¿Cómo extraer el color Natural?

Numerosos informes de investigación biológica, nutricional y médica han señalado que el color Natural tiene nutricional y fisiológicoFunciones de saludLos pigmentos sintéticos pueden afectar negativamente a la salud humana. Con la mejora continua de las personas#39;s calidad de vida y el continuo desarrollo de la industria alimentaria, el color verde Natural y seguro es cada vez más popular y buscado. Existen tres formas principales de producir y obtener pigmentos: extracción directa, síntesis artificial y producción mediante biotecnología [1]. Los colores naturales son inestables, y con el fin de mantener su actividad fisiológica, la extracción de colores naturales generalmente debe utilizar condiciones de proceso más suaves. Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, el proceso de extracción de colores naturales también se está actualizando rápidamente, mostrando una dirección de desarrollo que se complementa con métodos de extracción comunes y está dominado por tecnologías de extracción de alta tecnología que son de ahorro de energía, eficientes y respetucon el medio ambiente.

1 métodos de extracción tradicional

 1.1 extracción por solvente

El método común de extracción por solvente se basa en las diferentes propiedades del pigmento objetivo y las impurezas (principalmente las diferencias en solubilidad y polaridad), utilizando el principio de "like dissolves like" para seleccionar diferentes disolventes (los agentes de extracción comúnmente utilizados incluyen agua, soluciones ácibase, disolventes orgánicos como etanol y acetona), para lograr el propósito de separar el pigmento. Los principales métodos de extracción son maceración, percolación, reflujo y refcontinuo. El proceso principal es: materiales de filtrado - remojo - filtrado - concentración y secado - producto terminado. Korea Ting et al. [2] usaron acetato de etilo para extraer licopeno de los tomates. La relación óptima del líquido de proceso fue de 4:1 (mL/g), el tiempo fue de 50 min, la temperatura fue de 45 °C, el número de veces fue de 3 y la tasa de extracción de licopenfue superior al 85%.

Yao Yurong et al. [3] usaron ácido fórmico como un extractante deAntocianinas de extractoA partir de bonipur. El rendimiento de antocianina después de tres extracciones fue de hasta 95.6%. Chen Tingchun et al. [4] extrajeron pigmentos naturales de la cáscara de la semilla de algodón blanco con una solución de NaOH al 1% en masa y analizaron los efectos de la luz, la temperatura, la calidad del agua y el pH en la estabilidad de los pigmentos. Se encontró que el pigmento tenía un fuerte pico de absorción a 210 nm, y el pigmento era estable a oxidantes, luz y temperaturas por debajo de 100 °C. Este método de extracción también se utiliza a menudo en combinación con otros métodos para mejorar el rendimiento y la calidad del producto. Por ejemplo, Sun Peidong et al. [5] usaron alta presión para pretratar los tomates y luego extrajeron licopeno con acede de etilo como disolvente. El resultado fue que la tasa de extracción fue 4,8 veces mayor que la de la muestra no tratada.

1.2 método de pulverización directa

Este método no se utiliza comúnmente, y el producto se obtiene principalmente por el secado y pulverización del material. El flujo del proceso es: materia prima - cribado - lavado - secado - pulverización - pigmento [6]. Este proceso puede ser utilizado para preparar pigmentos de cacao, licopeno, etc., pero el producto obtenido es relativamente crudo.

1.3 método de extracción de enzimas

Pigmentos vegetalesSe encuentran principalmente dentro de las células y están rodeados por la pared celular, que se compone principalmente de celul, hemicelulosa y pectina. La pobre permeabilidad de la pared celular impide la disolución de los pigmentos y reduce la tasa de extracción. Las paredes celulares se hidrolizan utilizando enzimas, principalmente celulasa y pectinasa, que hacen que las paredes celulares se expanden, rompy aflo, facilitando así la difusión de pigmentos en el espacio extracelular y la difusión y penetración de solventes en la célula, aumentando así la solubilidad de los pigmentos y mejorando la tasa de extracción de pigmentos. Por ejemplo, Li Mengqing et al. [7] utilizaron celulasa para actuar sobre la harina de mazmorra de uva, lo que aumentó la tasa de extracción de proantocianidinas en casi 4 veces. Chen He et al. [8] analizaron los efectos de factores como la temperatura, el tiempo de reacción, el pH, y la dosis de hemiculasa en la extracción de pigmentos de cúrcuma a través de un solo factor y experimentos ortogon, y obtuvo el proceso de extracción óptima: la dosis de la enzima 7,0 mg/g, pH 4,3, tiempo 4,0 h, temperatura 45 °C, en comparación con el método común de extracción por solvente, la tasa de extracción del pigmento fue mucho mejor.

