¿Cómo se utilizan los colorantes de alimentos vegetales en el procesamiento de alimentos?

El alimento es la garantía material más básica para la supervivencia humana. El desarrollo de alimentos verdes es una necesidad impulsada por people's creciente concienciación medioambiental, concienciación sanitaria y mejora del nivel de vida. Entre estos, los colorantes juegan un papel importante en la mejora de la apariencia y la calidad de los alimentos. En comparación con los pigmentos sintéticos, el colorvegetal verde y saludable natural se ha convertido en un punto caliente para el desarrollo del mercado y su aplicación en la industria de la salud.

De acuerdo con el análisis en el "2022-2027China Natural Food Color Industry (en inglés)"Por el Instituto de investigación de la industria de China, el tamaño del mercado mundial de colorantes alimentarios sintéticos en 2022 se estima en unos 590 millones de dólares estadounidenses, mientras que el mercado de colorantes alimentarios naturales se espera que llegue a 1,54 millones de dólares estadounidenses ya en 2021, y se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesto de 7,4%. Aunque los pigmentos sintéticos tienen una ventaja de costo y puede darAlimentos y bebidasUn color sature y uniforme, pigmentos naturales son cada vez más importante en la industria alimentaria como resultado de regulaciones más estrictas en varios países y el creciente número de consumidores que están preocupados por la seguridad de los pigmentos sintéticos. Además, la mayoría de los colorantes alimentarios naturales de plantas son bioactivos [1] y se pueden utilizar para la prevención y el tratamiento de diversas enfermedades. También es ampliamente utilizado en cosméticos y productos de salud.

1 clasificación y métodos de extracción de colorantes de alimentos vegetales

Los principales colorantes naturales de origen vegetal utilizados en la industria alimentaria son los carotenoides, clorofila, betalaínas y antocianinas. Con el fende mejorar la eficiencia de extracción de colorantes de alimentos vegetales, es necesario seleccionar un método de extracción adecuado. Los métodos tradicionales se utilizan generalmente para la extracción de pigmentos vegetales, como la extracción de Soxhlet, extracción en fase sólida y destilación por vapor de agua. Los métodos tradicionales de extracción son simples, económicos y fáciles de usar, pero tienen problemas como residuos de disolvente y tiempo. El agua, el etanol y el metanson los más comúnmente utilizados para extraer y polarPigmentos solusolubles en aguaMientras que disolventes no polares como hexano, acetona, tricloroetileno y otros disolventes orgánicos se utilizan para extraer pigmentos lipofílicos [2]. Los métodos de extracción no tradicionales (comúnmente conocidos como técnicas de extracción verde) han reemplazado gradualmente a los métodos de extracción tradicionales. Su ventaja radica en el uso de menos disolvente y menor tiempo. Extracción asistida por ultrasonidos, pulso eléctrico de campo asistida por extracción, la extracción asistida por microondas, la extracción de fluido supercrítico [3] y así sucesivamente son métodos eficaces para la extracción de colorantes de alimentos de plantas.

Colornatural de alimentos de plantasTiene diferentes solubilidades dependiendo de su composición química. Los pigmentos lipofílicos son principalmente carotenoides, clorofila y luteína; Los pigmentos solubles en agua son principalmente betalano y antocianina. Debido a la diversidad de colorantes de alimentos de plantas, los colorantes de alimentos de plantas se pueden dividir en cuatro pigderivados de pirrol, compuestos tetraterpenoides, derivados de benzopirano, derivados de piridina. Entre ellos, la clorofila es el principal representante de los pigmentos derivados del tetrapirrol, los carotenoides son los principales representantes de los tetraterpenoides, las antocianinas son los principales representantes de los derivados del benzopirano y las betalaínas son los principales representantes de los derivados de la piridina.

