Estudio sobre la extracción y estabilidad de colorantes alimentarios naturales

Los colorantes alimentarios naturales se refieren a colorantes orgánicos obtenidos por el procesamiento de sustancias naturales (incluyendo metabolide plantas, animales o microorganismos). La mayoría de los colorantes naturales a base de plantas son relativamente seguros y se consideran aditivos alimentarios verdes. Actualmente, hay más de 40 tipos de colorantes alimenticios naturales permitidos para su uso en China, y las normas nacionales correspondientes se han formulado para cada uno de ellos. En los últimos años, se ha descubierto que la mayoría de los pigmentos sintéticos tienen toxicidad crónica y efectos cancerígenos. Se ha tomado conciencia de que los pigmentos sintéticos representan una amenaza cada vez más grave para la salud y se han impuesto restricciones a su uso. El desarrollo de colorantes naturales se ha convertido en la tendencia general en el desarrollo de pigmentos prácticos en el mundo. Comparado con los pigmentos sintéticos, el colornatural es un coloralimenticio derivado de los recursos naturales, y tiene las siguientes ventajas destacadas:

1) la mayoría de los colorantes naturales no tienen efectos secundarios tóxicos y son altamente seguros.

2) generalmente,Colornatural de alimentosRetiene muchas sustancias naturales (tales como vitaminas, aminoácidos, nucleótidos, molécula pequeñaPéptido activoS, sustancias aromáticas y algunos de sus elementos esenciales, etc.), o es en sí mismo un nutriente (como− -carotenoEtc.), que tiene cierto valor nutritivo y funciones de salud.

3) algunos colorantes naturales también tiene ciertos efectos farmacológicos y puede prevenir y tratar ciertas enfermedades.

4)El colornatural tiene un colormás NaturalMás cercano al color de las sustancias naturales, etc. [1].

Sin embargo, en el proceso de procesamiento de alimentos, el color Natural es fácilmente afectado por condiciones externas, tales como la luz y el calor, el valor de pH y muchos otros factores, y la estabilidad del color y la tasa de extracción también se ven afectados por el proceso de extracción. Debido a las razones anteriores, la aplicación de colorantes naturales está sujeta a ciertas restricciones. Por lo tanto, cómo mejorar la estabilidad de los colorantes naturales se ha convertido en la clave para promover el uso de colorantes naturales.

En la actualidad, aunque China todavía se encuentra en un estado de coexistencia y desarrollo simultáneo de pigmentos sintéticos y colorantes naturales, los colorantes naturales de alimentos está obligado a ser la principal dirección del desarrollo de colorantes alimentarios en China. China es rica en recursos naturales para colorear y tiene una amplia variedad de ellos. Las especies que pueden ser desarrolladas y utilizadas también son diversas. Por lo tanto, se seguirán desarrollando y aplicando colorantes más naturales que son beneficiosos para la salud humana.

1. Pigmento rojo de camote púrpura

Patatas dulcesLas batatas, también conocidas como batatas, batatas rojas, batatas blancas, batatas o batatas, son un tipo de cultivo de grano ampliamente cultivado en las regiones tropicales y subtropicales de todo el mundo. Los tubérculos de las raíces de las batatas vienen en varios colores, incluyendo blanco, amarillo, naranja y púrpura. Hay alrededor de 500 variedades, todas las cuales se pueden utilizar como alimentos o como materias primas para la fabricación de almidón y alcohol. Las variedades naranjas son ricas en caroteno, las variedades amarillas son ricas en pigmentos flavonoides, y las variedades púrpuras son ricas en antocianinas de color rojo brillante.

Sin embargo, debido a que el contenido es muy bajo (generalmente sólo alrededor de un valor de color), ha habido muy poca producción de pigmentos rojos de batata en el pasado [2]. Japón ha obtenido una nueva variedad después de la hibridación y la llamó "Aya Purple". Esta batata contiene 8 veces el contenido de antocianina de la variedad original, y debido a las mejoras en las características de cultivo, el rendimiento por mu ha aumentado significativamente, por lo que se puede utilizar comoUna materia prima para la producción de colorantes alimentarios naturalesLo que posibilita la industrialización del PSPC. En China, el rendimiento de la batata púrpura siempre ha sido muy bajo, lo que dificulta la producción comercial de PSPC. En 1980, variedades como "Purple Rose" fueron introducidas desde el extranjero. Después de cruzamiento y mejoramiento, se obtuvo una cepa con alto rendimiento y alto contenido de pigmento, que puede cumplir con los requerimientos de extracción de pigmentos industriales [3].

