Estudio sobre la tecnología de secado de Color Natural

Pigmento es un término general para colorantes, pigmentos y todas las sustancias que pueden absorber ondas de luz en el rango de 400-700 nm [1]. Los pigmentos se pueden dividir en pigmentos sintéticos y colores naturales. Desde que W. illian inventel primer pigmento sintético, la violeta de anilina, en 1856 [2], los pigmentos sintéticos se han utilizado en grandes cantidades. Tienen las ventajas de ser de color brillante, fuerte poder color, altamente estable, inodoro e insípido, fácilmente soluble, fácil de mezclar, y bajo costo, y por lo tanto también se utilizan como colorde de alimentos.Colorpara alimentosEs una sustancia comestique da color a los alimentos para mejorar su tono y color, y es una categoría importante de aditivos alimentarios [3].

Sin embargo, los pigmentos sintéticos son en su mayoría sustancias a base de alquitrán que no tienen ningún valor nutricional y son perjudiciales para el cuerpo humano. Algunos pigmentos sintéticos plantean un riesgo de cáncer si se consumen en exceso, por lo que la seguridad de los pigmentos sintéticos es seriamente cuestionable. Los colores naturales, por otro lado, se extraen principalmente de plantas, animales y microorganismos. En comparación con los pigmentos sintéticos, los colores naturales son más seguros y tienen actividad fisiológica. También tienen ciertos efectos nutricionales y funciones farmacológicas, por lo que el desarrollo de colores naturales es particularmente importante [4].

Sin embargo, debido a su alta sensibilidad a la luz, el calor y el pH, así como su susceptibilidad a la oxid, la reducción y la acción microbiana, el Color Natural es fácilmente afectado por las condiciones externas durante el procesamiento y la circulación, lo que conduce a la oxidy descomposición. Además, la presencia de componentes coexistentes hace que algunos colores naturales desarrollen olores y olores peculiares [5], lo que afecta seriamente el valor de color por unidad de producto yVida útil de Color Natural.

Como parte importante del procesamiento de colores naturales, el desarrollo y aplicación de la tecnología de secado es una forma importante de resolver estos problemas. Por ejemplo, Du Minhua et al. [6] utilizaron la tecnología de congelación al vacío para procesar el puré de fresa, lo que redujo en gran medida la tasa de pérdida de pigmentos de fresy VC y una mejor preservación de los nutrientes y el color de los alimentos. Jin Feng et al. [7] utilizaron la tecnología de secado por pulveripara microencapsular pigmentos de maíz, y Valduga et al. [8] extrajeron antocianinas del orujo de uva y microencapsularon el extracto para obtener aColor Natural en polvoResolviendo eficazmente problemas con el procesamiento, conservación y reproducción de sus nutrientes y sabor natural. Aunque una variedad de técnicas de secado se han utilizado en el procesamiento del Color Natural, ha habido relativamente poca investigación sobre la aplicación de la baja temperatura de secado al vacío en esta área. Sin embargo, las características de secado de baja temperatura y vacío son muy propipara garantizar la calidad y el rendimiento de procesamiento de pigmentos, lo que hace que la investigación sobre el secado al vacío a baja temperatura de Color Natural de gran importancia práctica.

1 extracción y procesamiento de Color Natural

El Color Natural se utiliza principalmente para colorear o cambiar el Color de los alimentos para estimular y aumentar las personas#39;s apetito. Además, el Color Natural tiene ciertas funciones farmacológicas y nutricionales, como la turmeric's efecto anticancerígeno, azafrán amarillo#39;s efecto antihiperten, paprika red's efecto antioxidante, red yeast rice's hipolipidemic effect, and TEAclorofila's efecto regulador de lípidos en la sangre [9], por lo que es ampliamente utilizado en la alimentación, farmacéutica, yIndustria cosmética. Además, la clorofila también se puede utilizar en grasas, jabones y aceites y ceras, etc. [10].

