The Character and Types of Natural Food Coloring (en inglés)

El coloralimenticio Natural es un producto obtenido de la extracción y refinde materias primas naturales (principalmente vegetales). Es un aditivo alimentario natural utilizado para colorear alimentos. Los colorantes alimentarios se pueden dividir en pigmentos naturales y pigmentos sintéticos de acuerdo con su origen y naturaleza. En China, 65 pigmentos han sido aprobados para su uso en la industria alimentaria, incluyendo 48 pigmentos vegetales. En la actualidad, los pigmentos naturales representan el 90% de los colorantes alimentarios producidos en China cada año; De estos, el 20% son pigmentos naturales extraídos de plantas y por fermentación microbiana, siendo el resto pigmentos de caramelo. En el extranjero, especialmente en los países desarrollados como Europa y los Estados Unidos, muchos nuevos pigmentos naturales han sido desarrollados para su uso en la industria de procesamiento de alimentos [1]. Los colorantes naturales de alimentos se han convertido en la corriente principal del desarrollo futuro. En los últimos años, con el desarrollo de la sociedad y la economía y la mejora de los estándares dietéticos, la industria de alimentos y bebidas tiene requisitos cada vez más altos para los colorantes alimentarios. Por lo tanto, la estabilidad y las propiedades de procesamiento de los colorantes alimentarios son cada vez más importantes. También se están desarrollando nuevos agentes colorantes a través del desarrollo y uso de nuevas tecnologías y procesos para satisfacer las necesidades de la industria de procesamiento de alimentos.

1 características del coloralimenticio natural

más natural colors come from edible plant and animal tissues. Compared with synthetic colors, natural colors have the characteristics of low side effects and high safety. Some natural colors also have health and nutritional benefits. Because natural colors can retain the color of the natural product and some can add a pleasant aroma to the food, they are more popular with consumers.

Los pigmentos de plantas pueden añadir color y son similares a los colores naturales, que es una belleza natural. Sin embargo, los pigmentos vegetales están presentes en pequeñas cantidades en las plantas y son difíciles de aislar y puri. En la mayoría de los casos, el costo de producción de los pigmentos naturales es mucho más alto que el de los pigmentos sintéticos, y se ve muy afectado por el tipo de planta, su lugar de origen y la estación de crecimiento. Hay muchos tipos de pigmentos vegetales y sus propiedades son complejas. Algunos pigmentos también pueden producir olores peculiares o desagradables en presencia de sustancias coexistentes. En comparación con los pigmentos sintéticos, la mayoría de los pigmentos de plantas tienen una fuerza de coloración relativamente débil, no son fáciles de teñir uniformemente, y no son tan brillantes y vivos como los pigmentos sintéticos. También son más sensibles a la luz, el calor, el oxígeno, los iones metálicos y los cambios en el valor de pH, y tienen una estabilidad más pobre. En uso, algunos pigmentos de plantas necesitan ser añadicon estabilizadores de pigmentos y antioxidantes para mejorar la vida útil del producto. Para un pigmento vegetal, debido a sus propias propiedades físicas y químicas, tiene una fuerte especificidad y un rango reducido de aplicaciones. Por lo tanto, la amplitud de aplicación de los pigmentos es de gran preocupación cuando se investigan y desarrollan pigmentos naturales.

2. Maneras de producir colorantes alimentarios naturales

Los principales métodos de producciónColornatural de alimentosLa extracción, síntesis y producción directa utilizando biotecnología. Actualmente, el método de extracción directa se utiliza principalmente para producir pigmentos naturales. El método sintético se limita actualmente a pigmentos individuales como el caroten, que tienen una composición química estable y una estructura molecular relativamente simple. La mayoría de los pigmentos naturales son difíciles de sintetizar químicamente debido a sus complejas estructuras moleculares y sus inestables propiedades fisicoquímicas. Por lo tanto, la gente está trabajando duro para encontrar nuevos recursos naturales de pigmentos en minerales, microorganismos, y especialmente en animales y plantas.

En los últimos años, con el desarrollo de la biotecnología, se ha abierto un nuevo campo para la producción de pigmentos naturales. En la actualidad, el uso de cultivos transgénicos de células vegetales y tecnología de cultivo de tejidos vegetales para producir pigmentos alimentarios ha mostrado un gran potencial [2,3]. Los pigmentos naturales son generalmente metabolisecundarios de plantas y microorganismos, y su contenido en plantas y microorganismos es normalmente muy bajo. El uso de la ingeniería genética para crear plantas transgénicas y bacterias transgénicas de alta eficiencia que alterartificialmente las rutas metabólicas de plantas y microorganismos con el fin de aumentar los metabolisecundarios como los pigmentos es una nueva forma de aumentar la producción de pigmentos naturales utilizando la biotecnología. Muchos pigmentos naturales, como los carotenoides y los pigmentos de levadura roja, ahora pueden ser producidos en masa a través de la fermentación de microorganismos genéticamente modificados.