1.1 métodos de extracción

La extracción deBatata de color púrpuraEl pigmento rojo incluye principalmente el método del solvente y el método de fermentación. En la actualidad, el método del solvente se utiliza sobre todo, y los agentes de extracción más utilizados incluyen ácido acético, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fórmico, ácido cítrico, etanol, etc. [4]. Para la extracción del pigmento rojo camote se utilizó metanacidien el extranjero, mientras que en el país se utilizó 0,5% de ácido cítrico, etanol o etanol acidificado (relación volumen 85:15) [5]. Lu Guoquan et al. encontraron que el efecto de extracción de metanacidificado sobre PSPC fue el mejor, seguido por ácido clorhídrico diludiluy ácido cítrico diludilu[6]. Sin embargo, el metanno es adecuado como un agente de extracción para coloración natural porque es altamente volátil y tóxico. elPigmentos utilizados en los alimentosRequieren un nivel relativamente alto de seguridad, y el ácido cítrico es un medio ácido de uso común en la industria alimentaria, por lo que es más adecuado para el uso de ácido cítrico como un extractante.

Proceso básico del método de fermentación: se lava, se cuece al vapor, se enfría, se aplase una cierta cantidad de camote morado, se mezcla con un mosto primario preparado con una cierta cantidad de arroz, se fermenta durante unos días, se prepara un mosto secundario, se filtra el mosto secundario, y el líquido pigmentante se obtiene por concentración al vacío. El pigmento líquido obtenido por este método contiene muy poco almidón y es un pigmento líquido claro.

1. 2 estudio de estabilidad

1. 2. 1 el efecto del calentamiento sobre la estabilidad del pigmento

El pigmento rojo de batata púrpura se preparó como una solución de pigmento, se colocó en un baño de agua de 90°C y se calentó durante 3 horas. Después de su remoción, se enfrirápidamente a temperatura ambiente, y la absorbancia fue medida en su pico de absorción característico. Se puede observar que el pigmento rojo púrpura de batata tiene una fuerte estabilidad térmica. Sin embargo, si se compara la absorbancia original después de ser calenta 100 °C durante 5 horas, se encuentra que ha disminuido en un 50%. Por lo tanto, cuanto mayor sea la temperatura de calentamiento y mayor sea el tiempo de calentamiento, más perjudicial es para la estabilidad del pigmento. Además, el efecto de la temperatura sobre la lumindensidad parece estar relacionado con el pH. Cuando el pH es 3, el pigmento muestra una estabilidad relativa al calor; Cuando el pH es 5 y la temperatura es alta durante mucho tiempo, la estabilidad del pigmento disminuye, pero la disminución no es significativa, lo que indica que es relativamente resistente al calor. Sin embargo, en la producción real, con el fin de reducir el daño al pigmento, las altas temperaturas y los largos tiempos de calentamiento deben evitarse en la medida de lo posible.

1. 2. 2 efecto de la luz sobre la estabilidad del pigmento

cuandoPigmento rojo de camote púrpuraSe almacenó durante varias semanas a pH = 3 en una habitación oscura, en una habitación con luz natural, con luz natural al aire libre y bajo luz ultravioleta, el pigmento todavía mostraba una estabilidad considerable y el cambio en la densidad óptica era mínimo. Lu Guoquan et al. compararon el pigmento de batata púrpura, el pigmento de la piel de la uva, el pigmento de perilla y el pigmento de arroz negro bajo las mismas condiciones de luz y encontraron que el pigmento de batata púrpura tenía la mejor estabilidad [7].

