Estudio sobre pigmentos naturales

Pigments are inextricably linked to human life. As food additives, they give food an attractive color, and as dyes, they can dye textiles and other materials a beautiful color. Pigments can be divided into natural and synthetic pigments according to their sources. Natural pigments are natural coloring substances obtained by extracting and purifying plant, animal and microbial resources. Synthetic pigments refer to artificially synthesized pigments. It has been found that some synthetic pigments are harmful to human health and carcinogenic. In particular, the carcinogenic effect of some azo compound synthetic pigments is particularly obvious, such as 4-dimethylazobenzene, which can induce liver cancer.

Aunque los pigmentos naturales tienen desventajas como inestabilidad y descomposición bajo la luz y altas temperaturas, lo que limita enormemente su aplicación, se extrade plantas y animales, son seguros y no tóxicos, y tienen una buena actividad fisiológica. Los pigmentos de antocianina y los carotenoides 2-1 tienen el efecto de eliminar los radicales libres y prevenir la oxid. Las antocianinas también tienen el efecto del ácido ascórbico y mejorar la actividad espontánea y el aprendizaje y la memoria de los ratones en una dieta alta en grasas. 5, no sólo los pigmentos tienen una cierta actividad fisiológica cuando se usan solos, sino que la combinación de pigmentos también puede tener efectos que ningún pigmento puede tener. La combinación de antocianinas y luteína puede proteger el tejido retinide los diabéticos.

Por lo tanto, en los últimos años, la investigación, desarrollo y aplicación de pigmentos naturales se ha convertido en un tema candente. Japón e India han hecho que la investigación sobre tintes naturales forme parte del plan de cooperación técnica entre países en desarrollo del PNUD (programa de las naciones Unidas para el desarrollo). Se han celebrado dos simposiinternacionales, y los países de Europa y América se han centrado principalmente en el desarrollo de nuevos pigmentos naturales, las propiedades, la estabilidad y la extracción de pigmentos naturales. China también ha estado abogando por el uso preferencial de pigmentos naturales en los alimentos.

Después de más de 20 años de desarrollo, el país ha estandariy mejorado el manejo de pigmentos naturales como aditivos alimentarios en términos de desarrollo, producción y regulaciones de uso. En 2004, el volumen total de producción y ventas de pigmentos naturales fue de 211.013 millones de toneladas. El mercado mundial de pigmentos naturales está creciendo rápidamente al doble de la tasa de pigmentos sintéticos, y el reemplazo de pigmentos sintéticos por pigmentos naturales se ha convertido en una tendencia importante en el desarrollo de la industria de pigmentos. Por lo tanto, este artículo discute los pigmentos naturales desde varios aspectos, incluyendo su clasificación, principios de coloración, estabilidad, extracción y aplicaciones, con la esperanza de proporcionar una base para establecer mejor la dirección de investigación de los pigmentos naturales en el futuro.

1. Clasificación de pigmentos naturales

Natural pigments are natural coloring substances obtained by extracting and purifying plant, animal, and microbial resources. Natural pigments can be classified in various ways. For example, they can be classified according to their source into three main categories: plant pigments, animal pigments, microbial pigments, which can be divided into three categories according to their sources; according to their chemical structures, they can be divided into pyrrole pigments, carotenoid pigments, anthocyanin pigments, flavonoid pigments, quinone pigments, etc.; according to their solubility, they can be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments, etc.

Sin embargo, Zhang Shengwan, Liu Shuling7 y otros propuun "sistema binario" para los pigmentos naturales basado en un estudio de su estructura y comportamiento, es decir, un tipo es una clase de pigmentos grasos con una estructura conjugde cadena larga (ver figura 1). El otro tipo es un pigmento aromático con una estructura conjug(ver figura 2), como el pigmento rojo de la piel de la uva, el pigmento rojo de la piel del sorgo, el pigmento amarillo del cártamo, yel pigmento rojo rosado, etc., y señaló que la razón por la que los pigmentos de grasa tienen color es debido a sus largas estructuras conjugadas, y cuanto más estructuras conjughay, más oscuro será el color, lo que también puede conducir a un cambio al rojo del pico de absorción. Los pigmentos aromáticos tienen absorción principalmente en el rango de luz visible debido a sus estables estructuras aromáticas conjugy múltiples grupos hidroxilo fenó. Al mismo tiempo, los pigalifáticos se desvandebido principalmente a la oxidfotoquímica y el rearreglo hidrolítico, mientras que los pignaturales aromáticos cambian de color principalmente debido al rearreglo estructural. Este método de clasificación clasilos pigmentos estructuralmente y estudia el mecanismo de los pigmentos naturales que tienen color y decoloración mediante el estudio de la estructura. Esto logra una combinación de estructura y comportamiento.

