天然結(jié)晶色料及制備方法
【專利摘要】具有高顏色強(qiáng)度和/或低糖含量的結(jié)晶色素或色料組合物及制備方法和工藝。所述組合物可以包括純化的水果和/或植物色料汁。從包括諸如水果、蔬菜和藻類的植物的天然源獲得的獨(dú)特的干燥色料。該色料可從紅葡萄汁和/或紫胡蘿卜花色素苷汁中獲得。制備該干燥色料的方法包括使用各種純化技術(shù)并隨后使用低溫干燥方法除去水來純化該顏色色素。純化技術(shù)和低溫干燥的結(jié)合產(chǎn)生了色純和/或低糖的獨(dú)特的天然色料。色料表現(xiàn)出良好的存儲穩(wěn)定性和/或處理特性，包括但不限于密度、流動性、水分散性和/或吸濕性。
【專利說明】天然結(jié)晶色料及制備方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本發(fā)明要求2011年6月30日提交的名稱為“天然結(jié)晶色料及制備方法”的第61/503，557號美國臨時專利申請的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，其在此通過引用并入本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開基本上涉及純化的天然色素和色料及制備和處理所述色素和色料的方法。
[0004]背景
[0005]天然色料和染料主要來源于存在于包括水果、花及蔬菜植物中的色素。根據(jù)它們的化學(xué)組分，將天然植物來源的色素分到包括但不限于花色素苷、甜菜紅色素(betalain)、類胡蘿卜素、姜黃素、胭脂紅酸及衍生物、葉綠素及上述物質(zhì)的衍生物等結(jié)構(gòu)基團(tuán)中。類胡蘿卜素包括但不限于β_胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、胡蘿卜醛、番茄紅素、胭脂素、降胭脂樹素、角黃素及玉米黃素。葉綠素及葉綠酸衍生物包括但不限于銅配合物。在另外的非限制實(shí)施方式中，所述色素可以是與如但不限于銅的金屬離子配合。
[0006]制造業(yè)的目標(biāo)之一是濃縮植物色素部分來提供更濃的天然色料，其可以被添加至各種食品、藥品及化妝品色料。通過分離工藝除去其他化合物生產(chǎn)這些濃縮色料。
[0007]天然色料通常從水果汁和蔬菜汁中分離獲得，其相對于色素化合物部分含糖高。通常，將這些基于糖的 色料(colors)濃縮以除去水份，并將這些色素以干重含量大于60%糖及低量色素水平的濃縮物使用。應(yīng)當(dāng)了解的是，根據(jù)所述水果或蔬菜而變，所述濃縮物可以含有以干重計(jì)的更高或更低百分比的糖。低色料含量的液體儲存昂貴(通常需冷藏)，隨時間易降解，由于高糖含量所以在食品或飲料應(yīng)用中熱量與顏色的貢獻(xiàn)率高，和/或可能產(chǎn)生不想要的感覺特征。
[0008]工業(yè)上已提供來自水果汁和蔬菜汁的這些天然色料的兩種不同形式，即液體和粉末?；谔堑纳?colors)通常難以干燥并且一般需要如麥芽糖糊精或微晶纖維素的載體以彌補(bǔ)所述糖的吸濕性。
[0009]而且，因?yàn)榻?jīng)過干燥的液體通常含水量約在50%w/w至80%w/w,所以很少有可用技術(shù)能有效地干燥這些產(chǎn)品?？捎糜诟稍锖蜐舛瓤扇芄腆w的液體的最常見技術(shù)為噴霧干燥。
[0010]令人遺憾地，當(dāng)噴霧干燥被用于處理所述需要干燥樣品時，它具有一些缺陷。常見的問題包括但不限于，由于干燥中所述液體經(jīng)過高溫和高壓，產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重惡化；由于以微粉干燥的高速率形成低堆密度的無定型微粒；由于糖是以無定型而非結(jié)晶狀態(tài)存在而導(dǎo)致的低的水溶性或差的可潤濕特性及吸濕性傾向，使得所述粉末易于成團(tuán)或結(jié)塊。而且，含高糖量的水果或蔬菜的濃縮液的成功的噴霧干燥通常需要載體存在，因此減弱了最終產(chǎn)品的顏色濃度和劑量效率。
[0011]制造業(yè)的另一目標(biāo)是基本降低標(biāo)準(zhǔn)水果或蔬菜濃縮液的糖部分來生產(chǎn)較低熱量的更加濃縮的天然色料，也可以將其干燥生產(chǎn)改進(jìn)的儲藏和加工性能的產(chǎn)品。通常通過除去水果與蔬菜汁的汁液與提取液的非色素組分來生產(chǎn)純化的色料(colors)，因此顯著地富集所述色料化合物中的物質(zhì)。使用包括噴霧干燥機(jī)、轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)、折射窗干燥機(jī)及冷凍干燥機(jī)的廣泛的干燥工藝可以將低濃度糖的純化的色料進(jìn)行干燥。本方法提供純化和干燥技術(shù)的結(jié)合來在不需要載體的條件下生產(chǎn)干燥的濃縮的天然色料(color)。相對于工業(yè)中已知的其他干燥色料，本文所述濃縮天然色料具有高顏色強(qiáng)度和/或改良的感覺、穩(wěn)定性和加工性能。
[0012]相關(guān)技術(shù)的前述示例以及與此相關(guān)的限定的意圖是說明性的并不是排除性的。在閱讀該說明書和研究附圖后，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，相關(guān)技術(shù)的其他限定是顯而易見的。
[0013]概述
[0014]如下方面及其下面描述和闡明的實(shí)施方式是示例性的和說明性的，不對本申請的范圍構(gòu)成限制。