El coloralimentario Natural se extrae principalmente mediante extracción por solvente, un proceso que incluye etapas como pretratamiento, tritur, lixiviación, filtrado, concentración y secado de las materias primas. El disolvente utilizado depende de las propiedades físicas y químicas del pigmento y de la fuente del pigmento. Los disolventes comúnmente utilizados en la extracción natural de pigmentos incluyen disolventes orgánicos como acetona, etanol, alcanos y bencen, así como ácidos, soluciones alcalinas, grasas y aceites, dióxido de carbono y agua. En los últimos años, una nueva tecnología de extracción de fluido supercrítico ha sido desarrollada y aplicada a la extracción de pigmentos con resultados notables.

3 tipos de colorantes alimentarios naturales

Los colorantes alimentarios naturales se dividen en pigmentos vegetales, pigmentos animales, pigmicrobiy pigmentos minerales de acuerdo con su fuente de materias primas; De acuerdo con su estructura química, se dividen en antocianinas, carotenoides, clorofilas y hemoglobinas; De acuerdo con las diferentes tonde los pigmentos, se pueden dividir en serie rojipúrpura, serie amarillo-naranja y serie azul-verde. Este artículo se centra en la composición química y las principales propiedades de los pigmentos.

3.1 antocianinas de plantas

Las antocianinas, también conocidas como antocianidinas, existen en forma de glucósi, es decir, ésteres de azúcar, en las células de las plantas. Las diferentes antocianinas contenidas en los diferentes tejidos y órganos de las plantas, tales como tal, hojas y flores, les dan diferentes colores. La desventaja de las antocianinas de plantas es que su color es sensible a los cambios en el entorno ácibase ya los cambios en las condiciones de luz y calor. La ventaja es que son solubles en agua y relativamente estables a los cambios en las condiciones de luz y calor en condiciones ligeramente ácidas. Por ejemplo, añadir una cierta cantidad de ácido cítrico a la solución de antocianina puede mejorar su estabilidad. La naturaleza es rica en recursos vegetales, proporcionando amplias materias primas para la extracción de antocianinas. En particular, la extracción de pigmentos vegetales es principalmente una utilización amplia de productos agrícolas y secundarios, que son de bajo costo y bajo costo, tales como pigmentos de maíz, pigmentos de arroz rojo, pigmentos de cáscara de soja negro, caroteno, pigde piel de uva, pigpigde rosa, pigcítricos, etc. [4,5]. Los extractos de pigmento de las frutas no sólo tienen un aroma afrutado, sino que también contienen ciertos nutrientes. Se utilizan comúnmente como aditivos de sabor en bebidas y agentes colorantes en dulces y vino de frutas.

3.2 clorofila de plantas

La clorofila es un componente importante de los cloroplastde las plantas. Se encuentra ampliamente en plantas verdes y algas, y da a las plantas superiores y algas verdes su color verde. En la práctica clínica, la clorofila tiene el efecto de activar las células, promover la producción de sangre y reabastecer la sangre, y la lucha contra la infección. En años recientes, también se ha encontrado que inhiel crecimiento de células cancerosas. La clorofila es un compuesto de porfirina que se divide en clorofila a y clorofila b. Es insoluble en agua, pero soluble en disolventes orgánicos como alcohol, acetona y éter de petróleo.

Chlorophyll is stable under alkaline conditions, but under acidic conditions its Mg2+ is easily replaced by hydrogen ions, thus losing its green color [6, 7]. Therefore, to keep fresh green vegetables green, they can be frozen or freeze-dried, or blanched in 60-75 °C hot water, which can delay or reduce the oxidation and discoloration caused by high temperatures. Since chlorophyll is easily broken down by light, it is made into copper or sodium chlorophyllin in most cases to maintain its stability. Among food additives, the blue-green pigment series belongs to this type of product; other similar products include algin blue and gardenia blue. Copper chlorophyllin sodium salt is soluble in water, ethanol and fat, but it is unstable to light, heat and acids and is also expensive. However, it is difficult to replace it with other natural pigments because of its bright colour.