Zhao Yuhong et al. [9] usaron celulasa y pectinasa para hidrolizar simultáneamente el residuo de arándano para extraerantocianinas. Los parámetros óptidel proceso fueron determinados por un solo factor y experimentos ortogonales. Los resultados mostraron que el uso de la hidrólisis del complejo enzimdoble puede mejorar significativamente la tasa de extracción de antocianina en comparación con la hidrólide de una sola enzima. Con el fin de mejorar la tasa de extracción del pigmento, el método enzimtambién se puede combinar con otras técnicas. Por ejemplo, la combinación de celulasa y ondas ultrasónicas se puede utilizar para extraer el pigmento de cáscaras de avellana. Los resultados muestran que la combinación de los dos puede mejorar efectivamente la tasa de extracción del pigmento (la absorbancia aumenta en un 20%), y también puede reducir la cantidad de enzima utilizada, ahorrcostes [10].

2 nuevas técnicas de extracción

2.1 extracción de fluido supercrítico

Fluido supercrítico se refiere a una mezcla de gas, líquido o gaslíquido. Sin embargo, bajo una cierta temperatura y presión, se producirá el fenómeno de la desaparición de la interfaz gas-líquido, y el fluido estará en un estado supercrítico que es diferente de los Estados líquido, gas y sólido, y tiene algunas propiedades físicas y químicas especiales tanto de líquidos como de gases (densidad y solubilidad cercanas a los líquidos, viscoy propiedades de difusión cercanas a los gases) [11]. Los fluidos supercríticos comunes incluyen dióxido de carbono, óxido nitro, etano, etileno, propano, metan, etanol, benceno, tolueno, amoníaco, agua, etc.; El más comúnmente utilizado es el dióxido de carbono (condiciones críticas cercanas a la temperatura ambiente, no tóxico y de mal gusto, químicamente estable, barato y fácilmente disponible). La tecnología de extracción de fluidos supercríticos es una tecnología emergente de extracción y separación que utiliza fluidos supercríticos como agentes de extracción para extraer y separar sustancias objetivo.

Por ejemplo, Zheng Hongyan et al. [12] estudiaron las condiciones de proceso para elExtracción de zeaxantinaDe maíz usando CO2 supercrítico a 23 MPa, 40 °C y 30% de etanol anhidro como extractante. La tasa de extracción fue 2,2% mayor que la del método de extracción por solvente bajo la condición de un tiempo de extracción de 3 h. La tasa de extracción de clorofila microalgal seca utilizando fluido supercrítico de CO2 a 40 MPa y 60 °C puede alcanzar 0,2238% [13]. La concentración de astaxantina extrade cáscaras de camarón usando fluido supercrítico de CO2 puede alcanzar 8,331% [14]. Con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, la extracción de fluidos supercríticos se ha desarrollado para ser utilizado en conjunto con otros métodos de alta tecnología, como la destilación molecular, cromato, resonancia magnética nuclear, separación de adsor, ultrafiltración, y otras técnicas, para lograr ventajas complementarias y ampliar el alcance de las aplicaciones.

