Способ получения пищевой добавки цитрата аммония-железа (iii) зеленого
Владельцы патента RU 2377929:
Государственное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Российской академии сельскохозяйственных наук (ГУ ВНИИПАКК) (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения пищевой добавки, предназначенной для использования в пищевых продуктах, преимущественно для обогащения железом. Способ включает вначале взаимодействие цитрата трехвалентного железа с водой и гидроксидом аммония при температуре 55-60°С при перемешивании до полного растворения цитрата железа. Причем массовое соотношение компонентов соответственно составляет 1:(0,3-0,7):(0,30-0,44). Затем вводят кристаллическую лимонную кислоту в количестве 8-33% от массы цитрата железа. Полученную реакционную массу перемешивают до достижения рН 3,0-5,0. Изобретение позволяет получить железосодержащую пищевую добавку - цитрат аммония-железа (III) зеленый в биодоступной форме с высоким выходом продукта. 1 табл.
Изобретение относится к пищевой промышленности и касается получения пищевой добавки, предназначенной для использования в пищевых продуктах, преимущественно для обогащения железом.
Железо является одним из важнейших микроэлементов, необходимых для организма человека. Этот элемент участвует в жизненно важных процессах кроветворения, дыхания и биологического окисления, обеспечивающего организм энергией.
Известен способ получения цитрата аммония-железа зеленого из сульфата железа путем взаимодействия с гидроксидом аммония (Патент US №2644828, кл. С07С 59/265, опубл. 1953.07.07). Выпавший осадок гидроксида железа промывают дистиллированной водой до отсутствия сульфатов. К промытому гидроксиду железа прибавляют раствор лимонной кислоты (106 г; 0,505 моль). Смесь нагревают в течение (60-75) мин и затем фильтруют. Фильтрат концентрируют. Прибавляют гидроксид аммония (1,6 моль NH3) до рН 6,05. Раствор концентрируют и охлаждают. Кристаллизация завершается за 4 дня. Зеленые кристаллы цитрата аммония-железа центрифугируют, промывают спиртом и сушат при 105°С. Получают цитрат аммония-железа зеленый с содержанием железа 14,7%.
Известен также способ получения фармакопейного лимоннокислого железа (III) из сульфата железа (FeSО4) и избытка карбоната натрия (Nа2СО3), получения из них карбоната железа (FeCO3), взаимодействие его с лимонной кислотой, нейтрализации этого раствора гидроксидом аммония (NH4OH) или лимоннокислым аммонием. Окисленный раствор фильтруют, выпаривают при 60°С и сушат. Получают зеленые пластинки с содержанием железа (12,8-14,5)% Fe (III) (пат. Чехосл. 93504 от 15.01.60).
Недостатками этих способов являются:
1. Длительность и сложность осуществления процессов получения и значительные потери, в том числе на операциях промывки, фильтрования, центрифугирования, вследствие этого снижение выхода целевого продукта.
2. Возможность загрязнения при обогащении сульфатами, присутствие которых в пищевых продуктах нежелательно.
Важно поступление железа в организм в безопасной для здоровья и биодоступной органической форме, не оказывающей вредного воздействия на здоровье человека при использовании в пищевых продуктах в рекомендуемой норме. К таким соединениям относятся цитраты аммония-железа в зеленой форме (ЦАЖ3), которые разрешены к применению в России в качестве нутриентов и биологически активных добавок лечебно-профилактического назначения (Сарафанова Л.А. Пищевые добавки. Энциклопедия, 2-е изд. - СПб.: ГИОРД, 2004, с.601).
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения цитрата аммония-железа (III) зеленого, включающий взаимодействие источника железа - стальной стружки, окисленной в растворе азотной и лимонной кислот, с гидроксидом аммония в присутствии воды (Новинюк Л.В. Цитраты аммония-железа - эффективные источники биодоступного железа. Ж. Пищевые ингредиенты, сырье и добавки. - 2007. №1. - С.40). Соотношение между твердой и жидкой фазой составляет 1:4,5, выход продукта составляет около 92%.
Недостатками этого способа являются:
1. Способ многостадиен, включает: окисление стальной стружки смесью азотной и лимонной кислот до железа (III), взаимодействие железа (III) с гидроксидом аммония. Общая продолжительность процесса при этом составляет от 3-х до 4-х суток.
