Estudio sobre el desarrollo de pigmentos naturales y colorantes naturales

Tanto los pigmentos naturales como los tintes naturales provienen básicamente de las mismas fuentes, la mayoría de las cuales se extraen de las plantas. Ambos usan pigmentos extraídos como el elemento utilizado, y son naturales, no tóxicos, inofensivos, ambientalmente amist, renovables, y no tienen contaminación. Entrando en el siglo XXI, los pigmentos naturales y tintes naturales se han convertido en los actores dominantes en el mercado internacional, creciendo a una tasa de más del 10% anual. Con la creciente demanda de un retorno a la naturaleza, es imperativo desarrollar pigmentos naturales y Colorantes coloranteses naturales seguros, económicos y eficaces.

1 visión general de los pigmentos naturales

Coloralimentario, también conocido como acolorantEs un aditivo alimentario muy importante en los alimentos. No solo da a los alimentos un aspecto colorido, estimula los sentidos y aumenta el apetito, sino que también da a las personas una sensación de belleza y es la base para evaluar la calidad de los alimentos. Los colorantes de alimentos se pueden dividir en colorantes naturales y colorantes sintéticos de acuerdo a su fuente.

1.1 antecedentes

A medida que la cantidad de colorantes sintéticos utilizados aumenta y como la sociedad se desarrolla y people's mejorar el nivel de vida, más y más personas se preguntan si el uso deColorsintético en los alimentosPuede suponer un riesgo para la salud humana. Al mismo tiempo, un gran número de informes de investigación han señalado que casi todos los colorantes sintéticos no proporcionan nutrientes al cuerpo, y algunos colorantes sintéticos incluso puede ser perjudicial paraSalud humana. Como resultado, people') se ha ido llamando poco a poco la atención sobre el tema de la seguridad. Como resultado, muchas regulaciones se han introducido en países de todo el mundo, como la fuerte reducción en el número de colores sintéticos aprobados en los Estados Unidos de 700 a 7. Sin embargo, la adulterde alimentos continuó durante muchos años. Junto con los medios de comunicación, que en los últimos años han sido críticos con los colorantes y la salud de los alimentos, han contribuido a Consumer ' Preocupación por los aditivos colorantes alimentarios. El colornatural comenzó a ser ampliamente utilizado comercialmente hace 25 años y desde entonces ha hecho un gran progreso. Consumidores y consumidores#39; El interés por los productos naturales desde el punto de vista de la salud ha impulsado la demanda de colorantes naturales en la industria alimentaria [1].

1.2 historia

La historia de añadir colorantes a los alimentos se remonta al antiguo EgiptoDonde los confiteros locales usaban extractos naturales y vino para mejorar el color de sus dulces alrededor de 1500 ac. A mediados del siglo XIX, una espellamada azafrán fue añadia ciertos alimentos con fines decor. Con la revolución Industrial, la industria alimentaria se desarrolló rápidamente. También se utilizaron compuestos minerales y metálicos como colorantes para disimular alimentos adultery de mala calidad. Los ejemplos más terribles incluyen: Pb3O4 y HgS fueron usados comoColorantes para queso y caram.Y el té ennegrecido podía ser recoorado con arsenato y luego vendido en el mercado. En 1860, el uso de colorantes en los postres causó dos muertes. Algunos productos químicos tóxicos también se utilizaron como colorantes en dulces y encur. En 1856, Sir W. illian Henry P. Erkin inventó el primer color sintético (mauvine). A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, aditivos de color no aprobados fueron ampliamente utilizados en variosAlimentos popularesEn los mercados europeos y americanos, incluyendo ketchup, most, jalea y alcohol. Más de 80 colores sintéticos aparecieron en el mercado, algunos de los cuales fueron utilizados en la industria textil, no en la industria alimentaria. Muchos colorantes alimentarios nunca han sido probados para efectos toxicológicos y otros efectos negativos. Desde 1900, un gran número de colores sintéticos se han producido utilizando anilina como materia prima, un producto tóxico del petróleo. Inicialmente, estos colores fueron llamados colores de alquitrán de hul, ya que la materia prima para la síntesis vino de carbón que contenía asfal. Los primeros pigmentos derivados de fuentes vegetales, animales y minerales todavía se utilizaban en los alimentos a principios del siglo XX, pero fueron gradualmente eliminados por los fabricantes impulsados por intereses económicos. Los pigmentos sintetizquímicamente son fáciles de producir, baratos, tienen muy buenas propiedades de coloración y se pueden utilizar en pequeñas cantidades sin impartir un sabor indeseable a la comida.