La calidad del Color Natural se refleja principalmente en el valor de Color por unidad de producto, la vida útil del producto y los ingredientes efectivos. El proceso de procesamiento incluye principalmente trituración, extracción, separación y purificación, concentración y secado. Debido a la inestabilidad del Color Natural, cada proceso en el procesamiento afectará a su calidad del producto. Cómo utilizar la alta tecnología para mejorar la tecnología convencional o desarrollar nuevas tecnologías se ha convertido en una importante dirección de la investigación. Cao Yanping [11] cree que el Color Natural actualmente puede ser estudiado desde las perspectivas de la tecnología de extracción, la tecnología de separación y purificación, y la identificación de la estructura del pigmento y la investigación de rendimiento.

En el estudio de la tecnología de extracción, además del método tradicional de disolvente, los investigadores también han estudiado y desarrollado una serie de métodos de alta tecnología como la extracción ultrasónica, la extracción por microondas, la extracción supercrítica, la extracción multietapa o continua, la extracción de alta presión y la extracción asistida por enzimas. Por ejemplo, Beatriz et al. [12] usaron CO2 supercrítico para extraer licopeno de la piel y las semillas de los tomates; Katherin et al. [13] estudiaron el efecto de las condiciones de extracción en la extracción de licopende sandía usando fluidos supercríticos; Chun et al. [14] también estudiaron el efecto de los parámetros de extracción de fluido supercrítico en el rendimiento y las propiedades antioxidantes del licopeno; Maier et al. [15] estudiaron el método enzimpara extraer polifenoles del orujo de uva, etc.

En el estudio de la separación y purificación: además del gel de sílice y alúmina que se utilizaron en los primeros días, el carbón activo es el adsormás utilizado y barato, y su efecto de separación es también relativamente bueno. Además, la investigación reciente sobre tecnologías emergentes como resinas y geles cromato, así como cromatode contracorriente de alta velocidad, ultrafiltración y tecnología de membrana de nanofiltración, también se han aplicado con éxito a la separación, purificación y concentración de pigmentos.

Los productos de color Natural están disponibles principalmente en polvo y líquido. Incluso si la calidad es alta después de la separación, problemas tales como la oxidy la descomposición todavía existen durante la circulación, especialmente para importanteIngredientes de color naturalLos que son más difíciles de existir y almacenar de forma estable durante mucho tiempo. Además, la mayoría de los pigmentos están en forma líquida o en pasta, lo que no es propicio para el almacenamiento y el transporte. En la producción real, es difícil cuantificar los productos en estado solución cuando se utilizan, y el valor unitario de color es bajo, y la vida útil es corta, generalmente de 12 a 18 meses. Por lo general, la unidad de valor de color del producto de polvos es alta y la vida útil es larga, por lo que el secado es una forma importante para resolver este problema. Sin embargo, diferentes métodos de secado también afectarán directamente la calidad del producto. Muchos investigadores nacionales y extranjeros han llevado a cabo también un gran número de experimentos sobre el post-procesamiento de pigmentos utilizando diferentes técnicas de secado. Los métodos de secado incluyen el secado por pulverización, secado al vacío, secado por microondas, etc.

2 aplicación y comparación de los métodos de secado en el procesamiento posterior de Color Natural

2.1 aplicación de métodos de secado en el procesamiento posterior de pigmentos

Diferentes métodos de secado afectan directamente el rendimiento, la forma, la calidad y el consumo de energía durante la producción de Color Natural. En el tratamiento posterior de los pigmentos se han aplicado diferentes métodos de secado, pero el grado de impacto sobre la calidad del producto varía.