1. 2. 3 el efecto de los iones metálicos sobre la estabilidad del pigmento

Los iones metálicos comunes como Fe2+, Al3+, Fe3+, K+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, etc. no tienen ningún efecto sobre el pigmento rojo púrpura de batata, por lo que el material del contenedor utilizado en la producción real puede ser ignorado. Sin embargo, cuando se añade Fe3+, la solución se vuelve púrmarrón, pero no se puede concluir que Fe3+ mejora el color, porque Fe3+ en sí también tiene un color, por lo que su mecanismo debe ser estudiado más a fondo.

2 pigmento rojo frambuesa

framframSon arbustos perennes del género Rubus de la familia Rosaceae. Los estudios han demostrado que las frutas de frambuesa son ricas en vitaminas, aminoácidos, azúcares, ácidos orgánicos y trazas de potasio, zinc, hierro, cobre, manganeso y otros nutrientes como cofactores enzimáticos [8]. Además, las frambuesas también son ricas en metabolisecundarios como ácido elágico, flavonoides, ácido salicílico, ácido cafeico, pigmentos, etc. [9-10], por lo que pueden ser ampliamente utilizados en la alimentación, la industria farmacéutica y otras industrias [11].

2.1 método de extracción

Liu Huqi, Chen Tieshan y otros estudiaron el solvente de extracción, el método y la eliminación de las impurezas de pigmento de frambuesa, y seleccionaron el mejor método de extracción. El pigmento de frambuesa es un pigmento soluble en agua. Los investigadores utilizaron cinco disolventes de extracción diferentes, a saber, agua, éter de petróleo, cloroform, éter y etanol, para llevar a cabo pruebas comparativas sobre la extracción de pigmentos, y seleccionaron el mejor disolvente de extracción. Los resultados colorimétricos mostraron que el extracto de agua tenía el color más oscuro, el extracto de etanol tenía un color más claro, y los otros extractos contenían muy pocos componentes de color. Por lo tanto, el agua fue el mejor solvente para extraer el pigmento de frambuesa. El investigador también utilizó el agua como agente extractivo para investigar más a fondo el impacto de diferentes métodos de extracción en el efecto de extracción, con el fin de determinar el mejor método de extracción. Los resultados mostraron que el método de percolación, el método de reflujo térmico y el método de destilación de vapor de agua fueron más efectivos.

Sobre la base de los experimentos anteriores, se puede concluir que el uso de agua como disolvente de extracción y el uso del método de percolación, el método de calentamiento por reflujo y el método de destilación de vapor de agua pueden extraer eficazmente los componentes del pigmento. Sin embargo, teniendo en cuenta que las frambuesas son ricas en componentes volátiles de aceite, por lo que el método de destilación de vapor de agua debe ser el método preferido y económico. Mientras se extraen los componentes del pigmento (distribuidos en la solución acuosa), los componentes volátiles del aceite (distribuidos en el destilado) también se extraen, lo que puede decirse que mata dos pájaros de un tiro. Además, se realizaron experimentos para eliminar las principales impurezas en la solución acuosa de extracción de pigmento de frambuesa, tales como lípidos, proteínas, azúcares, grasas, ceras y otros componentes. La eliminación de estas impurezas se basa principalmente en sus propiedades. El 95% de etanol se añade al extracto acuoso concentrado. Lípidos, proteínas, azúcares, grasas, ceras, etc. que no se disuelven en etanol se precipitpoco a poco y se separan. Para las impurezas tales como grasas y ceras que no se separan fácilmente, éter de petróleo se puede añadir a la solución concentrada para eliminarlos. Después de la eliminación de impurezas, el color del pigmento se mantiene sin cambios y la pureza se incrementa.

Yang Wanzheng, Liu Haiqing y otros también llevaron a cabo experimentos para extraer pigmentos de frambuesa. Mediante la recolección de frutos maduros de frambuesa, la eliminación de los tal, el lavado, secado y luego la tritur, y el uso de agua como disolvente, los frutos se extraían a temperatura ambiente. El extracto era entonces filtrado para remover la materia sólida insoluble, y el filtrado era concentrado para obtener un concentrado viscorojo violáceo. El concentrado fue lavado con éter de petróleo para remover las sustancias liposolubles, secado al vacío para obtener un sólido marrón similar al extracto, principalmente antocianinas, con un rendimiento del 32,5%. Aquí, se recuerda que todo el personal en contacto con materias primas de frambuesa debe utilizar acero inoxidable, ácido y álcali resistente a productos cerámicos o de vidrio, y el agua solvente también debe ser agua desionizada para evitar que los iones metálicos contaminen el producto.

