¿Cómo mejorar la estabilidad de los colores naturales?

Los colorantes se pueden dividir en dos categorías: colores naturales y colores sintéticos. Los colores sintéticos tienen lasventajasde ser de bajo costo, estables y fáciles de usar, y han sido ampliamente utilizados, ocupando una posición fundamental en el mercado. Sin embargo, a medida que la investigación sobre su uso ha progres, se ha encontrado que muchos colores sintéticos que una vez se permitió su uso pueden causar daño al cuerpo humano [1], como la diarrea, el cáncer y las mutaciones [2,3]. Por lo tanto, muchos colorantes sintéticos han sido gradualmente prohibidos para su uso en la industria alimentaria y farmacéutica. Comparado con los tinsintéticos,Colores naturalesSe derivan de la naturaleza y tienen las ventajas de ser altamente seguro, no tóxico y tener tonos naturales. Muchos colores naturales también tienen un cierto grado de actividad biológica y pueden prevenir y tratar ciertas enfermedades. Por lo tanto, el desarrollo y aplicación de colores naturales ha atraído gradualmente más y más atención. Sin embargo, su estabilidad general es pobre, lo que limita en gran medida el desarrollo industrial y la aplicación de colores naturales. Este artículo revisa los principales factores que afectan la estabilidad de los colores naturales y resume y analiza los métodos para mejorar la estabilidad de los colores naturales, con el objetivo de proporcionar referencias teóricas y metodológicas para la investigación sobre la mejora de la estabilidad de los colores naturales.

1. Principales factores que influyen en la estabilidad de los colores naturales

Los colores naturales se pueden dividir en tres categorías principales según su origen: pigmentos vegetales, pigmentos animales yPigmentos microbianos. Según su estructura química, se pueden dividir en pigmentos de piridina, pigde antocianina, pigflavonoides, pigcarotenoides, pignaftoquinona, etc. Según su solubilidad, se pueden dividir en pigmentos solubles en agua y pigsoluen grasa, etc. [4,5]. La literatura completa informa que la mayoría de los pigmentos naturales son relativamente inestables. Se resumen y analizan los principales factores que afectan a la estabilidad de los colores naturales, incluyendo pH, iones metálicos, luz, temperatura, oxidantes y agentes reduc.

1,1 pH

Muchos colores naturales son sensibles a los cambios en el pH, y el tono puede cambiar significativamente. Por ejemplo, Fan Chunmei etAl.estudiaron el pigmento de la cúrcuma y encontraron que a pH2, el pigmento de cúrcuma soluble en agua formó un precipitamarillo y la absorbancia disminuyó significativamente. unpH 3-7, el color no cambió significativamente, yel color era amarillo limón, y la absorbancia cambió muy poco, indicando que el pigmento es relativamente estable bajo estas condiciones; Cuando el pH es 8, el color es amarillo anaranjado y la absorbancia aumenta; Cuando el pH es ≥9, el color es marrón rojizo, lo que indica que el pigmento cambia mucho en condiciones alcalinas [6]. Chen Jie et al. estudiaron pigmentos de batata púrpura y encontraron que el pigmento era de color rojo oscuro a pH 2; Se volvió púrpura cuando el pH aumentó a 6; Ypoco a poco se volvió azul cuando el pH aumentó a 9. A medida que el pH aumentaba, la longitud de onda máxima de absorción también se desplazaba hacia la dirección de onda larga, mostrando una tendencia de desplazamiento hacia el azul [7]. Li Jinxing et al. estudiaron antocianinas y encontraron que cuando el pH es ≥ 3, el pigmento es más estable, y la tasa de retención después de 10 días sigue siendo superior al 83%; Cuando el pH es ≥4, la tasa de retención del pigmento cae por debajo del 80% después de 2 días. Por lo tanto, se propone que las antocianinas deben ser almacenadas en condiciones de pH ≥ 3 [8].

