Estudio sobre el Color Natural de origen vegetal

Colors can be divided into synthetic colors and Colores naturales. Natural colors are colors that are extracted from natural organisms and then purified and refined artificially. Natural colors can be divided into plant pigments (also known as plant-derived natural colors), animal pigments, microbial pigments and mineral pigments according to their source[1]. Animal and microbial pigments are mainly derived from insects and microorganisms. The most famous animal pigment is carmine (a red natural dye). Carmine is a pigment obtained by drying female cochineal insects that parasitise cactus-like plants. Its chemical composition is carminic acid[2]. Most mineral pigments are harmful to the human body and therefore cannot be used for colouring in the food industry. Plant pigments are mainly derived from plant tissues such as flowers, fruits, leaves, stems and seeds. Natural colors are derived mainly from plant tissues, such as flowers, fruits, leaves, stems and seeds. Most of the so-called natural colors come from plant materials[3], and the plant species involved span many families and genera. According to incomplete statistics, there are currently more than 80 known natural colors[4], and more than 30 plants have been used in the development and research of natural colors[5]. Because plant-derived natural colors are safe and non-toxic, they are often used to improve the appearance and color of foods, medicines, cosmetics, etc.

Synthetic colorants are organic pigments obtained by artificial chemical synthesis. They are generally made from chemical products such as benzene, toluene and naphthalene as the main raw materials, and are formed through a series of reactions. Most synthetic colorants are organic synthetic pigments, and common ones include carmine, indigo and sunset yellow. Synthetic colorants have many advantages. Their colors are generally bright, they are stable, and they are not easily affected by environmental factors such as light, heat and oxygen. Synthetic pigments have strong coloring power and can be used as colorants or dyes, which are easy to dye food or textiles. In addition, the production process and process of synthetic pigments are easy to control, and their industrial production costs are low [6]. However, synthetic pigments themselves have no nutritional value, and most pigments are toxic to human health and even have the risk of causing teratogenic and carcinogenic effects. With the improvement of people' y, en particular, los diversos problemas de seguridad alimentaria causados por los pigmentos sintéticos#La demanda de seguridad de los aditivos alimentarios está aumentando. Los pigmentos naturales, con sus atributos naturales y saludables, no son tóxicos e inevitablemente sustituirán a los pigmentos sintéticos, y se utilizan ampliamente en la industria alimentaria, farmacéutica y ligera.

1 historia y características del uso de colores naturales derivados de plantas

1.1 historia del uso de colores naturales derivados de plantas

Los colores naturales fueron los primeros pigmentos utilizados por los seres humanos. Ya en el siglo x a. C., la gente de la antigua Bretaña hacía dulces rosados con el jugo de las plantas más salvajes. Este es el registro más antiguo del uso de colores naturales por antiguos pueblos. En el antiguo Egipto, los comerciantes usaban extractos de plantas naturales y vino para mejorar el color de los dulces. En China, también hay una larga historia de uso de colores naturales, que son ampliamente utilizados en el teñido de tejidos, colorantes alimentarios, y la producción de rouge y maquillaje. Por ejemplo, el rouge que era popular entre las antiguas mujeres chinas desde la dinastía Shang se hizo con el pigmento en los pétalos de azafrán. Por ejemplo, la madder y gardenia usadas para preparar tintes ya eran cultivadas a gran escala en la dinastía Zhou oriental (221 a.c.) [8]. En hoy y#39;s sociedad, los tipos y el ámbito de uso del Color Natural se han ampliado continuamente, y tiene amplias perspectivas de aplicación.

1.2 características del Color Natural derivado de la planta

Natural colors from plant sources are produced as a result of the natural growth and metabolism of plant tissues, and have some advantages over synthetic pigments, such as: ① most plant-derived natural colors are non-toxic and have no side effects; some plant-derived natural colors with high safety can be widely used as pharmaceutical or food additives; ② plant-derived natural colors reflect the colors of the plants themselves, so the shades are very natural. As food additives or colorants, they can make the shades closer to the colors of natural objects, making it more acceptable; ③Many edible plant-derived natural colors contain essential nutrients that the body cannot synthesize on its own. These plant-derived natural colors not only improve the color of food, but also supplement the body's los nutrientes esenciales e incluso tienen efectos preventivos y terapéuticos sobre determinadas enfermedades. Por ejemplo, el beta-carotenpuede ser convertido en vitamina A en el cuerpo humano, y la vitamina A tiene el efecto de tratar la enfermedad del ojo seco y prevenir la ceguera nocturna.