2. 2 estudio de estabilidad

2. 2. 1 efecto de la acidez sobre la estabilidad del pigmento

Liu Huqi, Chen Tieshan y otros estudiaron la estabilidad ácida y alcalina de los pigmentos de frambuesa mediante la medición del color de las soluciones acuosas de pigde frambuesa a diferentes valores de pH. Los resultados mostraron que a pH 2 a 5, la solución pigmentante era roja; A pH 5 a 8, la solución del pigmento era de rojo claro a rojo naranja; Y a pH 9-11, la solución del pigmento era púrpura. Los investigadores creen que pH = 4 es el valor de pH óptimo para el pigmento frambuesa, cuando el pigmento es de color rojo brillante. Yang Wanzheng, Liu Haiqing y otros también han confirmado esta conclusión en su investigación, y han analizado y explicado la razón del cambio en el color del pigmento de frambuesa con el valor de pH, es decir, el cambio en la estructura molecular de la antocianina a diferentes valores de pH. Dado que el átomo de oxígeno en el anillo pirano de la molécula de antocianina es de cuatro Valencia, es básico y puede aceptar protones; Y el grupo hidroxilo fenóen la molécula puede disoci, dando un protón y ser ácido, lo que da a este tipo de sustancia la característica de cambiar la estructura con cambios en el pH del medio.

2. 2. 2 el efecto de la temperatura sobre la estabilidad del pigmento

Liu Huqi, Chen Tieshan y otros estudiaron la estabilidad térmica del pigmento de frambuesa mediante la observación del cambio en el valor de extinción (540 nm) de la solución de pigmento de frambuesa después del tratamiento a diferentes temperaturas y valores de pH. Los resultados del experimento muestran que dentro de 100 °C y un rango de pH de 2 a 5, el valor de extinción disminuye ligeramente, lo que indica que el pigmento de frambuesa es básicamente estable. Cuando la temperatura supera los 100 °C, la estabilidad del pigmento de frambuesa disminuye, pero en general todavía tiene un cierto grado de resistencia a altas temperaturas. Yang Wanzheng, Liu Haiqing y otros también investigaron la estabilidad térmica del pigmento de frambuesa a pH = 4. El extracto pigmentse colocó en un baño de agua caliente a temperatura constante a diferentes temperaturas y se calentdurante 1 h. Después del enfriamiento, la absorbancia se midió a 510 nm. Los resultados mostraron que cuando la temperatura de calentamiento se cambió de temperatura ambiente a 100°C, el valor de absorbancia disminuyó de 0,169 a 0,162, un cambio de sólo 0,007, lo que indica que el pigmento de frambuesa tiene una buena estabilidad térmica.

2.2.3 efecto de la luz sobre la estabilidad del pigmento

Zhang Cunli, Zhang Hongchang y otros estudiaron la estabilidad ligera de los pigmentos de frambuesa mediante la observación del cambio en el valor de extinción después de tratar los pigmentos con diferentes tiempos de luz. El experimento seleccionlos tiempos de exposición a la luz de 0 a 70 días, y midió los valores de extinción correspondientes, que cambiaron de 0,54 a 0,41, una disminución de sólo 0,13. Se puede observar que los pigmentos de frambuesa son bastante estables bajo condiciones de exposición a la luz y tienen mejor estabilidad a la luz que otros pigmentos.