2. Estabilidad de los pigmentos naturales

2.1 factores que influyen en la estabilidad de los pigmentos naturales

Los pigmentos naturales tienen las ventajas de alta seguridad y valor nutricional en comparación con los pigmentos sintéticos, pero tienen la desventaja de una estabilidad pobre. Zhu Beipei, Jin Yingshi y otros investigaron los efectos de factores como la temperatura, la luz, el pH, agentes reducy oxidantes en los pigmentos de arándano. Los resultados mostraron que los pigmentos naturales del arándano son resistentes al calor, resistentes a la luz y oxidativamente estables, pero son relativamente estables a los agentes reduccomunes, estables en condiciones ácidas, y descolorien en condiciones alcalinas. Sin embargo, Chen Cunshe, Dong Yinmao y otros, a través del estudio de tres pigmentos: el pigmento rojo del nabo, el pigmento rojo del tulipán yel pigmento amarillo del tulipán, concluyeron que entre estos tres pigmentos, el pigmento del tuliptiene buena resistencia a la luz y poca resistencia al calor, mientras que el pigrojo del nabo tiene poca resistencia a la luz. Los agentes reductores tienen un cierto efecto sobre la estabilidad de los pigmentos. El pigmento rojo tuliptiene una buena resistencia a la oxidy la reducción, mientras que el pigrojo rábano y el pigrojo tuliptienen las propiedades opuestas. El uso de los tres pigmentos naturales no se ve afectado por los azúcares.

Shi Haixiang, Zhong Shanmin 0 y otros estudiaron los pigmentos naturales del pomelo y concluyeron que los diferentes iones metálicos tienen diferentes efectos sobre los pigmentos, y los efectos de la concentración de iones metálicos también difieren. De los datos de investigación anteriores, se puede encontrar que la investigación actual sobre la estabilidad de los pigmentos naturales se centra en los factores que afectan a la estabilidad de los pigmentos individuales, y los factores que afectan y los resultados de los efectos también difieren dependiendo del pigmento. Qiao Hua, Zhang Shengwan y otros estudiaron la relación entre la estructura molecular de 16 diferentes tipos de pigmentos naturales y su estabilidad, y encontraron que si los pigmentos naturales se dividen en dos categorías: pigmentos naturales alifáticos y pigmentos naturales aromáticos, hay diferencias cualiten los tres aspectos de su comportamiento de rendimiento, mecanismo de acción, y los principales factores que afectan la estabilidad, hay diferencias cualiten los tres aspectos.

Los pignaturales alifáticos se desvanprincipalmente debido a la oxidfotoquímica y el rearreglo hidrolítico, mientras que los pignaturales aromáticos cambian de color principalmente debido al rearreglo estructural y la reacción con iones metálicos para formar complejos. La luz, la oxidy el aumento de la polaridad del medio son los principales factores que afectan a la decoloración de los pigmentos naturales alifáticos. Los pigmentos naturales alifáticos tienen poca resistencia a la luz y a la oxid. A medida que la polaridad del medio aumenta, la estabilidad de los pigmentos naturales alifáticos disminuye significativamente. La presencia de iones metálicos y los cambios en el pH son las principales causas de decoloración de los pigmentos aromáticos, mientras que la luz y la oxidtienen poco efecto. Esta investigación proporciona una base para la preservación de pigmentos naturales. Las precauciones para la conservación de los pigmentos alifáticos y aromáticos son diferentes. En primer lugar, debemos entender la estructura del pigmento a ser preservado, y luego conservarlo de acuerdo con las precauciones para la preservación de los pigmentos alifáticos y aromáticos.

2.2 métodos para mejorar la estabilidad de los pigmentos naturales

2.2.1 añadir aditivos alimentarios

Food additives such as malic acid, succinic acid, Ácido feruácidos ácidos ácidos ácidos, rutin, naringin, and paraben have a certain effect on improving pigment stability. Among them, the effects of succinic acid, ferulic acid, paraben, and naringin are stronger, and their combined use has a significant effect. Giulia Martellia²¹ and others have confirmed that high concentrations of sugar have good resistance to degradation of phycocyanin at high temperatures, and this property is independent of the type of sugar but is related to the concentration of sugar.