[0015]本公開涉及從包括如蔬菜和水果的植物及藻類的自然資源獲得的獨(dú)特的干燥色料。在實(shí)施方式中，所述色料是從水果汁或水果濃縮汁和/或水果提取物和/或蔬菜汁或蔬菜濃縮汁和/或蔬菜提取物中獲得。在另外的實(shí)施方式中，所述色料是從紅葡萄糖汁和/或紫蘿卜汁中獲得。簡言之，生產(chǎn)所述干燥色料的方法包括使用各種純化技術(shù)純化所述顏色色素且隨后使用低溫干燥方法除去水份。這種純化技術(shù)與低溫干燥的新穎結(jié)合生產(chǎn)獨(dú)特的色高(high in color)和/或低糖的天然色料。在實(shí)施方式中，本文所述色料顯示出優(yōu)越的儲藏穩(wěn)定性和/或加工性能，包括但不限于密度、流動性、水分散性和/或吸濕性。
[0016]一方面，涉及包括來源于植物和/或藻類的結(jié)晶色素或色素混合物的天然色料組合物。在實(shí)施方式中，所述組合物的顏色強(qiáng)度比原汁或未純化的色素或組合物的顏色強(qiáng)度高。進(jìn)一步的實(shí)施方式中，與原汁或未純化的色素組合物相比，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃鼋M合物以干重計(jì)具有降低的糖更低。另一實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降慕M合物含有以干重計(jì)低于約5-20%的糖。進(jìn)一步的實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降慕M合物的總糖含量低于約干重的20%。在另外一實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降慕M合物的顏色強(qiáng)度大于約40，000顏色單位。在另一實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃錾厥羌t葡萄糖花色素苷且所述組合物的顏色強(qiáng)度約40，000-55, 000顏色單位。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃錾厥亲咸}卜花色素苷且所述組合物的顏色強(qiáng)度約90，000-125，000顏色單位。另外的實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃錾剡x自花色素苷、類胡蘿卜素、甜菜紅色素、姜黃素、胭脂紅酸、胭脂紅酸衍生物、葉綠素及葉綠素衍生物。
[0017]另一方面，涉及生產(chǎn)純化的結(jié)晶天然色素的方法。所述方法包括(a)通過除去至少部分非色素化合物生產(chǎn)以純化含色素的汁或提取物從而生產(chǎn)純化的色素來含色素的汁或提取物；及(10干燥所述純化的色素。在實(shí)施方式中，所述純化的色素是結(jié)晶的，且與原汁相比所述純化的色素具有提高的顏色強(qiáng)度和/或降低的以干重計(jì)的糖含量。在另一實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃錾剡x自花色素苷、類胡蘿卜素、甜菜紅色素、姜黃素、胭脂紅酸、胭脂紅酸衍生物、葉綠素及葉綠素衍生物。在進(jìn)一步實(shí)施方式中，在上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃龇椒ㄖ兴黾兓襟E包括透過聚合物膜系統(tǒng)的超濾和透析過濾。在另外的另一實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃鼍酆衔锬は到y(tǒng)包括聚醚砜(PES)卷式超濾膜。進(jìn)一步的實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃鯬ES卷式超濾膜的理論截留分子量約5，OOO道爾頓。在另外的另一實(shí)時實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃黾兓襟E包括通過膜系統(tǒng)使所述汁或提取物循環(huán)，其包括(a)通過膜系統(tǒng)過濾所述汁或提取物；(b)回收滯留物；(C)再生所述滯留物；(d)重復(fù)步驟(a)至(b)直至所述滯留物達(dá)到以干重計(jì)所需的顏色強(qiáng)度。在另外的實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降募兓襟E包括吸附/解析色譜法。在另一實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降募兓òl(fā)酵方法。在進(jìn)一步的另外的實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降募兓▉喤R界或超臨界流體萃取方法。在另外的另一實(shí)施方式中，使用折射窗干燥機(jī)完成上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃龈稍锊襟E。在進(jìn)一步另外的實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃龈稍锊襟E包括冷凍干燥。在另一實(shí)施方式中，上述方面和/或?qū)嵤┓绞降乃龇椒ㄟM(jìn)一步包括研磨所述干燥的產(chǎn)品。
[0018]在另外的實(shí)施方式中，涉及通過單獨(dú)的上述方面或?qū)嵤┓绞饺我凰龇椒ɑ蛞云淙魏蔚慕M合而形成的組合物。