2.1.1 secado por pulverización y microencapsulación

El secado por pulveries un método de secado en el que un solo proceso atomiza soluciones, emulsiones, suspensiones y lodos y evapora el disolvente poniéndose en contacto con aire caliente para obtener un polvo, una bola granular, hueca o un producto seco aglomer[16]. Sin embargo, el uso de altas temperaturas y aire en el secado por pulveriafecta en gran medida la calidad de los materiales sensibles al calor, como el Color Natural durante el procesamiento. El proceso de utilizar la tecnología de secado por pulveripara encerrar sustancias sólidas y líquidas en una cápsula pequeña, semipermeable o cerrada se denomina microencapsulación. Esta tecnología puede evitar que los ingredientes activos de la preparación se oxiden, hidrolizen y volatilizen.

Jin Feng et al. [7] estudiaron el proceso de preparación de microcápsulas de pigmento de maíz y obtuvieron la composición óptima del material de pared de las microcápsulas de pigmento: almidón microporde maltodextrina con una relación de masa de 1:1, 10% de pigmento y 40% de sólidos totales. El proceso óptimo para el secado por pulveries: temperatura del aire de entrada 140°C, temperatura del aire de salida 80°C. Zhong Yaoguang et al. [17] utilizaron el secado por pulverización para estudiar la microencapsulación de los pigmentos NFH. Los resultados mostraron que el material de pared era maltosa (55%), h → -CD (25% p/p) C y goma arábiga (20%); El caudal de alimentación para el secado por pulverización fue de 50 mL/min; La temperatura del aire de entrada era de 200°C y la temperatura del aire de salida era de 80°C. Seda et al. [18] antocianinas microencapsuladas extraídas de rábano negro, y encontraron que la temperatura óptima del aire de entrada era de 160°C. Se evaluó la calidad del producto en términos de contenido de pigmentos y propiedades antioxidantes.

Aunque la microencapsulación mediante secado por pulveripuede resolver eficazmente problemas como el procesamiento, conservación y reproducción de nutrientes y componentes de sabor natural, y se utiliza en la industria de aditivos alimentarios, incluyendo especias, colores naturales, condimentos, etc., la aplicación de pigmentos microencapsulados es limitada debido al efecto del material de revestimiento sobre el color al mezclar colores.

2.1.2 secado por microondas

Microondas, como una onda electromagnética, se refiere a una onda electromagnética de ultra alta frecuencia con una frecuencia de 0,3-300 GHz, o una longitud de onda de 1-1000 mm [19]. Puede generar un campo electromagnético de alta frecuencia. Las moléculas polares en el material dieléctrico cambian continuamente su orientación Polar con la frecuencia del campo electromagnético en el campo electromagnético, haciendo que las moléculas vibren hacia adelante y hacia atrás y generar calor por fricción para lograr el propósito de secado. Se utiliza principalmente para secar extractos después de la extracción y concentración del material. Es una tecnología de ahorro de energía y reducción del consumo que se caracteriza por una rápida velocidad de secado, alta eficiencia y bajo coste. Esta tecnología se puede utilizar para el secado y esterili, extracción y concentración, puffing y deshidrata baja temperatura.

Liu Chunquan et al. [20] estudió la prueba de deshidratación del secado por microondas de papas moradas de batata, obtuvo la ley de deshidratde secado por microondas de papas moradas de batata, estableció un modelo de secado por microondas para papas moradas de batata, y también investigó el efecto del secado por microondas en el pigmento de batata púrpura. Los resultados mostraron que el contenido de pigmento producto era mayor cuando la potencia de microondas era de 700W, el espesor de corte era de 6mm, y el tiempo de pre-secado era de 20-50. Se estudiaron los tres factores que afectan el contenido de pigmento del producto: potencia de radiación, espesor de corte y tiempo de secado previo. Meng Xianghe et al. [21] estudiaron el efecto del microondas en el color de los productos de frutas procesados, discutieron los cambios en el color y la composición del pigmento después del procesamiento, y mostraron a través de la cromatolíquida que el tratamiento con microondas no cambia la estructura o la calidad del caroteno, pero causa una pérdida de la degradación total del caroteno. También se encontró que el calentamiento por microondas de kiwi causa una disminución significativa en la clorofila a y b.