Aunque los colores naturales derivados de plantas tienen muchas ventajas, todavía tienen algunas desventajas: son difíciles de purificar. Los colores naturales derivados de plantas son compuestos que existen en las plantas y a menudo coexisten con otras sustancias complejas en las plantas, lo que hace que el proceso de extracción complicado. Los extractos pigmentobtenidos a menudo contienen otras sustancias y son relativamente bajos en pureza. Además, debido a los principales problemas actuales en el proceso de producción de colores naturales derivados de plantas, tales como procesos inmaduros y equipos menos avanzados, la tasa de extracción de colores naturales derivados de plantas es baja y el precio es caro. ② el tono de los colores naturales derivados de las plantas es inestable y a menudo cambia debido a factores ambientales externos como la luz, la temperatura, el oxígeno, el valor del pH y los iones metálicos, haciéndolo menos estable [10]. Además, los colores naturales derivados de plantas se oxidan fácilmente, lo que acorta su vida útil. Necesitan ser complementfrecuentemente con antioxidantes o estabilizadores de pigmentos, lo que hace que su uso sea engorroso. Hay muchos tipos de colores naturales derivados de plantas, y sus propiedades son complejas. En particular, sus propias propiedades físicas y químicas limitan su ámbito de aplicación y los hacen altamente especializados.

2 clasificación de colores naturales derivados de plantas

Además de ser clasificados de acuerdo con su fuente, los colores naturales derivados de plantas pueden ser divididos en pigmentos solubles en grasa y pigmentos solubles en agua de acuerdo con sus propiedades solubles; Y de acuerdo con su estructura química, se pueden dividir en los siguientes tipos principales de pigmentos: porfirinas, derivados de pirrol, quinonas y xantonas, pigmentos de polieno y derivados de polifenol [9]. De acuerdo con sus ingredientes funcionales, se pueden dividir en antocianinas, carotenoides, flavonoides, pirroles y otros pigmentos principales [10].

2.1 antocianinas

Anthocyanins, also known as anthocyanidins, are a type of water-soluble pigment that generally exist in the form of anthocyanins in the flowers, leaves, fruits, stems and other parts of plants. According to incomplete statistics, 27 families and 72 genera of plants contain different amounts of anthocyanins[11]. Anthocyanins display different colors under different pH conditions, appearing red under acidic conditions, purple under neutral conditions, and blue under alkaline conditions. The different colors of red, purple, and blue displayed by plants are also the result of the coloration of anthocyanins under different pH conditions in the cell vacuole. Anthocyanins have high biological activity and are hydroxyl donors that can be used as free radical scavengers. Studies have shown that anthocyanins have pharmacological effects such as anti-oxidation and anti-aging, anti-inflammatory and anti-cancer, immunity enhancement, cardiovascular protection and disease prevention [12]. Many plants in nature are rich in anthocyanins. For example, black goji berries have the highest anthocyanin content of any plant discovered so far. Purple sweet potatoes are an ideal raw material for anthocyanin extraction because of their high anthocyanin content and high yield.

2.2 carotenoides

carotenoides, also known as polyene pigments, are a class of fat-soluble terpenoid polymers, mainly divided into carotenes and carotenoids. Carotenoids are widely found in plant parts that appear yellow, orange-red or red. The carotenoids in chloroplasts are mainly carotene (orange-yellow) and lutein (yellow), which play an important role in photosynthesis. Vitamin A (retinol) is an important substance for maintaining normal visual function and maintaining healthy skin. Some carotenoids can be converted into vitamin A. These are called provitamin A. The most common of these is beta-carotene, which is converted into vitamin A when the body needs it. Not all carotenoids can be converted into vitamin A. Lycopene (found mainly in tomatoes, watermelons and guavas), for example, cannot be converted into vitamin A. Some plant-derived carotenoids that have been tested for safety can be added directly to foods such as pastries, dairy products, cold drinks, and candy as colorants.

flavonoides

Los flavonogeneralmente se pueden dividir en flavonas y flavonoles, dihidroflavonoy dihidroflavonoles. Se encuentran ampliamente en muchos tejidos vegetales, en su mayoría de color amarillo pálio incluso incoloro, y unos pocos son de color naranja brillante. Entre ellos, los más ampliamente distribuidos en el mundo vegetal son flavonoy flav, de los cuales más de 400 se han descubierto hasta ahora [13-14]. Los flavonoides tienen importantes funciones fisiológicas y juegan un papel importante en la protección dela salud humana por anti-oxidación, anti-mutación y retrasar el envejecimiento. Por otra parte, cuando se utiliza en sinergia con antocianinas, flavonopueden reducir la oxidde antocianinas y tienen un cierto efecto de aumento de color. El tipo más común de flavonoide es la curcumina, un pigmento amarillo que se encuentra principalmente en los tubérculos de cúrcuma y azafrán. Es ampliamente utilizado en alimentos y medicina debido a sus fuertes propiedades antioxidantes, anti-inflam, anticancerosas, colorantes e inhibide toxinas.