[0019]通過所述的如下的描述、附圖、實(shí)施方式及權(quán)利要求，本方法和組合物等另外的實(shí)施方式是明顯的。正如可以從所述前述的或如下描述中所理解的，本公開的范圍包括本文所述每一特征，和兩個或多個這樣特征的各種組合，只要包括在這樣組合中的所述特征不是相互不一致的。此外，任一特征或特征的組合可以具體地排除在本方明的任何實(shí)施方式之外。尤其地，當(dāng)連同考慮所述所附實(shí)施例和附圖時，所述如下描述和權(quán)利要求陳述本發(fā)明的另外的方面和優(yōu)勢。
[0020]附圖簡要說明
[0021]圖1為流程圖，其表明一實(shí)施方式的純化和干燥基于天然水果和蔬菜的色素的示例性方法。
[0022]圖2為流程圖，其表明一實(shí)施方式的使用超濾和透析過濾純化色料的示例性方法。
[0023]圖3為流程圖，其表明一實(shí)施方式的濃縮純化的色料液體、干燥和研磨的示例性方法。
[0024]圖4A為一實(shí)施方式的折射窗干燥機(jī)的側(cè)面圖示。
[0025]圖4B為表明一實(shí)施方式的折射窗干燥機(jī)的剖視圖。
[0026]圖5為表明一實(shí)施方式的使用吸附樹脂分離技術(shù)純化色料的示例性方法的流程圖。
[0027]圖6為表明一實(shí)施方式的使用發(fā)酵技術(shù)純化色料的示例性方法的流程圖。
[0028]圖7為表明一實(shí)施方式的使用溶劑萃取技術(shù)純化色料的示例性方法的流程圖。
[0029]圖8為表明一實(shí)施方式的使用冷凍干燥技術(shù)干燥純化色料的示例性方法的流程圖。
[0030]圖9A-9D為純化的葡萄色素在5倍放大率下的顯微圖像,其中圖9A為折射窗干燥的色素、圖9B為冷凍干燥的色素、圖9C為噴霧干燥的色素及圖9D為轉(zhuǎn)筒干燥的色素。
[0031]圖10A-10D為圖9A-9D在20倍放大率下的顯微圖像。
[0032]詳細(xì)說明
[0033]在下文中將更全面的描述各個方面。然而，這些方面可以以多種不同形式體現(xiàn)且不應(yīng)被看作限制本文所述實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式以便本公開將是全面的和徹底的，且將充分地將本公開的范圍傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0034]應(yīng)當(dāng)了解的是，為使闡明簡潔和清楚，當(dāng)認(rèn)為合適的情況下，為表示相應(yīng)或類似的部件，附圖之間可以重復(fù)參考數(shù)字。此外，陳述大量具體細(xì)節(jié)以便提供本文所述示例實(shí)施方式的全面理解。然而，應(yīng)當(dāng)被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的是在不具這些具體細(xì)節(jié)的情況下，本文所述示例實(shí)施方式仍可以被實(shí)施。
[0035]本文所用術(shù)語“色料”和“色素”指用于通過改變物體光譜透光率或其光譜折射率而改變物體顏色的任何物質(zhì)。本文所用的“色料”和“色素”通常指從包括但不限于植物和藻類的天然資源獲得的色料或色素。本文“色料”和“色素”可互換使用。
[0036]本文所用“濃縮物”指已經(jīng)至少除去一些水份的汁或提取物。
[0037]本文所用“汁”指從水果、蔬菜或其他植物獲得的液體。汁也可指從藻類獲得的液體。正如本文使用那樣，“汁”包括濃縮物和提取物。本文所用“原汁”指未經(jīng)純化的汁。
[0038]“提高的顏色強(qiáng)度”指顏色強(qiáng)度與原汁和/或未純化的色素組合物的顏色強(qiáng)度相比提聞。
[0039]“降低的糖含量”指與原汁和/或未純化的色素組合物相比，以干重計(jì)糖含量降低。
[0040]濃度、量、pH值等通常在文中以范圍形式出現(xiàn)。以范圍形式的描述僅僅是為了方便和簡潔且不應(yīng)被理解為對本發(fā)明范圍的不可變限制。因此，對范圍的描述應(yīng)該被理解為已明確地公開所有可能的子范圍以及該范圍內(nèi)的單個數(shù)值。例如，如10-15%的說明應(yīng)該被理解為已經(jīng)明確地公開如10-11%、10-12%、10-13%、10-14%, 11-12%, 11-13%等子范圍。
[0041]制備色素的方法
[0042]一方面，描述制備色料的方法。應(yīng)該了解的是本方法可以被用于制備色素或色料且所述術(shù)語在本文中可互換使用。簡言之，所述方法包括(i)可選地將汁濃縮物或提取物再生和巴氏殺菌，(ii)將汁濃縮物或提取物純化，例如超濾和透析過濾，(iii)將汁濃縮物或提取物濃縮，例如通過降膜蒸發(fā)，(iv)干燥，及(V)研磨。雖然食品工業(yè)中現(xiàn)有干燥色料為噴霧干燥的粉末，但本干燥色料使用如折射窗干燥技術(shù)或冷凍干燥的低溫干燥而生產(chǎn)結(jié)晶固體色料添加劑，該添加劑是100%天然的、富含抗氧化劑、具有非常濃的顏色和/或完全地溶于水。
[0043]圖1表明示例性方法步驟來生產(chǎn)上述所述的獨(dú)特的結(jié)晶產(chǎn)品。純化之前，通常但不總是將水果和/或蔬菜和/或提取物100再生(稀釋)。在一個非限制性實(shí)施方式中，將約68°白利度的濃縮物再生至18° -22°白利度。在實(shí)施方式中，使用約3份水將濃縮物再生為I份濃縮物。一旦所述汁被再生，其可以更易被存在于起始物料中的酵母細(xì)胞發(fā)酵。因?yàn)樗鲋谒须S后的液體處理之中將保持低固體水平，所以可以選擇性地立即將其巴氏消毒以從所述方法開始即提高微生物的穩(wěn)定性。按照本領(lǐng)域已知的方法，可以將所述汁或提取物進(jìn)行巴氏消毒。按照一個非限制性實(shí)施方式，通過加熱所述汁或提取液至約185° F約30秒并隨后立即冷卻至約55° F將其巴氏消毒。所述汁或提取物典型地，但不總是被巴氏消毒進(jìn)入套管槽，該套管槽成為隨后膜過濾的供應(yīng)槽。本方法中使用的所有槽可以是有套管的和/或使用溫度控制的，例如，食品級的丙二醇作冷卻劑。