1.3 situación actual y perspectivas

Los pigmentos se encuentran en abundancia en frutas, verduras, semillas y raíces. Cada día consumimos grandes cantidades de diversos pigmentos en nuestra dieta, especialmente antocianinas, carotenoides (la naturaleza produce más de 1 millón de toneladas al año, de las cuales se ha confirmado la estructura de 600 especies) y clorofila. Los pigmentos naturales que ingerimos en nuestros alimentos todos los días son sólo una parte muy pequeña del total. Las propiedades físicas y químicas de los pigmentos naturales varían mucho. Muchos son sensibles a la oxid, los cambios de pH y la luz, y su solubilidad varía mucho. En la actualidad, 13 colores naturales están aprobados para su uso en Europa, mientras que los EE.UU. ha aprobado 26. Inicialmente se pensó que los colores naturales eran mucho menos estables que los colores sintéticos, más difíciles de usar y más caros.

Se estima que el 70% del mundo y#Las plantas 39;s no han sido completamente investigadas, y sólo el 0,5% han sido investigadas a fondo. Desde esta perspectiva, nuestra investigación sobre los colores naturales de los alimentos no ha hecho más que empezar. Sin embargo, en realidad, no es fácil desarrollar nuevos colores. Antes de que cualquier nuevo color pueda ser aprobado para su uso por la FDA y en Europa, debe someterse a una evaluación de seguridad, que toma mucho tiempo y dinero. Muchos colores no descubiertos pueden estar localizados en tierras y océanos no desarrollados, y es difícil desarrollarlos comercialmente. En vista de estas dificultades, la investigación actual sobre los colores naturales se centra en el desarrollo de los colores existentes, principalmente en las tres áreas siguientes: procesos de síntesis, técnicas de producción y fuentes alternativas de color. Estos enfoques han demostrado ser muy exitosos y han facilitado en gran medida el uso de colores naturales en la industria de alimentos y bebidas. Los fabricantes de alimentos son optimistas de que la mayoría de los colores naturales ofrecidos por los proveedores de color cumplen con los requisitos en términos de color, estabilidad y propiedades de uso.

2 visión general de tintes naturales

2.1 definición

Colorantes naturalesSon colorantes obtenidos de plantas, animales o recursos minerales que no han sido sintetizartificialmente y han sufrido poco o ningún procesamiento químico.

2.2 clasificación

(1) los tintes naturales pueden dividirse en tintes vegetales, tintes animales y tintes minerales según sus fuentes, siendo los tintes vegetales los principales. Los tintes de plantas incluyen la rubia, el woad, el zumaque, el añil, el cártamo, la granada, la gardenia amarilla, el té, el coneflower, la Yarrow, el caqui, la consuely el zumaque. Debido a las diferentes estructuras moleculares de los colorantes naturales, los métodos de teñido también varían mucho. Para fibras de proteínas y fibras de celul, los métodos de teñido incluyen principalmente el teñido libre de mordantes, el teñido primero y luego el mordanting, y el mordanting primero y luego el teñido. Para las fibras sintéticas, se dividen principalmente en teñido a presión atmosférica y teñido a alta temperatura y alta presión. El mejor proceso de teñido debe determinarse de acuerdo con la naturaleza del tinte. En particular, debe tenerse en cuenta que cuando el mismo tinte natural se tiñe con un mordiente diferente, la fibra teñida a menudo aparece de un tono diferente [2].