2 extracción de colorantes alimentarios naturales de plantas

2. 1 extracción de pigmentos derivados del tetrapirrol

Los pigmentos derivados del tetrapirrol son los más abundantes y ampliamente distribuidos en la naturaleza.La clorofila es un coloralimenticio natural de plantasCon una estructura molecular derivada del tetrapirrol. La clorofila es un compuesto de porfirina de magnesio, una molécula orgánica compleja. Su estructura molecular contiene un gran anillo de cuatro miembros (anillo de porfirina), con un átomo de magnesio en la posición central que está cargado positivamente y un átomo de nitrógeno conectado a él que está cargado negativamente. La cadena lateral carbon-hidrógeno (cadena ficoeritrina) conectada al anillo de porfirina es una cadena grasa lipofílica, que determina la lipofilia de la clorofila [4]. La estructura de la clorofila le permite absorber y convertir la energía de la luz en un rango de longitud de onda específico en el espectro visible. Absorbe principalmente la luz roja y azul, mientras que refleja o transmite la luz verde, por lo que aparece verde. La clorofila a y la clorofila b son los principales miembros de la familia de la clorofila. La clorofila es químicamente inestable y puede ser degradada por la luz, temperatura, pH, oxidantes, etc. La clorofila tiene varios usos como la producción de sangre, proporcionando vitaminas, desintoxicación y resistencia a enfermedades.

La clorofila se encuentra en todos los organismos capaces de fotosíntesis. Li Ping [5] estudió el proceso de extracción y la estabilidad de la clorofila en kelp. Los resultados mostraron que la extracción de CO2 supercrítica tiene una temperatura baja, velocidad de transferencia de masa rápida, y la adición de etanol como un transportador mejora efectivamente la eficiencia de extracción. El uso de la extracción asistida por ultrasonido y microondas, en comparación con los métodos convencionales, tiene un cierto grado de mejora en la eficiencia y pureza de extracción, con menor consumo de disolventes y bajo consumo energético.

Estabilidad de la clorofila: los resultados del estudio muestran que la clorofila debe almacenarse lejos de la luz y las altas temperaturas. Y los contenedores de almacenamiento no deben ser de hierro, cobre o aluminio. Si estos contenedores se utilizan inevitablemente durante el procesamiento, se puede añadir EDTA y diacetato de sodio para prevenir la oxidde la clorofila. El valor de pH debe ser ajustado a 6-8 con la adición adecuada de fosfato para lograr el estado más estable. La adición de antioxidantes como TBHQ, BHT, vitamina C y vitamina E puede mejorar significativamente la estabilidad de la clorofila en kelp. Weng Xia [6] utilizó etanol anhidro como agente de extracción y la extracción asistida por ultrasonido deClorofila de espinespinsilvestre. La prueba ortogonal mostró que las condiciones óptimas del proceso podrían lograr una extracción máxima de clorofila de 17.748 mg·g-1. Se preparó un sistema de dispersión de solución acuosa de clorofila compuesto con goma aráen polvo y maltodextrina, que puede mejorar la estabilidad de la clorofila A la luz.

2. 2 extracción de pigmentos de polieno

Los pigmentos de polieno son un tipo de compuesto de terpen, también conocido como compuestos de tetraterpeno. La estructura de un compuesto tetraterpeno se compone de ocho unidades de isopreno conectadas entre sí. Se encuentran ampliamente en la naturaleza, y el carotenextraído de las zanahorias es el primer compuesto tetraterpeno en ser extraído. Debido a que las moléculas de los tetraterpenoides contienen un número relativamente grande de enlaces dobles conjugcarbono-carbono, son sustancias coloreadas.

Los carotenoides, también conocidos como pigmentos de polieno, incluyen− -caroteno, − -caroten, licopenyluteína. Verduras, comoLas zanahorias contienen una gran cantidad de beta-caroten.. La gente suele consumir − -caroteno en alimentos y alimentos saludables. Es un compuesto soluble en grasa de naranja que es el pigmento natural más estable ampliamente encontrado en la naturaleza [7]. − -caroteno se puede convertir en vitamina A en el cuerpo. La vitamina A es beneficiosa para la salud de los ojos y la piel. La luteína también juega un papel importante en retrasar el envejecimiento y la degeneración de los ojos.Licopeno, el primer pigextraído de los tomatesTiene tres veces el efecto antioxidante del beta-caroten. También mejora el body's lucha contra el cáncer y ralentiza el proceso de envejecimiento.

Ren Bingqian et al. [8] investigaron elProducción y extracción de beta-caroten.. El método tradicional de extracción con disolvente orgánico es maduro, de baja inversión y adecuado para la producción industrial en masa. Sin embargo, hay residuo de disolvente, la tasa de extracción no es alta, y también puede conducir a la isomeri, oxidy degradación del caroteno; El método de cromatopor columna es complejo; La extracción supercrítica de CO2 es altamente eficiente, no tiene residuos de disolvente y es respetuosa con las condiciones de funcionamiento; La extracción asistida por ultrasacorta considerablemente el tiempo de extracción, ahorra el consumo de disolventes y evita el daño de los principios activos causado por las altas temperaturas; La extracción asistida por microondas puede mejorar la eficiencia de extracción y tiene menos impacto ambiental.