[0044]然后將所述汁或提取物純化200。通過提高相對于糖及有機(jī)酸的色素的濃度，所述富含色素的液體在合適的干燥條件下能被有效地轉(zhuǎn)變成具有如可加工性能的優(yōu)越性能的結(jié)晶形式。[0045]按照本領(lǐng)域任何適合的方法，可以將所述汁/或提取物進(jìn)行純化。在一個優(yōu)選的實(shí)施方式中，通過使用透過聚合膜的超濾和透析過濾實(shí)現(xiàn)純化200。超濾(及隨后反復(fù)的透析過濾)生產(chǎn)滯留物，當(dāng)同時耗盡更易透過膜的糖和酸時，所述滯留物富含如花色素苷色素或類蘿卜素色素色素。糖的除去增強(qiáng)所述顏色濃度或以干重計(jì)的顏色強(qiáng)度，同時也創(chuàng)造出相對于工業(yè)已知其他的色料具有優(yōu)越儲藏性能和加工性能的產(chǎn)品。色料純化的可替代方法包括但不限于使用吸附樹脂的柱色譜、發(fā)酵及萃取，其包括但不限于亞臨界流體萃取、超臨界流體萃取和/或溶劑萃取。
[0046]在使用膜分離純化的色素的情況下，將低糖和低有機(jī)酸的純化的色素通過蒸發(fā)而除去水份來濃縮300。根據(jù)膜工藝，無需濃縮也可以直接干燥所述純化產(chǎn)品。一旦制備出適合的組合物和固體含量的液體，將所述液體在適當(dāng)有效的條件下干燥400以制造出所述形式和性質(zhì)的產(chǎn)品。這些條件允許適合的水除去速率以使所述固體結(jié)晶從而避免對色料化合物的顯著的熱損害。
[0047]根據(jù)一實(shí)施方式，圖2表明了使用超濾和透析過濾從滯留物中除去天然糖及其他的如有機(jī)酸低分子量的溶解的固體來純化顏色色素的示例方法。該實(shí)施方式中，進(jìn)入膜系統(tǒng)的進(jìn)料100優(yōu)選地是低于約40°白利度的蔬菜或水果的汁/提取物，且優(yōu)選地在12° -22°白利度之間。在一實(shí)施方式中，膜系統(tǒng)203包括本領(lǐng)域已知的聚合膜。在一實(shí)施方式中，所用膜系統(tǒng)203由截留分子量約5，000-10, 000范圍內(nèi)的聚醚砜(PES)組成，如Koch Membrane System或Hydranautics制造的聚醚砜。該類型膜具有排斥性能，其適用于創(chuàng)造出富含糖和有機(jī)酸的滲透流205及生產(chǎn)出相對糖和酸濃度逐漸富含如花色素苷和多元酚色素化合物的滯留物流204。在另一示例實(shí)施方式中，使用理論截留分子量約5，000道爾頓的PES卷式超濾膜系統(tǒng)。正如膜制造商詳細(xì)說明的那樣，超濾202可以在避免對膜的損傷的任何操作溫度和壓力范圍內(nèi)實(shí)施且提供足夠的交叉流(cross flow)。然而，本實(shí)施方式中，維持溫度低于約70° F或更優(yōu)選地低于40° F以減緩色素顏色降解動力學(xué)從而保持產(chǎn)品質(zhì)量。來自膜系統(tǒng)203的滯留物204返回進(jìn)料槽201且循環(huán)返回通過超濾膜202直至達(dá)到極限粘度和通量，通常在滯留物固體濃度的約20-25重量％。然后，通過加水至所述滯留物206并循環(huán)通過膜203再次濃縮至極限固體濃度可以繼續(xù)純化。透析過濾206程序可以重復(fù)直至滯留物中達(dá)到所需色素純度。根據(jù)一實(shí)施方式，與以干重計(jì)約3，000顏色單位的基本(base)提取物/汁相比，所述滯留物包含以干重計(jì)的高于約45，000顏色單位的色素濃度。
[0048]通過以與滲透液(permeate)205離開所述系統(tǒng)的速率大約相等的速率加水206可以改變所述透析過濾步驟，從而使該系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)透析過濾直到獲得所需滯留物。
[0049]每次濃縮后，可以分析滯留物樣品以干重計(jì)的殘留糖和顏色強(qiáng)度(液體顏色強(qiáng)度+以重量計(jì)的百分固體)。一旦所述滯留物達(dá)到生產(chǎn)所需規(guī)格內(nèi)的產(chǎn)品以干重計(jì)的顏色強(qiáng)度，將所述產(chǎn)品濃縮300。由于該過程所述進(jìn)料組成的天然變化，所需透析過濾的次數(shù)可能改變，通常從約2-4次透析過濾。
[0050]作為批量的非限制性實(shí)例，將在約18° -20°白利度下，再生的、巴氏滅菌的5，000加侖汁的進(jìn)料槽通過具有循環(huán)返回所述進(jìn)料槽的滯留物的膜系統(tǒng)而循環(huán)，直至該槽固體水平達(dá)約30°白利度(在該白利度下流量的降低通常不允許進(jìn)一步濃縮)。這導(dǎo)致進(jìn)料液體積減少了約四分之三，剩余約1，500加侖的滯留物。因?yàn)樵摮跏紳饪s可能無法提高如花色素苷色素分子的色素與糖的比例足夠大以達(dá)到目標(biāo)顏色強(qiáng)度，所以所述滯留物可以經(jīng)過多次透析過濾以獲得足夠的溶解的固體組合物。根據(jù)一實(shí)施方式，每次透析過濾，所述滯留物使用1:1體積比的水至濃縮物而再生并將約3，OOO加侖的再生物料通過膜系統(tǒng)循環(huán)并且濃縮回約1，500加侖的初始滯留液體積。
