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 naturales seguros, económicos y eficaces.

1 visión general de los pigmentos naturales

Colorpara alimentos, also known as a colorant, is a very important food additive in food. It not only gives food a colorful appearance, stimulates the senses and increases appetite, but also gives people a sense of beauty and is the basis for assessing the quality of food. Food coloring can be divided into natural coloring and synthetic coloring according to its source.

1.1 antecedentes

A medida que la cantidad de colorantes sintéticos utilizados aumenta y como la sociedad se desarrolla y people's mejora el nivel de vida, cada vez más personas se preguntan si el uso de colorantes sintéticos en los alimentos puede 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 pueden ser perjudiciales para la salud 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 ' concern about Aditivo para colorantes alimentarioss. Natural coloring began to be widely used commercially 25 years ago and has since made great progress. Consumers' 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 la adición de colorantes a los alimentos se remonta al antiguo Egipto, donde 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 se usaban como colorantes para el queso y los dulces, y el té ennegrecido podía recoorarse con arsenato y luego venderse 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, los aditivos de color no aprobados fueron ampliamente utilizados en varios alimentos populares en los mercados europeos y estadounidenses, incluyendo el 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

Pigments are found in abundance in fruits, vegetables, seeds and roots. We consume large quantities of various pigments in our diet every day, especially anthocyanins, carotenoids (nature produces more than 1 million tons each year, of which the structure of 600 species has been confirmed) and clorofila. The natural pigments we ingest in our food every day are only a very small part of the total. The physical and chemical properties of natural pigments vary greatly. Many are sensitive to oxidation, pH changes and light, and their solubility varies greatly. Currently, 13 natural colors are approved for use in Europe, while the US has approved 26. Natural colors were initially thought to be far less stable than synthetic colors, more difficult to use and more expensive.

Se estima que el 70% del mundo y#39;s plants have not been fully researched, and only 0.5% have been thoroughly researched. From this perspective, our research on natural food colors has only just begun. However, in reality, it is not easy to develop new colors. Before any new color can be approved for use by the FDA and in Europe, it must undergo a safety assessment, which takes a lot of time and money. Many undiscovered colors may be located in undeveloped land and oceans, and it is difficult to commercially develop them. In view of these difficulties, current research into natural colors is focused on the development of existing colors, mainly in the following three areas: synthesis processes, production techniques and alternative sources of color. These approaches have proven very successful and have greatly facilitated the use of natural colors in the food and beverage industry. Food manufacturers are optimistic that most natural colors offered by color suppliers meet requirements in terms of color, stability and use properties.

2 visión general de tintes naturales

2.1 definición

Los tintes naturales son tintes obtenidos de plantas, animales o recursos minerales que no han sido sintetizartificialmente y han sido sometidos a 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) los colorantes naturales tienen una variedad de estructuras químicas, que se pueden dividir en siete categorías según su 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, los tintes naturales han perdido gradualmente su importancia como tintes textiles porque su uso es lento y laboriy 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, el teñido a nivel y la mejora de la resistencia a la luz, y algunos procesos de extracción de tintes naturales 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

Natural pigments and natural dyes both come from basically the same source, mostly plants. Both are extracted pigments used as elements, and are natural. They are non-toxic, harmless and environmentally friendly. They can be regenerated and are pollution-free. The difference lies in the different objects of application and requirements, which results in a significant difference between the two. Natural pigments are mainly used in the food industry, where high safety requirements are needed. Some plant pigments cannot be used in the food industry or cosmetics industry, such as water white gourd, chestnut shell, and bindweed. Natural dyes are mainly used for dyeing textiles, and require washability, rubbing fastness, and washing and soap fastness. Some natural pigments do not meet these requirements. For example, carotene and anthocyanin, which are widely found in colored vegetables and fruits, are natural pigments, but they do not adhere well to textiles. Once washed, the pigments are gone, so they do not meet the requirements of natural dyes [8]. Natural pigments can be directly incorporated into foods to achieve coloration. However, many natural dyes are not easily dyed directly and require the help of mordants to achieve the desired effect.

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. Muchos tintes naturales de plantas también son recursos de la medicina herbal China con 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

Métodos tradicionales depreparing natural pigments (dyes) include water extraction, distillation, and column chromatography. The disadvantages of these traditional methods are that the obtained pigment (dye) particles are large and the color fastness is not good. In order to improve the efficiency of pigment extraction, researchers used ethanol instead of water as a solvent. After the plant was crushed, it was placed in an airtight container, 95% ethanol by volume was poured in, and the mixture was allowed to macerate for 24 hours. After 24 hours, the solution was poured out, and the same ethanol was used to macerate for another 6 hours, repeating the process twice. Finally, all the solutions were mixed, filtered, and the resulting solution was used as a dye liquor. This method is very suitable for poorly soluble dyes. The dyeing effect can be improved by treating the dyeing solution with ultrasound and microwaves [9-11]. There is evidence that ultrasound and microwave experiments on the dyeing of cotton fabrics with natural dyes in the presence of mordants have shown that ultrasound and microwave oscillation accelerates the penetration of the dye and improves the depth of dyeing. In addition, the application of membrane separation technology combining ultrafiltration and nanofiltration to the purification of natural pigments (dyes) can also improve the dyeing effect.

4.3 limitaciones para cambiar el rendimiento de la aplicación

Los pigmentos naturales (colorantes) tienen muy poca afinidad por las fibras textiles, lo que conduce a una mala resistencia al teñido, yes 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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