Han Hao et al. [9] utilizadoPolvo de calabazaComo materia prima para explorar el proceso óptimo para la extracción de beta-carotenpor etanol asistido por ultrasonidos. El rendimiento de extracción de acaroteno fue de 23,811 ± 0,589 mg·g-1. Los resultados de la prueba de estabilidad mostraron que el − -carotendebe almacenarse en la oscuridad a bajas temperaturas, y que el Zn2+ y el Fe3+ tuvieron el mayor efecto sobre la calabaza − -caroteno. Li Weixue et al. [10] investigaron la extracción de luteína. Los resultados de la prueba mostraron que la extracción supercrítica de CO2 combinada con la extracción con disolvente es un método eficaz para extraer luteína de calogoldos, y el efecto de extracción es mejor que el de la extracción con disolvente tradicional.

Liu Bingxue et al. [11] utilizaron las marigoldas del nordeste de China como materia prima,Se extrae luteína de caléngoldosUtilizando el método de ultra alta presión, y optimiel proceso de extracción. Bajo el proceso optimizado, la tasa de extracción de luteína fue de 68.57 ± 2.31 mg·g-1. Yu Wenjing et al. [12] estudiaron las principales sustancias activas en los tomates. El licopentiene buena solubilidad en CO2 supercrítico, y el uso de la extracción de fluido supercrítico puede reducir la isomeriy la descomposición. Wang Haifeng et al. [13] optimizaron el proceso de extracción de CO2 supercrítico y la pureza del licopenalcanzó más de 90% bajo los parámetros óptidel proceso. Lin Zehua et al. [14] introdujeron elExtracción de licopencon disolvente orgánicoExtracción, extracción supercrítica de CO2, extracción asistida por ultras, extracción asistida por microondas, extracción sinérgica ultrasoni-microondas, extracción asistida por ultra-alta presión, y extracción eléctrica pulsada de alta presión asistida por campo. En comparación con la extracción con disolvente orgánico, todos estos procesos pueden mejorar la tasa de extracción. La extracción eléctrica pulsada de alta presión asistida por campo es especialmente adecuada para la extracción de sustancias sensibles al calor.

2. 3 extracción de pigmentos polifenólicos

Los pigmentos polifenóestán representados por antocianinas y flavonoides. La estructura molecular de estos pigmentos se caracteriza por la presencia de 2-fenilbenzopirano; Las antocianinas muestran diferentes colores en diferentes ph; Los flavonoides están ampliamente distribuidos en el mundo vegetal y son una gran clase de pigmentos naturales solubles en agua. Debido a la presencia de grupos hidroxilo fenóen su estructura, son generalmente ácidos.

Las proantocianidinson actualmente consideradas como los antioxidantes naturales más efectivos. Las bayas de goji negro son una planta ideal para la extracción de proantocianidinas. Zhang Rong et al. [15] estudiaron el proceso de extracción y la actividad antioxidante. Las condiciones óptimas de proceso para la extracción asistida por ultrasonido se utilizaron para obtener un rendimiento de proantocianidina de 2,72%. Las proantocianidinen las bayas de goji negro tenían una mayor capacidad reductotal que la vitamina C, y eran eficaces en la eliminación de los radicales libres de DPPH y los radicales libres de oh. Zhang Huimin et al. [16] usaron pieles de uvas púrpuras como materia prima y extrajeron antocianinas usando un método ultrasónico con 65% de etanol. A través de experimentos de un solo factor y diseño de pruebas de superficie de respuesta, se optimilos parámetros del proceso. El rendimiento de antocianina fue de 25.50 mg·g-1, y el coeficiente de correlación entre el valor teórico y el valor comprobado fue de 99.3%. Con el fin de explorar el proceso de extracción de flavonoides y polifenoles y su capacidad antioxidante, Li Shengrao et al. [17] optimizaron los parámetros del proceso para la extracción de antocianinas de arándano utilizando campos eléctricos pulsados de alta tensión con extracción asistida por la metodología de superficie de respuesta. elAnthocyanin Extracción de extracción(en inglés)El rendimiento fue de 34,20 mg·g-1. Los resultados experimentales mostraron que la extracción asistida por campo eléctrico pulsado de alta tensión era eficiente y tenía bajo consumo de disolvente. Hang Shuyang et al. [18] utilizaron la piel del rizoma de ñamidos chinos como materia prima y utilizaron un diseño ortogonal para optimizar el proceso de extracción de flavonoides y polifenoles de la piel del rizoma con etanol ultrasónico. El rendimiento de flavonofue de 0.929%, y el extracto crudo tuvo poder reductor y capacidad antioxidante total.