1,2 iones metálicos

Muchos iones metálicos también pueden afectar la estabilidad de los colores naturales, algunos de los cuales pueden proteger el color, mientras que otros pueden hacer que el pigmento se descolor. Yu Wei et al. estudiaron la luteína y encontraron que los diferentes iones metálicos a una concentración de 0,5 g/Lcada uno tenía una cierta diferencia en su efecto sobre la estabilidad de la luteína. Na+ y Zn2+ tuvieron un efecto menor sobre la estabilidad del pigmento, mientras que Cu2+ y Fe3+ tuvieron un efecto mayor. La adición de estos dos iones metálicos causó una disminución significativa en la tasa de retención del pigmento [9]. Li Jinxing et al. estudiaron antocianinas y encontraron que a concentraciones de iones metálicos por debajo de 0,1 mol/L, diferentes concentraciones de Na+, K+, Ca2+ y Cu2+ no tenían un efecto significativo en la estabilidad del pigmento. Mg2+ a concentraciones inferiores a 0,05 mol/L resultó en una mayor tasa de preservación que el grupo de control, mientras que Mg2+ a concentraciones de hasta 0,1 mol/L resultó en una menor tasa de preservación, lo que indica que las bajas concentraciones de Mg2+ tienen un efecto protector sobre el pigmento. En comparación con el grupo control, la preservación de antocianinas con la adición de Fe3+ 1 mol/L Mg2+ Redujo la tasa de retención del pigmento, lo que indica que las bajas concentraciones de Mg2+ Tienen un efecto protector sobre el pigmento. En comparación con el grupo de control, la tasa de retención de antocianina con agregado de Fe3+ Disminuyó significativamente, y el efecto perjudicial de Fe3+ Sobre la estabilidad del pigmento aumentó con el aumento de la concentración.

1.3 luz

Muchos colores naturales se desvanecen en la presencia de la luz. Estos colores naturales son fotoinestables. Qiao Hua encontró que el contenido de pigmento de arroz de levadura roja disminuye bajo luz naturalo luz ultravioleta, y la luz puede promover la aparición de la reacción de decoloración [10]. Chen Guanlin's investigación encontró que tanto la luz naturalal aire libre y la luz difusa interior puede acelerar la degradación del pigmento rojo en la fruta del dragón, y cuanto más fuerte es la intensidad de la luz, menos estable es el pigmento [11]. Li Yuekun et al. estudió la luteína y encontró que bajo la luz natural, este pigmento se degrada rápidamente; Sin embargo, bajo condiciones de almacenamiento protegido contra la luz, la tasa de degradación de este pigmento se ralentiza significativamente. Por lo tanto, se propone que la luteína debe ser almacenada en condiciones oscuras [12].

1.4 temperatura

cuandoColores naturalesSe utilizan para colorantes alimentarios, muchos requieren tratamiento térmico, por lo que se debe prestar atención al efecto de las altas temperaturas en la estabilidad de los pigmentos. Muchos pigmentos naturales pueden desaparecer a altas temperaturas y por lo tanto son térmicamente inestables. Chen Jie et al. estudiaron pigmentos de batata púrpura y encontraron que las tasas de retención de los pigmentos después de ser tratados a 40, 60, 80 y 100 °Cdurante 6 horas fueron 91.47%, 84.65%, 59.23% y 43.23%, respectivamente, lo que indica que la tasa de retención del pigmento disminuyó con el aumento de la temperatura. 23%, lo que indica que a medida que la temperatura aumenta, la tasa de retención del pigmento también disminuye en consecuencia. Cuando la temperatura de tratamiento supera los 80 °C, la temperatura tiene un mayor efecto sobre el pigmento. Gao Yurong et al. estudiaron el pigmento rojo del arroz de levadura roja y encontraron que después de ser refrigerdurante 7 días, la tasa de retención todavía estaba por encima del 90%. Sin embargo, el tratamiento a alta temperatura tuvo un efecto significativo sobre el pigmento. Tratamiento a 100 °Cpara 0. 5h, la tasa de retención fue de sólo 61,8%. Las altas temperaturas pueden reducir la estabilidad de este pigmento [13].