2.2.2 formación de complejos o compuestos de inclusión

La beta-ciclodextrina puede formar compuestos de inclusión con el pigpigalifático gardenia Yellow, que protege al pigmento gardenia Yellow. EDTA puede formar complejos con iones metálicos para eliminar el efecto de los iones metálicos en el pigmento. 3. El ácido cítrico puede formar compuestos estables con algunos iones metálicos, tales como iones de hierro, iones de cobre y iones de mangan, indirectamente juega un papel antioxidante, mejorando así la estabilidad del pigmento. El pigmento de antociande de caqui puede combincon flavonoides para formar complejos, profundizar el color del pigmento, y mejorar la estabilidad +.

2.2.3 añadir pigmentos auxiliares

La adición de metionina, triptófano, valina, tirosina y alanina puede aumentar la absorbancia de los pigmentos de caqui, y la estabilidad de los pigmentos también se mejora. La adición de ácido hidroxi co-pigmentos puede cambiar la longitud de onda máxima de absorción de los pigmentos por 2-5 nm, y como el contenido de ácido hidroxi co-pigmentos aumenta, la absorbancia de los pigmentos de casimmon también aumenta.

Otros métodos

Chen Xuehong 5 et al. mejoró significativamente la resistencia al calor y a la luz del pigmento por acilación del pigmento con ácido ferúlico y ácido salicílico. Esta reacción pertenece a la reacción de acilación de los pigmentos de antocianina, y las antocianaciadas exhiuna fuerte estabilidad a los cambios en el pH, tratamiento térmico, luz, etc. Il⁶-171. Además de acilación, la tecnología de procesamiento también se puede ajustar. De acuerdo con los factores que afectan a la estabilidad del pigmento, especialmente el pH, la estabilidad del pigmento puede ser garantizada mediante el control del pH del ambiente en el que se encuentra el pigmento. Algunas personas también utilizan almidón poroso como un adsorbente y microencapsulde curcumina con gelatina.

Los resultados muestran que la estabilidad de la curcumina microencapsulada a la luz, calor, pH, etc se ha mejorado significativamente. 1 8 1.

3. Investigación sobre el teñido con pigmentos naturales

Natural pigments are used in the food industry and increasingly in the textile industry because they are biodegradable, mostly non-toxic and have no side effects and do not pollute the environment.

3.1 fibras de proteínas de tinte

En la actualidad, la mayoría de los métodos de teñido de fibra de proteína incluyen tres tipos: teñido de lana, teñde de seda y teñpelo. Tome lana como ejemplo. Las macromoléculas de las fibras de lana se componen principalmente de cadenas polipeptídicas formadas por aminoácidos Unidos por enlaces peptídicos, que forman enlaces de sal, enlaces cruzados de disulfur, y enlaces de hidrógeno. Estos enlaces laterales espaciales se combinan entre sí por atracción molecular, enlaces de sal, enlaces disulfur, enlaces de hidrógeno, etc., para formar una estructura heliespacial relativamente estable. Llamado − -queratina. Bajo ciertas condiciones, cuando se somete a tensión, la cadena macromolecular se estira y se transforma en − -queratina. Después de que se elimina la tensión, bajo ciertas condiciones, vuelve a su estado original doblado - - queratina, y a veces incluso sufre sobrecontracción.

Yu Boling, Li Qingrong 9 and others found through research on dyeing experiments with 10 natural pigments such as gardenia, turmeric, natural brown, cocoa, tomato, red yeast, sorghum red, paprika red, tea and coffee that they are all ideal pigments for dyeing wool. The direct dyeing of soaping fastness can reach more than level 3. Turmeric and natural brown can be used with aluminum, iron and and natural brown use metals such as aluminum, iron and copper as mordant agents. The washing fastness can be increased to level 4, but the 10 pigments are relatively poor at dyeing silk compared to wool. It can be seen that although silk and wool are both protein fibres, the colouring mechanism of natural pigments on the two is different, resulting in the difference in the colour fastness to soap after the two are dyed. However, there is currently no literature reporting on the different principles of natural pigments for dyeing these two protein fibres, and research in this area will be of great significance for the study of the colouring principles of natural pigments.