[0051]在非限制性實(shí)施方式中，超濾和透析過濾工藝過程中，所述滲透液可以穿過連接至膜分離(membrane skid)的小緩沖槽(surge tank)且可被抽出至在工場地下室的20K加侖滲透液存儲槽，滲透液在該槽內(nèi)濃縮并用作濃縮混合物。
[0052]通過調(diào)整色素與糖的比例達(dá)到所需以干重計(jì)的色素強(qiáng)度后，膜處理結(jié)束且在不調(diào)整固體組成的情況下，所述滯留物液體可以以固體被進(jìn)一步濃縮。
[0053]使用吸附樹脂分離技術(shù)也可以完成色素的純化。在圖5所示的該實(shí)施方式，富含水的水果或蔬菜的汁/提取物100 (進(jìn)料液501)穿過吸附樹脂填充床502。相對于其他如糖和酸的溶解固體503，所述色素化合物優(yōu)先地吸附在樹脂上。隨后，使用不同組合物的醇/水洗脫液508將所述吸附的色素從樹脂上回收。將純化的富含色素的洗出液504蒸懼505以回收乙醇507。按照圖3所提到的工藝將不含醇的高純色素506濃縮。
[0054]在另一實(shí)施方式中，使用發(fā)酵將游離糖轉(zhuǎn)化成醇及隨后使用傳統(tǒng)的蒸餾工藝回收醇可以實(shí)現(xiàn)色素純化。在圖6所示的該實(shí)施方式中，在適合的發(fā)酵罐602內(nèi)于適當(dāng)?shù)臏囟?約50° F至100° F)使用活性酵母603將來自所述水果/蔬菜的汁/提取物100 (進(jìn)料液601)的水果/蔬菜的糖發(fā)酵成醇。應(yīng)該了解的是，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知那樣，其他溫度范圍可以適用于發(fā)酵。將含有約8%至25%的醇的發(fā)酵副產(chǎn)物604蒸餾605回收乙醇607，留存純化的顏色色素606。隨后按照圖3所概述的方法通過去除水份將不含醇的液體濃縮。
[0055]在另外一實(shí)施方式中，使用超臨界流體或溶劑-溶劑萃取工藝實(shí)現(xiàn)色素純化。在圖7所示的該實(shí)施方式中，將水基水果/蔬菜的汁/提取物100 (進(jìn)料液701)與非極性、與水不混溶的優(yōu)選地吸收色料化合物的提取液(如己烷)或溶劑702接觸。重復(fù)所述吸收工藝生產(chǎn)富含色料化合物的提取液部分705及富含碳水化合物和/或其他非色素的組合物的部分704?？梢允褂瞄g歇或連續(xù)提取器703以回收和濃縮所述色料。隨后將提取溶劑705蒸餾706以回收溶劑重復(fù)利用708，生產(chǎn)不含溶劑、富含色素的水基液體707，隨后按照圖3所述的方法去除水份將該液體濃縮。
[0056]圖3表明示例實(shí)施方式中濃縮300和使用折射窗干燥400純化的色料液體的示例方法。然后，將所述干燥的結(jié)晶物料研磨500成粒徑范圍一致的粉末形式。使用如超濾/透析過濾的膜過濾、吸附樹脂、發(fā)酵、溶劑萃取和/或超臨界流體萃取技術(shù)能生產(chǎn)純化的液體。根據(jù)純化液體中所述固體的含量，干燥之前可能有必要將固體濃縮至以20-35重量％。
[0057]在一實(shí)施方式中，通過將從前面步驟來的最終滯留物進(jìn)料至降膜蒸發(fā)器可以進(jìn)行所述純化液體色料的濃縮300。也可以使用其他類型的蒸發(fā)器，如壓縮循環(huán)蒸發(fā)器或平板蒸發(fā)器。
[0058]在一個非限制性實(shí)施方式中，干燥前使用降膜蒸發(fā)器將所述滯留物濃縮。一個示例性的降膜蒸發(fā)器是小型(單效)降膜蒸發(fā)器。在使用降膜蒸發(fā)器的一個實(shí)施方式中，約15-20重量％的最終固體含量及約25° -30°白利度的所述滯留物通過所述蒸發(fā)器循環(huán)直至所述進(jìn)料槽的所述固體濃度達(dá)到約25-30重量％或約40° -45°白利度。根據(jù)一實(shí)施方式，這種程度的濃縮使體積減少約45%并耗時約12小時。然后將所產(chǎn)生的液體準(zhǔn)備用作于如使用折射窗干燥器干燥的進(jìn)料。此外，可以將所述液體進(jìn)行巴氏滅菌并裝入可移動的金屬桶，以便所述液體在不變質(zhì)的情況下可以被貯藏且可以所需小單位轉(zhuǎn)輸。
[0059]因?yàn)檫M(jìn)料至干燥器的所述最終濃縮液仍可能不是濃縮液的貯藏穩(wěn)定固體濃度(其需要濃度達(dá)68+°白利度)且在一些干燥實(shí)施方式中所述最終濃縮液以約9-12加侖每小時的速率進(jìn)料至干燥器，在液體處理最后可以允許使用可選的另外的巴氏滅菌步驟。在將所述液體貯藏和/或逐漸進(jìn)料至干燥器之前，該滅菌步驟可以殺滅處理過程中可能被引入的任何酵母細(xì)胞?？梢允褂帽绢I(lǐng)域已知的任何巴氏滅菌方法。示例性的巴氏滅菌方法包括將所述液體加熱約185° F約30秒并將所述液體冷卻約55° F進(jìn)入緩沖槽。從這個緩沖槽開始，所述液體可以被立即泵至其被注入的裝桶機(jī)，此處液體可在不接觸空氣的情況下被注入排列桶(如54加侖的金屬桶)的袋。根據(jù)一個實(shí)施方式，將最終的液體進(jìn)料桶儲藏在約40-50° F?？梢詫⑼俺山M(一個托板可達(dá)4桶)帶至干燥機(jī)，在這它們每次逐漸耗盡一桶。
