Estudio sobre el Color Natural de origen vegetal

Los colores se pueden dividir en colores sintéticos y colores naturales. Los colores naturales son colores que son extraídos de organismos naturales y luego purificados y refinartificialmente. Los colores naturales se pueden dividir en pigmentos vegetales (también conocidos como colores naturales derivados de plantas), piganimales, pigmicrobiy pigminerales de acuerdo con su fuente [1]. Los pigmentos animales y microbise derivan principalmente de insectos y microorganismos. El pigmento animal más famoso es el carmín (un tinte rojo natural). El carmín es un pigmento obtenido por el secado de insectos cochinque parasia plantas similares a los cactus. Su composición química es ácido carmínico [2]. La mayoría de los pigmentos minerales son perjudiciales para el cuerpo humano y, por lo tanto, no pueden utilizarse para colorantes en la industria alimentaria. Los pigmentos vegetales se derivan principalmente de tejidos vegetales como flores, frutos, hojas, taly semillas.Los colores naturales se derivan principalmente de los tejidos de las plantas, tales como flores, frutas, hojas, taly semillas. La mayoría de los llamados colores naturales provienen de materiales vegetales [3], y las especies de plantas involucradas abarcan muchas familias y géneros. Según estadísticas incompletas, actualmente se conocen más de 80 colores naturales [4], y más de 30 plantas han sido utilizadas en el desarrollo e investigación de colores naturales [5]. Debido a que los colores naturales derivados de las plantas son seguros y no tóxicos, a menudo se utilizan para mejorar la apariencia y el color de los alimentos, medicamentos, cosméticos, etc.

Colorantes sintéticos son pigmentos orgánicos obtenidos por síntesis química artificial. Generalmente están hechos de productos químicos como benceno, tolueno y naftaleno como las principales materias primas, y se forman a través de una serie de reacciones. La mayoría de los colorantes sintéticos son pigmentos sintéticos orgánicos, y los más comunes son el carmín, el añil yel amarillo del ocaso. Los colorantes sintéticos tienen muchas ventajas. Sus colores son generalmente brillantes, son estables, y no son fácilmente afectados por factores ambientales como la luz, el calor y el oxígeno. Los pigmentos sintéticos tienen un fuerte poder colory se pueden utilizar como colorantes o tintes, que son fáciles de teñir alimentos o textiles. Además, el proceso de producción y el proceso de pigmentos sintéticos son fáciles de controlar, y sus costos de producción industrial son bajos [6]. Sin embargo, los pigmentos sintéticos por sí mismos no tienen valor nutricional, y la mayoría de los pigmentos son tóxicos para la salud humana e incluso tienen el riesgo de causar efectos teratogénicos y carcinogénicos. Con la mejora de las personas#39 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

Colores naturales de la plantaLas fuentes se producen como resultado del crecimiento y metabolismo natural de los tejidos vegetales, y tienen algunas ventajas sobre los pigmentos sintéticos, tales como: − mostLos colores naturales derivados de plantas no son tóxicosY no tienen efectos secundarios; Algunos colores naturales derivados de plantas con alta seguridad pueden ser ampliamente utilizados como aditivos farmacéuticos o alimentarios; Los colores naturales derivados de las plantas reflejan los colores de las plantas mismas, por lo que los tonos son muy naturales. Como aditivos alimentarios o colorantes, pueden hacer que los tonos más cercanos a los colores de los objetos naturales, por lo que es más aceptable; iMuchos colores naturales comestibles derivados de plantasContienen nutrientes esenciales que el cuerpo no puede sintetizar por sí solo. Estos colores naturales derivados de plantas no sólo mejoran el color de los alimentos, sino que también complementan el cuerpo#39;s los nutrientes esenciales e incluso tienen efectos preventivos y terapéuticos sobre determinadas enfermedades. Por ejemplo,− -carotenoSe puede convertir 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. elExtractos extractos extractos extractos extractos extractos extractos extractos extractos extractosSe obtienen 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 a su fuente, los colores naturales derivados de plantas se pueden dividir enPigmentos liposolubles y pigmentos hidrosolublesSegún sus propiedades de solubilidad; 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

