¿Cómo se utiliza el color Natural de los alimentos en el campo alimentario?

El Color es el indicador más intuitivo de luncalidad de los alimentos y el contenido nutricional. Lunadición de Color colora los alimentos tiene la intención de aumentar su atractivo, compensar la pérdida de color durante el procesamiento, y mejorar la calidad del producto. La comercialización de alimentos está estrechamente relacionada con el color. Por ejemplo, la visión de una bebida de naranja sugerirá al cerebro que sabe a naranja y mandarina.Colorantes naturalesSon colorantes derivados de fuentes naturales como plantas, insectos, animales y microorganismos. Entre estos tintes naturales, los pigmentos vegetales son los más utilizados por su valor medicinal. Actualmente, el desarrollo de procesos rentables y viables de coloración de alimentos y su aplicación en el procesamiento de alimentos es un reto, pero también tiene amplias perspectivas de mercado y demanda.

Los tintes químicamente sintetizson color-estables, tienen un rendimiento más alto, son más baratos, pero tienen ciertos riesgos de seguridad [1]. Los tintes sintéticos son todos refinados del petróleo. Por ejemplo, el amarillo limón, un coloralimentario de uso común, se utiliza a menudo en elProducción de dulces, helados, cereales, sopa, jalea, tortas, bebidas y otros alimentos. Es uno de los colorantes más polémicos en términos de seguridad. Este pigmento puede interactuar con proteínas sérihumanas y puede estar relacionado con children's trastorno por déficit de atención con hiperactividad [2-3]. El amaranto es también un tinte sintético que puede hacer que alimentos como dulces, helados y bebidas sean de color rojo, pero es cancerígeno [4]. Por supuesto, este efecto tóxico también está estrechamente relacionado con la dosis del aditivo, pero la dosis segura para el consumo es diferente para diferentes personas. Por esta razón, en comparación con los posibles efectos sobre la salud de los colores sintéticos,Colores naturalesNo solo son más seguros, sino que también tienen funciones biológicas y actividades, tales como capacidades antioxidantes y antibacterianas.

1 métodos de extracción y fuentes de tintes naturales

Pigmentos vegetales

Los pigmentos vegetales son cebadores naturalesProducido por el metabolismo de las plantas mismas. Los pigmentos vegetales incluyen principalmente tres categorías: antocianinas, carotenoides y betalaínas [5]. Las betalaínas son pigde pirrol extraídos de la tirosina. Las betalaínas extraídas vienen en rojo y amarillo. Con la adición de disolventes orgánicos antes del procesamiento ultrasónico, las betalaínas se pueden extraer de hojas de amaranto, remolacha, frutos de cactus, yFruta de dragón. El pigmento de remolacha también tiene efectos antioxidantes y antibacterianos. Bajo altas temperaturas y condiciones alcalinas, el aldehídiamina se uneremolacEl pigmento se hidróliy se vuelve amarillo.luteínaLos carotenoides son pigmentos amarillos y anaranjados exclusivos de los alimentos. Son pigmentos polienos [6] y se pueden extraer de zanahorias, calabaza, pimientos y tomates mediante extracción con fluido supercrítico [7].carotenoidesSon propensos a la isomeridurante el procesamiento y almacenamiento de alimentos, y también pueden perder fácilmente su color amarillo debido a la oxiddurante el procesamiento [8]. Antocianinas son también un tipo común de pigmento natural fenó, y la mayoría de los vegetales y las flores son ricas en antocianinas [9-10]; Aparecen rojos en condiciones de ácidos débiles y morados en condiciones alcalinas. Las antocianinas son un pigmento soluble en agua que es menos estable durante el procesamiento de alimentos. Para detalles de los métodos específicos de extracción de pigmentos vegetales, ver tabla 1.

En resumen, los pigmentos vegetales son ampliamente disponibles y relativamente baratos de extraer. Senembargo, la mayoría de los pigmentos vegetales tienen actividad antioxidante, lo que los hace propensos a la oxiddurante el procesamiento de los alimentos. Además, presentan diferentes colores bajo diferentes condiciones de pH.Alimentos con pigmentos vegetales naturales añadidosTienen requisitos más estrictos para las condiciones de almacenamiento, y la adición de pigmentos naturales también acorta la vida útil de los alimentos. Por lo tanto, es difícil para los pigmentos vegetales alcanzar el color brillante y completo de los aditivos químicos.