[0060]純化天然色素確保所述最終干燥的產(chǎn)品表現(xiàn)優(yōu)越的貯藏穩(wěn)定性加工性能，其包括密度、流動性、水分散性及吸水性。純化的色料提取物已改良干燥性能，因此可以使用各種標(biāo)準(zhǔn)干燥技術(shù)將其干燥，如噴霧干燥、轉(zhuǎn)筒干燥、帶式干燥和大氣壓/真空盤干燥。這些技術(shù)能使所述色素承受過高的高溫或過長的滯留時間，使得色料變質(zhì)和/或不利的感覺影響。這些干燥技術(shù)也可能生產(chǎn)不同結(jié)晶形式，與其相關(guān)的質(zhì)量或物料加工性能有差異。為制備具有優(yōu)越質(zhì)量、加工和/或溶解性能的結(jié)晶產(chǎn)品，正如折射和冷凍干燥那樣，所述色料濃縮物必須緩慢干燥來形成大的晶格，包括任何殘留糖的結(jié)晶。在一實(shí)施方式中，本方法使用折射窗干燥機(jī)，其能顯著降低有效干燥所需溫度及暴露于高溫的時間。相反，噴霧干燥和轉(zhuǎn)筒干燥在較高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)短時間內(nèi)完成干燥且以無定型態(tài)留下組合物。只要在干燥前將基料純化，也可以使用冷凍干燥生產(chǎn)大的晶格。
[0061] 在濃縮后，將所述液態(tài)干燥生產(chǎn)結(jié)晶固體色素。在如圖3所示的一實(shí)施方式中，然后應(yīng)用折射窗干燥機(jī)400將所述液體去除大部分殘留水且生產(chǎn)少于約8%水份的結(jié)晶固體。干燥機(jī)400包括通常由不銹鋼形成的長隧道。液體產(chǎn)品以遍布薄塑料運(yùn)輸帶403上表面的薄層經(jīng)過隧道。根據(jù)一實(shí)施方式，干燥過程中熱水循環(huán)通過運(yùn)輸帶下的淺加熱盤并加熱所述液體層。熱水的熱能以傳導(dǎo)和輻射的方式通過運(yùn)輸帶傳遞。在一實(shí)施方式中，所述熱水處于高達(dá)約210° F的溫度。應(yīng)該了解的是，所述水可以是適于將所述液體層加熱至所需溫度的任何溫度。鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)吹掃水蒸汽離開所述薄層表面以使水蒸發(fā)速率最大化。蒸發(fā)冷卻與塑料帶有限的導(dǎo)熱系數(shù)的組合防止所述液體層達(dá)到所述加熱盤中對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響的所述熱水溫度。所述產(chǎn)品以干固體產(chǎn)品層離開隧道，可以通過在所述干燥機(jī)末端放置的與所述帶接觸的尖塑料邊移開該產(chǎn)品。與這種邊接觸導(dǎo)致所述干燥的產(chǎn)品層碎裂成不同尺寸的薄結(jié)晶碎片。
[0062]所述固體產(chǎn)品以可以薄片、小薄片及不同顆粒大小的顆粒的形式離開所述干燥機(jī)。然后，可以通過篩磨機(jī)500或其他適合的顆粒減少設(shè)備如沖擊研磨機(jī)將這些粒子研磨以生產(chǎn)所需尺寸范圍的顆粒。可以根據(jù)具體的工業(yè)應(yīng)用確定所需顆粒尺寸范圍。在色素制備為食品色料的所述實(shí)施方式中，所需顆粒尺寸由在約50-425 μ m之間的不少于約總體顆粒尺寸的90%組成，目的是優(yōu)化加工性能和標(biāo)準(zhǔn)堆積密度。在其他的實(shí)施方式中，約90%的總體顆粒尺寸是少于約100-200 μ m、少于約100-250 μ m、少于約100-300 μ m、少于約100-400 μ m、少于約200-250 μ m、少于約200-300 μ m、少于約250-300 μ m、少于約200-400 μ m 及少于約 250-400 μ m。
[0063]在一實(shí)施方式中，所述濃縮液進(jìn)料物300通過如折射窗干燥機(jī)的干燥機(jī)除去水份來生產(chǎn)少于約8重量％水份的結(jié)晶固體。在其他實(shí)施方式中，所述結(jié)晶固體具有少于約5-10
重量％的水份。
[0064]在一個非限制實(shí)施方式中，本公開涉及由紅葡萄汁濃縮物和紫蘿卜汁濃縮物制備的獨(dú)特的干燥色料。具體的實(shí)施方式為具有至少約40，000顏色單位的來自葡萄的結(jié)晶紅色色料。其他的實(shí)施方式中，所述結(jié)晶紅色色料具有約40，000-55, 000顏色單位、約42，000-55, 000顏色單位、約45，000-55, 000顏色單位、約40，000-50, 000顏色單位、約42，000-50，000顏色單位、約45，000-50，000顏色單位。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述結(jié)晶紅色色料具有大于約40，000顏色單位、大于42，000顏色單位、45，000顏色單位、大于50，000顏色單位或大于55，000顏色單位。另一【具體實(shí)施方式】為具有至少約90，000顏色單位的來自蘿卜的結(jié)晶紫色色料。在其他的實(shí)施方式中，所述結(jié)晶紅色色料具有約85，000-130, 000顏色單位、約85，000-125, 000顏色單位、約90，000-130, 000顏色單位、約90，000-125, 000顏色單位、約95，000-130, 000顏色單位、約95，000-125, 000顏色單位、約100，000-130, 000顏色單位、約100，000-125, 000顏色單位。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，所述結(jié)晶紫色色料具有大于85，000顏色單位、大于90，000顏色單位、大于95，000顏色單位、大于100，000顏色單位、大于125，000顏色單位及大于130，000顏色單位
