а.ч.

превышает 3,0 ед., это указывает на то, что продукт может быстро окислиться.

Известно, что а.ч. и п.ч. могут быть существенно снижены в ходе про-

цессов нейтрализации жиров или их отбелки. С внесением в жировые смеси

компонентов минерального характера обеспечивается нейтральный рН среды.

В частности, отличные показатели по снижению степени окисленности

получены на отбеливателе фирмы «Tonsil» (Германия). Отечественные же

материалы, в целом, пока уступают импортным аналогам по этому показателю.

Поэтому важной технологической задачей является подбор методов активации

поверхности отечественных минеральных порошков (см. также п. 4, 5) с

использованием для этой цели минеральных либо концентрированных органи-

ческих, а также полифункционального комплекса кислот (винная, яблочная и

т.д.), выделенных из растительного сырья.