1.5 oxidantes y agentes reductores

Oxidantes, reducy otros factores también pueden afectar a la estabilidad de muchos colorantes naturales [14]. Li Wei et al. estudiaron la melanina y encontraron que con un aumento en la concentración de masa de peróxido de hidrógeno, la absorbancia de la solución de pigmento mostró una tendencia significativa a la baja, y el oxidante tenía un cierto efecto perjudicial sobre el pigmento. Con un aumento en la concentración de masa del ácido ascórbico, la absorbancia de la solución del pigmento mostró una tendencia a la baja significativa, y los agentes reducfuertes también tuvieron un cierto efecto dañino sobre el pigmento [15]. Niu Shiquan et al. estudiaron la producción de pigmentos azules y encontraron que después de la adición de peróxido de hidrógeno, la absorbancia de la solución del pigmento se redujo drásticamente y luego se estabili, lo que indica que los oxidantes tienen un fuerte efecto destructivo sobre el pigmento [16]. Wang Xiaoting et al. estudió el pigmento de la cáscara de nogal verde y encontró que a medida que la concentración de peróxido de hidrógeno aumentó, la absorabsorcia de la solución de pigmento disminuyó y el color se aclargradualmente, lo que indica que los oxidantes tienen un cierto efecto destructivo sobre el pigmento [17].

2 métodos para mejorar la estabilidad de los colores naturales

La estabilidad general de los colores naturales es relativamente pobre, lo que limita enormemente el desarrollo y la aplicación de pigmentos naturales. Tomar ciertas medidas para mejorar la estabilidad de los colores naturales puede ampliar significativamente el alcance de su aplicación y lograr buenos beneficios económicos. Analizando y resumiendo los reportes de la literatura, los métodos actuales para mejorar la estabilidad incluyen principalmente la adición de estabilizadores, microencapsulación, modificación de la estructura molecular del pigmento, y mejorar el ambiente de procesamiento y almacenamiento del pigmento.

Adición de los estabilizadores

Según amplios informes dela literatura, la adición de una cierta cantidad de sustancias químicas especiales durante el procesamiento y almacenamiento de los colorantes naturales puede retrasar la decoloración de los colores naturales y mejorar su estabilidad. En la actualidad, las sustancias químicas que se pueden utilizar son antioxidantes y conservantes.

Antioxidantes tales como− -carotenoEl ácido ascórbico y el ácido eriteróbpueden retrasar la decoloración de los colores naturales y mejorar su estabilidad, haciéndolos más fáciles de conservar. Sun Hong, Male, y otros encontraron que tanto el betacaroteno como el erittorbato de sodio tienen un efecto protector sobre el pigmento rojo de arroz de levadura roja, con el efecto protector del betacaroteno >. Erithorbato de sodio [18]. También se ha informado que la adición de la cantidad correcta de ácido ascórbico puede mejorar la estabilidad de la betaxantina [19]; De manera similar, la adición de ácido isocitrico también puede mejorar la estabilidad de la betaxantina, pero el ácido ascórbico tiene un mejor efecto estabilisobre el pigmento que el ácido isocitrico.

Además, diferentes estabilizadores también se pueden utilizar en combinación para formar un complejo agente de protección de color para mejorar la estabilidad de los colores naturales. Xu Chengjian et al. encontraron que la combinación estabilizadora de ascorbato de sodio + ácido cítrico + vitamina B puede mejorar la estabilidad de los colores naturales en el trigo coloreado. Después de calentar durante 1 h, la tasa de retención del pigmento es tan alta como 96,3%, y la solución del pigmento tiene una buena estabilidad [20]. El d-isoascorbato de sodio y el benzoato de sodio pueden mejorar la estabilidad del betalano. Cuando los dos se mezclan en diferentes proporciones para formar un agente de protección de color complejo, también puede 3%, y la solución del pigmento era estable [20]. El eritrobato de sodio y el benzoato de sodio pueden mejorar la estabilidad del betalano. Cuando los dos se mezclan en diferentes proporciones para formar un agente de protección de color complejo, la estabilidad de betalain también se puede mejorar significativamente. Entre ellos, la combinación de 0,5% de eritorbato de sodio y 0. El benzoato sódico de 0,05% es la mejor combinación, y la tasa de retención de color es 60% más alta que cuando no se utilizan aditivos, lo que es un resultado significativo [21].

2.2 microencapsulación

Las microcápsulas son pequeños contenedores con una membrana de polímero. La tecnología de microencapsulación involucra la incorporación y encapsulación de un sólido o líquido específico en una microcápsula para formar un producto de partículas sólidas. Esta tecnología aísla la sustancia incrustdel entorno externo, lo que puede causar inestabilidad, y libera la sustancia incrustsólo bajo ciertas condiciones, mejorando así la estabilidad de la sustancia [22]. En términos de mejorar la estabilidad de los colores naturales, la tecnología de microencapsulación tiene las ventajas de reducir la difusión de pigmentos en el medio ambiente, debilitar la influencia del medio ambiente externo sobre los pigmentos, y mejorar la solubilidad de pigmentos poco solubles [23]. Estas características pueden mejorar eficazmente la estabilidad de los colores naturales y ampliar el alcance de su aplicación.

