Estudio sobre la estabilidad de antocianidina Natural

Todos los productos alimenticios tienen ciertas características de color,y la calidad del color afecta directamente a los consumidores#39; La aceptabilidad del alimento y su evaluación de su calidad. Los dos tipos principales de colorantes alimentarios utilizados en la industria de procesamiento de alimentos son los pigmentos sintéticos y naturales. Los pigmentos sintéticos son altamente estables, tienen un fuerte poder colorante y son baratos, pero a medida que la investigación ha progres, se ha descubierto que muchos de los colorantes alimentarios sintéticos que una vez se permitió su uso tienen efectos más o menos nocivos para el cuerpo humano, por lo que el mercado de pigmentos naturales se está expandiendo [1].antocianinasSon un tipo de pigmento natural que es ampliamente utilizado. Pertenecen a una clase de compuestos polifenó. La mayoría de las flores, frutas y verduras en la naturaleza tienen colores brillantes porque son ricos en antocianinas [2]. Las antocianinas no sólo tienen un color brillante, sino también tienen una fuerte actividad antioxidante. Son un excelente antioxidante natural y eliminador de radicales libres [3] y pueden reducir la incidencia de enfermedad coronaria, cáncer y enfermedad cerebrovascular [4].

Sin embargo, debido a la alta actividad de las antocianinas, factores como la temperatura, pH, oxígeno, ácido ascórbico y partículas metálicas pueden afectar la estabilidad de las antocianinas [2]. Las antocianinas se degradbajo influencia externa en productos de degradación marrones o incolor[4], lo que afecta su color y claridad, poniendo ciertas restricciones en el uso de pigmentos de antocianina. Por lo tanto, cómo mejorar la estabilidad de las antocianinas es la clave para la promoción y uso actual de pigmentos de antocianina [5].

1 factores que afectan la estabilidad de las antocianinas

1.1 efecto del pH sobre antocianinas

El pH puede cambiar la estructura o composición de antocianinas, cambiando así su color. Estudios han demostrado que las antocianinas de azúcar simples existen como cationes 2-fenilbenzopirano (AH+) a pH < 2, y como pseudobases de quinona (B) o chalcone (C) en pH4 a 5. En este momento, son incoloro, y en la forma del alcohol de tipo A A pH > 6 [6]. Son precisamente estos cambios estructurales los que hacen que las antocianinas aparezcan en diferentes colores a diferentes valores de pH. A pH < 2, aparecen de color rojo brillante brillante; A pH neutro, son de color púrpura; A pH alcalino, aparecen azules; Y a pH > 11, pueden aparecer de color verde oscuro [7].

Yang et al. encontraron que la absorbancia de la antocianina de rosa no cambia mucho a pH de 2 a 7. Cuanto más pequeño es el pH, más brillante es el color. Por encima de pH 7, la absorbancia cambia mucho y el color cambia [8]. Ayeg-ul K et al. estudiaron la estabilidad de las antocianinas mediante el calentamiento de las soluciones de antocianinas de pH diferente. Encontraron que después de calentar en un baño de agua a 70 °C durante 8 h, la vida media de la muestra de pigmento con un pH inferior a 4.0 fue significativamente mayor que la de la muestra de pigmento con un pH superior a 5.0 [4]. Esto muestra que la antocianina es relativamente estable en condiciones ácidas, y que la antocianina es generalmente adecuada como aditivo para alimentos ácidos.

1.2 efecto de la luz sobre antocianinas

Light (especially ultraviolet light) can induce the decomposition or oxidation of natural pigments, causing them to lose their color. Natural pigments are generally more stable at low temperatures or in a dry state. Heating or high temperatures can accelerate the discoloration reaction, and they are especially prone to oxidation and fading when heated to the boiling point [5]. Cao et al. placed an aqueous solution of mulberry pigment under direct sunlight for 6 hours and found that the pigment degraded by 30%. When placed indoors in the dark for 2 months, the absorbance degraded by 0.03% [9]. Zhu et al. used different monochromatic light to irradiate rose hip pigment and studied the trend of pigment content changes. They found that the pigment was destroyed most quickly under blue light, while it was destroyed most slowly under red light. Under the same light intensity, the order of the destruction rates of pigments by each monochromatic light, from largest to smallest, was: blue light, white light, green light, purple light, yellow light, orange light, and red light [10].