2. Использование в способе концентрированной азотной кислоты сопровождается выделением токсичных окислов азота и является экологически опасным, что особенно нежелательно при получении пищевых продуктов.
3. Способ осуществляется в разбавленных растворах, что требует высоких энергозатрат при сушке продукта и удалении избыточной влаги.
Задачей предлагаемого решения является разработка способа получения железосодержащей пищевой добавки в виде хорошо растворимой соли пищевой лимонной кислоты - цитрата аммония-железа (III) зеленого в безвредной и биодоступной форме при одновременном обеспечении высокого выхода продукта и упрощении способа.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения железосодержащей пищевой добавки цитрата аммония-железа (III) зеленого, включающем взаимодействие источника железа, гидроксида аммония и лимонной кислоты в присутствии воды, согласно изобретению в качестве источника железа используют цитрат трехвалентного железа, вначале проводят взаимодействие цитрата железа с водой и гидроксидом аммония при температуре 55-60°С при перемешивании до полного растворения цитрата железа, причем массовое соотношение между цитратом железа, водой и гидроксидом аммония составляет 1:(0,3-0,7):(0,30-0,44), а затем вводят кристаллическую лимонную кислоту в количестве 8-33 мас.% от массы цитрата железа и полученную реакционную массу перемешивают до достижения рН 3,0-5,0.
Выбор в качестве источника железа цитрата трехвалентного железа, подбор оптимальных значений концентраций вышеуказанных компонентов и режимов проведения их взаимодействия обеспечивают образование цитрата-аммония железа (III) зеленого в безвредной и биодоступной форме, а также высокий выход продукта, в котором железо устойчиво связано в комплексном ионе с лимонной кислотой. Вследствие этого, в отличие от других водорастворимых соединений, таких как сульфат железа или хлорид железа, полученная по предлагаемому способу пищевая добавка при использовании не дает горьковатого привкуса железа и изменения цвета продукта.
Характеристика используемого сырья.
В качестве источника железа используют железо (III) цитрат марки ч. с содержанием железа не менее 17,0%. В качестве аммиачных соединений используют гидроксид аммония (аммиак водный о.с.ч. по ГОСТ 24147-80), использование которого предпочтительнее, а также можно использовать аммоний углекислый или аммоний углекислый кислый (х.ч., ГОСТ 3762-78), которые разрешены для использования в пищевой промышленности. Кислота лимонная моногидрат пищевая по ГОСТ 908-2004.
Способ получения пищевой добавки осуществляют следующим образом. В емкость с мешалкой загружают цитрат железа, воду и аммиачное соединение в массовом соотношении указанных компонентов 1:(0,3-0,7):(0,30-0,44). Взаимодействие указанных реагентов проводят при температуре 55-60°С при перемешивании в течение 1,0-1,5 ч до полного растворения цитрата железа. Затем вводят кристаллическую лимонную кислоту в количестве 8-33 мас.% от массы цитрата железа и перемешивают в течение 1 ч до достижения рН 3,0-5,0 и перехода коричневой окраски раствора в зеленую.
Полученный вязкий раствор цитрата аммония-железа3 фильтруют, а затем сушат при температуре не выше 75°С с получением пищевой добавки в виде гранул, чешуек или порошка после измельчения. Способ получения цитрата аммония-железа в концентрированных растворах при содержании сухих веществ от 60 до 65% позволяет значительно снизить энергозатраты на стадии сушки продукта.
Получение ЦАЖ3 можно представить уравнениями 1 и 2.
Далее изобретение поясняется примерами, иллюстрирующими способ получения пищевой добавки ЦАЖ3.
Пример 1
В термо- и кислотостойкую емкость, снабженную мешалкой, помещают 100 г измельченного цитрата железа с содержанием железа 17,0% и 30 см3 дистиллированной воды и при перемешивании медленно порциями по 8-10 см3 добавляют 44 см3 25%-ного раствора гидроксида аммония с плотностью 0,907 г/см3. Температуру в реакционной среде поддерживают на уровне 55°С. При полном растворении цитрата железа в емкость при перемешивании вводят 8 г кристаллической лимонной кислоты до достижения рН 5,0. Продолжительность процесса составляет 2,0 ч. Раствор фильтруют и сушат, получают 124 г ЦАЖ3 с содержанием железа 14,8%.