(2)Colorantes naturalesTienen una variedad de estructuras químicas, que se pueden dividir en siete categorías de acuerdo con la composición química: carotenoide, antraquinona, naftoquinona, flavonoide, curcuminoide, índigo y clorofila. Los tintes carotenoides llevan el nombre de la zanahoria, y tienen un largo doble enlace conju(un doble enlace) en su estructura. Son de color naranja, y los tintes principales son annatto y azafrán. Los tintes rojos contienen una estructura de antraquinona, y la mayoría de ellos se extraen de plantas, insectos o animales. Son conocidos por su buena resistencia a la luz. Los flavonoides son compuestos orgánicos incolor. La mayoría de los colorantes amarillos naturales son sustitude hidroxio metoxi de flavonoides o flavonoles.

(3) la clasificación por color se refiere a la clasificación de tintes naturales según el color de las fibras teñidas o de las telas: hay rojo, amarillo, azul, marrón y otros tintes naturales. Entre los tintes naturales que se han contado, el amarillo yel rojo son los más comunes, mientras que el azul, el verde yel negro son los menos comunes. Los tintes rojos no son tan abundantes en la naturaleza como tintes amarillos. La mayoría de los tintes rojos están ocultos en las raíces de las plantas, la corteza de los árboles o los cuerpos grises oscuros de los insectos. A pesar de las fuentes limitadas de tintes rojos, están presentes en grandes cantidades en las bases de color de una planta y por lo tanto son fáciles de extraer. El carmín, el tinte rojo natural más hermoso, se encuentra en el cuerpo del inseccarmín que parasita los cactus [3], pero los tintes rojos naturales más importantes y de uso común son el loco y el lac. El amarillo es el más vivo y el más abundante de todos los tonos que se encuentran en la naturaleza. Hay muchas más plantas que producen tintes amarillos que las que producen tintes de otros colores. El tinte de cúrcuma es un derivado de la cúrcuma yes uno de los tintes amarillos más famosos y vibrantes de origen natural. El añil ha sido uno de los principales y más utilizados tintes azules desde tiempos antiguos. Se extrae de las hojas de una planta que crece en Asia, África, Filipinas y los Estados Unidos. El tinte marrón de Catechu se extrae de la madera de un árbol llamado Catechu, que crece principalmente en la India.

2.3 historia de colorantes naturales

La leyenda cuenta que ya en la época del emperador amarillo, hace más de 4.500 años, la gente ya era capaz de utilizar jugos de plantas para teñir. Una fuerte evidencia de esto es que en 1959 los arqueólogos descubrieron hilos de seda teñidos en la tumba de la dinastía Yin en Wangyukou, Anyang, provincia de Henan. Esto muestra que la gente ya estaba tiñendo por lo menos hace 3.000 años durante la dinastía Yin. En ese momento, la gente usaba tintes naturales, principalmente jugos de plantas, y algunos también usaban sangre de insectos para teñir cosas. Durante miles de años, el pueblo chino ha utilizado ampliamente tintes de plantas. Han acumulado mucha experiencia, como el extracto de cúrcuma del jugo de jengibre, el extracto de cochinilla de los insectos cochinilla, y el extracto de madder de madder.

