Технология промышленного получения пищевых красителей

ФГОУВПО «КГТУ»

 

 

 

Кафедра химии.

 

 

 

Курсовая работа по общей химической технологии.

 

 

Технология промышленного  получения пищевых красителей.

 

 

 

 

Руководитель: к.х.н. доцент Егорова К.В.

подпись

дата

Исполнитель: студентка группы 09 – ПБ

Мещерякова А.А

подпись

дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Калининград

2012

Содержание

 

Введение 

1.Общие сведения  о каротиноидах 4

1.1. Области применения бета-каротина 5

2.Технологии  производства 6

2.1. Производство  β-каротина из моркови 7

2.1.2. Использование  отходов производства. 11

2.1.3 Перспективы  развития 12

2. 2 Микробиологический  синтез 13

2.2.1 Культуры  продуцентов 13

2.2.2 Культура Blakeslea trispora 13

2.2.3 Технология  производства микробиологического  синтеза бета-каротина 14

2.2.4 Перспективы  развития 16

2.2.5 Экологические  аспекты 16

3. Мировые производители бета-каротина 17

3.1 Ситуация  на российском рынке 18

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Одной из причин, которая  заставляет купить человека тот или  иной товар - это его цвет. 
Цвет продукта - это первое что видит покупатель.

В процессе производства и  хранения продуктов питания, многие из них теряют свой естественный цвет. В таких случаях эффективно добавлять  пищевые красители. Пищевые красители используются для окрашивания продуктов, чтобы сделать их более привлекательными, а также при изготовлении бесцветных продуктов (безалкогольных напитков, мороженого, кондитерских изделий) для придания им необходимой окраски.

Существуют натуральные  и искусственные красители.

Натуральные (природные) пищевые  красители — это красящие вещества, выделенные физическими способами  из растительных и животных источников. Иногда их подвергают химической модификации  для улучшения технологических  и потребительских свойств. Помимо красящих пигментов, натуральные красители  содержат вкусовые и ароматизирующие  компоненты.

Ряд красителей получают не только их выделением из природного сырья, но и синтетически. Синтетические  пищевые красители, в отличие  от натуральных, не обладают биологической  активностью и не содержат ни вкусовых веществ, ни витаминов.

Современные технологии позволяют  получать препараты натуральных  пищевых красителей с заданными  свойствами и стандартным содержанием  основного красящего вещества. Так например, в промышленности каротин (пищевая добавка Е160а) либо синтезируется химическим способом, либо добывается из продуктов, богатых каротином. США поставляет на мировой рынок большую часть каротина, полученного синтетическим путем, в Испании его производят из специального вида грибов, в Австралии извлекают из сушеных водорослей. Также промышленным источником добавки Е160а могут быть другие растения и некоторые виды бактерий.

Целью данной курсовой работы является аналитическое сравнение  биологического и микробиологического синтеза пищевого красителя бета- каротин.

 

 

1.Общие сведения о каротиноидах

 

Термин каротин (он же пищевая добавка Е160а) используется для обозначения группы веществ, имеющих химическую формулу С₄₀H₅₆. По структуре добавка Е160а — это непредельные углеводороды, относящиеся к группе каротиноидов.

Каротин – это жёлто-оранжевый  краситель, больше известный как  провитамин А, антиоксидант, а также  антиканцероген.

Существует две основные формы каротинов: альфа-каротин (α-каротин) и бета-каротин (β-каротин). Также существуют гамма-, дельта-, эпсилон- и зета-каротин (γ, δ, ε и ζ-каротин), но они не получили широкого распространения. Молекулы альфа- и бета-каротина практически идентичны, различаются лишь позиции двойных связей в концевом кольце молекулы.

– (1) Бета-каротин синтетический ( Beta-carotene synthetic ) – полученный путем синтеза каротин, который ничем не отличается от натурального (кроме своего происхождения) 
– (2) Экстракты натуральных каротинов ( Natural extracts ) – вещество,  получаемое из моркови, семян кукурузы или красного пальмового масла.  
Этот краситель может находиться как в водо-, так и в жирорастворимом виде и достаточно устойчив к воздействию света и температуры. 
Е160 разрешен для применения и очень широко используется в пищевой промышленности.(1)

При обозначении добавки  Е160а на упаковках продуктов также  могут использоваться следующие  названия: провитамин А, бета-каротин, экстракт натуральных каротинов, Е160а, β-каротин, Е 160а, Е-160а, бета-каротин  синтетический, beta-carotin, beta-carotine, beta-caroten,