2.4 el pirpir4

Los pigmentos de pirrol incluyen principalmente clorofila y sus sales de cobre y sodio y zinc y sales de sodio. Se encuentran ampliamente en los cloroplastde las plantas verdes, especialmente en las partes verdes de las hojas y frutos de las plantas superiores, donde se combinan con proteínas para formar cloroplast. Estos pigmentos tienen muchos efectos farmacológicos en la medicina humana, tales como anti-viral, anti-úlcera, antibacteriano, y la protección del hígado y la desintoxicación.

Otros pigmentos

Otros pigmentos incluyen principalmente pigmentos de antraquinona y pigmentos de arroz de levadura roja. Los pigmentos de antraquinona incluyen principalmente Carmine y lacdye, que se encuentran en los talsubterráy raíces de plantas y remolacha roja. Tienen efectos médicos tales como antibacterianos y desintoxicación [15].

3 métodos de extracción y purificación de colores naturales derivados de plantas

Hay muchos métodos para extraer y purilos colores naturales derivados de plantas. Los métodos de extracción comunes incluyen la extracción con disolvente tradicional, la extracción con fluido supercrítico, la extracción asistida por microondas y la extracción con disolvente presurizado. Los métodos comunes de purificación incluyen cromatode columna, separación de membrana y cromatolíquida. A continuación se describen brevemente varios métodos para extraer y purilos colores naturales derivados de plantas.

3.1 extracción tradicional con disolventes

The traditional solvent extraction method is mainly used to extract both alcohol-soluble and water-soluble pigments. The method involves drying and crushing the raw materials, and then selecting a solvent to extract the pigments from the raw materials based on the solubility and polarity of the pigments and coexisting impurities. The crude pigment extract is then filtered, concentrated under reduced pressure, dried in a vacuum, and refined to obtain the finished product. The traditional solvent extraction method mainly includes the maceration method, the decoction method and the reflux extraction method. The traditional solvent extraction method has relatively simple equipment and process requirements, but the time taken for extraction and filtration is long, solvent consumption is high, the yield and purity of the product is low, and there is a risk of odors or solvent residues, which affects the quality of the product. Therefore, extracts obtained using the traditional solvent extraction method require further purification.

3.2 extracción de fluido supercrítico

El estado supercrítico se refiere al estado cuando la interfaz gas-líquido desaparece por encima de una cierta temperatura o presión. El fluido en este estado se llama fluido supercrítico. La extracción de fluido supercrítico (SFE) es una nueva tecnología de separación y extracción desarrollada en los últimos años, que utiliza fluidos supercríticos como agentes de extracción para extraer sustancias objetivo. El principio de la extracción del fluido supercrítico es el siguiente: el soluto se disuelve primero en el fluido supercrítico bajo alta presión, y luego la presión del sistema se baja o la temperatura del sistema se incrementa, causando que el soluto en el fluido precipdebido a una disminución en la densidad y solubilidad. Los fluidos supercríticos incluyen principalmente dióxido de carbono, amoníaco, etanol, óxido nítrico, tolueno, benceno, agua, etc.

La temperatura supercrítica del dióxido de carbono (31 °C) es cercana a la temperatura ambiente, no es tóxica y no contaminante, y no corroe el equipo. Por lo tanto, el dióxido de carbono es el fluido supercrítico más común [16]. Las condiciones óptimas del proceso de extracción para diferentes tipos de fluidos supercríticos naturales de Color derivados de plantas variarán, pero el proceso de extracción es generalmente en el rango de 10 a 50 MPa, 31 a 80 °C, y 3 a 20 h [17]. En comparación con los métodos tradicionales de extracción por solvente, la extracción con fluido supercrítico tiene muchas ventajas, tales como baja temperatura de extracción, alta tasa de extracción, velocidad rápida, sin residuos de reactivo de extracción, sin contaminación, y muchas otras ventajas. Sin embargo, la tecnología de extracción de fluidos supercríticos es limitada en la promoción y aplicación real debido a su alta inversión en equipos y costos operativos y tecnología imperfecta.