Desde que W. P. Erkin inventlos pigmentos sintéticos en 1856,Colorantes naturalesPoco a poco han perdido su importancia como tintes textiles debido a que su uso es lento y laborioso y no pueden ser preparados como productos listos para usar. Hoy en día, la mayoría de los tintes utilizados en el mercado son tintes sintéticos. Algunos colorantes sintéticos representan una amenaza para la salud humana. Entre los colorantes sintéticos, algunos azotinpueden descomponer en aminas aromáticas tóxicas, pentaclorofenol, y algunos colorantes son probables causar alergias de la piel. Si se usan tininapropiados en el proceso inicial de producción de ropa, puede representar un riesgo carcinogénico para el usuario. Los países de la UE han comenzado a legislar sobre la prohibición de los colorantes azoicos, y los textiles exportados están sujetos a estrictas inspecciones de certificación medioambiental. Alemania prohibió ciertos colorantes azoicos en 1996, después de haber encontrado que son cancerígenos, teratógenos y alergénicos. Por lo tanto, la gente ha vuelto su atención a los tintes "ambientalmente amist". La reintroducción de colorantes naturales respetucon el medio ambiente ha abierto oportunidades de negocio para que la industria textil utilice estos tintes para abrir nuevos mercados para productos teñidos de forma natural.

Los tintes naturales para plantas no solo no son tóxicos e inofensivos, sino que son realmente productos respetucon el medio ambiente. También tienen una amplia gama de beneficios de salud, atendiendo al consumidor moderno#39;s psicología del retorno a la naturaleza y el mantenimiento de una buena salud. Los tintes vegetales se elaboran a partir de materias primas como la medicina herbal China, las flores, el té y las frutas, que son exclusivas de China. Se refina a través de muchos procesos tales como trituración, remojo y cocción, y son tintes de plantas naturales puros. No contienen productos químicos, no son tóxicos e inofensivos, y los textiles y las prendas de vestir teñidas con ellos no causarán ningún daño a la salud humana.

2.4 ventajas de colorantes naturales

Las características del teñido natural son que además del tono natural, algunas plantas como la madder y el añil, etc., tienen efectos repelde insectos y antibactericuando se utilizan para teñtejidos con tintes naturales extraídos de ellos. Junto con el aroma natural de tejidos teñidos naturales, son muy populares entre los consumidores. Aunque los tintes naturales no pueden sustituir completamente a los sintéticos, tienen un lugar en el mercado y son cada vez más valorados por la gente, con amplias perspectivas de desarrollo. El mercado de productos textiles naturales es también un mercado enorme que todavía no se ha desarrollado completamente. Hacer pleno uso de estos recursos naturales requiere los esfuerzos concertados de muchas partes para desarrollar tecnologías, procesos y productos correspondientes.

Las principales ventajas de los colorantes naturales son que no son tóxicos e inofensivos, no alergénicos y no cancerígenos para la piel, y tienen una buena biodegradabilidad y compatibilidad ambiental. Sus colores son suaves, naturales y distintivos, y tienen amplias perspectivas de desarrollo en los campos de productos de seda de alta gama, ropa interior saludable, productos textiles para el hogar, productos decorativos y otros campos. En los últimos 10 años, el gobierno coreano ha gastado casi 1 millón de dólares estadounidenses en investigación y desarrollo de proyectos de tintura natural para promover el desarrollo de nuevas tecnologías ecológicas de tintura y acabado. En la actualidad, se han hecho grandes progresos en la investigación de la tecnología de extracción de tintes naturales, teñido de nivel y la mejora de la resistencia a la luz, y algunosExtracción de colorantes naturalesLos procesos se han industrializado. El desarrollo de tintes naturales no sólo es beneficioso para la protección de los recursos naturales y el medio ambiente ecológico, sino que también tiene amplias perspectivas de desarrollo para el desarrollo de algunos textiles de alto valor añadido [4-6].

2.5 perspectivas

China's investigación y aplicación de tintes naturales es similar a nivel internacional, a diferencia de otros campos industriales donde existe una gran brecha. El valor central de la aplicación de colorantes naturales es su seguridad y biocompatibilidad. Aunque actualmente no es realista comercializar y reemplazar completamente los tintes sintéticos, es necesario inyecnueva tecnología en la adquisición y teñido de tintes naturales, adoptar equipos modernos y acelerar el ritmo de industrialización. Se cree que los tintes naturales harán el mundo más colorido [7].

