Estudio sobre el coloralimentario azul Natural en China

Pigments are substances that can color the object being dyed. They are also known as colorants and have a wide range of applications in production, life, and scientific research. The history of pigment development and application around the world is also very long. Since the British W. H. Perkins synthesized the organic pigment aniline violet for the first time in the world in 1856, synthetic pigments have dominated the pigment market due to their excellent performance, low price, and ease of use. However, since countries or institutions such as the United Kingdom (1967), the United States (1973), and the World Health Organization (1984) have successively questioned the safety of synthetic pigments (tar pigments) on the human body, and there have been more and more reports on the research of the hazards of pollutants such as arsenic and lead that may be brought in during the synthesis process, the variety of products using these pigments in various countries is gradually decreasing. The number of synthetic food colors permitted for use in China has also been reduced from more than 30 in the past to 10 at present, and the rapid development of natural pigments will be an inevitable trend [2].

Pigmentos naturales generally refer to pigments made by using substances that exist in nature (such as plant and animal materials) or secondary metabolites produced by cultivation methods and undergoing certain processing. Due to their advantages of being safe and reliable, non-toxic and having no side effects, natural hues and versatility, they have been widely used with the development of the food industry, pharmaceutical industry, daily chemical industry and aquaculture industry. Currently, 43 types of natural pigments are permitted for use in food in China. Natural pigments have already dominated the food coloring market and are growing at a rate of 10% per year [3]. The raw materials for processing natural pigments come from a wide range of sources (from animals and plants, microorganisms, minerals, etc.), and there are many types (as of 2004, there were about 600 recorded types [4]).

Sin embargo, los pigmentos naturales hechos de estos materiales son principalmente tonos rojos y amarillos, y los pigmentos azules son muy raros. A menudo se mencionan en la literatura con palabras tales como "precioso", "muy pocos" y "raro" [5-7]. Entre los 56 pigmentos enumerados en China's GB2760-2007 "estándares higiénicos para el uso de aditivos alimentarios", sólo hay dos pigmentos azules: pigazul gardenia y ficocianina (es decir, pigblanco de huevo azul de algas). El azul es uno de los tres colores primarios y se puede utilizar para mezclar una variedad de tonos. Sin embargo, los pigmentos azules naturales son escasos en los mercados nacionales e internacionales debido a su rareza. Por lo tanto, la investigación activa y el desarrollo de pigmentos azules naturales es de gran importancia práctica y tiene una perspectiva de mercado atractiva [8].

1 fuentes naturales de pigmentos azules naturales

Pigmentos de color azul Natural are rare among natural pigments, and their natural sources are also very limited. Organic natural Pigmentos de color azul are mainly derived from plants and microbial materials. The leaves of plants in the genus Indigofera, such as indigo, tea blue, horse blue, Wu blue and woad, can be used to make indigo dye [4]. Gardenia blue is made from gardenia glycoside in the fruits of Gardenia jasminoides [8]. Plant sources such as Ophiopogon japonicus fruit [9–10], Peristrophe baphica [11], Brassica oleracea [12], and purple and blue-grained wheat seeds [13] are used to produce the corresponding blue pigments. Although it has been reported that genetically modified cotton and genetically modified roses can produce blue pigments, these genetically modified plant materials cannot be used to produce natural blue pigments at present due to their rare sources [14–15]. Algae such as spirulina, cyanobacteria and chlamydomonas can be used to produce algin blue pigments [16-18]. The oyster shell algae Haslea ostrearia can produce the blue malachite pigment, which increases the economic value of oysters [19]. Garlic (Allium sativum) can turn green after being pickled in vinegar, and blue pigment can be isolated [20-21]. Some microorganisms such as Streptomyces sp., Pseudo- monas sp., Pseudoalteromonas sp., Duganella sp., Aureobasidium sp., purple non-sulfur bacteria, etc., can produce different kinds of blue pigments during growth using a culture medium. Some genetically engineered strains can produce indigo blue pigments [22-23].

2 estructura y color de los pigmentos azules naturales

Although natural blue pigments are similar in hue, their color-producing mechanisms are different. Ultimately, the different color-producing mechanisms are determined by differences in the chemical structure or spatial structure of the pigment molecules. The molecular structures of natural blue pigments prepared from different raw materials or by different methods may be different, and the physical and chemical properties and application scope of the pigments may also differ accordingly. The structures and related properties of common natural blue pigments are shown in Table 1.