3.3 extracción asistida por microondas

La extracción asistida por microondas, también conocida como extracción asistida por microondas (MAE para abrevi), es una técnica de separación y extracción que combina el calentamiento por microondas, que se puede utilizar para calentar selectivamente, con la tecnología de extracción por solvente. El principio de la extracción asistida por microondas es el siguiente: el componente objetivo se calienta selectivamente en un campo de microondas, generando una gran cantidad de calor en un corto período de tiempo, lo que hace que los enlaces de hidrógeno entre moléculas en la membrana celular se romp, destruyendo así la estructura de la membrana celular. Esto acelera la difusión del Color Natural dentro de la célula al disolvente, que tiene una menor constante dieléctrica y una capacidad de absorción de microondas relativamente débil, logrando así el objetivo de una rápida extracción del Color Natural. La extracción asistida por microondas (MAE) tiene muchas ventajas para la extracción de colores naturales derivados de la planta. En primer lugar, puede acelerar la disolución de los colores naturales derivados de plantas en el disolvente de extracción, mejorar la eficiencia de extracción, y reducir el tiempo de extracción. En segundo lugar, puede extraer simultáneamente múltiples componentes de la muestra, con una pequeña cantidad de disolvente y buena repetibilidad de los resultados. Por lo tanto, la extracción asistida por microondas muestra buenas perspectivas de desarrollo y un gran potencial de aplicación en el desarrollo y utilización de colores naturales derivados de plantas.

Cromatografía de 3,4 columnas

The most common purification method for plant-derived natural colors is column chromatography. Column chromatography refers to the method of separating and purifying natural colors by filtering a mixed solution containing natural colors through a column containing different adsorbents or stationary phases. The main methods of column chromatography are macroporous resin column chromatography, gel chromatography, silica gel column chromatography, ion exchange resin method, activated carbon column chromatography and polyamide method. Among them, the most commonly used purification methods are macroporous resin column chromatography and gel chromatography.

La cromatode columna de resina macroporse basa en el hecho de que la resina macroportiene un buen efecto de adsory filtrado en el Color Natural, separando y puripigmentos naturales. Este método también puede eliminar eficazmente impurezas tales como sales inorgánicas, azúcares y moco de Color Natural. La operación de la cromatode columna de resina macropores relativamente simple, incluyendo principalmente los procesos de carga, eluy enjuague. La purificación de colores naturales derivados de vegetales usando cromatode columna de resina macroportiene muchas ventajas, incluyendo bajo consumo de disolvente, alta capacidad de adsor, rápida velocidad de adsor, fácil desorción y reutilización.

Another common method for purifying vegetable-derived natural colors is gel chromatography. The commonly used gels for this method are polyacrylamide gel, agarose gel, and dextran gel. The principle of gel chromatography is that when a natural pigment extract passes through gel particles with a porous, highly cross-linked structure, macromolecular substances can easily move downwards with the eluent through the gaps between the gel particles, while small molecules enter the interior of the gel particles through the pore size. Since entering the interior of the gel particles causes the small molecules to travel a long way and move slowly, the purpose of separating Natural Color is achieved using molecular size. Compared with other purification methods, gel chromatography is easy to operate, requires simple equipment, does not require regeneration after each chromatography, and fully preserves the biological activity of the separated substances. Therefore, gel chromatography is widely used in the purification process of plant-derived natural colors.

4 problemas y perspectivas

La mayoría de los colores naturales son generalmente seguros y no tóxicos para el cuerpo humano, y los que se han consumido durante mucho tiempo son relativamente seguros. Sin embargo, algunos colores naturales son todavía tóxicos (por ejemplo, la altamente tóxica Garcinia). Por lo tanto, la seguridad de los colores naturales no debe ser ignorado. Por lo tanto, la seguridad alimentaria se ha convertido en el tema principal en el desarrollo y la utilización de colores naturales. En particular, con el mayor desarrollo de la tecnología, se descubrió que algunos colorantes naturales derivados de plantas que anteriormente se consideraban seguros y aprobados para su uso tenían ciertos efectos mutagénicos en pruebas toxicológicas posteriores, como la rosa Bengala. Puede verse que hay un problema de retraso en la evaluación toxicolen la investigación de los colores naturales derivados de plantas. Por lo tanto, es necesario centrarse en el desarrollo de la investigación toxicológica de los colores naturales derivados de plantas y fortalecer la evaluación toxicolde los colores naturales.