3 la conexión y la diferencia entre los pigmentos naturales y los tintes naturales

Los pigmentos naturales y los tintes naturales ambos vienen de básicamente la misma fuente, sobre todo plantas. Ambos son pigmentos extraídos utilizados como elementos, y son naturales. No son tóxicos, inofensivos y respetucon el medio ambiente. Pueden regenerarse y no contaminarse. La diferencia radica en los diferentes objetos de aplicación y requisitos, lo que resulta en una diferencia significativa entre los dos. Los pigmentos naturales se utilizan principalmente en la industria alimentaria, donde se requieren altos requisitos de seguridad. Algunos pigmentos vegetales no se pueden utilizar en la industria alimentaria o en la industria cosmética, como la calabblanca de agua, la cáscara de castaña y la bindweed. Los tintes naturales se utilizan principalmente para teñir textiles, y requieren lavabilidad, firmeza para frotar, y firmeza para lavar y jabón. Algunos pigmentos naturales no cumplen estos requisitos. Por ejemplo, carotenyantocianin, que se encuentran ampliamente enVerduras de colorY las frutas, son pigmentos naturales, pero no se adhibien a los textiles. Una vez lavados, los pigmentos desaparecen, por lo que no cumplen los requisitos de los colorantes naturales [8]. Los pigmentos naturales se pueden incorporar directamente en los alimentos para conseguir coloración. Sin embargo, muchos tintes naturales no son fáciles de teñir directamente y requieren la ayuda de mordientes para lograr el efecto deseado.

4 problemas en el proceso de aplicación y posibles soluciones

Aunque los pigmentos naturales (colorantes) tienen amplias perspectivas de desarrollo, actualmente no es realista comercializarlos y reemplazar completamente los pigmentos sintéticos (colorantes) porque hay muchos problemas con su aplicación.

4.1 problemas de abastecimiento de materias primas

Los tintes naturales son en su mayoría derivados de animales y plantas, lo que hace difícil producirlos de una manera estandari. Tomemos los tintes de plantas como ejemplo. Incluso para la misma planta, el lugar de origen, las condiciones climáticas y el momento de recolección afectarán la composición y el color del pigmento. Esto conducirá inevitablemente a una pobre reproducibilidad del teñido. Los tintes naturales son difíciles de producir en grandes cantidades. Dado que el contenido de pigmento de las plantas es relativamente pequeño, un gran número de plantas deben ser recogidas o cortadas para obtener suficiente tinte. Esto causará daños al medio ambiente ecológico, lo que contradice la intención original de utilizar tintes naturales para teñir, que es ser respetuoso con el medio ambiente y el medio ambiente. muchosColorantes naturales para plantastambiénRecursos de la medicina herbal ChinaCon alto valor medicinal y económico. Tampoco es económico utilizarlos para la extracción de tintes en grandes cantidades.

Una forma de resolver el problema del suministro de materia prima es utilizar métodos de bioingeniería para cultivar plantas. En la actualidad, utilizando métodos de bioingeniería, varias plantas como la consuely la rubia han sido cultivadas artificialmente. Debido a que el método de cultivo biológico puede acelerar enormemente el crecimiento celular, la producción de tintes naturales puede ser independiente de las plantas en la naturaleza, y la salida puede ser aumentada grandemente. En segundo lugar, el desarrollo de análogos de colorantes naturales también es de gran valor. Este tinte tiene la misma estructura que un cierto tinte natural y es un isómero. Al mismo tiempo, se produce por síntesis química, que tiene una alta pureza, un rendimiento estable, abundantes materias primas, no compite con los alimentos por la tierra, y puede ser producido a gran escala. Mientras no contenga impurezas nocivas tales como metales pesados, su seguridad no es un problema, y el coste es mucho más bajo que el de tintes extraídos naturalmente. Por lo tanto, vale la pena estudiar las variedades de tintes naturales con excelente rendimiento, determinando sus estructuras, y luego investigando sus métodos de síntesis, alcanzando gradualmente la producción industrial a gran escala, con el fin de reemplazar el cultivo y extracción de tintes naturales y tintes sintéticos con una seguridad cuestionable.