1.3 efecto del calor sobre los pigmentos de antocianina

Heating can promote the degradation of anthocyanin pigments, which will lose their bright color. A large number of studies have shown that the degradation rate of anthocyanin increases and the half-life decreases after heating. Cuipeppe, Garzon K, Aysegul K[4, 11, 12] and other researchers have found that the thermal degradation of anthocyanins follows the first thermodynamic formula, and the degradation of anthocyanins accelerates with the increase of heating temperature and time. Heating a rose anthocyanin solution for 2 hours resulted in a greater rate of change in the absorbance of the pigment above 60°C [8].

La vida media de una solución de antocianina de zanahoria a 70°C es de 16,7 horas, mientras que a 80°C se reduce a 10,1 horas ya 90°C es de solo 5,0 horas. Las bajas temperaturas son propicias para prevenir la degradación de antocianinas.  La vida media de una solución de antocianina de zanahoria a 37°C es de 4,1 semanas, mientras que a 20°C es de 18,7 semanas. Si se almacena a 4°C, su vida media es de 71,8 semanas, y la antocianina se degrada en menos del 36% en un año [4].

1.4 efecto de los iones metálicos

Natural pigments generally do not react with common main group metal ions such as K+, Ca2+, and Na+. Only some metal ions with a slightly higher molecular weight, a high valence state, and metal activity, such as A13+, Zn2+, Cu2+, and Fe3+, react with the pigments, affecting the stability of the pigments and causing the pigments to fade or precipitate [5]. Yang et al. found that N, K+, A3l+, Ba2+, Cd2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+, Mg2+, and Pb2+ ions have no adverse effect on the stability of the pigment, while Fe3+ causes the pigment solution to darken and Sn4+ and B3i+ cause the pigment to precipitate [8]. Peng et al. found that Fe3+ and Sn2+ had a significant effect on the absorbance of the pigment, while salt and sucrose had little effect on the pigment [13]. Du et al. found that Fe3+, Zn2+, and Cu2+ ions had a certain effect on the stability of the pigment. As the storage time increased, the absorbance value decreased, with Zn2+ having the greatest effect. Ca2+ ions have a certain protective effect on color [14].

1.5 efecto de otros aditivos

Chen et al. encontraron que el ácido ascórbico puede reducir significativamente la estabilidad del color de las antocianinas de mirto, acelerar la decoloración de la solución pigmentante, y cuanto mayor sea la concentración de ácido ascórbico, peor será la estabilidad de las antocianinas. Se analiza que el ácido ascórbico no debe ser utilizado para proteger el color o para mejorar el contenido de ácido ascórbico en el procesamiento de frutas y verduras ricas en antocianinas [15]. Yang et al. agregsacarosa y vitamina C a la solución acuosa de la antocianina de Mora por separado y encontraron que la absorbancia del pigmento no se vio afectada cuando la concentración de sacarosa fue de 0-7 mg/mL. Cuando el contenido de vitamina C era de 0 a 4 mg/mL, su presencia causaba un cierto grado de aumento en la máxima absorbancia del pigmento, y cuanto mayor era el contenido, mayor absorbancia [8].

Li et al. estudiaron la estabilidad de las antocianinas en el jugo de granada, y encontraron que los tres edulcorantes sacarosa, azúcar de proteína y asparno tenían efecto sobre su estabilidad. La adición de vitamina C causó que la absorbancia de las antocianinas del jugo de granada disminu, ya medida que la concentración de vitamina C aument, la absorbancia del pigmento disminuyó, y el color se volvió más claro. Se concluyó que el ácido ascórbico causó la degradación de las antocianinas en el jugo, causando así que el color del jugo de granada se desvaneciera [16]. Xu et al. encontraron que la glucosa, la sacarosa, el benzoato de sodio y el sorbato de potasio, que se utilizan comúnmente en los alimentos, no tenían efectos adversos significativos sobre las antocianinas de morera; La vitamina C tenía un doble efecto sobre las antocianinas de morera, mientras que el H2O2 y el NSO3 tenían un efecto perjudicial grave [17]. Al mismo tiempo, la presencia de oxígeno también tiene un efecto adverso sobre la estabilidad de las antocianinas.

