MD1817Z - Procedeu de obţinere a colorantului roşu de betacianină din fructe de cârmâz Phytolacca americana L. - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la industria alimentară, şi anume la un procedeu de obţinere a colorantului roşu de betacianină din fructe de cârmâzPhytolacca americanaL., totodată colorantul obţinut poate fi aplicat în agricultură, în industria farmaceutică şi cosmetică .Procedeul, conform invenţiei, include zdrobirea fructelor, adăugarea drojdiilor de coptSaccharomyces cerevisiae, fermentarea, filtrarea sucului, congelarea acestuia, dezgheţarea lentă cu separarea apei şi obţinerea sucului concentrat, precipitarea coloratului în două etape prin amestecare cu alcool etilic, separarea supernatantului, după care precipitatul roşu obţinut se purifică cu alcool etilic, se usucă şi se macină până la pulbere.

Description

Invenţia se referă la industria alimentară, şi anume la un procedeu de obţinere a colorantului roşu de betacianină din fructe de cârmâzPhytolacca americanaL, totodată colorantul obţinut poate fi aplicat în agricultură, în industria farmaceutică şi cosmetică .

Este cunoscut procedeul de obţinere a colorantului roşu din fructe de cârmâz în formă de suc concentrat, stabilizat cu acid citric şi utilizat în industria alimentară [1].

Un neajuns al procedeului constă în aceea că produsul finit conţine o concentraţie mică (până la 4,1%) de colorant roşu.

De asemenea, este cunoscut procedeul de obţinere a colorantului alimentar din fructe de cârmâz care implică extracţia coloranţilor cu alcool etilic de 85%, separarea extractului, filtrarea şi concentrarea sub vid până la 40-45% substanţe uscate, caracterizat prin aceea că, fructele sunt păstrate în azot lichid şi înainte de extragerea colorantului sunt prelucrate cu solventul n-hexan cu scopul eliminării substanţelor de balast. Produsul finit conţine 10-12% de colorant roşu [2].

Dezavantajele acestui procedeu sunt procesul costisitor de păstrare a fructelor în azot lichid şi utilizarea solventului n-hexan, uşor inflamabil, dăunător şi periculos pentru mediu, ceea ce necesită o supraveghere suplimentară privind securitatea muncii şi inofensivitatea produsului finit.

Colorantul roşu din fructe de cârmâz sau pigmentul roşu este o betacianină similară cu betanina, pigmentul roşu din sfeclă (vezi fig. 1).

Betacianina Betanina

Figura 1. Structura chimică a pigmenţilor roşii din fructe de cârmâz (betacianină) şi din sfeclă roşie (betanină)

Mai este cunoscut procedeul de obţinere a colorantului roşu alimentar sub formă de pulbere, care prevede mărunţirea sfeclei, presarea, stabilizarea sucului cu acid ascorbic până la un pH de 4,0-4,5, pasteurizarea la o temperatură de 80-82°C, răcirea la o temperatură de 20-22°C, fermentarea cu drojdie de coptSaccharomyces cerevisiaeîn cantitate de 0,03-0,07% din masa sucului, filtrarea şi uscarea colorantului pe purtători inerţi la o temperatură de 80-90°C. Produsul finit conţine 12,1-13,5% de colorant [3].

Un neajuns al procedeului constă în ceea că aplicarea temperaturilor înalte de 80-90°C în procesele de pasteurizare şi uscare a colorantului poate provoca o distrugere parţială a structurii chimice a colorantului cu o reducere a valorii de culoare roşie, a stabilităţii produsului finit şi activităţii lui biologice de antioxidant.

Cea mai apropriată soluţie de procedeul propus, este procedeul de obţinere a colorantului roşu din materie primă vegetală, şi anume fructul copt al cârmâzului (Phytolaccaspp.), care include separarea fazei lichide prin presare cu filtrare, amestecarea cu bentonit, îngheţarea la temperatura de -10...-12°C în decurs de 5-6 ore, apoi dezgheaţarea şi concentrarea fazei lichide la presiunea de 13-15 kPa până la conţinut de substanţă uscată de 65-67% [4].

Acest procedeu are câteva dezavantage, şi anume:

1. Fructul copt al cârmăzului conţine diferiţi pigmenţi - betacianina de culoare roşie şi betaxantina de culoare galbenă, ceea ce indică că în produsul finit se conţin ambii. Conţinutul de pigmenţi de 20-23% este conţinutul sumar al pigmenţilor în produsul finit, care este în forma lichidă. Prin recalcularea la substanţe uscate rezultă că conţinutul sumar de pigmenţi este de 13,4-15,5%, iar conţinutul de betacianină şi mai puţin, de ≈10-12%. Mai mult ca atât, prezenta în produsul finit a pigmentului galben (betaxantină) reduce semnificativ intensitatea culorii roşii a betacianinei;