Esto muestra que debido a que el secado por microondas generalmente utiliza una temperatura de secado de 80-100°C, también hay un fenómeno donde el color del producto seco es significativamente menor que el de la materia prima.

2.1.3 secado al vacío 

El secado por vacío es la deshidraty secado de materiales con un alto contenido de humedad a baja temperatura y bajo vacío, incluyendo el secado por congelación por vacío y el secado por vacío a baja temperatura. Tiene las siguientes características: (1) se lleva a cabo a bajas temperaturas y es adecuado para sustancias sensibles al calor. Por ejemplo, las proteínas, los microorganismos y similares no se desnaturalizarán ni perderán su actividad biológica; Al mismo tiempo, las bajas temperaturas reducirán la pérdida de algunos componentes volátiles en el material, por lo que es adecuado para el secado de algunos productos químicos,Productos farmacéuticos y alimentos. 2) el secado se realiza al vacío, con muy poco oxígeno, por lo que se protegen algunas sustancias térmicamente sensibles que se oxidan fácilmente y temen las altas temperaturas.

Du Minhua et al. [6] utilizaron un método de combinación lineal ponderada para optimizar el proceso de liofilización al vacío de la pulpa de fruta kudzu, y obtuvieron los parámetros óptidel proceso: Material: la temperatura superficial máxima durante el análisis es de 48℃, la presión de la cámara de secado inicial durante la sublimación es de 26Pa, el espesor de la carga es de 7mm, la tasa de pérdida de VC y pigmento de fresa es de 6% y 38%, y el tiempo de liofilización es de 18h. Ma Wenping et al. [22] inicialmente estudiaron la tecnología de liofilización al vacío del pigmento de baya de licio. Debido a que el pigmento de baya de licio es un material sensible al calor, se encontró en la prueba de secado de baya de licio fresca que la calidad del producto se verá afectada cuando la temperatura exceda los 50℃. Por lo tanto, el pigmento de fruta fresca separado de níspero se utilizó para hacer polvo crudo de níspero por liofisecado. Los indicadores sensoricomo el color del producto, la morfotisular, el olor y las impurezas, así como los indicadores físicos y químicos como el contenido de caroteno, fueron todos muy satisfactorios.

El secado al vacío a baja temperatura tiene condiciones de secado similares a las del secado por congelación y también se utiliza ampliamente en muchos campos. Por ejemplo, se utiliza en la industria alimentaria para la producción de litchi seco, longan seco [23], ginseng [24], dádátiles rojos high-VC [25], etc.; En la producción agrícola, se utiliza en la producción de arroz [26], maíz [27] y otros granos, mientras que hay pocos resultados de investigación sobre su uso directo en el secado de pigmentos.

2.2 comparación de varios métodos de secado en el procesamiento del Color Natural

Aunque ha habido muchos estudios sobre el uso de la tecnología de secado para procesar colores naturales, todavía vale la pena estudiar qué método de secado es más adecuado para el procesamiento posterior de pigmentos. Lu Yinghua et al. [28] utilizaron tres métodos diferentes de secado por congelación, secado por pulverización y secado con aire caliente para seguir procesando el pigmento de morera, y compararon la calidad del polvo seco. A partir de la comparación de indicadores sensori, físicos y químicos e higiénicos, los resultados mostraron que el secado por congelación al vacío puede mantener mejor el color y los componentes bioactivos del pigmento de morera.