Натуральный каротин является дополнительным источником витамина А  и антиокислителем, способствуют нормализации давления и зрения. Из одной молекулы -каротина при гидролизе образуются две молекулы витамина A. Это имеет место, например, в кишечнике человека. Каротиноиды локализуются в виде сложных эфиров и гликозидов в клеточной мембране микроорганизмов, либо в свободном состоянии - в липидных гранулах в цитоплазме В целом, основная функция каротиноидов – защитная. Прием бета-каротина назначают людям, страдающим повышенной светочувствительностью (erythropoietic protoporphyria). Также его употребление помогает предотвратить снижение когнитивных функций. Употребление бета-каротина в составе продуктов, содержащих пищевую добавку Е160а не может нанести никакого вреда организму вследствие небольших доз и способностью организма синтезировать каротин в жизненно необходимый витамин А.

Не рекомендуется употреблять чрезмерное количество добавки Е160а, людям находящимся в группе риска раковых заболеваний (курильщики, люди чрезмерно употребляющие алкоголь, работники асбестовой промышленности), так как в результате исследований было доказано, что излишнее употребление бета-каротина в пищу увеличивает риск раковых заболеваний у людей этой группы. Однако нет никаких исследований, которые бы доказывали что это относится ко всему населению в целом. (2,3)

1. Области применения бета-каротина

• пищевая промышленность (масложировые, молочные, кондитерские, хлебобулочные изделия, макароны, напитки);
• биологически активные добавки (преимущественно для поддержания здоровья глаз);
• косметика и парфюмерия (зубные пасты, кремы, помады, шампуни, краски для волос);
• животноводство (добавка в корма для скота).

Потребителями бета-каротина как пищевого красителя выступают  производители продуктов питания  и напитков большинства отраслей пищевой индустрии. Проведенное  исследование потребителей конечных форм бета-каротина показывает, что крупнейшими  рынками сбыта бета-каротина являются производства масложировой продукции (маргарина, майонеза, спредов) и плавленого сыра – 35 и 28% общего объема спроса, а  также производства сухих завтраков, фруктово-ягодных наполнителей, молочных изделий, кондитерских изделий, напитков.(4)

Добавка применяется при  изготовлении йогуртов, так как может  придать молочным продуктам различные  оттенки – от светло-желтого до ярко-оранжевого. Препараты каротина на жировой основе могут быть использованы для подкрашивания и витаминизации  молочных консервов, молока сгущенного, сливок, сыра, творога, жидких и пастообразных  молочных продуктов и др. (1)

2.Технологии производства

 

Название каротин происходит от латинского carota — морковь. Этот продукт по своей природе богат каротином. Кроме моркови особенно много каротина содержат следующие овощи и фрукты: дыня, хурма, абрикос, капуста, петрушка, тыква, шпинат, салат, зелёный лук, красный перец, чёрная смородина, черника, крыжовник, персики, сладкий картофель, манго. Как правило, чем выше интенсивность оранжевого цвета продукта, тем больше он содержит каротина. (1,2)

В следующем коротком перечне содержание бета-каротина приводится на 100 г продуктов питания:

Овощи: морковь (6,6 мг): кресс  водяной (5,6 мг), шпинат (4,9 мг), брокколи (1,5 мг). Фрукты: манго (2,9 мг), дыни (2,0 мг), абрикосы (1,6 мг), персики (0,5 мг). (5)

Множество растений и овощей содержат бета-каротин, из которых его  первоначально извлекали в промышленных целях. Затем был разработан метод органического синтеза (США, Франция, Швейцария, СССР). В конце 60-х в СССР был разработан микробиологический способ производства с помощью выращивания мукорового гриба Blakeslea trispora. В настоящее время в мировой практике применяются все три метода производства бета-каротина, однако технология химического синтеза является основной.(4)

Основу технологии производства натуральных пищевых красителей составляют процессы экстракции. Выбор  того или иного способа выделения  красителя из природного сырья зависит  от особенностей самого сырья, свойств  извлекаемого пигмента, задач и направлений  его применения для окрашивания  пищевой продукции. Сырьем для производства красителей служат различные части  дикорастущих и культурных растений, отходы переработки винодельческих, сокодобывающих и консервных заводов. Кроме того, некоторые из них получают химическим или микробиологическим синтезом.