[0065]圖4A和圖4B分別表明不例性的折射窗干燥機(jī)400的側(cè)視圖和剖視圖。所述干燥機(jī)400包括適用于快速水份蒸發(fā)通常由不銹鋼構(gòu)成的長隧道401。液體產(chǎn)品以遍布薄塑料運(yùn)輸帶403上表面的薄層4 02穿過隧道401。
[0066]在一個非限制性實(shí)施方式中，使用帶有插入進(jìn)料桶的吸引管的氣泵將液體色料施加于所述帶，所述泵將液體從桶經(jīng)如75毫米在線過濾器的過濾器泵入小型進(jìn)料平衡槽。通常，由進(jìn)料平衡槽的水平線控制所述氣泵。進(jìn)料口上的閥門使產(chǎn)品在涂布器盤上排出，在所述帶的移動表面上形成薄層。
[0067]根據(jù)一實(shí)施方式，熱水循環(huán)通過位于傳送帶403下的淺加熱盤404并加熱所述液體層402。熱水的熱能以傳導(dǎo)和輻射方式通過傳送帶403傳送。在一實(shí)施方式中，所述熱水處于高達(dá)約210° F的溫度。應(yīng)該了解的是，所述水可以處于適于加熱所述液體層402至所需溫度的任何溫度。
[0068]鼓風(fēng)機(jī)連續(xù)吹掃水蒸汽離開所述薄層表面402來最大化水蒸發(fā)速率。蒸發(fā)冷卻與塑料帶有限的導(dǎo)熱系數(shù)的組合防止所述液體層表面402達(dá)到所述加熱盤404中對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生不利影響的所述熱水溫度。
[0069]所述產(chǎn)品以干固體產(chǎn)品層405離開所述隧道401，可以通過在所述干燥機(jī)末端放置的與所述帶403接觸的尖塑料邊406去除該產(chǎn)品層。與這種邊接觸導(dǎo)致所述干燥的產(chǎn)品層碎裂成不同尺寸的薄結(jié)晶碎片。在一實(shí)施方式中，收集從所述帶的末端脫落的所述結(jié)晶產(chǎn)品。在實(shí)施方式中，放置由可移動不銹鋼架支撐且內(nèi)置在塑料桶的塑料袋來收集從所述帶生產(chǎn)的所述結(jié)晶。
[0070]在所述帶下面的加熱盤中的水可以使用軟化水以避免污染和在不銹鋼上的沉淀。通常，水盛放在帶下面的槽中。在一實(shí)施方式中，各槽與熱交換器相連并循環(huán)通過熱交換器，該熱交換器使用蒸汽來達(dá)到并維持可調(diào)節(jié)的設(shè)定溫度。
[0071]在另一實(shí)施方式中，使用真空、冷凍干燥工藝干燥所述純化的液體濃縮物來生產(chǎn)顯示出優(yōu)越色料穩(wěn)定性、和/或色料加工性能的大晶體結(jié)構(gòu)的干燥粉末。如圖8所示該的實(shí)施方式中，將所述純化液體放置在冷凍干燥機(jī)801真空室內(nèi)。在真空下從所述室內(nèi)除去空氣和水蒸汽直至盤中的所述液體結(jié)冰。然后，使用外源(如蒸汽、熱水、電)直接將維持在真空下的所述冷凍盤加熱。殘余水從所述冷凍物料中升華直至水分含量低于約7%。根據(jù)所述色素的組合物及所述水分含量，所述水升華步驟在約40°C至100°C范圍的盤溫度下實(shí)施約8到24小時。一旦所述水分升華，所述盤從所述真空室內(nèi)移去并回收各種尺寸顆粒的所述干燥結(jié)晶。通過篩磨機(jī)802或本【技術(shù)領(lǐng)域】已知的其他的尺寸減少設(shè)備如沖擊研磨機(jī)將顆粒研磨以產(chǎn)生所需尺寸范圍的顆粒803。所述研磨工藝生產(chǎn)更一致的顆粒尺寸及使存儲效率和/或運(yùn)輸效率更高的較大的堆積密度。
[0072]結(jié)晶色料/色素
[0073]在另一方 面，描述結(jié)晶色素或色料。優(yōu)選地，結(jié)晶色素或色料源自天然植物或藻類。這種純化技術(shù)與干燥的新穎的組合生產(chǎn)獨(dú)特的顏色高和/或糖份低的天然色料，其顯示出優(yōu)越的儲藏穩(wěn)定性和/或加工性能，包括密度、流動性、水分散性和/或較少的吸濕性。因此，本結(jié)晶色素或色料克服了當(dāng)使用干燥天然色料時工業(yè)上一直處理的一些基本問題。
[0074]在實(shí)施方式中，涉及所述結(jié)晶色素的衍生物和/或修飾。修飾包括但不限于共顏料沉積、皂化、絡(luò)合和/或剝落。可以將所述色素修飾并然后制成色料組合物。
[0075]如圖9A-9D所見，本結(jié)晶色素為結(jié)晶而非無定型。本天然干燥的色料不是噴霧干燥且因此本質(zhì)上不是低堆積密度的無定型且無需添加劑來使其能干燥或使其低吸濕性。相反，本天然干燥色料使用較溫和的干燥技術(shù)干燥，包括但不限制使用折射窗干燥機(jī)或冷凍干燥機(jī)干燥。
[0076]可以從產(chǎn)生所需色素的任何適合的植物或藻類生產(chǎn)所述結(jié)晶色素或色料。在實(shí)施方式中，所述色素由花色素苷、類胡蘿卜素、姜黃素、甜菜紅色素、胭脂紅酸及衍生物和/或葉綠素及衍生物組成。類胡蘿卜素包括但不限于胡蘿卜素、α-胡蘿卜素、胡蘿卜醛、番茄紅素、胭脂素、降胭脂樹素(norbixin)、角黃色及玉米黃色。葉綠素及葉綠素衍生物包括但不限于銅配合物。在另一非限制實(shí)施方式中，所述色素可以是與如但不限于銅的金屬離子配合。在一個非限制實(shí)施方式中，從葡萄或胡蘿卜獲得所述結(jié)晶色料或色素。應(yīng)該了解的是色素組合物可以包括一種或更多種結(jié)晶色素。