3.3 carotenoides de plantas

Los carotenoides son una clase de sustancias coloreadas que se encuentran ampliamente en las plantas. Actualmente hay más de 600 tipos de carotenoides. Los diferentes carotenoides tienen diferentes estructuras moleculares. En términos generales, los carotenoides son polímeros de isopreno, que consisten químicamente en un esqueleto de carbono con ocho cadenas de isopreno y contienen enlaces dobles conjugados. Los carotenoides que se encuentran en los cloroplastde las plantas contienen dos pigmentos, a saber, caroteno y luteína. El primero es amarillo anaranjado yel último es amarillo. Hay tres isómeros principales del caroteno: α, β y γ. Los carotenoides son solubles en grasa pero no en agua. Fisicoquímicamente, son relativamente estables y sólo reaccionan débilmente a ácidos, bases y altas temperaturas. Sin embargo, son fácilmente descompuestos por la luz, oxidantes y enzimas. Los carotenoides se encuentran en abundancia en verduras verdes, frutas y verduras amarillas y aceite de palma.

Entre los carotenoides, los que se pueden convertir A retinol se llaman provitamina A, y el que tiene la mayor potencia biológica es − -caroteno. El licopeno, que se encuentra en los tomates, sandías y guayguay, también es un carotenoide, pero no se puede convertir en vitamina A. debido a su fuerte actividad antioxidante, los carotenoides se utilizan a menudo como antioxidantes alimentarios en la industria alimentaria, ya que son 100 veces más eficaces que el VE. Los carotenoides pueden prevenir eficazmente la oxidde la lipoproteína de baja densidad, proteger la piel del daño ultravioleta, inhibir el crecimiento y la diseminación de las células cancerosas, y prevenir la aparición y el deterioro del cáncer de próstata. Un alto consumo de carotenoides también puede reducir la degeneración macular de la retina y las enfermedades de próstata relacionadas con la edad [8~10].

In addition to carotene and lutein, carotenoids also include capsanthin and gardenia yellow. Capsanthin is a fat-soluble pigment extracted from chili peppers that is reddish-orange in color. The pigments contained in chili peppers, in addition to capsanthin, also include capsaric acid, which is collectively referred to as capsanthin in a broad sense. Capsanthin has the advantages of being heat-, acid- and light-resistant, and is suitable for coloring foods such as pastries, margarine, canned goods, beverages and dairy products. Since chili peppers are themselves spices with a strong spicy flavor, the chili peppers need to be de-spiced during the extraction of capsanthin. Gardenia yellow pigment is a pigment extracted from the fruit of the gardenia jasminoides plant in the rubiaceae family. It is easily soluble in water, insoluble in oil, has little effect on hue depending on pH, is thermally stable, slightly less light stable, and quite stable to metal ions. It is hardly affected by aluminium, calcium, lead, copper, tin, etc., but turns black when exposed to iron. Gardenia yellow pigment is suitable for use in pastries, cold drinks, sweets, dairy products, etc. According to incomplete statistics, there are nearly 20 factories in Japan producing gardenia yellow pigment, and most of the raw materials are imported from China. China is rich in gardenia resources, and it grows in large quantities in provinces south of the Yangtze River, so it is worth developing.

3,4 flavonoides

Los flavonoides se encuentran ampliamente en las plantas y tienen muchos derivados. Hasta ahora, se han descubierto miles de flavonoides. Los tipos de flavonoides contenidos en las plantas de diferentes órdenes, familias, géneros y especies son diferentes, y los tipos de flavonocontenidos en los diferentes tejidos y órganos de las plantas, como las flores y las raíces, también son diferentes. En general, los cereales, las verduras y las frutas tienen un alto contenido de pigmentos flavonoides. Los flavonoides son compuestos fenólicos solusolubles en agua. En su estructura molecular, un enlace de tres carbon(C6 -C3 -C6) conecta dos anillos de benceno. Los flavonotienen actividades fisiológicas como la actividad antioxidante y la eliminación de radicales libres, y son eficaces en la prevención de enfermedades cardiovasculares y en la lucha contra bacterias, virus y alergias. Las isoflavonas, que también están contenidas en la soja, tienen un efecto positivo en el tratamiento y prevención de enfermedades relacionadas con niveles hormonbajos, como lípidos sanguíneos elevados, osteoporosis y síndrome menopáusico [11-13]. Algunos flavonopueden mejorar la capacidad antihormonal de las personas con altos niveles de estrógeno, y son eficaces en la prevención y el tratamiento de diversas enfermedades como el pulmón, el colon, la piel, el endometri, los senos, la próstata, otras enfermedades cardiovasculares y la leucemia, y pueden inhibir el crecimiento de las células cancerosas.