Antocianinas, también conocidas como antocianidin, sonTipo de pigmento soluble en aguaQue generalmente existen en forma de antocianinas en las flores, hojas, frutos, taly otras partes de las plantas. Según estadísticas incompletas, 27 familias y 72 géneros de plantas contienen diferentes cantidades de antocianinas [11]. Las antocianinas muestran diferentes colores bajo diferentes condiciones de pH, apareciendo rojo bajo condiciones ácidas, púrpura bajo condiciones neu, y azul bajo condiciones alcalinas. Los diferentes colores de rojo, púrpura y azul que muestran las plantas son también el resultado de la coloración de las antocianinas bajo diferentes condiciones de pH en la vacuola celular. Las antocianinas tienen una alta actividad biológica y son donantes de hidroxilo que pueden ser utilizados como eliminadores de radicales libres. Los estudios han demostrado que las antocianinas tienen efectos farmacológicos tales como anti-oxidy anti-envejecimiento, anti-inflamatorio y anti-cáncer, mejora de la inmunidad, la protección cardiovascular y la prevención de enfermedades [12]. Muchas plantas en la naturaleza son ricas en antocianinas. Por ejemplo, las bayas de goji negro tienen el mayor contenido de antocianina de cualquier planta descubierta hasta ahora. Las batatas púrpuras son una materia prima ideal para la extracción de antocianinas debido a su alto contenido de antocianinas y alto rendimiento.

2.2 carotenoides

Carotenoides, también conocidos como pigmentos de polienoSon una clase de polímeros terpenoides soluen grasa, principalmente divididos en carotenos y carotenoides. Los carotenoides se encuentran ampliamente en partes de plantas que aparecen de color amarillo, rojo anaranjado o rojo. Los carotenoides en los cloroplastson principalmente caroten(naranamarillo) yLuteína (amarillo)Que juegan un papel importante en la fotosíntesis. La vitamina A (retinol) es una sustancia importante para mantener una función visual normal y una piel sana. Algunos carotenoides se pueden convertir en vitamina A. estos se llaman provitamina A. el más común de estos es el betacaroteno, que se convierte en vitamina A cuando el cuerpo lo necesita. No todos los carotenoides se pueden convertir en vitamina A.Licopeno (que se encuentra principalmente en los tomatesPor ejemplo, no se puede convertir en vitamina A. algunosCarotenoides derivados de plantasLos alimentos cuya seguridad ha sido probada se pueden agregar directamente a los alimentos como pasteles, productos lácteos, bebidas frías y dulces como colorantes.

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

El método tradicional de extracción con disolvente se utiliza principalmente para extraer pigmentos solusolubles en alcohol y solusolubles en agua. El método consiste en secar y triturar las materias primas, y luego seleccionar un disolvente para extraer los pigmentos de las materias primas en función de la solubilidad y polaridad de los pigmentos y las impurezas coexistentes. El extracto de pigmento crudo se filtra, se concentra a presión reducida, se seca al vacío y se refinpara obtener el producto terminado. El método tradicional de extracción con disolvente incluye principalmente el método de maceración, el método de decocción y el método de extracción por reflujo. El m ã ¡Todo tradicional de extracci ã ³ n por solvente tiene requisitos de equipo y proceso relativamente sencillos, pero el tiempo necesario para la extraci ã ³ n y filtraci ã ³ n es largo, el consumo de disolvente es alto, el rendimiento y pureza del producto es bajo, y existe un riesgo de olores o residuos de disolvente, lo que afecta a la calidad del producto. Por lo tanto, los extractos obtenidos usando el método tradicional de extracción por solvente requieren una purificación adicional.

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

El método de purificación más común para los colores naturales derivados de plantas es la cromatode columna. La cromatode columna se refiere al método de separar y purilos colores naturales filtrando una solución mixta que contiene colores naturales a través de una columna que contiene diferentes adsorbentes o fases estacion. Los principales métodos de cromatode columna son cromatode columna de resina macropor, cromatode gel, cromatode columna de gel de sílice, método de resina de intercambio iónico, cromatode columna de carbón activado y método de poliamida. Entre ellos, los métodos de purificación más utilizados son la cromatode columna de resina macropory la cromatode gel.

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.

Otro método común para purilos colores naturales derivados de vegetales es la cromatode gel. Los geles más utilizados para este método son gel de poliacrilamida, gel de agarosa y gel de dextran. El principio de la cromatode gel es que cuando un extracto de pigmento natural pasa a través de partículas de gel con una estructura porosa, altamente reticul, las sustancias macromoleculares pueden moverse fácilmente hacia abajo con el elua a través de los huecos entre las partículas de gel, mientras que las moléculas pequeñas entran en el interior de las partículas de gel a través del tamaño del poro. Puesto que entrar en el interior de las partículas del gel hace que las moléculas pequeñas viajen un largo camino y se muevan lentamente, el propósito de separar el Color Natural se logra usando el tamaño molecular. Comparado con otros métodos de purificación, la cromatoen gel es fácil de operar, requiere un equipo simple, no requiere regeneración después de cada cromato, y preserva completamente la actividad biológica de las sustancias separadas. Por lo tanto, la cromatoen gel es ampliamente utilizada en el proceso de purificación de colores naturales derivados de plantas.

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 yAditivos alimentariosFarmacéutica, yIndustria 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.