一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法

1.本发明涉及食品添加剂技术领域，具体的，涉及一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法。


背景技术：

2.由于脂溶性色素不溶于水，且受热或经受光照后容易异构化和氧化，因而在食品、生物医药等领域的实际应用中，为了提高脂溶性色素的水溶性、稳定性以及生物利用率，研究者采用多种技术手段将脂溶性色素进行包埋，例如：乳液、β-环糊精、微胶囊、脂质体、固体脂质纳米颗粒等。但是，这些技术所产复合物并不具备应用为色淀的潜质，因为在这些技术中，脂溶性色素被较好地包覆在内部，失去了呈色能力。
3.发明专利“一种基于碳酸钙的食用色淀的制备方法”(申请号为201910512968.5)和“一种提高碳酸钙可食用色淀色泽与稳定性的制备方法”（申请号为202111208947.8）中公布了基于碳酸钙的新型色淀制备技术，将水溶性色素加入碳酸盐溶液使其形成混合溶液，通过调节ph并加入钙盐，经离心、干燥、研磨制备碳酸钙可食用色淀，并尝试通过添加乙醇使其吸附稳定性提高。其基本原理是基于水溶性阴离子色素与碳酸钙颗粒表面的静电吸附作用。
4.相比传统的氢氧化铝色淀，基于碳酸钙的色淀不含有铝元素，没有因导致铝元素摄入量超标而引发一系列健康问题的风险，此外，碳酸钙是一种常见的食品添加剂，应用广泛，其本身还是钙补充剂，具有附加的营养强化功能。
5.目前，无论是基于氢氧化铝、碳酸钙还是其他基质，脂溶性色素的色淀都未见报道，本专利提供了一种全新的色淀理念和制备方案。