Pigmentos animales

Los animales acuáticos con caparazón pueden utilizar carotenoides de algas y modificarlos a través de reacciones metabólicas. Los crustáceos pueden convertir− -carotenoEn astaxantina y acumularlo en el exoesqueleto, cáscara, huevos y ovarios. A través de la conversión metabólica, los carotenoides en sus cuerpos cambian su color de amarillo − -carotena aAstaxantina roja[28]. En la producción, los seres humanos pueden utilizar el microondas asistido y métodos de enzimas biológicas para extraer astaxantina de los organismos marinos [29]. Además de la mayoría de las plantas que se pueden utilizar comoUna fuente de colorrojo natural de los alimentosTambién hay un tipo de insec, el escarabajo carmín, que vive en los cactus. El pigrojo extraído del escarabajo carmín es superior a los pigmentos de las plantas en términos de estabilidad térmica y vivede color.

Los pigmentos animales tienen la ventaja de ser altamente estables, pero sus costos de extracción son mucho más altos que los de los pigmentos vegetales, y los colores que producen no son tan ricos como los producidos por los pigmentos vegetales. En la actualidad, el uso comercial de pigmentos animales es todavía muy limitado.

Pigmentos microbianos

Pigmentos naturales producidos por microorganismosPuede utilizarse para evitar las influencias estacionales y reducir la contaminación ambiental causada por los procesos de extracción química [30]. Las antocianinas extraídas de plantas, por ejemplo, se ven afectadas por factores como la región y las condiciones de almacenamiento. Mediante la inserción de un gen que produce antocianinas en E. coli y la optimización de las condiciones de cultivo, el metabolito antocianina puede ser producido directamente durante el metabolismo de E. coli [31]. Los carotenoides y la astaxantina se pueden extraer de las microalgas. Por ejemplo, el uso de algas nacidas por lluvia, los nutrientes pueden ser añadia la partida de su suplemento para permitir que las células rojas de la sangre nacidas por lluvia para producir astaxantina. Monascorubrin es un metabolisecundario de Monascus, que a su vez tiene propiedades antioxidantes. El uso de Monascus pigmento en lugar de nitrito para marinar la carne no sólo mantiene la carne roja y fresca durante el proceso de marinado, sino que también reduce los efectos tóxicos del nitrito y tiene un cierto efecto antibacteriano.

En la actualidad, todavía es difícil utilizar pigmentos sintéticos microbianos a gran escala. Es necesario seguir regulando y mejorando las vías metabólicas de los microorganismos, evitando que produzcan sustancias nocivas, reduciendo la acumulación de subproductos y promoviendo el desarrollo de vías de síntesis de pigmentos.

2 separación y purificación de pigmentos alimenticios naturales

La mayoría de colorantes alimentarios naturales se extrautilizando solventes orgánicos (metan, etanol, acetona). El método de extracción es sencillo, pero las sustancias extraídas de esta manera son en su mayoría mezclas, y la calidad de los extractos varía. Cuando se usa como aditivo alimentario, no hay datos precisos para determinar la calidad del pigmento extraído. Cuando se utilizan disolventes orgánicos para la extracción, la calidad de laPigmento naturalSe ve comprometida porque el disolvente de extracción es también una sustancia tóxica. El pigmento extraído necesita ser separado y puripara obtener un pigmento de mayor pureza. Los métodos de extracción de pigmentos se centran en la adsorde la resina y la separación de columna cromatode contracorcorriente de alta velocidad, etc. Para los métodos específicos, véase el cuadro 2.

3 aplicación de pigmentos naturales en los alimentos

Las preocupaciones de los consumidores sobre los colorantes alimentarios sintéticos han impulsado el desarrollo y la promoción deColornatural de alimentosQue los consumidores asocian fácilmente con la salud. El colornatural de alimentos puede agregar color a los alimentos. China's norma nacional "norma nacional de seguridad alimentaria:Normas de uso de aditivos alimentarios"(GB 2760) permite la adición de más de 40 tipos de colorantes naturales de alimentos a los alimentos, que se utilizan comúnmente en diversos campos como productos de queso, bebidas alcohólicas y procesamiento de carne. Por supuesto, al añadir a los alimentos, también debe tenerse en cuenta la estabilidad del pigmento en sí, y el pigmento adecuado se añade de acuerdo con sus características.