2. 4 extracción de pigmentos derivados de piridina

Los pigmentos derivados de piridina son principalmente betalaínas y betaxantina en remolacha roja. El principal componente de las betalaínas es la betaína, que es un coloralimenticio natural de plantas soluble en agua [19]. Yin D. etal. [20] optimiel método de extracción de betalain deRemolachas rojasUtilizando extracción asistida por ultrasonido. El error relativo entre el contenido real de betalano y el valor previsto fue de 1,96%. Tang Ling et al. [21] resumió en la literatura nacional la investigación sobre la tecnología de extracción y purificación de betaxantina en los últimos años. Las técnicas tradicionales de extracción como la extracción con disolventes tienen una baja eficiencia de extracción y contaminan el medio ambiente. Tecnologías emergentes como ultrasónicas, microondas y otras tecnologías auxiliares, tecnología de extracción asistida por campo eléctrico pulsado de alta presión, combinada con procesos de purificación como la adsorde la resina macroporosa y la separación por membrana, mejoran eficazmente la tasa de extracción de betaxantina y tienen buenas perspectivas de desarrollo.

3 Colorpara alimentos de plantas: Prospects for Application in Food processing (en inglés)

El valor nutricional y la inocuidad de los alimentos se han convertido en uno de los principales temas de la elaboración y el desarrollo de alimentos, ya que las personas son cada vez más conscientes de la salud y del medio ambiente. Comparado con los pigmentos sintéticos artificiales,Colornatural de alimentos de plantasEs más seguro, más amigable con el medio ambiente ya que es biodegradable, y ha reemplazado gradualmente los pigmentos sintéticos artificiales como un agente colorante de alimentos. Además, el colornatural de alimentos de plantas, como ingrediente de los alimentos, tiene una variedad de beneficios fisiológicos en sí mismo. Por ejemplo, las antocianinas, que son poderosos antioxidantes, siempre han sido un tema de investigación en los campos de la botánica, la ciencia de los alimentos y la nutrición. La duración de la vida humana depende directamente de la fuerza de las personas#39;s capacidad de resistir la oxidy los radicales libres. El descubrimiento de antocianinas ha encontrado una manera eficaz de luchar contra el envejecimiento.

El licopentambién tiene un poderoso efecto en la eliminación de radicales libres en el cuerpo humano. Su constante de velocidad para apagar el oxígeno singlete es 100 veces la deVitamina E. Además, el licopenes un agente hipocolesterolemic que puede regular el cuerpo's metabolismo del colesterol. Huang Ruoan et al. [22] encontraron que el licopentiene cierto efecto inhibiten los cánceres del tracto digestivo, cuello uterino, mama, piel y vejiga. Los tratamientos tradicionales contra el cáncer incluyen quimioterapia y radioterapia, que tienen efectos secundarios significativos. El licopeninhiel desarrollo de células cancerosas al reducir la producción de productos oxid, reducir el contenido de factores inflamatorios y regular las vías de señales.

"Medicina para la protección ocular"luteínaEs el principal componente del pigmento en la mácula del ojo humano#39;s retina, y puede mejorar la retinopatía diabética. Xiao Yiqin et al. [23] observaron los cambios en la concentración en pacientes diabéticos tipo 2 después de la administración oral de luteína y mostraron que la concentración de luteína en la sangre aumentó significativamente y se mantuvo estable. No se observaron eventos adversos graves, proporcionando una base para estudiar la seguridad de la aplicación clínica de este fármaco. La vida moderna es estresy acelerada, y las emociones y los estilos de vida poco saludables pueden conducir a enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares. Liu Yaxin et al. [24] resumieron y analizla investigación sobre la betaxantina en enfermedades cardiovasculares, neuroprotección, protección celular, anti-inflamación, etc. El estudio encontró que la betaxantina puede reducir la lipoproteína de baja densidad en la sangre, aumentar la lipoproteína de alta densidad y la vasodilatación; Para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas crónicas como el Alzheimer#39;s, la betaxantina también tiene cierto potencial de desarrollo. Estudios han encontrado que la betaxantina puede inhibir la agregde Aβ, lo que causa Alzheimer's enfermedad.