Jia Yanmei [et al. exploraron los efectos de la temperatura, pH, tiempo de teñido, mordiente, etc. sobre el efecto del pigmento de arroz negro teñido de lana, y encontraron que el pigmento de arroz negro es más estable bajo condiciones ácidas, por lo que debe ser teñido bajo condiciones ácidas. Diferentes iones metálicos causarán que el pigmento de arroz negro produzca diferentes colores. Prolongar el tiempo de teñprofundizará el color del pigmento dentro de un cierto rango. El aumento de la temperatura es beneficioso para el teñido, pero una temperatura demasiado alta también hará que el pigmento se descompon. Li Qian 12 concluyó a través de la experimentación que las condiciones óptimas de teñido para teñseda con pigmento cúrcuma son pH = 4, temperatura de teñ70 grados, tiempo de teñ60 minutos, electrolito Na − SO − dosis 2g/L, clorde de tierras raras ricas en lantano dosis 2g/L, y el método post-mordant. Zhang Huan etal. 2 también verificque el loess natural (que contiene un gran número de iones metálicos como Ca²⁴, Fe² y Mg² y no iones de metales pesados como plomo, cobal, cromo y níquel) es un buen mordiente natural para teñir lana.

Wang Ru etal. [21 encontraron a través de experimentos que la hematoxilina y la catequina pueden teñir el cabello, y que la adición de diferentes iones metálicos puede producir diferentes colores. También estudiaron la cinética de adsory la termodinámica de la hematoxilen el cabello para explorar el mecanismo del proceso de tinción del cabello. Confirmaron que la adsorción de la hematoxilina en el cabello es espontánea, exotérmica, y el aumento de entropía, y que las bajas temperaturas son propipara la adsorde la hematoxilina en el cabello. Y cuando el cabello se tiñe con hematoxilina, si el tinte es ácido, la hematoxilreacciona principalmente con los grupos amino del cabello, y si es alcalina, reacciona con los grupos carboxilo. Bajo condiciones alcalinas, la estructura de la interacción entre el cabello y la hematoxilina es más estable. Aunque el pigmento de arroz negro, el amarillo de jengibre, el Umber, yel pigmento de catequina son diferentes pigmentos, los resultados de la investigación muestran que el teñido de los cinco pigmentos está relacionado con factores que afectan su estabilidad. Por lo tanto, la investigación para mejorar la estabilidad de los pigmentos naturales es de gran importancia.

3.2 teñido de fibras de celulosa

Las fibras de celul, tomando como ejemplo las fibras de lino, se encuentran en el bast de la planta de lino. En la sección transversal del taldel lino, de 30 a 50 fibras individuales se pegan juntas con un mucílago para formar un haz de fibras. Las fibras se superponen entre sí para formar una estructura de red en el bast. A partir de la estructura molecular del lino, es posible llevar a cabo al menos los dos tipos siguientes de reacciones químicas: un tipo está relacionado con el enlace glicosídico que une el residuo de glucosa a la estructura molecular del lino, que es principalmente la interacción del agente hidrolítico con el enlace glicosídico, que bajo ciertas condiciones hace que el enlace glicosídico se romp, reduciendo el peso molecular; El otro tipo está relacionado con los tres grupos hidroxilo libres en el residuo de glucosa en la estructura molecular del lino. Algunas personas utilizan la tecnología de modificación catiónica para modificar químicamente los iones reactivos de enlace a los grupos hidroxilo en la fibra, lo que hace que la superficie de la fibra se vuelva cargada positivamente.

The modified linen fabric is then dyed with Pigmento rojo de camote púrpura. The dyed fabric has good rubbing fastness, but the washing fastness is slightly worse2. Yu Fei et al. 2 used cationic groups such as quaternary ammonium salts, reactive tertiary ammonium salts, and reactive groups such as epoxy groups to react with the hydroxyl groups on the cotton fiber macromolecules under alkaline conditions, and used food coloring to dye the modified cotton fabric.  Los resultados muestran que la profundidad de teñido es alta, el reactivo es seguro, el proceso es sencillo y la alta velocidad de teñido también facilita la purificación del líquido residual de teñido. Se trata de un teñido eficiente, que ahorra energía y respeta el medio ambiente. También se ha encontrado que su mecanismo de tines similar al de los tintes ácidos en la lana - la fibra está conectada al modificador por un enlace éter, y el modificestá conectado al tinpor un enlace iónico, lo que da una alta resistencia.

3.3 teñido de fibras sintéticas

Puesto que muchos tintes naturales tienen muchos grupos hidroxilo y son altamente hidrófilos, mientras que las fibras sintéticas tales como el nily el poliéster son altamente hidrófobo, ha habido pocos informes de los tintes naturales que se utilizan en fibras sintéticas. Zeng Ke, Wang Xiangrong125 y otros han estudiado el teñido de la poliamida con pigmentos de la cáscara de la castaña, y han demostrado que los pigde de la cáscara de la castaña que tiñen las telas de la poliamida tienen el frobing bueno, el lavado y la solidez ligera, con grados generalmente alrededor de 4. También hay un cierto cambio en el tono de la tela teñida después del teñido con carbón.