3.1 productos de panadería

No hay mucha literatura sobre el uso deColorantes alimentarios naturales en productos de panaderíaLo que puede estar relacionado con el hecho de que algunosColorantes a base de plantasTienen una estabilidad térmica débil y no son adecuados para su uso como aditivos alimentarios en el procesamiento de productos horneados. La harina de trigo coloreada es rica en antocianinas, que ayudan a prevenir diversas enfermedades crónicas. El pan horneado con trigo coloreado es rico en carotenoides, pero muchas antocianinas y carotenoides se pierden durante el proceso de hornear [44]. El pigrojo extraído de los insectos cochinilla es rojo en condiciones de ácido fuerte y púrpura en condiciones alcalinas. Sin embargo, el pigmento rojo extraído de los insectos cochinilla no se ve afectado por la luz o la temperatura. Y también puede quelar iones metálicos para formar Carmina. El carmín es muy estable y no se ve afectado por el pH, y puede ser ampliamente utilizado en la fabricación de pan. Sin embargo, cuando el carmín se extrae de los insectos cochinilla, los residuos de proteínas de insectos permanecen en el pigmento, lo que resulta en una mala calidad y un mal sabor. Los estudios han encontrado que los residuos de proteínas de insectos en el pigmento puede causar alergias en los seres humanos, desencadenasma alérgica, etc. [45].

3.2 bebidas

El color de una bebida es un atributo visual muy importante para que sea aceptado como un producto de consumo. Diferentes bebidas tienen sus propios atributos únicos. Por ejemplo, la leche necesita ser coloreada con pigmentos solusolubles en grasa, mientras queLas bebidas de frutas necesitan pigmentos solubles en agua. Esto demuestra que el pigmento adecuado debe ser seleccionado de acuerdo con las características de la bebida. Las antocianinas tienen un color rico, y en condiciones ácidas pueden mantener un buen color rojo. A menudo se utilizan comercialmente como aditivo alimentario para el yogur. Los extractos ricos en antocianina también han demostrado tener el potencial de inhibir la degradación de amilasa en aproximadamente 1% a una concentración de calidad de 40 mg/mL [46]. Los pigmentos naturales tienen un fuerte poder color, y de 0.03% a 0.04% se pueden agregar a las bebidas para lograr el color deseado [47]. Roselle es un cálicomestirico en antocianinas. Las antocianinas de Roselle, que se secan en aerosol, se utilizan a menudo como colorantes en bebidas y postres de gelatina. Además, los resultados muestran que los pigmentos en estos alimentos permanecen estables durante el almacenamiento hasta por 4 semanas [48]. Las antocianinas son las más activas en la búsqueda de radicales libres de oxígeno, y pueden inhibir la oxidde lipoproteínas y la agregplaquetaria. Las antocianinas en el vino ayudan a suavizar el sistema cardiovascular [49]. Las betalaínas son estables a pH 3-7. La betaína extrade remolacha roja tiene un sabor terroso, y las betalaínas de las frutas de cactus también se han convertido en otra importante fuente de colorpara bebidas. El betacaroteno es un pigmento natural soluble en grasa de naranja con alta actividad vitamínica, y se usa comúnmente como anAditivo en bebidas con sabor a fruta.

3.3 carne

La carne es rica en lípidos, y la oxidde los lípidos puede conducir fácilmente a una disminución de la calidad de la carne. Durante el procesamiento, los productos cárnicos a menudo necesitan ser complementados con pigmentos rojos para mantener su color saludable, y los antioxidantes también se añaden para extender su vida útil. Las antocianinas y betalaínas tienen actividad antioxidante natural. La adición de betalaínas 2% ala carne picada de cerdo puede mejorar significativamente su actividad antioxidante, y la adición de betalaínas a las salchichas de terny jamcopuede reducir el grado de pérdida de color durante el almacenamiento [50]. Los pigmentos Monascus se utilizan principalmente como aditivos para productos decapados. Añadiendo un 1,00% de pigmento monascus a la carne picada después de ser almacendurante una o dos semanas, se encontró que el pigmento de arroz de levadura roja tenía una actividad antioxidante significativa. El pigmento de arroz de levadura roja tiene un fuerte efecto antioxidante en la reducción de la formación de hidróxidos durante el almacenamiento [51], y también puede reducir la toxicidad de los nitritos [52]. Además, el pigmento de arroz de levadura roja tiene un cierto grado de propiedades antibacterianas, por lo que también puede extender la vida útil de los alimentos.

4 maneras de mejorar la estabilidad de los colores naturales de los alimentos

aunqueColores de alimentos naturalesSon ricos en color y altamente seguros, tienen poca luz y estabilidad al calor, y son propensos a la decoloración durante el procesamiento de alimentos, que no es propicio para la conservación de los alimentos procesados. Con el fin de mejorar la estabilidad térmica y química de los pigmentos naturales, los investigadores han desarrollado diferentes métodos para mejorar este fenómeno.