[0077]使用生產(chǎn)非吸濕的結(jié)晶色料的溫和干燥技術(shù)生產(chǎn)本純化的天然干燥色料。該純化的結(jié)晶色料由于其非吸濕性性質(zhì)而具有良好的分散性和溶解性且無需附聚和成粒來提高溶解性。
[0078]根據(jù)一實(shí)施方式，當(dāng)純化水果和蔬菜色素汁和提取物時，所述糖組合物的組成從以干重計(jì)約70%至95%減少到以干重計(jì)約10%至20%。在其他實(shí)施方式中，所述糖組合物減少至以干重的計(jì)少于10%，少于15%，少于20%，15%-20%，10%_15%。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，本文所述結(jié)晶色素具有以干重計(jì)約5%-20%的總糖。在其他實(shí)施方式中，結(jié)晶色素有以干重計(jì)約5%-10%的總糖、以干重計(jì)約5%-15%的總糖、以干重計(jì)約10%-20%的總糖、以干重計(jì)約10%-15%的總糖或以干重計(jì)約15%-20%的總糖。根據(jù)一實(shí)施方式，減少相對于總干固體的所述糖濃度也濃縮所述色素部分至以干重計(jì)約7至15倍的原始濃度。在實(shí)施方式中，所述色素部分被濃縮至以干重計(jì)約7-10倍或10-15倍原始濃度。有幾種純化所述色料的技術(shù)，包括超濾/透析過濾、吸附樹脂、溶劑萃取、發(fā)酵和超臨界流體萃取或亞臨界流體萃取。
[0079]如上所述，所述結(jié)晶色料或色素顏色高。表1對比純化的葡萄和胡蘿卜色素和標(biāo)準(zhǔn)糖基天然色料的顏色強(qiáng)度。表1顏色強(qiáng)度的計(jì)算為:
[0080]
【權(quán)利要求】
1.天然色料組合物，其包括:來源于植物或藻類的結(jié)晶色素或色素混合物，其中所述組合物的顏色強(qiáng)度高于原汁，且其中所述組合物以干重計(jì)的糖少于原汁。
2.如權(quán)利要求1所述組合物，其包含以干重計(jì)少于約5%-20%的糖。
3.如權(quán)利要求1所述組合物，其顏色強(qiáng)度大于約40，000顏色單位。
4.如權(quán)利要求1所述組合物，其中所述色素是紅葡萄花色素苷且所述組合物的顏色強(qiáng)度為約40，000-55, 000顏色單位。
5.如權(quán)利要求1所述組合物，其中所述色素是紫胡蘿卜花色素苷且所述組合物的顏色強(qiáng)度為約90，000-125, 000顏色單位。
6.如權(quán)利要求1所述組合物，其進(jìn)一步包括以干重計(jì)的小于約20%的總糖含量。
7.如權(quán)利要求1所述組合物，其中所述色素選自花色素苷、類胡蘿卜素、甜菜紅色素、姜黃素、胭脂紅酸、胭脂紅酸衍生物、葉綠素和葉綠素衍生物。
8.生產(chǎn)純化的結(jié)晶天然色素的方法，其包括: a.通過除去至少部分非色素化合物以純化含色素的汁或提取物從而生產(chǎn)純化的色素；和 b.干燥所述純化的色素，其中所述純化的色素是結(jié)晶的并且與原汁相比其具有提高的顏色強(qiáng)度和降低的糖含量。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述色素選自花色素苷、類胡蘿卜素、甜菜紅色素、姜黃素、胭脂紅酸、胭脂紅酸衍生物、葉綠素和葉綠素衍生物。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中純化包括透過聚合膜系統(tǒng)的超濾和透析過濾。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中聚合膜系統(tǒng)包括聚醚砜(PES)卷式超濾膜。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述PES卷式超濾膜理論截留分子量約5000道爾頓。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中純化包括通過膜系統(tǒng)使所述汁或提取物循環(huán)，其包括: a.通過膜系統(tǒng)將所述汁或提取物過濾； b.回收滯留物； c.再生所述滯留物；和 d.重復(fù)步驟(a)至步驟(b)直至所述滯留物達(dá)到以干重計(jì)的所需顏色強(qiáng)度。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中純化包括吸附/解吸色譜。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中純化包括發(fā)酵工藝。
16.如權(quán)利要求8所述的方法，其中純化包括亞臨界或超臨界流體萃取方法。
17.如權(quán)利要求8所述的方法，其中使用折射窗干燥機(jī)實(shí)現(xiàn)干燥。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其進(jìn)一步包括研磨所述干燥的產(chǎn)品。
19.如權(quán)利要求8所述的方法，其中干燥所述純化的色素包括冷凍干燥。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其進(jìn)一步包括研磨所述干燥的產(chǎn)品。
21.由權(quán)利要求8所述的方法形成的組合物。
【文檔編號】A23L1/00GK104023553SQ201280040615
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】約瑟夫·羅西, 桑迪普·卡塔穆里 申請人:E & J 嘉露酒莊