Пример 2
В термо- и кислотостойкую емкость, снабженную мешалкой, помещают 100 г измельченного цитрата железа с содержанием Fe 18,5% и 45 см3 дистиллированной воды, затем при перемешивании медленно порциями по 8-10 см3 добавляют 38 см3 25%-ного раствора гидроксида аммония. Температуру поддерживают на уровне 57°С. При полном растворении цитрата железа в емкость при перемешивании вводят 18 г кристаллической лимонной кислоты до рН 4,0. Продолжительность процесса в целом составляет около 2,0 ч. После сушки получают 133 г ЦАЖ3 влажностью 4% с содержанием железа 15,2%.
Пример 3
В термо- и кислотостойкую емкость, снабженную перемешивающим устройством, помещают 100 г измельченного цитрата железа с содержанием железа 21,0% и 70 см3 дистиллированной воды, затем медленно при перемешивании добавляют порциями по 8-10 см3 30 см3 25%-ного раствора гидроксида аммония. Температуру в емкости поддерживают на уровне 60°С. При полном растворении цитрата железа вводят 33 г кристаллической лимонной кислоты и перемешивают в течение 1 ч до достижения рН 3. Общая продолжительность процесса составляет 2,5 ч. После сушки получают 145 г продукта влажностью 4% с содержанием железа 15,6%.
Выход пищевой добавки ЦАЖ3, полученной по примерам 1-3, составляет более 100% от исходного сырья - цитрата железа.
В таблице представлены показатели качества пищевой добавки, полученной предложенным способом по примерам 1-3 в сравнении с показателями качества пищевой добавки Е381 - цитрат аммония-железа зеленый, установленными международным Комитетом по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ (Сарафанова Л.А. Пищевые добавки. Энциклопедия, 2-е изд. - СПб.: ГИОРД, 2004, с.601).
Данные, представленные в таблице, свидетельствуют о том, что полученная по предложенному способу пищевая добавка представляет собой хорошо растворимое в воде (до 300 г в 100 г воды) соединение, в котором содержание железа и примесей (сульфатов) соответствует требованиям, установленным к показателям качества пищевой добавки Е381-цитрат аммония-железа зеленый.
Таким образом, предложенный способ позволяет получить железосодержащую пищевую добавку - ЦАЖ3 в безвредной и биодоступной цитратной форме и обеспечивает высокий выход продукта.
| Таблица | ||||||
| Показатели качества полученной по заявленному способу пищевой добавки и пищевой добавки Е381 | ||||||
| Примеры | Массовое соотношение цитрат железа:вода:гидроксид аммония | Растворимость | Содержание железа, % | Содержание сульфатов, % | Органолептические показатели | |
| В воде | В спирте | |||||
| 1 | 1:0,30:0,44:0,08 | 300 | Нерастворима | 14,8 | 0,25 | Прозрачные зеленые гранулы без запаха со слабым металлическим привкусом |
| 2 | 1:0,45:0,38:0,18 | 295 | -«- | 15,2 | 0,30 | |
| 3 | 1:0,70:0,30:0,32 | 293 | -«- | 15,6 | 0,27 | |
| Пищевая добавка Е381 цитрат аммония- железа зеленый |
- | Хорошо растворима | Нерастворима | 14,5-16,0 | Не более 0,3 | Прозрачные зеленые чешуйки, гранулы или порошок без запаха с металлическим вкусом |
Способ получения пищевой добавки цитрата аммония-железа (III) зеленого, включающий взаимодействие источника железа, гидроксида аммония и лимонной кислоты в присутствии воды, отличающийся тем, что в качестве источника железа используют цитрат трехвалентного железа, вначале проводят взаимодействие цитрата железа с водой и гидроксидом аммония при температуре 55-60°С при перемешивании до полного растворения цитрата железа, причем массовое соотношение между цитратом железа, водой и гидроксидом аммония составляет 1:(0,3-0,7):(0,30-0,44), а затем вводят кристаллическую лимонную кислоту в количестве 8-33 мас.% от массы цитрата железа и полученную реакционную массу перемешивают до достижения рН 3,0-5,0.