4.1 métodos químicos

Los grupos funcionales de los pigmentos extraídos que son inestables se reaccionquímicamente para formar nuevos grupos funcionales estables. Las antocianinas y las betalaínas son pigmentos inestables soluen agua. Las moléculas de azúcar de las antocianinas pueden ser aciladas con ácidos orgánicos a través de un enlace éster para mejorar su estabilidad térmica y resistencia fotoeléctrica, cambiar el tamaño molecular yla polaridad de las antocianinas, reducir su solubilidad en agua [53], y mejorar su estabilidad térmica durante el procesamiento [54]. La inestabilidad térmica de la betaína limita su aplicación en el procesamiento de alimentos. La enzima decolorde la betaína puede ser inactivpor blanching. Después de la decoloración, la adición de ácido eriteróbico a la solución de betaína puede ayudar a regenerar la betaína, y la estabilidad térmica de la betaregenerse puede mejorar significativamente [55]. El pigmento Monascus es insoluble en agua y forma un precipita a pH 4. La caseína tiene grupos hidrófilos. Mediante la combinación de monascus pigmento con caseína, un monascus pigmento-sodio caseinato complejo se forma, que estabiliel monascus pigmento y evita que precipen en condiciones ácidas [56].

4.2 encapsulación microencapsulación

La encapsulación es un método de atraplos ingredientes activos de organismos vivos en un portador adecuado. La microencapsulación es el método de encapsulmás comúnmente utilizado en la industria alimentaria, mientras que la nanoencapsulestá atrayendo cada vez más atención debido a su alta eficiencia de encapsul, alta estabilidad, liberación dirigida de la sustancia encapsulada y capacidad para encapsulsustancias macromoleculares. Las antocianinas en el extracto de piel de cereagrise fueron microencapsulutilizando el método de liofilización, con aislado de proteína de suero y goma arácomo agentes de recubrimiento. El polvo extraído tiene buenas propiedades antioxidantes, y el pigmento encapsulde antocianina se utiliza como un sustituto para la coloración artificial en polvo de gelatina. En comparación con los agentes colorantes sintéticos, la gelatina con el pigmento de antocianina encapsulado al 7% obtuvo una puntuación más alta en todas las evaluaciones sensoriy fisicoquímicas [57]. La Micro y nanoencapsulación son plataformas eficaces para proteger los pigmentos de las condiciones ambientales dañinas y pueden proporcionar una liberación dirigida y controlada [58]. La encapsulación de betaxantina de cactus usando secado en spray y submicronización en una matriz de maltodextrina no sólo preserva el color amarillo brillante de la betaxantina, sino también su actividad antioxidante [59].

5 resumen y perspectivas

Pigmentos naturalesSon generalmente más caros que los pigmentos sintéticos. Sin embargo, debido a la tendencia actual de aumentar la sensibilización de los consumidores sobre la seguridad y la salud de los alimentos, fOod colorcompañíasSe ha iniciado la investigación y el desarrollo de colorantes alimentarios naturales. La obtención de un suministro estable de pigmentos naturales siempre ha sido el mayor reto al que se ha enfrentado la industria. Este problema ha llevado a la búsqueda de soluciones novedosas y económicamente viables para la producción, extracción, purificación y estabilización de colorantes alimentarios naturales. Se han hecho intentos para expresar los genes de los pigmentos de plantas en los microorganismos para obtener directamente metabolide pigmento, o para desarrollar plantas que contienen pigmentos más ricos.

La gran mayoría de los pigmentos naturales en el mercado todavía se derivan de plantas, que están limitadas por la estación y el entorno de crecimiento. Además, el método de extracción de microorganismos puede evitar por completo la desventaja de la calidad desigual de los pigmentos extraídos. En el futuro, la exploración de nuevas tecnologías de producción de pigmentos naturales puede implicar el cultivo a gran escala de microorganismos. El cultivo expandido de microorganismos también requiere la adición de nutrientes durante el proceso de producción, y una mayor regulación del tiempo de reacción es necesaria para evitar la producción de más subproductos mientras se obtienen más pigmentos vegetales. Respecto al problema de la inestabilidad de los pigmentos vegetales extraídos, el método tradicional actual sólo puede preservar la actividad de los pigmentos vegetales cambiando el método de procesamiento, lo que limita el alcance del uso de pigmentos naturales. La encapsulación, que consiste en recubrir los pigmentos vegetales con materiales comestibles, puede preservar la actividad de los pigmentos naturales al tiempo que mejora su estabilidad. Cabe señalar que la encapsulación aumentará el coste de producción de los alimentos, por lo que la forma de aumentar el rendimiento de los pigmentos naturales en el cultivo de propagación microbiana y mejorar la estabilidad de los pigmentos a un menor coste es un tema clave que tenemos que resolver en la futura investigación sobre colorantes alimentarios.

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