En resumen, las antocianinas naturales son relativamente inestables y son propensas a desvanecimiento, decoloración y precipitación debido a varios factores durante el almacenamiento o procesamiento de alimentos. La estabilidad de los pigmentos varía bajo diferentes condiciones de pH debido a las diferencias en la estructura del pigmento. El calentamiento y la presencia de algunos iones metálicos no son propicias para la preservación de antocianinas. La vitamina C tiene un doble efecto sobre las antocianinas. Cuando está presente en pequeñas cantidades, tiene un efecto estabilisobre las antocianinas. Son precisamente estas propiedades de las antocianinas las que limitan su uso en los alimentos. Para mejorar el uso de antocianinas en los alimentos, es necesario mejorar la estabilidad del pigmento y prevenir la decoloración de los pigmentos naturales durante el procesamiento y distribución de los alimentos.

2 medidas de protección

2.1 cambiar el ambiente de almacenamiento de pigmentos naturales

Estudios han demostrado que las antocianinas son más estables a bajas temperaturas y en la oscuridad. Por lo tanto, las antocianinas deben ser almacenadas, procesadas y transportadas a bajas temperaturas y en la oscuridad. Las antocianinas son sensibles a algunos iones metálicos, por lo que los recipientes metálicos deben ser evittanto como sea posible durante la extracción, almacenamiento y procesamiento de las antocianinas. Algunos agentes quelantes de metales, como EDTA, se pueden añadir para bloquear iones metálicos, eliminar la influencia de los iones metálicos, y mejorar la estabilidad de los pigmentos naturales. Para evitar que el oxígeno oxide las antocianinas, los productos con pigmentos de antocianina añadise selpara evitar que el oxígeno entre. Dadas estas condiciones de almacenamiento para las antocianinas, así como el color brillante y las excelentes funciones fisiológicas de las antocianinas en sí, creo que el uso de pigmentos de antocianina en yogur, helados, bebidas de jugo de fruta, vinagre de fruta, y otras aplicaciones tendrá perspectivas muy brillantes.

2.2 refinación y purificación de pigmentos naturales

Los pigmentos naturales generalmente contienen una variedad de impurezas. No hay una conclusión clara en cuanto a si la presencia de estas impurezas tiene un impacto negativo en la estabilidad del pigmento. Sin embargo, la presencia de impurezas en el pigmento puede afectar la intensidad del color y el valor de color del pigmento. Al mismo tiempo, los pigmentos no refinno son fáciles de convertir en polvo y son propensos a absorber la humedad. Los principales métodos de refiny purificación de pigmentos son métodos enzim, métodos de intercambio iónico, métodos de separación de membrana, y métodos técnicos integrales. Entre estos métodos, la adsorción por resina macroporosa es uno de los más utilizados para la purificación de pigmentos en los últimos años.

Peng et al. used macroporous resin adsorption and separation to purify mulberry red pigment, and compared the adsorption of five resins on mulberry red pigment. The results showed that the use of AB-8 resin as an adsorbent was the most effective. Compared with the traditional method, the color value of the product is higher, reaching a maximum of 38.50. In contrast, the color value of the unpurified pigment is only 5.35 to 5.65. At the same time, AB-8 resin is very stable. After 18 uses, its adsorption rate only decreases by 2.3% [18]. Liu et al. studied the adsorption and separation of mulberry anthocyanins by D101A macroporous adsorption resin. The results showed that the resin had good adsorption capacity for mulberry anthocyanins, the color value of the purified mulberry anthocyanins was greatly improved, it was easy to make into a powder, and it was not easy to absorb moisture [19].    También se estudiaron las tasas de adsorde cinco resinas, D3520, D4020, X-5, NKA-9 y AB-8, y se encontró que el X-5 tenía la mayor tasa de adsor[20].