4. Extracción de pigmentos naturales

Los pigmentos naturales se obtienen ahora principalmente de materiales vegetales y animales, principalmente por métodos convencionales como remojo, triturado y filtrado, lixiviación con disolventes orgánicos, extracción ultrasónica, extracción por microondas, métodos enzim, extracción supercrítica de CO₂, y sólo en los últimos años, el método de cromatode contracuenta de alta velocidad. Emulsion method 126]. La cromato127 de contracorriente de alta velocidad se basa en la distribución de una muestra entre dos disolventes miscibles complementarios. Los componentes individuales del soluto se separan de acuerdo a sus diferentes coeficientes de distribución durante el proceso de paso a través de las dos fases del solvente. En comparación con otras cromatode columna, la cromatode contracucorriente de alta velocidad no tiene los problemas de pérdida de adsorcausada por portadores sólidos, desnaturalización de la muestra, contaminación y distorsión de la forma del pico cromatográfico. Por lo tanto, en los últimos años, la cromatode contracorriente de alta velocidad ha sido ampliamente utilizada en la separación y preparación de productos naturales.

Método de emulsión [28] por polimerización en emulsión de ácido acrílico, acrilato de butilo, estireno, n-butanol, agua destilada, hidróxido de sodio y persulfato potásico, se sintetizun tipo de surfacpolimérico, y luego se extrajo una serie de pigmentos naturales liposolu. Este método no solo evita las desventajas de la extracción con disolvente orgánico, tales como alta toxicidad, alta contaminación y alto precio, sino que también asegura que la tasa de extracción no es inferior a la de la extracción con disolvente orgánico. Aunque la tecnología para la extracción de pigmentos de plantas y animales está bien desarrollada, el crecimiento y la reproducción de materiales de plantas y animales se ven afectados por factores como la estación, el clima y el lugar de origen, lo que resulta en materias primas insuficientes y precios altos.

In addition, compared with foreign pigment production, pigment production in China generally has higher costs and lower extraction efficiency. In the development and utilization of pigment resources, many units only focus on development and do not pay attention to protection, resulting in resource depletion. Therefore, the production of natural pigments from microbial resources has shown its advantages. Microbial production of natural pigments can overcome the shortcomings of using plants and animals as raw materials for natural pigments, while also achieving industrialized production to meet market demand. The current situation of microbial production of natural pigments is summarized as follows:

El pigmento amarillo es más estable que el azul, y la investigación preliminar ha concluido que los dos pigmentos no son tóxicos. Li Yiwei 30 descubrió una cepa que produce pigmento azul. A través del análisis de la morfo, características de cultivo y propiedades fisiológicas y bioquímicas de la cepa, se determinó que la cepa pertenece al género Streptomyces y fue nombrada Streptomyces zhuhaiensis. El pigmento azul producido es soluble en agua y estable a la temperatura, la luz solar, la mayoría de los iones metálicos, el ácido ascórbico y los reguladores de acidez. No tiene efectos secundarios tóxicos.

Wang Xiaodong estudió los pigmentos naturales en el mycelia de las cepas RCEF4585, aislado de Cordyceps sinensis, RCEF4337, aislado de Cordyceps bisporus, y RCEF4022, aislado de Cordyceps coralina. Se encontró que los extractos metanbrutos de las cepas RCEF4585 y RCEF4337 pueden producir un pigmento de hidroxiantraquinona. El principal compuesto pigmentante en el extracto de acetato de etilo crudo de RCEF4337 es C - OH - O -. Se juzga tentativamente que este compuesto es un nuevo compuesto. El extracto de micelio de la cepa RCEF4022 es una sustancia de antraquinona. Lou Zhihua [321 analizó el líquido de Phellinus linteus y preliminarmente identificó el pigmento producido por el líquido como un pigde antraquinona a través de técnicas tales como el desarrollo de color reactivo químico.

5. conclusión

Aunque actualmente hay una amplia gama de investigación sobre pigmentos naturales, dada la amplia variedad de pigmentos naturales, la mayor parte de la investigación actual se limita al estudio de un solo pigmento. Hay menos investigación sobre cinética, y se limita a la investigación cualitativa. La estructura química y el proceso de reacción no están vinculados entre sí, y el problema no puede ser resuelto fundamentalmente. También hay una falta de investigación exhaustiva sobre una clase de pigmentos. Por lo tanto, estos aspectos deben ser el foco de futuras investigaciones.

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