La tabla 1 compara los diferentesMétodos de secado para el Color Natural. Se puede observar que: (1) la temperatura del aire de entrada para el secado por pulverización está entre 120 y 200°C, y el proceso está expuesto al aire, por lo que se oxida fácilmente. Aunque el tiempo de secado es muy corto, todavía afectará el rendimiento y la calidad del pigmento. Seda et al. [19] creen que las altas temperaturas del aire de entrada y salida afectarán el rendimiento de antocianinas. Además, después de que el pigmento se seca en aerosol y microencapsulado, cuando se mezcla con otros aditivos alimentarios en una etapa posterior, afectará el valor de color hasta cierto punto. (2) la temperatura de secado por microondas no es tan alta como la de secado por pulverización (generalmente 60-100°C), pero todavía hay problemas con la estabilidad térmica y la oxidde los pigmentos [21]. Este método es adecuado para algunos pigmentos que son resistentes al calor y la oxidación, pero no es universal. (3) el secado por congelación al vacío tiene una temperatura muy baja y se lleva a cabo al vacío, por lo que es adecuado para el procesamiento posterior del pigmento. Sin embargo, su mayor problema es que consume mucha energía y tarda mucho tiempo en funcionar. 4) las condiciones para el secado al vacío a baja temperatura son baja temperatura (20-60°C), vacío, y menos congelación que la liofilización, por lo que el consumo de energía es menor y el tiempo de secado es más corto.

La comparación y el análisis anteriores muestran que el secado al vacío a baja temperatura es un método más adecuado y eficaz para el secado Natural del Color y es digno de más investigación.

3 secado al vacío de pigmentos a baja temperatura

3.1 mecanismo de secado al vacío de pigmentos a baja temperatura

Durante el secado al vacío a baja temperatura, la temperatura de cambio de fase del agua bajo baja presión es menor que bajo presión normal [29], por lo que la relación de humedad es más probable que se vaporice que bajo presión normal. Como se muestra en la figura 1, después de que el material se calienta, la humedad interna se vaporiza rápidamente, y hay una gran diferencia de presión entre el interior del material y la superficie. El gradiente de presión está en la misma dirección que la transferencia de humedad, y bajo la acción del gradiente de presión, la humedad se mueve rápidamente a la superficie, permitiendo que el vapor de agua entre en la fase gaseen el ambiente circundante y sea bombepor la bomba de vacío. A partir del mecanismo de secado al vacío a baja temperatura, se puede observar que para el secado al vacío, el gradiente de presión está en la misma dirección que la transferencia de humedad. No es fácil que la superficie del material se endurezca y agriete, y en comparación con la liofilización al vacío, tiene las características de una tasa de secado rápida, un tiempo de secado corto y un bajo coste operativo del equipo [30].

3.2 modelo de estudio del secado al vacío de pigmentos a baja temperatura

3.2.1 simulación del modelo matemático en tecnología de secado

Como uno de los focos de investigación de la tecnología de secado, la simulación y el análisis de modelos matemáticos tiene las siguientes ventajas sobre la investigación experimental:

1) Bajo costo; 2) rápido; 3) resultados e información detallados y completos; 4) puede simular condiciones ideales; 5) también puede simular condiciones reales. Por lo tanto, la aplicación de métodos matemáticos en el secado ha atraído la atención de muchos estudiosos. Xu Ying et al. [31] estudiaron el liofisecado de las almejamarillas y establecieron un modelo de transferencia de calor y masa para las almejamarillas; John et al. [32] estudiaron el modelo de secado de semillas de uva, etc. Sin embargo, la falta de datos experimentales o la dificultad de medir los parámetros del proceso de secado afecta directamente a la precisión de los modelos matemáticos. Huang Lixin et al. [33] resumieron los principales modelos matemáticos y métodos de análisis utilizados en el campo del secado, y señalaron que con el desarrollo de la tecnología informática y el desarrollo y aplicación de software comercial a gran escala, la precisión de los resultados de la simulación del proceso de secado se ha mejorado significativamente. Por lo tanto, el trabajo de investigación sobre la simulación de modelos matemáticos en la tecnología de secado se desarrollará aún mejor sobre la base original.