2. Introducerea în faza lichidă a bentonitului conduce la adsorbţia moleculelor de pigmenţi şi alţi constituenţi chimici din faza lichidă (polizaharide, peptide, acizi organici etc.) pe suprafaţa particulelor de bentonit, ca urmare produsul finit conţine 65-67% substanţe uscate şi prezintă combinaţia dintre bentonit şi alţi constituenţi chimici, inclusiv pigmenţi, dar nu doar colorant pur;

3. Concentrarea fazei lichide la presiunea joasă de 13-15 kPa necesită aparataj special cu vacuum, care este costisitor;

4. Produsul finit se obţine sub formă lichidă, ceea ce poate limita durata de valabilitate a acestuia.

Problema pe care o rezolvă invenţia propusă constă în obţinerea colorantului roşu de betacianină din fructe de cârmâz cu evitarea concentrării fazei lichide la presiune joasă, precum şi a temperaturilor ridicate, care va asigura culoarea intensă a produsului finit, stabilitatea lui înaltă şi menţinerea activităţii antioxidante.

Invenţia soluţionaează problema prin aceea că se propune un procedeu de obţinere a colorantului roşu de betacianină din fructe de cârmâzPhytolacca americanaL., care include zdrobirea fructelor, adăugarea drojdiilor de coptSaccharomyces cerevisiaeîn cantitate de 0,03-0,07% din masa fructelor, fermentarea în decurs de 96-100 ore la temperatura de 22-25°C, filtrarea sucului, congelarea acestuia la temperatura de -18...-25°C, dezgheţarea lentă cu separarea apei şi obţinerea sucului concentrat, precipitarea coloratului roşu în două etape prin amestecare cu alcool etilic cu concentraţia de cel puţin 92% şi menţinerea amestecului la temperatura de 4±2°C timp de 18-24 ore, separarea supernatantului, după care precipitatul roşu obţinut se purifică cu alcool etilic de 96%, se usucă la temperatura de 40±2°C şi se macină până la pulbere.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în lărgirea sortimentului de coloranţi roşii naturali care asigură o culoare intensă a produsului finit, o stabilitate înaltă, consumarea inofensivă a colorantului roşu, şi care, posedând o activitate antioxidantă înaltă, este benefic sănătăţii omului.

Rezultatul tehnic al invenţiei se datorează următorilor factori:

• congelarea sucului filtrat permite concentrarea sucului cu evitarea temperaturilor înalte şi stabilizarea colorantului;

• purificarea sucului concentrat şi sedimentarea colorantului cu aplicarea alcoolului etilic, aprobat pentru utilizare în industria alimentară, cosmetică şi farmaceutică, permite obţinerea produsului finit inofensiv;

• procedeul propus se bazează pe utilizarea la diferite etape a temperaturilor joase (-18...-25°C), scăzute (4±2°C) şi pozitive moderate (40±2°C), ceea ce evită distrugerea pigmentului roşu natural şi permite păstrarea maximală a proprietăţilor de colorant şi antioxidant.

Exemplu de realizare a invenţiei.

Fructele de cârmâz se zdrobesc şi se adaugă drojdia de coptSaccharomyces cerevisiaeîntr-o cantitate de 0,03-0,07% din masa fructelor. Fermentaţia durează timp de 96-120 ore la o temperatură de 22-25°C. Procesul de fermentaţie contribuie la distrugerea complexului natural de betacianiă-betaxantină cu eliberarea maximală a pigmentului roşu de betacianină din fructe de cârmâz. După fermentaţie sucul se filtrează, separând seminţele, şi se congelează la temperatura de -18...-25°C. Apoi se efectuează dezgheţarea lentă a sucului, colectând 40-50% de suc din volumul iniţial. Prin aceasta etapa se obţine un suc concentrat fără aplicarea temperaturilor înalte. Sucul concentrat se purifică prin amestecare cu alcool etilic cu o concentraţie de cel puţin 92% într-un raport de 1:1,5 (suc:alcool). Amestecul este menţinut la o temperatură de 4±2°C timp de 18-24 ore, centrifugat, iar supernatantul este din nou amestecat cu alcool etilic cu o concentraţie de cel puţin 92% într-un raport de 1:3,5 (suc:alcool). Amestecul este menţinut din nou la temperatura de 4±2°C timp de 18-24 ore, supernatantul este separat prin decantare, iar precipitatul este purificat cu alcool etilic de 96%, uscat la 40±2°C şi măcinat până la pulbere.

În urma aplicării procedeului propus se obţine o pulbere de culoare violet întunecată cu conţinut de 14,0-18,0% de betacianină, care se dizolvă bine în apă. Maximumul de adsorbţie a soluţiilor apoase de colorant, determinat prin spectofotometrie UV-VIS, este de ƛ=530-540 nm (vezi figura 2a). În diapazonul concentraţiilor de 0...0,10 g/L se obţine o curbă de calibrare a dependenţei absorbţiei de concentraţie cu un coeficient de liniaritate înalt de 0,9999 (vezi figura 2b).