Arroz de arroz con levadura roja

Monascus Red es el nombre comercial del pigmento de levadura roja, un agente colornatural de alimentos secretado por el micelio Monascus. Es un metabolito secundario de Monascus. El Monascus fermentcon arroz glutinoso y no glutinoso puede producir una gran cantidad de pigmento de levadura roja. El arroz de levadura roja sin procesar se puede utilizar directamente para colorear alimentos. El pigmento Monascus es una sustancia compleja, cuyo color rojo es producido por una mezcla de seis componentes. Entre estos, monascorubrin y monascorubrin son de color púrpura rojizo, monascorubrin y monascorubrin son de color naranja rojizo, y monascorubrin y monascorubrin son de color amarillo. Comparado con otros pigmentos naturales, el pigmento de arroz de levadura roja tiene un fuerte poder colorante, especialmente un poder colormás fuerte en las proteínas. También es resistente a la luz y al calor, y tiene muchas otras ventajas como la resistencia a ácidos y álcalis, agentes redox y cambios en iones metálicos. En la actualidad, el pigmento de arroz de levadura roja es ampliamente utilizado en la coloración de la carne, productos acuáticos, alimentos fermentados, productos de soja y vino [14~16].

3.6 pigmento de caramelo

El colorcaramelo es un pigmento soluble en agua derivado de la deshidraty condensde azúcares. Dependiendo del proceso de producción, el producto se divide en dos categorías: sal de amonio y sal no amonio. El caramelo de sal de amonio tiene las ventajas de un mejor color, estabilidad al ácido y álcali, resistencia al calor, resistencia a la luz, métodos de procesamiento simples, y una alta tasa de recuperación de rendimiento. El color caramelo es ampliamente utilizado en la coloración de una variedad de bebidas, aperi, e incluso productos tales como salsa de soja [17,18].

3.7 cúrcuma

This is a pigment extracted from the underground rhizomes of plants in the ginger family, Curcuma. Its main component is curcumin. It is insoluble in cold water, soluble in ethanol and propylene glycol, and easily soluble in glacial acetic acid and lye. Its advantages are high color value, strong coloring power, thermal stability, and good light resistance of its alcoholic solution. It is suitable for use in candy, pastries, condiments, etc. [19, 20]. China has abundant turmeric resources, which are mainly produced in Sichuan, Fujian and other places and should be vigorously developed. In addition, the yellow-orange pigment series also includes paprika yellow pigment, safflower yellow pigment, corn yellow pigment, nuclear yellow pigment, annatto orange pigment, rehmannia yellow pigment, citrus pigment, etc.

Otros 3,8

Además de los tipos de pigmentos descritos anteriormente, actualmente hay pigmentos en fase de investigación en China, y algunos pigmentos ya se producen en pequeñas cantidades, como el betalino extraído de los tubérculos de remolacha roja de la familia Chenopodiaceae; Shiso pigmento extraído de las hojas de shiso de la familia Lamiaceae; Pigmento de la col roja extraído de las hojas de la col púrpura; Pigmento de sorgo extraído del casco del sorgo de la familia Gramineae; Pigmento de arroz rojo extraído del arroz rojo; Pigmento de cacao hecho de las semillas maduras fermentadas y tostadas del árbol de cacao; Pigmento de calabaza roja extraído de las calabazas rojas; Y amaranto rojo pigmento extraído de amaranto rojo comido por la familia del amaranto, etc. [21~23].

4 perspectivas para el desarrollo de colorantes alimentarios naturales

As people's mejora la calidad de vida de las personas y crece su conciencia de la atención de la salud, la seguridad y el valor nutricional de los colorantes alimentarios son cada vez más importantes. Comparado con el colorante sintético, el colornatural tiene muchas ventajas, tales como menos efectos secundarios y mayor seguridad. Algunos colorantes naturales también tienen beneficios nutricionales y de salud, y los pigmentos naturales de plantas son de color natural. En China, tanto los recursos biológicos y no biológicos son abundantes, y los recursos vegetales se encuentran en todo el país. Muchas de estas plantas no sólo son hierbas medicinales tradicionales chinas, sino también materias primas de alta calidad para la extracción de diversos pigmentos como el rojo, amarillo y púrpura.

Además, la transformación profunda de productos agrícolas y secundarios también produce una amplia variedad de pigmentos. Por lo tanto, el desarrollo razonable y la utilización de China's natural resources and agricultural and sideline products will provide the food industry with natural pigments that are not only highly safe but also have certain nutritional value. In recent years, with the technological progress and the increasingly perfect process of refining and using natural pigments, natural pigments have accounted for an increasingly large proportion of the pigments used in the light industry, especially in the food processing industry. It is an inevitable trend for natural food additives used in the food industry to gradually replace synthetic food additives with natural pigments[24~26] . Therefore, as a food coloring additive, natural pigments have very broad development prospects.

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