Zhou Danhong et al. estudiaron el pigmento rojo amaranto y encontraron que el uso de goma aráará, ciclodextrina y sacarosa (1:1:1) como material de parojocompuesto y microencapsuldel pigmento puede mejorar la estabilidad del pigmento y extender el tiempo de almacenamiento [24]. Zhaofang Liu y otros encontraron que microencapsular el pigmento con almidón microporoso y gelatina como material de pared, con el pigmento de piel de naranja como material de núcleo, puede mejorar la estabilidad del pigmento a la luz, temperatura, pH, etc. [25]. Aizhi Han y otros encontraron que el uso de goma arábiga y ciclodextrina como material de pared y secado por pulveripara encapsulantocianinas que pueden reducir el impacto de las condiciones externas en las antocianinas y mejorar su estabilidad [26]. Ravichandran et al. encontraron que la microencapsulación de betalano usando goma xantana como material encapsuly el secado por pulveripuede mejorar la estabilidad del pigmento [27]. Hu Tingting et al. encontraron que la microencapsulación mejora la estabilidad de astaxantina en soluciones acuosas y no afecta a la actividad biológica del pigmento [28]. Además, al microencapsular pigmentos naturales, se pueden añadir algunos antioxidantes para mejorar la estabilidad de los pigmentos [29].

Los estudios anteriores demuestran que la tecnología de microencapsulación es un método relativamente eficaz para mejorar la estabilidad de los colores naturales.

Además, la tecnología de encapsultambién puede mejorar hasta cierto punto la estabilidad de los pigmentos. La tecnología de encapsulación se refiere a la encapsulación completa o parcial de una molécula en otra para formar una cápsula molecular. Debido a su estructura especial de "hidrófila exterior e hidrfóbica interior" y sus excelentes propiedades no tóxicas, la ciclodextrina se puede utilizar para encapsular una variedad de objetos. Por lo tanto, el uso de métodos adecuados para preparar el complejo de inclusión puede mejorar algunas de las propiedades del objeto. Por ejemplo, Stella et al. estudió betalain y encontraron que encapsular el pigmento con ciclodextrina para formar un complejo puede mejorar la estabilidad del pigmento [30].

2.3 modificación de la estructura molecular del pigmento

La modificación estructural de los grupos inestables de moléculas de colores naturales puede mejorar eficazmente la estabilidad, el poder colory la solubilidad de los colores naturales, y tiene buenas perspectivas de aplicación. Yang Yun utilizó la modificación de iones metálicos para convertir la ruidosida a su sal metálica, mejorando efectivamente el valor colorimétrico y la estabilidad del pigmento [31]. Wang Xiaoshan encontró que la modificación de la estructura de la clorofila mediante la sustitución del átomo central de magnesio con cobre y la hidrolización del grupo éster a un grupo carboxilo libre para formar clorofila de cobre puede mejorar eficazmente la estabilidad de la clorofila [32]. Además, Donald K y otros encontraron que la modificación de acilación de los colores naturales, como el uso de células de zanahoria para el cultivo de antocianinas, yla adición de ácido de estireno y otros ácidos aromáticos durante el proceso de cultivo, dio lugar a nuevas antocianmonoaciladas. El grupo acilo de la antocianina acilada tiene una mejor interacción con el cromóforo, mejorando así la estabilidad de la antocianina [33].

La estabilidad de los pigmentos está estrechamente relacionada con su estructura química. Para mejorar la estabilidad de los colores naturales, lo mejor es empezar con la relación entre la estabilidad y la estructura de los colores naturales y modificar la estructura molecular de los colores naturales para lograr el objetivo de mejorar la estabilidad de los colores naturales. Sin embargo, en la actualidad, la investigación sobre la estructura química de muchos pigmentos naturales y el mecanismo de decoloración y decoloración de los colores naturales no es muy clara, por lo que todavía hay muchas limitaciones en la promoción y aplicación de este método.