2.3 adición de pigmentos auxiliares

Recent studies have found that when anthocyanin molecules bind to certain compounds, it can change the stability of anthocyanin [21, 22]. These compounds that can bind to anthocyanin molecules are usually colorless, but when they are added to the pigment solution and bind to anthocyanin molecules, it will change the color of the solution to some extent. These compounds include substances such as some amino acids, organic acids, nucleotides, flavonoides, polyphenols or anthocyanins themselves. They are generally referred to as copigments. Copigments are rich in electron cloud systems and can form molecular complexes with anthocyanins through hydrophobic and hydrogen bonding,   De este modo se excluye hasta cierto punto la hidratde la molécula del pigmento por moléculas de agua y ataques nucleofílicos, aumentando así la estabilidad de las antocianinas [22]. Cuando un compuesto se une a una molécula de antocianina, por lo general causa un cambio al rojo en la longitud de onda máxima de absorción del pigmento y un aumento en la absorbancia máxima. Esta reacción química existe en condiciones de pH 1 a pH 7 [23].

Anna et al. sustancias como laastragaloside, Ácido clorhídricoEl ácido tánico y los polifenoles derivados de la raíz de Scutellaria baicalensis Georgi, una hierba medicinal China, como co-pigmentos, y estudió la estabilidad de las antocianinas. Los experimentos se llevaron a cabo calentando la solución pigmentada mixta y exponiéndola a la luz ultravioleta. Se encontró que los polifenoles de Scutellaria baicalensis Georgi tenían el mayor efecto en la mejora de la estabilidad del pigmento, y que el efecto de copigera era más fuerte a un pH de alrededor de 3,5 [6]. Plamen et al. añadipolifenoles extraídos de pétalos de rosa a la bebida de fresa. Se estudió la estabilidad de la solución pigmentaria estándar (PSA), bebida, bebida y pigmento suplementario (RPP), solución pigmentante (PSA) y pigmento suplementario (RPP) bajo condiciones de calentamiento. Los resultados mostraron que la degradación térmica de las antocianinas aún se conforma la primera fórmula termodinámica después de la adición de pigmentos suplementarios.  Este resultado es congrucon otros investigadores, [24,25]. La semivida del APE a 85°C es 131min, mientras que la semivida de la muestra de APE + ppen las mismas condiciones es 173min, un aumento de aproximadamente 0,3 veces. La estabilidad de la bebida +RP es mayor que la de PSA+RPP. Se analiza que la bebida de fresa en sí contiene algunos polifenoles, los cuales tienen un cierto efecto sobre la estabilidad de la bebida#39;s pigmentos [26].

Algunos estudiosos han señalado que la reacción de las antocianinas polifenoles es una reacción compleja de reconocimiento molecular. La configuración molecular de los polifenoles puede ser deformada, el peso molecular es grande, y aquellos con un grupo p-cumaroilo por lo general tienen una fuerte capacidad de Unión a las antocianinas. Cuando se agrega gelatina al sistema, se puede observar que la reacción de color secundaria desaparece inmediatamente, lo que indica que los polifenoles están involucrados en la Unión de las proteínas. Cuando las sales están presentes en el sistema, la reacción compleja de polifenol-antocianina puede ser promovida. El color rojo brillante del vino se debe a la presencia de catequinas, taninos condensados y varios otros flavonoides [27]. En el modo de reacción de polifenoles y antocianinas, la combinación de los dos se logra a través de la acción combinada de enlaces de hidrógeno y enlaces hidrofóbicos [27].

2.4 resumen

Como puede verse en lo anterior, el principal determinante de la estabilidad de las antocianinas es la estructura de las antocianinas. Para cambiar su estabilidad, generalmente hay dos métodos: uno es cambiar el entorno de almacenamiento, por ejemplo, cambiando la temperatura de almacenamiento, almacenándolo en contenedores herméticos protegidos de la luz, y la eliminación de sustancias que tienen un mayor efecto sobre la estabilidad, como el oxígeno y los iones metálicos. El segundo es cambiar su estructura, por ejemplo, mediante el uso de antocianinas en combinación con flavonoides y polifenoles, que también tienen funciones fisiológicas muy fuertes.

Con el fin de mejorar la estabilidad deColorantes alimentarios naturalesSe requiere más investigación, especialmente en términos de la estructura molecular de los pigmentos, para mejorar la estabilidad de las antocianinas y satisfacer las necesidades de la industria alimentaria en rápido desarrollo.

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