El rango de pH en el que la rubixantina se vuelve azul es muy estrecho, por lo que técnicamente no puede ser considerado un pigmento azul natural.

3 pigmentos azules naturales microbianos

Aunque la mayoría de los pigmentos azules naturales todavía se producen actualmente a partir de materiales animales y vegetales, la disponibilidad de estos materiales está limitada por factores como la estación, el clima y el lugar de origen, por lo que los pigmentos azules naturales son muy limitados en el suministro y por lo tanto caros y difíciles de usar. Los microorganismos crecen rápidamente, y hay una gran cantidad de especies en la naturaleza que pueden producir pigmentos. El uso de recursos microbipara producir pigmentos naturales básicamente no está limitado por los recursos, el medio ambiente, el tiempo o el espacio, y por lo tanto tiene ventajas que son inigualal utilizar materiales de origen vegetal o animal para producir pigmentos naturales. El uso de microorganismos para producir pigmentos naturales eventualmente se convertirá en la principal fuente de pigmentos naturales [24].

The use of microbial fermentation methods to produce a variety of natural pigments such as blue pigments and red yeast pigments has also become a reality [25]. In fact, the production of the main natural blue pigments on the market currently requires the participation of microorganisms. For example, the preparation of indigo blue pigments and gardenia blue pigments requires the participation of microorganisms in the fermentation process, while the cyanobacteria, spirulina, and chlorella that produce phycocyanin pigments are themselves microorganisms. In addition, there are still many microorganisms in nature that can produce natural blue pigments, but most of the work on using microbial fermentation to produce natural blue pigments is still at the laboratory stage [7]. There is still a long way to go before the industrial production of natural blue pigments using these microorganisms directly fermented culture medium can be realized. The reported blue pigment-producing microorganisms and their pigment-related properties are shown in Table 2.

La investigación sobre la utilización de microorganismos para producir pigmentos azules abarca principalmente varios aspectos: 1. Detección e identificación de microorganismos productores de pigazul; 2. Determinación de las propiedades fisicoquímicas y algunas propiedades toxicológicas del pigmento azul, tales como los efectos de la temperatura, luz, pH, iones metálicos, oxígeno, compuestos complejos y aditivos sobre la estabilidad del pigmento; Las propiedades espectroscópicas del pigmento azul, su capacidad antioxidante y reduc, actividad antibacteriana, (cáncer) citotoxicidad, y la capacidad de eliminar los radicales libres; 3. Screening y optimización de medios de cultivo de pigmento azul de fermentación. La estructura molecular de algunos pigmentos azules y los mecanismos metabólicos de los microorganismos productores de pigazul a nivel fisiológico, bioquímico y molecular aún no están claros. Con el fin de guiar mejor la producción industrial, se necesita una gran cantidad de investigación en profundidad para proporcionar una base teórica para el desarrollo industrial de pigmentos azules de fermentación microbiana.

4 extracción, separación y post-procesamiento de pigmentos azules naturales

El pigmento azul Gardenia y el pigmento azul de algas son los dos pigmentos azules dominantes en el mercado de los colores alimentarios naturales. Las cianobacteriy las algas rojas son las dos principales fuentes de pigmentos azules de algas, siendo la espirulina la materia prima preferida y más rentable para la producción de pigmentos azules de algas. Los métodos de procesamiento utilizados para liberar pigmentos azules de algas de las algas son en su mayoría la adición de inhibide corrosión, seguido de (ultra) baja temperatura de congelación y descongelación, y luego homogenei[17,40], o el uso de una combinación de disolución enzimy homogeneia alta presión para romper las células de algas [39]. Para algas más grandes como Nostoc, la homogeneise lleva a cabo utilizando un homogeneide tejido de alta velocidad, seguido de una lisis enzim(logra través de la fermentación microbiana y la autólisis de las algas) [18]. Las ficobiliproteínas en el homogenato celular pueden ser separadas y puriusando cromatode columna de gel de sí[17] o extrayendo primero los pigmentos amarillos usando fluido supercrítico de CO2 y luego usando un extractante acuoso para separar y purilas ficobiliproteínas [41].

