Estudio sobre el coloralimentario azul Natural en China

Los pigmentos son sustancias que pueden colorear el objeto a teñir. También son conocidos como colorantes y tienen una amplia gama de aplicaciones en la producción, la vida, y la investigación científica. La historia del desarrollo y aplicación de pigmentos en todo el mundo también es muy larga. Desde que el británico W. H. Perkins sintetizel pigmento orgánico violeta de anilina por primera vez en el mundo en 1856, los pigmentos sintéticos han dominado el mercado de pigmentos debido a su excelente rendimiento, bajo precio y facilidad de uso. Sin embargo, desde que países o instituciones como el Reino unido (1967), los Estados Unidos (1973), y la organización mundial de la salud (1984) han cuestionsucesivamente la seguridad de los pigmentos sintéticos (pigmentos de alquitrán) en el cuerpo humano, y ha habido más y más informes sobre la investigación de los peligros de contaminantes como el arsénico y el plomo que pueden ser introducidos durante el proceso de síntesis, la variedad de productos que utilizan estos pigmentos en varios países está disminuyendo gradualmente. El número de colorantes alimentarios sintéticos permitidos en China también se ha reducido de más de 30 en el pasado a 10 en la actualidad, y el rápido desarrollo de pigmentos naturales será una tendencia inevitable [2].

Los pigmentos naturales generalmente se refieren a pigmentos producidos mediante el uso de sustancias que existen en la naturaleza (tales como materiales de plantas y animales) o metabolisecundarios producidos por métodos de cultivo y sometidos a cierto procesamiento. Debido a sus ventajas de ser seguros y fiables, no tóxicos y no tener efectos secundarios, tonos naturales y versati, han sido ampliamente utilizados con el desarrollo de la industria alimentaria, industria farmacéutica, industria química diaria e industria acuícola. Actualmente,43 tipos de pigmentos naturalesSe les permite su uso en alimentos en China. Los pigmentos naturales ya han dominadoMercado de colorantes para alimentosY están creciendo a un ritmo del 10% anual [3]. Las materias primas para el procesamiento de pigmentos naturales provienen de una amplia gama de fuentes (de animales y plantas, microorganismos, minerales, etc.), y hay muchos tipos (a partir de 2004, había alrededor de 600 tipos registrados [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

Los pigmentos azules naturales son raros entre los pigmentos naturalesY sus fuentes naturales son también muy limitadas. Los pigmentos azules naturales orgánicos se derivan principalmente de plantas y materiales microbi. Las hojas de las plantas en el género Indigofera, tales como índigo, azul de té, azul de caballo, azul de Wu y woad, se pueden utilizar para hacer coloríndigo [4]. Gardenia Blue está hecho de glucósido de Gardenia en los frutos de Gardenia jasminoides [8]. Fuentes de plantas como la fruta Ophiopogon japonicus [9-10], Peristrophe baphica [11], Brassica oleracea [12], y semillas de trigo de grano púrpura y azul [13] se utilizan para producir la correspondientePigmentos de color azul. Aunque se ha reportado que el algodón genéticamente modificado y las rosas genéticamente modificadas pueden producir pigmentos azules, estos materiales vegetales genéticamente modificados no pueden ser usados para producir pigmentos azules naturales en la actualidad debido a sus raras fuentes [14-15]. Algas tales comoespirulinaLas cianobacteriy chlamydomonas se pueden utilizar para producirPigazul de algas[16-18]. La alga de concha de ostra Haslea ostrearia puede producir el pigmento azul malaquita, lo que aumenta el valor económico de las ostr[19]. El ajo (Allium sativum) puede volverse verde después de ser encurtido en vinagre, y el pigmento azul puede ser aislado [20-21]. Algunos microorganismos como Streptomyces sp., Pseudoalteromonas sp., Duganella sp., Aureobasidium sp., bacterias púrpuras sin azufre, etc., pueden producir diferentes tipos de pigmentos azules durante el crecimiento utilizando un medio de cultivo. Algunas cepas genéticamente modificadas pueden producir pigmentos azul índigo [22-23].

2 estructura y color de los pigmentos azules naturales

aunquePigmentos de color azul naturalSon similares en ton, sus mecanismos productores de color son diferentes. En última instancia, los diferentes mecanismos de producción de color están determinados por las diferencias en la estructura química o estructura espacial de las moléculas de pigmento. Las estructuras moleculares dePigmentos de color azul naturalPreparados a partir de diferentes materias primas o por diferentes métodos pueden ser diferentes, y las propiedades físicas y químicas y el alcance de aplicación de los pigmentos también pueden diferir en consecuencia. Las estructuras y propiedades relacionadas de los pigmentos azules naturales comunes se muestran en la tabla 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 mayoríaPigmentos de color azul naturalTodavía se producen actualmente a partir de materiales animales y vegetales, la disponibilidad de estos materiales está limitada por factores tales como la temporada, el clima y el lugar de origen, por lo que los pigmentos azules naturales son muy limitados en la oferta 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].

El uso de métodos de fermentación microbiana para producir una variedad de pigmentos naturales tales comoPigmentos de color azulY pigmentos de levadura roja también se ha convertido en una realidad [25]. De hecho, la producción de los principales pigmentos azules naturales en el mercado requiere actualmente la participación de microorganismos. Por ejemplo, la preparación de pigmentos azul índigo y pigazul gardenia requiere la participación de microorganismos en el proceso de fermentación, mientras que las cianobacteri, espirulina y Clorella que producen pigmentos de ficocianina son ellos mismos microorganismos. Además, todavía hay muchos microorganismos en la naturaleza que pueden producirPigmentos de color azul naturalPero la mayor parte del trabajo sobre el uso de la fermentación microbiana para producir pigmentos azules naturales está todavía en fase de laboratorio [7]. Aún queda un largo camino por recorrer antes de que se pueda realizar la producción industrial de pigmentos azules naturales utilizando estos microorganismos directamente en medios de cultivo fermentados. Los microorganismos que producen pigmento azul y sus propiedades relacionadas con el pigmento se muestran en la tabla 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 deMicroorganismos productores de pigmentos azulesA los niveles fisiológicos, bioquímicos y moleculares 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].

La ficocianina puripurificada se concentra al vacío, y luego se liofiliza o se seca en aerosol para obtener un pigmento seco en polvo. La microencapsulación antes del secado puede mejorar la resistencia al calor del pigmento [18]. Actualmente hay dos procesos para la preparación del pigmento gardenia Blue a partir de polvo de fruta gardenia: uno es un proceso de un solo paso en el que el pigpiggardenia Blue se produce mediante la fermentación de extracto acuoso de la fruta gardenia en polvo con una cepa productora de enzimas; El otro es un proceso de dos pasos en el que gardenoside primero se separa y se concentra a partir de extracto acuoso de gardenia, y luego el pigmento azul gardenia se produce por reacción enzim.

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 43Pigmentos naturales permitidos para su uso en China#39;sGB2760-2007 edición actual de normas higiénicas paraUso de aditivos alimentariosSólo hay dos tipos de pigmentos azules: pigmento azul gardenia yEspirulina 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 desarrollarNuevos pigmentos naturalesComo 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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