技术实现要素：

6.本发明提出一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，解决了现有技术色淀制备技术只能应用于水溶性色素色淀的制备，脂溶性色素色淀技术空白的问题。
7.本发明的技术方案如下：一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀的制备方法，包括以下步骤：s1、将碳酸盐溶解在水中，得到碳酸盐溶液；s2、调节ph至9-10；s3、加入脂溶性色素，剪切制成乳液状溶液；s4、加入钙盐，继续剪切；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，干燥后得到可食用色淀。
8.作为进一步的技术方案，所述步骤s3中，剪切速度17000-19000r/min，时间80-100s。
9.作为进一步的技术方案，所述步骤s4中，继续剪切时，控制剪切速度17000-19000r/min，时间140-160s。
10.作为进一步的技术方案，所述步骤s3和s4中，控制温度30-50℃。
11.作为进一步的技术方案，所述脂溶性色素包括胡萝卜素、叶黄素、番茄红素、虾青素中的一种或多种。
12.作为进一步的技术方案，所述碳酸盐溶液的浓度为0.8-1.2mol/l。
13.作为进一步的技术方案，所述碳酸盐和钙盐的摩尔比为1:0.9-1.1。
14.作为进一步的技术方案，所述脂溶性色素为碳酸盐质量的1%-5%。
15.作为进一步的技术方案，所述钙盐为氯化钙或碳酸氢钙。
16.作为进一步的技术方案，所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。
17.本发明的工作原理及有益效果为：1、已有的色淀制备技术只能应用于水溶性色素色淀的制备，其原理是基于静电吸附作用，对于脂溶性色素色淀，处于技术空白的现状。本发明针对提升脂溶性色素稳定性的需求，采用基于碳酸钙的色淀制备技术，旨在通过开发基于碳酸钙的脂溶性色素色淀，以实现增强脂溶性色素稳定性和染色能力的目的。
18.2、本发明中通过高速剪切将脂溶性色素分散于碳酸盐溶液中形成乳液，后加入钙盐形成沉淀，经离心、烘干、研磨后形成碳酸钙色淀粉末。本发明的核心是发现了碳酸钙颗粒形成过程能够对脂溶性色素乳液液滴形成显著的吸附作用，在剪切作用下，使碳酸钙微粒与合适大小的乳液液滴形成物理空间束缚与疏水作用力，从而实现碳酸钙微粒对脂溶性色素的吸附。这种吸附与水溶性阴离子色素和碳酸钙微粒通过静电吸附不同，其机理可能是物理空间束缚与疏水作用力（脂溶性色素乳液液滴与碳酸钙微粒表面的疏水区域的结合）。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
20.实施例1一种可食用脂溶性色淀的制备方法：s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000 r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40~45℃浮动。
21.实施例2s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg番茄红素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40~45℃浮动。
22.实施例3s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg叶黄素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90 s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000 r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40＋0~5℃浮动。
23.实施例4s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg虾青素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40~45℃浮动。
24.实施例5s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预
热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000 r/min速度下剪切90s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将3.0g碳酸氢钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40~45℃浮动。
25.实施例6s1、将2.0g碳酸钾溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90 s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40~45℃浮动。
26.对比例1s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用磁力搅拌器搅拌150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40~45℃浮动。
27.对比例2s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在5000r/min速度下剪切90s，形成乳液状，得到混合溶液；
s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在5000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40~45℃浮动。
28.对比例3s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切250s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40＋0~5℃浮动。
29.对比例4s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切180 s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，因剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40＋0~5℃浮动。
30.对比例5s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到11，并将其放于水浴锅中预热至40℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000r/min速度下剪切90 s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制
得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，因剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在40＋0~5℃浮动。
31.对比例6s1、将2.0g碳酸钠溶于198g去离子水中，使其完全溶解，得到碳酸钠溶液；s2、加入1mol/l hcl/naoh调节上述混合溶液ph值到9.3,并将其放于水浴锅中预热至50℃；s3、称取50mg β-胡萝卜素加入到碳酸钠溶液中，并在加入过程中使用剪切仪在18000 r/min速度下剪切90 s，形成乳液状，得到混合溶液；s4、将2.1g氯化钙溶于25g去离子水中，加入到混合溶液中，加入过程中使用剪切仪在18000r/min剪切150s；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，在45℃烘箱中干燥12h后，经研钵磨制得到基于碳酸钙的可食用色淀；步骤s3和s4中，因剪切过程中因机械做功产生的温度变化不可控，所以其温度在50＋0~5℃浮动。
32.对实施例1和对比例1~6制备的色淀进行如下性能测试：色素吸附量：称取50mg干燥后的色淀，加入1 ml浓度为1 mol/l的盐酸使其色淀完全溶解，后用3ml乙醇和正己烷（1：2，v：v）萃取溶液中的β-胡萝卜素，震荡45s，重复萃取3次，合并3次上层萃取液，经0.22μm有机系微孔过滤膜过滤后用分光光度法测量其在波长为450nm处的吸光值，进而计算出被碳酸钙吸附的β-胡萝卜素的量，计算出色素的吸附量a（mg/g）。