2.2 extracción asistida por ultrasonidos

El principio de la extracción ultrasónica es utilizar los efectos especiales de las ondas ultrasónicas, tales como el efecto de cavitación fuerte, efecto interfacial, efecto de concentración de energía y alta aceleración, así como los efectos resultantes de múltiples etapas, tales como oscilación, aplast, difusión y colapso, para destruir las células, acelerando así la difusión y penetración del agente de extracción en las células, y también acelerar la disolución de la sustancia extraen el agente de extracción, Y mejorar la tasa de extracción y pureza del pigmento [15]. Los principales factores que afectan este proceso son: tipo y concentración del disolvente, relación líquido-material, potencia y frecuencia ultrasónica, tiempo de procesamiento y temperatura. Wang He-cai [16] utilizó el ultrasonido para extraer el pigmento de batata púrpura. Los resultados mostraron que el efecto de la extracción del pigmento de batata púrpura bajo la acción del ultrasonido fue mejor que el del método convencional bajo las mismas condiciones. La eficiencia de extracción fue de aproximadamente 1,3 veces la de la extracción convencional, y el proceso óptimo fue: agua destilcon un pH de 1,0 como agente de extracción, 250W ultrasónico, relación líqui-material 3:300, extracción a 70°C durante 35 min. Liu Pinghuai et al. [17] utilizaron tecnología de reciclaje ultrasónica para extraer pigmentos de las cáscara de piña desech, y obtuvieron pigmentos con un alto valor de color (cuatro veces el del pigmento de piña) y un proceso de extracción óptimo. La tasa de extracción se incrementó considerablemente, lo que también proporciona una referencia para el procesamiento profundo de las cáscaras de piña.

2.3 método de extracción asistida por microondas

La extracción por microondas es una nueva técnica de separación y extracción que combina las microondas, que pueden calentar selectivamente, con la tecnología de extracción por solvente. Hace uso de la diferencia en la capacidad de absorción de microondas en el campo de microondas para calentar selectivamente ciertas regiones o componentes en el sistema de extracción, disollos componentes objetivo de la materia prima y transferirlos a un extractante con una menor constante dieléctrica y relativamente débil capacidad de absorción de microondas, con el fin de lograr el objetivo de una rápida extracción a corto plazo [18-19]. Chen He et al. [20] utilizaron la tecnología de microondas para ayudar en la extracción del pigmento de la cúrcuma, y obtuvieron el proceso óptimo a través de un experimento ortogonal: 60% de etanol como agente de extracción, potencia de microondas 450W, tiempo de extracción 180s, y la relación material-líquido 1:35. En comparación con el método tradicional de extracción por solvente, el rendimiento de pigmento aumentó un 80,3%. Jia Yanju et al. [21] estudiaron los efectos de la potencia de microondas y el tiempo de irradiación en la extracción del pigmento de la escamas de pescado. El análisis de varianza mostró que los efectos de los dos fueron significativos, y la potencia óptima y el tiempo de irradiación fueron de 640 W y 150 s, respectivamente. Sin embargo, en comparación con el método de extracción por agitación, el efecto de extracción del pigmento de la escama de pescado fue pobre, lo que puede deberse a la influencia de la estructura del tejido de la escama de pescado.

2.4 método de adsorción por resinas

La resina de adsores un tipo de adsoradsorde polímero poroso, altamente reticulcon un área superficial específica grande (principalmente el área superficial dentro de los poros). De acuerdo con los principios de la química de superficies, la superficie tiene capacidad de adsor, por lo que puede adsorciertas sustancias de la fase gaseo líquida. Las resinas de adsorutilizan principalmente fuerzas de van der Waals, interacciones dipole-dipolo y enlaces de hidrógeno para adsorsustancias. La adsores selectiva dependiendo de las propiedades de la superficie y del campo de fuerza superficial. Este método utiliza principalmente las diferentes propiedades (principalmente polaridad) de los componentes en la mezcla para seleccionar la resina de adsorapropiada y eluente, y separa y puriselectivamente las sustancias por adsory desorción. De acuerdo con su polaridad, las resinas de adsorse pueden dividir en cuatro categorías: resinas de adsorno polares, resde adsormedias polares, resinas de adsorpolares y resinas de adsorfuertes polares. Las resinas no polares se utilizan a menudo para adsorber sustancias no polares de sustancias polares, mientras que las respolares son adecuadas para adsorsustancias polares de sustancias no polares.