4.2 cuestiones de extracción y preparación

Los métodos tradicionales para la preparación de pigmentos naturales (tintes) incluyen la extracción de agua, destilación y cromatode columna. Las desventajas de estos métodos tradicionales son que las partículas de pigmento (tinte) obtenidas son grandes y la resistencia al color no es buena. Con el fin de mejorar la eficiencia de la extracción de pigmentos, los investigadores utilizaron etanol en lugar de agua como disolvente. Después de que la planta fue aplastada, se colocó en un recipiente hermético, el 95% de etanol por volumen se vertió en, y la mezcla se dejó macerdurante 24 horas. Después de 24 horas, la solución se vertió fuera, y el mismo etanol se utilizó para macerar durante otras 6 horas, repiel proceso dos veces. Finalmente, todas las soluciones fueron mezcl, filtr, y la solución resultante se utilizó como un licor de tinte. Este método es muy adecuado para malColorantes solubles. El efecto del teñido se puede mejorar al tratar la solución de teñido con ultrasonido y microondas [9-11]. Hay pruebas de que los experimentos de ultrasonido y microondas sobre el teñido de tejidos de algodón con tintes naturales en presencia de mordientes han demostrado que la oscilación de ultrasonido y microondas acelera la penetración del tinte y mejora la profundidad del teñido. Además, la aplicación de la tecnología de separación por membrana que combina la ultrafiltración y la nanofiltración a la purificación de pigmentos naturales (colorantes) también puede mejorar el efecto de teñido.

4.3 limitaciones para cambiar el rendimiento de la aplicación

Pigmentos naturales (colorantes)Tienen muy poca afinidad por las fibras textiles, lo que conduce a una mala resistencia al teñido, y es difícil cumplir con los requisitos, incluso con el uso de varios mordientes, especialmente la resistencia a la luz y la resistencia del jabón [12-14]. Los métodos tradicionales de teñido natural también tienen problemas como baja producción de color y largos tiempos de teñido. Además, la mayoría de los tintes naturales requieren el uso de mordientes durante el teñido, y la mayoría de los mordientes tradicionales contienen iones de metales pesados, muchos de los cuales están en la lista de sustancias prohibidas para textiles ecológicos. Por esta razón, los teñidores chinos han utilizado complejos raros de ácido cítrico de la tierra como mordants para los tintes naturales para teñir fibras de rami. Los iones de tierras raras pueden compliclos como iones centrales y como ligandos. Además, también tiene un efecto electrolítico similar y promueve el teñido. Después del tratamiento, la superficie de la fibra de celultiene poros de diferentes tamaños, de modo que los iones de tierras raras pueden entrar en la región no cristalina de la fibra e incluso en el borde de la región cristalina, formando un complejo multicomponente con las moléculas de tinte y las moléculas de celul, mejorando así la resistencia al teñido. La formación de este complejo sistema multicomponente permite que el tinte resista los cambios de color causados por las fluctuaciones en el pH de la solución [15-20].

5 conclusión

Los pigmentos naturales (colorantes) son queridos por la gente de todo el mundo por sus tonos naturales, propiedades repelde insectos y antibacterianas, y aromas naturales. Tienen un futuro brillante. Sin embargo, todavía no es realista comercializarlos y sustituir completamente tintes sintéticos. Hay que utilizar nuevas tecnologías para extraer y teñir pigmentos naturales (tintes), hay que utilizar equipos modernos y hay que acelerar la velocidad de la industrialización. Se cree que los pigmentos naturales (tintes) harán el mundo más colorido.

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