33.色淀吸附稳定性：称取200mg色淀样品，放于100ml人工唾液模拟液中，在37℃条件下以100rpm/min的速度进行磁力搅拌2min，然后将溶液置于50ml离心管进行离心（5000rpm/min，15min），弃去上清液将离心得到的沉淀置于烘箱中干燥，获得新色淀样品。称取50mg干燥后的色淀，加入1ml浓度为1mol/l的盐酸使其色淀完全溶解，后用3ml乙醇和正己烷（1：2，v：v）萃取溶液中的β-胡萝卜素，震荡45s，重复萃取3次，合并3次上层萃取液，经0.22μm有机系微孔过滤膜过滤后用分光光度法测量其在波长为450nm处的吸光值。进而计算出色淀在剩余β-胡萝卜素的量，色素剩余越多，色淀越稳定。
34.色泽：称取150mg色淀样品，置于0号自封袋中，然后将其压平，获得平整的色淀表面。使用色差仪分别检测实施例和对比例所得色淀的l*、a*、b*值。红色色淀比较a*值，a*值越高说明红色色泽越深。
35.色淀色泽稳定性：将上述色泽性能检测中制备的样品置于光照培养箱中，光照强度设定为12000lx的自然光，光照温度为25℃。检测色淀红色色值a*、色相h
°
或总色差值e随时间的变化，将48h后将相应的变化量
△
a、
△h°
和
△
e作为衡量色淀色泽稳定性的标志，
△h°
、
△
e的绝对值越小说明色泽稳定性越高。
36.测试结果见下表：表1为实施例1及对比例1~6制备的脂溶性可食用色淀的制备参数汇总；表2为实施例1及对比例1~6制备的脂溶性可食用色淀的吸附稳定性实验结果；表3为实施例1及对比例1~6制备的脂溶性可食用色淀的色泽与色泽稳定性实验；
表1 实施例1和对比例1~6的制备参数
实施方式ph剪切速度(rpm/min)碳酸钠溶液中加入色素时剪切时间(s)与氯化钙结合过程中剪切时间（s）与氯化钙结合过程中搅拌时间(s)温度（℃）实施例19.31800090150-40对比例19.31800090-15040对比例29.3500090150-40对比例39.3180009025040对比例49.31800018015040对比例5111800090150-40对比例69.3180009015050
表2 实施例1和对比例1~6的色淀吸附稳定性实验
检测项目色素吸附量（mg/g）置于唾液模拟液搅拌2min后色素吸附量（mg/g）色素吸附量变化率（%）实施例117.081
±
0.285a3.386
±
0.057a80.15
±
0.64b对比例110.896
±
0.250c1.977
±
0.048f81.81
±
0.84ab对比例212.004
±
0.218b2.815
±
0.026c76.54
±
0.52c对比例311.993
±
0.070b1.977
±
0.040f83.51
±
0.43a对比例412.531
±
0.150b3.007
±
0.065b76.01
±
0.28c对比例58.089
±
0.239d2.204
±
0.054e72.73
±
0.74d对比例611.218
±
0.148c2.639
±
0.015d76.46
±
0.36c
表3 实施例1和对比例1~6的色淀色泽与色泽稳定性实验
检测项目色泽变化率（%）48h光照后色泽（a*值）色泽稳定性（
△
a）
△e△h°
实施例142.50
±
0.50d12.35
±
0.31a9.13
±
0.05e11.31
±
0.39e0.24
±
0.04c对比例148.50
±
1.50c10.79
±
0.29b10.11
±
0.28d12.86
±
0.47c0.50
±
0.06abc对比例256.50
±
0.50b11.79
±
0.06a15.37
±
0.06a17.38
±
0.28a0.46
±
0.08abc对比例348.50
±
1.50c10.33
±
0.24b9.72
±
0.23de12.16
±
0.33de0.42
±
0.10abc对比例455.50
±
1.50b10.86
±
0.37b13.56
±
0.49b14.51
±
0.69b0.66
±
0.05a对比例548.00
±
0.00c10.10
±
0.16b9.37
±
0.09de11.07
±
0.04e0.59
±
0.02ab对比例661.00
±
2.00a7.51
±
0.37c11.60
±
0.32c13.60
±
0.07bc0.30
±
0.21bc
实施例1为本发明所制备出的样品。与实施例1对比，对比例1探究了结合过程中剪切对色淀性能的影响；对比例2探究了结合过程中剪切速度对色淀性能的影响；对比例3探究了与氯化钙结合过程中剪切时间对色淀性能的影响；对比例4探究了碳酸钠溶液中加入色素时剪切时间对色淀性能的影响；对比例5探究了调整ph对色淀性能的影响；对比例6探究了温度对色淀性能的影响。
37.从上述数据可以看出，本发明制备的色淀产品在色素吸附量、吸附稳定性和色泽稳定性方面都实现了同步优化，提高了其实用性，同时证明了本专利所要保护的关键技术步骤具有实际效果。实施例1与对比例进行对比，具有较高的色素吸附率，经过唾液模拟液后剩余色素吸附量最高，表现出较高色素吸附稳定性。对比例与实验例1对比，经过唾液模拟液后色素吸附量变化率略低可能是由于其本身对色素吸附率较少造成的。实施例1与对比例色泽试验数据可知，实验例1的色泽变化率最小，
△
a最小，
△
e的绝对值较小，
△
h的绝对值最小，说明光照后其色泽变化最小，稳定性较高，从而可以得出实施例1的制备技术在一定程度上具有实用可行性。
38.实验结果表明，本发明所提出的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀的制备方法，一方面保留了现有的碳酸钙可食用色淀制备技术所具有的安全性优势，另一方面
拓宽了碳酸钙在脂溶性色素方面的应用范围。并且此技术简单易行、操作方便、成本较低，具有很大的市场价值和应用前景。
39.本发明的实施例中仅列举了脂溶性色素为β-胡萝卜素的情况，使用其他脂溶性色素采用本发明实施例的制备方法同样达到类似的效果，在本发明中没有进行一一例举。
40.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将碳酸盐溶解在水中，得到碳酸盐溶液；s2、调节ph至9-10；s3、加入脂溶性色素，剪切制成乳液状溶液；s4、加入钙盐，继续剪切；s5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，干燥后得到脂溶性可食用色淀。2. 根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，剪切速度17000-19000r/min，时间80-100 s。3. 根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，继续剪切时，控制剪切速度17000-19000r/min，时间140-160 s。4.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀的制备方法，其特征在于，所述步骤s3和s4中，控制温度30-50℃。5.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述脂溶性色素包括胡萝卜素、叶黄素、番茄红素、虾青素中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述碳酸盐溶液的浓度为0.8-1.2mol/l。7.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述碳酸盐和钙盐的摩尔比为1:0.9-1.1。8.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述脂溶性色素为碳酸盐质量的1%-5%。9.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述钙盐为氯化钙或碳酸氢钙。10.根据权利要求1所述的一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾。

技术总结
本发明涉及食品添加剂技术领域，提出了一种基于碳酸钙的脂溶性色素的可食用色淀制备方法，包括以下步骤：S1、将碳酸盐溶解在水中，得到碳酸盐溶液；S2、调节pH至9-10；S3、加入脂溶性色素，剪切制成乳液状溶液；S4、加入钙盐，继续剪切；S5、离心并收集吸附有色素的碳酸钙沉淀，干燥后得到脂溶性可食用色淀。通过上述技术方案，解决了现有技术中的色淀制备技术只能应用于水溶性色素色淀的制备，脂溶性色素色淀技术空白的问题。淀技术空白的问题。


技术研发人员：袁栋栋 刘雨晗 王成涛
受保护的技术使用者：北京工商大学
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/9/13