3 pigmento rojo fresa

Las fresas están en la familia Rosaceae. Son bayas perennes yAntocianina pigmentos. El principal componente es pelargonidin 232 glucósido. Además, se han encontrado otros cuatro glucósidos de pelargonidina y dos derivados de glucóside cian. Pelargonium 232 glucósido es más estable que otras antocianinas, ya que contiene un grupo hidroxilo fenóen el 4' Posición del anillo −. Las fresas son dulces, ligeramente ácidas y frescas en la naturaleza. Ellos sacila la sed, vigorizar el estómago y promover la digestión, y se utilizan para tratar la sed, la pérdida de apetito, y la indigestión [12]. El pigrojo rojo de fresa natural extraído de las fresas es un coloralimenticio seguro y no tóxico, con cierto valor nutricional y beneficios para la salud. Es un coloralimentario natural con gran potencial de desarrollo [13].

3.1 método de extracción

Luo Kai, Hu Tingzhang y otros llevaron a cabo investigaciones experimentales sobre la extracción de pigmentos de fresa, incluyendo la selección de disolventes de extracción y la determinación de las condiciones óptimas de extracción, tales como la concentración y el valor de pH del agente de extracción, la temperatura de extracción y el tiempo. El experimento de screening con disolventes de extracción selecciondisolventes de uso común, incluyendo éter de petróleo, éter, agua, acetona, etanol al 95% y etanol al 50%, y llevó a cabo la extracción por inmersión de pigmentos. Los resultados mostraron que el pigmento era casi insoluble en éter de petróleo, ligeramente soluble en éter, y más soluble en agua, acetona, 95% de etanol y 50% de etanol. Sin embargo, el extracto de acetona estaba ligeramente turbio, por lo que no era adecuado para la investigación.

Considerando el precio y la comesti, se seleccionagua y etanol como los disolventes de extracción más adecuados. El experimento de condiciones óptimas de extracción muestra que el agente de extracción etanol tiene el mejor efecto a una concentración del 50%; El pH del agente de extracción tiene un mayor efecto sobre la tasa de extracción del pigmento, y la tasa de extracción del pigmento aumenta con una disminución en el pH. cuanto mayor es el pH, más inestable es el pigmento rojo, por lo que es apropiado extraer en condiciones ácidas; El experimento de temperatura de extracción muestra que el pigmento rojo es más estable cuando se extrae en el rango de 20-80°C, sin embargo, considerando la producción industrial y la conservación de energía, es más práctico extraer a 20-40°C. El tiempo de extracción se encontró óptimo a 1,5-2,0 h. En resumen, las condiciones óptimas de extracción son: 50% de etanol a pH = 4, extraído a 20-40°C para 1,5-2,0 h.

Yang Peirong, Kang Jianbiao y otros también estudiaron las condiciones óptimas para la extracción de pigmentos de fresa. Seleccionéter anhidro, acetona, triclorometano, agua, etanol y ácido clorhídrico como agentes de extracción. Los resultados mostraron que los pigmentos de fresa son fácilmente solubles en agua, etanol y ácido clorhídrico, insolubles en éter anhidro, acetona y triclorometano, ligeramente solubles en solución 0,4% de NaOH, por lo que se seleccionácido clorhídrico (1.5 mol/L) - etanol (97.5%) solución y agua como agente de extracción para determinar el mejor proceso. Los experimentos de temperatura de extracción mostraron que la temperatura óptima de extracción era de 50°C. Cuanto más baja es la temperatura, menos completa es la extracción del pigmento, pero si la temperatura es demasiado alta, el pigmento se descompone fácilmente y la absorbancia disminuye. Los experimentos sobre el tiempo de extracción muestran que la tasa de extracción del pigmento aumenta con la extensión del tiempo de extracción, pero el aumento es lento después de 2 horas, por lo que es más adecuado elegir un tiempo de extracción de 1,5 a 2,0 horas.