Chen Zhiqiang et al. [22] estudiaron la adsorde astaxantina por siete resinas macropordiferentes y examinaron la resina macroporab-8 como la de mejor adsor. La capacidad de adsorde astaxantina fue de 24,17 mg/g, la tasa de desorción fue de 95,2%, y la cantidad máxima de muestra (1 g de resina seca) fue de 23,0 mg de astaxantina. Y se determinó que 8 veces el volumen del lecho de la columna de acetato de etilo fue utilizado como eluente, y la pureza de la astaxantina purificada fue de 14.73%. Ding Jie [23] utilizó experimentos ortogonales, capacidad de adsore indicadores de tasa de desorción para analizar los principales factores que influyen en la adsory separación del pigmento rojo morera por resina macroporosa tipo AB-8. Los resultados mostraron que el efecto de elución fue mejor cuando se utilizó etanol al 80% (pH 2.0) como eluente a una dosis de 2BV y una tasa de elución de 1BV/h. También se encontró que el pigmento tenía buena estabilidad en condiciones ácidas y a una temperatura de 60°C, pero se descomponfácilmente en condiciones alcalinas y en presencia de luz.

Separación de 2,5 membranas

La tecnología de separación por membrana es una nueva tecnología de ahorro de energía desarrollada en la década de 1970 que no implica cambios de fase. Se utiliza la diferencia en las propiedades de permeselectiva de las membranas polimérinaturales o sintéticas de los componentes de una mezcla para lograr la separación, purificación y concentración de sustancias con la ayuda de las diferencias de potencial químico o la fuerza motriz de la energía externa. Las fuerzas impulincluyen las diferencias de concentración, las diferencias de presión y las diferencias de potencial. Los mecanismos implicados incluyen la filtración mecánica, la disolu- difusión, y la transferencia de masa [24]. Se basa principalmente en las diferencias en peso molecular, tamaño de partícula y forma entre los componentes para separarlos. Según el tamaño molecular de la sustancia a separar, la separación de membrana puede dividirse en microfiltración, diálisis, ultrafiltración, nanofiltración, ósmosis inversa, electrodiálisis, separación de membrana líquida, etc.

Li Yuanyuan et al. [25] utilizaron la microfiltración de membrana cerámica para extraer y puriel pigmento amarillo gardenia, y estudiaron los efectos de diferentes tamaños de poros de membrana y presiones operativas sobre la calidad del pigmento. Los resultados mostraron que la calidad del pigmento amarillo gardenia obtenido por microfiltración fue mayor cuando el tamaño del poro fue de 200 nm y la presión de operación fue de 0.125 MPa. El extracto amarillo de gardenia fue luego sometido a nanofiltración utilizando una membrana de poliamida, el filtrado puede ser concentrado más de tres veces. La tasa de flujo de la superficie de la membrana y el flujo de filtración por membrana tienen un efecto significativo en la separación de pigmentos. Guo Hong et al. [26] utilizaron la tecnología de ultrafiltración y ósmosis inversa para puriy concentrar los pigmentos de Roselle y lirio de fondo púrpura, respectivamente, y estudiaron los efectos de la temperatura de extracción, el tiempo, la frecuencia, la relación de material, y la calidad de la materia prima en la tasa de extracción de pigmentos. Los resultados mostraron que la tecnología de ultrafiltración y ósmosis inversa puede reducir la pérdida de pigmentos durante la purificación y concentración.

2.6 Gel cromatométodo de separación

Las perlas de gel utilizadas en la cromatode gel tienen una estructura porosa, altamente reticul, y el grado de reticulo o tamaño del poro de las perlas de gel determina el rango de masa molecular relativa de la mezcla que puede ser separada por el gel. El principio es el efecto tamimolecular, que utiliza la diferencia de tamaño molecular para separar y purisustancias. Los geles más utilizados son: gel de dextran(Sephadex), gel de poliacrilamida (Bio-gel P) y gel de agarosa (sepharosa o Bio-gel A).

Se mueven hacia abajo con el eluente, por lo que el proceso es corto, la velocidad de flujo es rápida, y fluyen fuera de la columna primero; Mientras que las moléculas pequeñas tienen un diámetro más pequeño que los poros del gel, pueden moverse libremente dentro y fuera de los poros del gel, por lo que el proceso es largo y la velocidad de movimiento es lenta, y finalmente fluye fuera de la columna. De esta manera, moléculas de diferentes tamaños son separadas debido a sus diferentes caminos, y las sustancias macromoleculares son eluidas primero, seguidas por moléculas pequeñas. Lv Xiaoling et al. [27] analizaron los factores que influyen en el proceso de refindel pigmento amarillo de la gardenia mediante cromatoen gel mediante experimentos de un solo factor. La investigación muestra que en las condiciones óptimas del proceso: gel de glucan como un soporte, una sola columna de 30 cm de alto, 2 cm de diámetro, 1,8 mL tamaño de la muestra, agua destilcomo el eluente, doble columna de elución en tándem, la velocidad de flujo de 4 mL/min, pigmento rendimiento hasta el 48,9%.