3.2.2 modelo de simulación de secado de capa fina

El secado al vacío a baja temperatura por lo general implica colocar la solución de pigmento para ser secado en una capa delgada sobre una placa calentada, y luego colocar toda la placa bajo alto vacío para completar el secado de toda la solución. Por lo tanto, el secado con disco de vacío a baja temperatura es también un tipo de secado de capa delgada [34]. En la actualidad, el proceso de simulación matemática de secado de capa delgada generalmente incluye los siguientes pasos: 1) seleccionar varios modelos matemáticos de uso común; 2) obtener datos de los experimentos; 3) utilizar los datos obtenidos del experimento para determinar, a través de métodos matemáticos de ingeniería, un modelo que mejor se ajuste a los resultados experimentales; 4) verificar la ecuación del modelo.

Con respecto al modelo de secado por capas finas, Sharma et al. [35] dieron un modelo empírico semi-teórico más completo y se enumeran en la tabla 2. El modelo N ew ton, también conocido como el modelo L ewis, es un modelo de movimiento de humedad basado en N ew ton's ley de refrigeración; El modelo de la edad P añade un exponente al tiempo basado en el modelo de N ew ton, que es un modelo puramente empírico. Tales como el modelo de arroz a baja temperatura de Li Dong et al. [36] y el modelo de quitina de secado por infrarrojo de Ou Chunyan et al. [37]; Henderson y pabes también conocido como el modelo de difusión única, que se basa en Fick' segunda ley.

Muchos investigadores en el país y el extranjero también han hecho mucho trabajo usando estos modelos de secado de capa fina, como Zeng Libin et al. [38]'s secado por aire caliente Silver carp model, Goyal et al. [39]'s modelo matemático para el secado en capa delgada de ciruelas, y Debabandya et al. [40]'s modelo trigo. Sin embargo, estos modelos se basan generalmente en suposiciones que difieren mucho de la realidad, lo que resulta en deficiencias del modelo. Algunos modelos también ignoran el efecto del contenido de humedad inicial sobre la tasa de secado, y no son adecuados para las características de secado de materiales con alto contenido de humedad que requieren largos tiempos de precalentamiento [41].

Wang Zhiwen et al. [42] estudiaron un modelo teórico unidimensional para el secado al vacío, introdujeron la teoría del secado al vacío para materiales en forma de hoja y esféricamente simétricos, derivaron las ecuaciones diferencidel problema de transferencia de calor y masa, y utilizaron el análisis teórico para obtener las características de contenido de humedad variable en el tiempo del material y estimar el final del secado. Sin embargo, algunos errores se generarán debido a las suposiciones en el modelo teórico, como el establecimiento de la difusividad térmica como una constante.

La mayoría de estos modelos son modelos empíricos semi-teóricos que no pueden reflejar con precisión el proceso de migración de humedad interna de los materiales, ni describen específicamente el cambio del coeficiente de difusión de humedad interna de los materiales con el tiempo de secado. Por lo tanto, el modelo teórico de capa delgada necesita ser estudiado más a fondo.

4 perspectivas

Hoy, con el rápido desarrollo de la industria alimentaria,Las perspectivas para el desarrollo de colores naturales son muy amplias.Sin embargo, cómo superar problemas como la oxidy descomposición de pigmentos sigue siendo un tema importante de investigación y aplicación en el procesamiento y refinde colores naturales. El papel de la tecnología de secado en el procesamiento profundo de colores naturales está fuera de duda, pero cómo cambiar aún más sus limitaciones es también la dirección de la investigación futura.

Los resultados del análisis muestran que algunos métodos que se han utilizado en el procesamiento de pigmentos, como el secado por pulverización, secado por microondas y secado por congelación al vacío, todavía tienen deficiencias. Al mismo tiempo, se demuestra que el secado al vacío a baja temperatura es muy adecuado para secar el Color Natural. Dado que ha habido poca investigación en esta área en el país y en el extranjero, vale la pena profundizar en la investigación y la exploración.

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