2.4 mejora del entorno de procesamiento y almacenamiento de pigmentos

Numerosos informes lo han demostradoColores naturalesSon altamente estables en entornos como oscuridad, baja temperatura y envasado al vacío. Por lo tanto, durante el procesamiento y almacenamiento de los colores naturales, deben utilizarse en la medida de lo posible métodos como el envasado al vacío, a baja temperatura y oscuro [34]. Wu Jingping estudió el pigmento rojo fresa y encontró que es relativamente estable a bajas temperaturas, mientras que las altas temperaturas promueven su degradación [35]. Zhao Zhenzhen estudió el pigmento rojo de la fruta del dragón y encontró que es relativamente estable en la oscuridad, mientras que la luz solar o la luz natural interior puede hacer que se desvance [36].

Oxidantes, iones metálicos, etc también pueden afectar a la estabilidad de muchos colores naturales, por lo que el contacto con estas sustancias también debe evitarse durante el procesamiento y almacenamiento de estos colores naturales. Los oxidantes como H 2 O2 pueden causar que los colores naturales alifáticos se desvíen rápidamente, lo que muestra que los colores naturales alifáticos tienen una capacidad antioxidante muy pobre. Debe evitarse el contacto con sustancias oxidantes durante su tratamiento [37]. Los pigmentos rojos de remolacha son sensibles a los iones metálicos. Iones metálicos como Cu2+ y Fe3+ pueden cambiar el color del pigmento, decolorar la solución o hacer que el pigmento se descolore [38]. Por lo tanto, se debe evitar el contacto con estos iones metálicos durante el procesamiento y almacenamiento del pigmento.

Los colores naturales aromáticos y los colores naturales alifáticos difieren por su modo de acción, su comportamiento y sus principales factores de influencia. Por ejemplo, la pérdida de color de los colores naturales aromáticos es causada principalmente por la redisposición estructural o la reacción con iones metálicos para formar complejos, mientras que la pérdida de color de los colores naturales alifáticos es causada principalmente por la redisposición hidrolítica o la oxidfotoquímica. Los factores que influyen en la estabilidad de estos dos tipos de colores naturales son diferentes. Los colores naturales aromáticos son susceptibles a factores como el pH y los iones metálicos, mientras que los colores naturales alifáticos son susceptibles a factores como la luz y el oxígeno. Por lo tanto, las precauciones a tomar durante el procesamiento, transporte y almacenamiento también son diferentes. Las propiedades complementarias de los colores naturales aromáticos y los colores naturales alifáticos también se pueden utilizar de forma coordinada para mejorar la estabilidad de ambos. Además, la inestabilidad de diferentes pigmentos a veces puede manifestarse de maneras muy diferentes en las mismas circunstancias. Aprovechar estas diferencias también puede mejorar la estabilidad de los pigmentos. Por ejemplo, mezclar ruósidos y antocianinas puede sintetizar pigmentos con mayor estabilidad.

Además, se pueden tomar medidas como la circulación a baja temperatura, el calentamiento a baja temperatura y el desarrollo de materiales de embalaje especiales para eliminar el impacto de diversos factores externos adversos en la estabilidad de los pigmentos naturales.

3 perspectivas

Los colores naturales tienen las ventajas de una alta seguridad y una amplia gama de fuentes. Como las personas prestan cada vez más atención a la salud, el desarrollo y la utilización de los colores naturales y la mejora de su estabilidad se han convertido gradualmente en centros de investigación.

En la actualidad, se están investigando y desarrollando muchos tipos de colores naturales, pero hay muy pocos estudios sobre métodos para mejorar la estabilidad de los colores naturales. En general, la estabilidad de los colores naturales se mejora mejorando el entorno de procesamiento, almacenamiento y transporte, añadiendo estabilizadores y microencapsulación. La investigación se limita al impacto de las condiciones externas sobre la estabilidad de los colores naturales, pero raramente incluye el estudio de la cinética química, ni vincula la estructura química de los pigmentos naturales a sus procesos de reacción. Esto no resuelve el problema de raíz y por lo tanto no mejora la estabilidad de los colores naturales. Por lo tanto, en futuras investigaciones, la composición y estructura química de los pigmentos naturales deben ser analizadas lo más claramente posible, y las causas de la inestabilidad de los pigmentos deben ser fundamentalmente exploradas y mejoradas, con el fin de mejorar la estabilidad de los colores naturales y ampliar su ámbito de aplicación.

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