Estudio de estabilidad 3.2

3.2.1 efecto del pH sobre la estabilidad del pigmento

Yang Peirong, Kang Jianbiao y otros disolvieron el pigmento de fresa en soluciones acuosas de diferentes valores de pH, los dejaron durante 0.5 h y luego observaron el cambio de color para examinar su estabilidad al pH. Los resultados mostraron que a medida que el pH aumentaba, el color rojo del pigmento de fresa se debilitaba gradualmente yel color amarillo se intensificaba gradualmente. Cuando el pH es 1, 2 o 3, la solución es de color naranja rojizo; Cuando el pH es 4, la solución es de color rosa; Cuando el pH es 7, 8, o 9, la solución es de color morado-marrón; Y cuando el pH es 12, la solución es amarilla. Esto indica que la estructura molecular del pigmento ha cambiado [14-15]. La absorbancia de cada solución de pigmento con un pH de 1 a 6 se midió a una longitud de onda de 501 nm después de dejarla a temperatura ambiente durante 1, 2 o 3 días. Los resultados mostraron que en condiciones ácidas con un pH ≥ 2, la absorbancia del pigmento de la fresa cambió de 0,581 a 0,535 después de permanecer 3 días. El pigmento básicamente no se degradó, y el color básicamente se mantuvo estable. Sin embargo, cuando el pH es ≥4, la solución del pigmento se vuelve turbia o se precipdespués de estar parado.

3. 2. 2 efecto de la temperatura sobre la estabilidad del pigmento

Yang Peirong y Kang Jianbiao disolvieron el pigmento de fresa en un solvente pH = 2 y lo colocaron en un baño de agua a temperatura ambiente y diferentes temperaturas durante 1 h. La absorbancia se midió a una longitud de onda de 501 nm para investigar la estabilidad térmica. Los resultados experimentales muestran que la absorbancia del pigmento de fresa disminuye con el aumento de la temperatura. Es relativamente estable por debajo de 60°C, pero si la temperatura es superior a 70°C, el color se vuelve gradualmente más claro, lo que muestra que la alta temperatura tiene un cierto efecto degradante sobre el pigmento.

3. 2. 3 el efecto de los iones metálicos sobre la estabilidad de los pigmentos

Los investigadores estudiaron la estabilidad de las soluciones de pigmento de fresmediante la adición de soluciones que contienen diferentes iones metálicos. Las concentraciones de las soluciones que contenían diversos iones metálicos fueron 0,005, 0,05 y 0,1 mol/L, respectivamente. Se tomaron 5 mL de la solución madre de pigmento y 5 mL de cada solución de ion metálico, y las soluciones se colocaron en las mismas condiciones durante 1, 2 y 3 horas, respectivamente. La absorbancia se midió en una longitud de onda de 501 nm. Se puede ver en el experimento que cuando Cu2+, Fe2+, Fe3+, y Al3+ se añaden, la mayor concentración de iones y un tiempo de contacto más largo hará que el pigmento se degrade, resultando en una disminución en la absorbancia del pigmento e incluso turbidez. Está claro que la adición de estos cuatro iones metálicos afecta a la estabilidad del pigmento. Sin embargo, en presencia de los iones Zn2+, Mg2+, K+, Na+ y Ca2+, los pigmentos son muy estables y conservan su color brillante, lo que indica que estos últimos cinco iones metálicos no tienen efecto sobre la estabilidad de los pigmentos de fresa.

3. 2. 4 el efecto de oxidantes y reductores sobre la estabilidad del pigmento

Yang Peirong, Kang Jianbiao y otros investigaron el efecto de oxidantes y reductantes en la estabilidad del pigmento al observar el cambio en la absorbancia después de añadir oxidantes o reductantes a la solución madre de pigmento de fresa. Método específico: tomar 5 mL de cada solución de pigmento y añadir 5% de peróxido de hidrógeno (oxidante), 5% de sulfito de sodio (reductor), y 5% VC (reductor), respectivamente. Añadir 5 mL de agua destilada al grupo control y medir la absorbancia a 501 nm. Los resultados muestran que el peróxido de hidrógeno, sulfito de sodio y VC pueden cambiar el color de laPigmento que va del rojo al incoloroY la absorbancia disminuye significativamente en comparación con el grupo de control. Dado que el pigmento de la fresa tiene una estructura de polifenol y es altamente oxidante, puede causar la degradación del pigmento de la fresa [16]. Se puede observar que los oxidantes o agentes reductores pueden tener un efecto significativo en la estabilidad del pigmento de la fresa, haciendo que pierda su color.

referencias

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