Чаще всего натуральные  пищевые красители получают из природного сырья в виде соков и экстрактов, извлекая пигменты соответствующим  растворителем. Липофильные пигменты (каротиноиды) выделяют с помощью  неполярных растворителей, растительных масел. Содержание красящих веществ  в исходном сырье часто низкое (1-4 %), поэтому используются специальные  приемы для их очистки и концентрации.(6)

2.1. Производство β-каротина из моркови

Таблица 1. Принципиальная схема технологии:

Рис 2.1 Технологическая схема производства масляного концентрата каротина из моркови. (7)

1. Бурт
2. Автомашина
3. Бункер
4. Гидравлический транспортер
5. Шнек
6. Кулачная мойка
7. Элеватор
8. Весы типа Хронос
9. Контрольный конвейер
10. Терка
11. Пресс Яна
12. Сотрясительное сито-трясучка
13. Сборник фильтрованного сока
14. Насос
15. Сборник сока
16. Сместитель
17. Трубчатые подогреватели
18. Сборник сока
19. Отстойник
20. Фильтр-пресс
21. Сборник
22. Вакуум-вальцовая сушилка
23. Гранитные вальцы
24. Экстракционная батарея
25. Сбоник
26. Фильтр-пресс
27. Центрифуга
28. Сборник масла
29. Гидравлический пресс
30. Сборник масла
31. Сборник масла
32. Сборник масла
33. Аппарат-сместитель
34. Сборник концентрата
35. Сборник
36. Вальцовая сушилка
37. Шнековый сместитель
38. Пресс
39. Сборник сока
40. Выпарной аппарат
41. Сборник

бочки

 

Каротиновый краситель из моркови получают путем отжатия  сока моркови, коагуляции в нем белковых веществ, адсорбирующих весь каротин; коагулят отфильтровывают, высушивают,

Подготовка сырья. Морковь из бурта 1 подвозят автомашиной 2 в бункер 3, откуда гидравлическим транспортером 4 и шнеком 5 морковь подают в кулачную мойку 6, где её промывают. Мойка должна быть обеспечена чистой и проточной водой. Ежесменно необходимо мойку очищать от грязи и камней. Далее элеватором 7 морковь подается на автоматические весы 8 типа  Хронос, затем на контрольный конвейер 9 для инспекции и удаления посторонних примесей. (7)

Получение сока. Для получения максимального выхода сока из сырья необходимо разорвать клетки. Для этой цели применяют пильные терки. На степень измельчения сырья влияют следующие факторы: качество пилок, удельное число зубьев и размер выступа зуба над поверхностью барабана. На производительность терки и на степень измельчения влияет окружная скорость барабана.  Необходимо следить за равномерным поступлением моркови в терку,  а также за правильным положением прижимов терки и состоянием пилок.

Первое прессование  мезги. Из терки 10 мезга поступает в бункер над прессом Яна 11. Необходимо следить за равномерным питанием пресса мезгой, не допуская перелива её, поддерживать установленное расстояние между прессующими валками, следить за стоком отпрессованного сока и не допускать скопления отпрессованной мезги. Для устранения попадания мезги в сок необходимо наблюдать за тщательной пригонкой сит; диаметр их ячеек не должен превышать 0,6-0,7 мм. Сита должны быть из нержавеющей стали. В результате первого прессования получают сок I, загрязненный мелкими частицами клетчатки. При попадании в коагулят они увеличивают его количество и ухудшают последующие процессы.

Фильтрация. Для отделения от сока указанных примесей применяют сотрясительное сито- трясучку 12. Сито по длине имеет уклон не менее 25 мм на 1 м.

Сито получают от привода 300-400 колебаний в 1 мин, размах качаний 7-9 мм. Под ситом устанавливают  желоб-поддон из алюминия или нержавеющей стали. Сок из пресса Яна поступает на сотрясательное сито, проходит через сито в желоб и далее направляется вниз в сборник фильтрованного сока 13, откуда насосом 14 выкачивают сок I в сборник 15.

Второе прессование. После первого прессования в мезге остается около 30-40% каротина, введенного с морковью. Поэтому полученный жом I подвергают перемешиванию с водой в специальном сместителе 16, расположенном под прессом Яна. Воды добавляют 60% к массе жома.

Увлажненный жом насосом 14 перекачивают во второй агрегат теркупресс 10’ и 11’, где происходит повторная  перетирка жома и его прессование. В результате получают сок II и жом II. Сок II подвергают фильтрации на сотрясательном сите 12’. Фильтрвоанный сок поступает в сборник сока 16’.