China es un vasto país con muchos recursos vegetales ricos en colores naturales. Esto proporciona una rica fuente de materiales de pigmento para el desarrollo y la utilización de colores naturales derivados de plantas. Por lo tanto, es necesario hacer pleno uso de esta ventaja del recurso vegetal, explorar más a fondo los recursos vegetales característicos que pueden ser utilizados para la extracción y utilización de colores naturales, y mejorar continuamente el equipo y los procesos de producción para aumentar el rendimiento de los colores naturales y reducir los costos de producción. Además, los desechos y subproductos de algunos cultivos pueden ser utilizados en su totalidad como materia prima para la extracción de colores naturales, tales como el uso de cáscara de naranja para extraer hesperidina y el uso de cáscara de sorgo para extraer el pigmento rojo de sorgo, etc., tomando un camino verde y respetuoso con el medio ambiente de convertir los desechos en tesoros y la utilización integral de los recursos.

Aunque actualmente no es realista reemplazar completamente los pigmentos sintéticos con colores naturales derivados de plantas, con la mejora continua de people' s nivel de vida y la conciencia de la salud, la demanda de colores naturales está en constante aumento. Junto con la continua madurez de la tecnología de purificación de color natural y el desarrollo continuo de la investigación toxicol, se cree que en el futuro cercano, los colores naturales derivados de plantas pueden superar las muchas deficiencias de los pigmentos sintéticos y ser ampliamente utilizados como colorantes y aditivos en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética.

referencias

[1] Sava V M, Yang S A, Hong M Y, et al. Aislamiento y caracterización de pigmentos melánicos [J]. Food Science, 1994(2): 15.

[2] Zhou Hongxiang, trans. Extracción de Color Natural a partir de microorganismos y su aplicación en teñido [J]. Sichuan Silk, 1998(1):38-39.

[3] Hui Qiusha. Visión general de la investigación de Color Natural [J]. Northern Pharmacy, 2011, 8(5):3.

[4] Caro Y, Anamale L, Fouillaud M, et al. Natural hydroxy anthraquinoid pigments as potent Food grade colorantes an overview[J]. Natural Products and Bioprospecting, 2012, 2 (5): 174-193.

[5] Deng Xiangyuan, Wang Shujun, Li Fuchao, et al. Recursos y aplicaciones de colores naturales. China Condiments, 2006(10): 51.

[6] Shen Canqiu, Zeng Lirong, Yu Sumai, et al. Eliminación de colorantes de los productos azucarados y sus cambios durante el proceso de producción [J]. Industria azucarede caña de azúcar, 1981 (1): 13-18.

[7] Yang Guizhi, Sun Zhinan. Extracción de color natural y pigmentos naturales a partir de algas marinas [J]. Sea Lake Salt and Chemical Industry, 2005, 34(3):30.

[8] Liu Xinmin. Pigrubia - un pigmento antiguo a la espera de ser extraído y utilizado por la industria cosmética [J]. Guangxi industria ligera, 1995(3):789.

Sun Liying. Extracción y caracterización del pigmento rojo cereza [D]. Beijing: universidad agrícola de China, 2005.

[10] Zuo Y. investigación y aplicación del color natural [J]. Cereales, aceites y alimentos, 2006(9):46-48.

[11] Annamary ju D, Sarma. Phytochetnistry [J]. Natural Products, 1997, 45(4): 671-674.

[12] Fang Zhongxiang, Ni Yuanying. Progreso de la investigación sobre las funciones fisiológicas de las antocianinas [J]. Guangzhou Food Industry Science and Technology, 2001, 17(3): 60-62.

[13] Zhao Jun. investigación y aplicación de color natural [J]. Journal of North China Coal Medical College, 2003, 5(3): 306-307.

[14] Gong Shengzhao. Los flavonoides tienen un gran valor de desarrollo en alimentos saludables [J]. Guangzhou Food Industry Science and Technology, 2002, 18(1): 63-64.

[15] Lang Zhongmin, Suo Quanling, Wu Gangqiang. Progreso de la investigación del colordel alimento de anthraquinone [J]. China Food Additives, 2006(6): 76-78.

[16] Zhang Y. comparación de la extracción supercrítica y la extracción con solvente orgánico de paprika red [J]. Condimentos chinos, 2013(4):101- 103.

[17] Wang Weiguo, Zhang Qianwei, Zhao Yongliang, et al. Propiedades fisicoquímicas y avances en la investigación de los colores naturales [J]. Journal of Henan University of Technology (Natural Science Edition), 2015, 36(3): 109-117.