Los efectos fisiológicos saludables de los colorantes naturales de alimentos de plantas combinados con la psicología del color son ampliamente utilizados enAlimentos funcionales. El mercado de los alimentos funcionales ha seguido creciendo en los últimos años. Sin embargo, el uso generalizado dePlant Food ColoringEn la industria de alimentos todavía está limitado por el rendimiento, los costos de producción, la aprobación reguladora, las características de pigmento, y la tolerancia a factores ambientales como la temperatura, la luz y el pH. por lo tanto, la industria se enfrenta al reto de mantener la disponibilidad y estabilidad de estos alimentos funcionales, que en última instancia realmente puede promover la salud humana. Cuando se utilizan pigmentos naturales en los alimentos, se debe tener cuidado al extraer pigmentos naturales para garantizar la seguridad del proceso de extracción y la calidad de los pigmentos naturales, utilizando disolventes no tóxicos y técnicas de extracción respetucon el medio ambiente.

Después de la adición dePigmentos naturales, procesamiento industrial de alimentosPuede conducir a cambios, degradación e incluso pérdida del colornatural de los alimentos de las plantas. Durante el procesamiento, se debe prestar atención al controlde los factores que afectan la estabilidad de los pigmentos naturales, como el pH, la temperatura, la actividad del agua, el oxígeno, los metales, los disolventes, la presencia de enzimas y la radiación iónica. El almacenamiento de pigmentos naturales es también un reto para la industria alimentaria. La estabilidad de los pigmentos naturales después de la extracción se resuelve principalmente por encapsulación efectiva [25]. La encapsulación mejora principalmente la estabilidad, biodisponibilidad, bioaccesibilidad, digestibilidad y liberación controlada de colorantes de alimentos vegetales. En las formulalimentarias con pigmentos naturales añadidos, se requieren técnicas de encapsulación eficientes para controlar la degradación y mantener la biodisponibilidad en el producto final.

La microencapsulación por secado por pulverización es una técnica que utiliza biopolímeros para atrappigmentos naturales para protegerlos del procesamiento de alimentos y de factores ambientales [26]. Quoc-Duy Nguyen et al. [27] estudiaron los efectos de la temperatura de entrada y la proporción de antocianinas a maltodextrina sobre los fenoles, antocianinas, actividad antioxidante y algunas propiedades físicas del polde de hibiseco en aerosol. También se midió y comparó la tasa de encapsulde diferentes muestras. La maltodextrina se utilizó como transportador para microencapsular antocianinas por secado por pulveri(temperatura de entrada 170°C). La tasa de encapsulfue superior al 85%, lo que aumentó el contenido fenótotal y la solubilidad (94,91%) y no tuvo efecto significativo sobre el color del producto. La encapsulación de colorantes alimentarios de plantas también se puede llevar a cabo utilizando otras técnicas, tales como microemulsificación, liofilización, encapsulde fluido supercrítico, tecnología de encapsulación de ciclodextrina y tecnología de transporte de lípidos [28].

4 conclusión

La innovación y el desarrollo de colorantes para alimentos de origen vegetal es una tendencia inevitable para satisfacer la creciente demanda de los consumidoresAlimentos naturales y saludables. Dado que los pigmentos naturales son altamente susceptibles a los factores ambientales, la adición de pigmentos naturales a los alimentos todavía enfrenta algunos desafíos. La investigación sobre pigmentos naturales se ha centrado en la identificación de fuentes nuevas y renovables, análisis estructural, métodos de extracción y separación, bioactividad, biodisponibilidad, factores que afectan la estabilidad, aplicaciones industriales, producción de alto rendimiento y métodos de procesamiento estables. También es un gran reto desarrollar nuevas tecnologías, métodos rentables e industrialización para la extracción de pigmentos naturales. Además, debería hacerse más investigación sobre la seguridad, la salud y la eficacia de los pigmentos naturales en el cuerpo humano, no solo estudios In vitro.

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