The purified phycocyanin is vacuum-concentrated, and then freeze-dried or spray-dried to obtain a dry pigment powder. Microencapsulation before drying can improve the heat resistance of the pigment [18]. There are currently two processes for preparing gardenia blue pigment from gardenia fruit powder: one is a one-step process in which gardenia blue pigment is produced by fermenting gardenia fruit powder aqueous extract with an enzyme-producing strain; the other is a two-step process in which gardenoside is first separated and concentrated from gardenia fruit powder aqueous extract, and then gardenia blue pigment is produced by enzymatic reaction.

El primer proceso produce gardenia Blue con un color opaco y bajo valor de color. Es difícil separar y purificar el producto en una etapa posterior, y el rendimiento es bajo. El segundo proceso resuelve mejor estos problemas [42-43]. La Gardenin se encuentra en el líquido residual que queda después de que el pigamarillo gardenia se extrae de la infusión de agua en polvo de la fruta gardenia utilizando una resina de adsormacroporosa (como HPD100). El líquido residual se concentra y enriquutilizando técnicas como la filtración por membrana (microfiltración (0. 1 μm) clariy nanofiltración (concentración de 100 Dalton) [44], extracción de doble fase [45], y cromatode contracorcorriente de alta velocidad (HSCCC) [46] para preparar el pigmento azul gardenia de alta calidad. El pigmento preparado es puriy refinado por técnicas tales como ultrafiltración [47], cromatode columna de derivado de quitosano [44], o (D301) cromatode columna de resina de adsormacroporosa [48].

Debido a las desventajas comunes de la mala estabilidad y la fácil degradación de los pigmentos naturales, la investigación dirigida a mejorar la estabilidad de los pigmentos naturales está aumentando. El pigmento soluble en agua gardenia Blue fue esterificado con anhídride acético para obtener un pigmento hidrófobo gardenia Blue, que amplía su rango de aplicación y también mejora su estabilidad en cierta medida [49-50]; La resistencia al calor y a la luz del pigmento azul de col púrpura fue significativamente mejorada después de ser acilado con ácido ferúlico y ácido salicílico [51], pero en general, todavía hay pocos estudios sobre la modificación de los pigmentos azules naturales.

5 Las perspectivas

Entre los 43 pigmentos naturales permitidos para su uso en China#39;s current GB2760-2007 edition of Hygienic Standards for Uses of Food Additives, there are only two kinds of blue pigments: gardenia blue pigment and Espirulina pigmento azul. China's la producción de gardenia y espirulina seca ocupa el primer lugar en el mundo [16,42], pero la calidad del pigmento azul gardenia chino está todavía 20 años por detrás de la de Japón, al nivel de la década de 1980. Gardenia red está en el mercado de Japón desde hace 25 años, pero China sigue en blanco [8]. Aunque el 98% del pigmento gardenia Blue producido en China se exporta actualmente, la producción total de pigmentos azules naturales en China no es alta, y la oferta de tales pigmentos en China sigue siendo escasa [46].

Frente al enorme mercado de pigmentos naturales que está creciendo a una tasa del 10% anual, el desarrollo de pigmentos naturales en China se enfrenta a problemas tales como la falta de variedades de pigmentos, una relativa falta de fuentes, y los altos costos [52]. En vista de ello, el enfoque en el futuro debería centrarse en las siguientes áreas: 1. Mejorar los procesos de producción y estándares técnicos, aumentar la producción y calidad de pigmentos azules, promover la transformación de productos de gama baja en productos de gama alta y aumentar el valor añadido de los productos. 2. Utilizando las materias primas existentes para desarrollar nuevos pigmentos naturales, como gardenia red. En tercer lugar, se da gran importancia a la investigación y utilización de los recursos microbinaturales para el pigmento azul, y se desarrollan nuevas cepas de pigmento azul para tomar la iniciativa en la investigación internacional sobre los pigmentos azules naturales. Esto es de gran importancia para cambiar la situación en la que los pigmentos azules naturales producidos a partir de materiales de origen animal y vegetal no pueden satisfacer la demanda del mercado.

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