Figura 2. Spectrele de absorţie ale soluţiilor apoase de colorant la diferite concentraţii (a). Curba de calibrare a dependenţei absorbţiei la ƛ= 540 nm de concentraţia colorantului în soluţii apoase (b).

În diapazonul concentraţiilor 0...0,25 g/L culoarea soluţiilor de colorant se schimbă de la roz pal până la roşu intens (vezi figura 3).

Figura 3. Scala de culori a soluţiilor apoase de colorant: a - insuficient roşie (< 0,07 g/L); b - roşie optimală (0,07-0,15 g/L); c - roşie intensă (> 0,15 g/L)

Colorantul roşu obţinut, sub formă de pulbere, a fost păstrat la temperatura camerei de cca 18-20°C timp de 24 luni. Pe parcursul a 12 luni, colorantul a pierdut 5% din conţinutul iniţial de betacianină, iar după 24 luni încă 5% (vezi figura 4).

Figura 4. Modificarea conţinutului de betacianină la păstrare.

Aşadar, stabilitatea colorantului obţinut conform procedeului revendicat este mai mare de 24 luni. Trebuie de menţionat că în extractele de sfeclă roşie conţinutul de betacianină a scăzut cu 50% timp de 95 şi 13 zile de depozitare la temperatura de 4 şi 25ºC, respectiv (Caldas-Cueva J.P.; Morales P.; Ludena F.; Betalleluz-Pallardel I.; Chirinos R.; Noratto G.; Campos D. Stability of Betacyanin Pigments and Antioxidants in Ayrampo (Opuntia soehrensii Britton and Rose) Seed Extracts and as a Yogurt Natural Colorant. Journal of Food Processing and Preservation,2015, Vol. 40, Issue. 3, pp. 541-549, https://doi.org/10.1111/jfpp.12633).

Determinarea activităţii antioxidante a fost efectuată prin metoda potenţiometrică (Ivanova R. Antioxidant activity of extracts fromPhytolacca americanaberries.Book of Abstracts of the 4th International Scientific Conference Agrobiodiversity for Improve the Nutrition, Health and Quality of Human and Bees Life. 2019, Nitra, Slovakia, p. 91, https://doi.org/10.15414/2019.9788055220703) şi exprimată în echivalentul acidului galic (µMGAE per un gram de reziduu uscat). Pentru a evalua menţinerea proprietăţilor de antioxidant a colorantului obţinut, activitatea lui antioxidantă a fost comparată cu activitatea antioxidantă a sucului proaspăt obţinut din fructe de cârmâz. S-a determinat că sucul din fructe de cârmâz posedă activitate antioxidantă egală cu 156,82±6,33µMGAE/g, iar colorantul roşu obţinut prin procedeul propus manifestă activitatea de 129,72±2,59µMGAE/g. Putem concluziona că colorantul roşu din fructe de cârmâz posedă activitate antioxidantă înaltă, iar procedeul propus permite de a menţine mai mult de 82% din proprietăţile antioxidative ale sucului proaspăt.

Aşadar, a fost demonstrat că din fructe de cârmâz prin procedeul propus se obţine un produs finit cu un conţinut sporit de betacianină, care la dizolvare în apă are o culoare roşie intensă la concentraţii mici (de la 0,15 g/L), stabilitate la păstrare mai mare de 24 luni şi o activitate înaltă de antioxidant.

1. Дзадзиева М.С., Интродукция лаконосов костянкового и американского (Phytolacca acinosa Roxb. и Phytolacca americana L.) в предгорную зону Республики Северная Осетия-Алания и их практическое использование, 2011, Găsit pe Internet < https://earthpapers.net/introduktsiya-lakonosov-kostyankovogo-i-amerikanskogo-phytolacca-acinosa-roxb-i-phytolacca-americana-l-v-predgornuyu-zonu>

2. SU 574455 A1 1977.09.30

3. RU 2102418 C1 1998.01.20

4. MD 689 F1 1997.03.31

Claims (1)

1. Procedeu de obţinere a colorantului roşu de betacianină din fructe de cârmâzPhytolacca americanaL., care include zdrobirea fructelor, adăugarea drojdiilor de coptSaccharomyces cerevisiaeîn cantitate de 0,03-0,07% din masa fructelor, fermentarea în decurs de 96-100 ore la temperatura de 22-25°C, filtrarea sucului, congelarea acestuia la temperatura de -18...-25°C, dezgheţarea lentă cu separarea apei şi obţinerea sucului concentrat, precipitarea coloratului în două etape prin amestecare cu alcool etilic cu concentraţia de cel puţin 92% şi menţinerea amestecului la temperatura de 4±2°C timp de 18-24 ore, separarea supernatantului, după care precipitatul roşu obţinut se purifică cu alcool etilic de 96%, se usucă la temperatura de 40±2°C şi se macină până la pulbere.