2.7 método de separación por destilación Molecular

La tecnología de separación de destilación Molecular es una tecnología especial y avanzada de separación líquido-líquido desarrollada en la década de 1930. Es un tipo de destilación sin equilibrio, también conocida como destilación de camino corto. Es una destilación sin equilibrio, también conocida como destilación de camino corto, que se lleva a cabo a una cierta temperatura (mucho más baja que el punto de ebullinormal) y presión (0,133 a 1 MPa). Los componentes a separar se calientan y evapor, desbordando la superficie del líquido. Las sustancias son entonces separadas y purificadas debido a los diferentes caminos libres medios del movimiento molecular de las diferentes sustancias. La trayectoria libre del movimiento molecular se refiere a la distancia que una molécula viaja entre colisiones con moléculas vecinas.

El camino libre promedio del movimiento molecular de una molécula específica durante un cierto período de tiempo se denomina camino libre promedio del movimiento molecular. Después de que el sistema a ser separado se calienta para obtener suficiente energía, las moléculas desbordan la superficie del líquido. El camino libre medio de las moléculas ligeras es grande, mientras que el de las moléculas pesadas es pequeño. Una placa de condensse coloca en la superficie del líquido (entre las trayeclibres medias de moléculas ligeras y pesadas). Las moléculas ligeras pueden alcanzar la placa de condensy condensse y moverse hacia fuera, mientras que las moléculas pesadas no pueden alcanzar la placa de condensy regresar al sistema gas-líquido [28-29]. Zhong Geng [30] y otros utilizaron la tecnología de destilación molecular para extraer carotenoides con alto croma y sin disolventes orgánicos del aceite de naranja dulce desparafinado. Batistella [31] y otros utilizaron la tecnología de destilación molecular para separar carotenoides y biodiesel de aceite de palma, el rendimiento de los carotenoides fue tan alto como 3000mg/kg. Utilizando la tecnología de destilación molecular para refinel pigmento rojo crudo de pimentón obtenido por extracción con disolvente no sólo tiene el efecto de eliminar la pungencia, el olor y el disolvente, sino que también mejora la calidad del producto y reduce considerablemente los costes de producción [32].

3 perspectivas

Con el creciente llamado a "regresar a la naturaleza y buscar la seguridad verde", el desarrollo y la utilización de colores naturales también se ha desarrollado rápidamente (creciendo a un ritmo del 4% a más del 10% por año). Sin embargo, la investigación y el desarrollo de colores naturales todavía se enfrenta a muchos problemas: la tasa de extracción de colores naturales es baja y el costo es alto; La estabilidad de los pigmentos es pobre, y son sensibles a condiciones externas como la luz y el calor; Hay muchos tipos, y la investigación y el desarrollo Dispersa, carecide manejo unificado y evaluación toxicol.

La futura dirección de investigación y desarrolloColor NaturalLa biotecnología, como la ingeniería celular, la ingeniería genética, la ingeniería de fermentación, la ingeniería enzimy la ingeniería microbiana, se utilizará para resolver el problema del suministro de materias primas; Utilizar la tecnología de microencapsulación, la tecnología de modificación de la estructura molecular del pigmento y la tecnología de producción de compuestos para mejorar la estabilidad del color Natural y aumentar su poder de coloración Natural; Y utilizar la extracción de fluido supercrítico, cromatode gel, cromatode afin, destilación molecular, extracción de gel inverso, extracción de dos fases, separación de membrana líquida y otros métodos de alta tecnología, así como la combinación de varios métodos de alta tecnología, para mejorar el rendimiento de color Natural, mejorar la calidad del producto y reducir los costes de producción. Con los objetivos de investigación de desarrollar nuevos pigmentos funcionales, buscando nuevas fuentes de materias primas, mejorandopigpigpigpigpigpigpigpigpigLa estabilidad y el aumento de las tasas de extracción de pigmentos, el desarrollo y la aplicación del color Natural tendrán perspectivas aún más amplias.

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