¿Cuáles son los ingredientes del extracto de arroz negro?

El arroz negro es un tipo especial de arroz que es rico en nutrientes, incluyendo varios oligoelementos y antocianinas. Según el compendio de Materia médica, el arroz negro tiene los efectos de nutrir el yin y los riñones, fortalecer el bazo y calentar el hígado, mejorar la vista y promover la circulación sanguínea. En la cultura popular, el arroz negro tiene la reputación de ser un "arroz tributo precioso" y "arroz medicinal" [1]. La investigación moderna ha demostrado que el arroz negro tiene diversas actividades biológicas tales como anti-oxid, anti-inflamación, y la prevención de enfermedades cardiovasculares y cerebrovasculares [2].

Estas actividades biológicas funcionales están estrechamente relacionadas con los componentes del pigmento contenidos en el arroz negro. Mientras tanto, a medida que la gente presta más atención a su salud, el arroz negro, que a menudo es consumido por las personas, y los pigmentos en él también han recibido atención de los investigadores. En la actualidad, hay más y más investigación sobre la identificación de los componentes del extracto de arroz negro, el proceso de extracción, la separación y purificación, y la estabilidad. Por lo tanto, este artículo revisa la investigación sobre el análisis de composición, extracción, separación y proceso de purificación, y la estabilidad de los pigmentos de arroz negro, con el fin de obtener una comprensión integral de las propiedades de los pigmentos de arroz negro y promover el desarrollo y procesamiento profundo de arroz negro en los campos de alimentos y alimentos saludables.

1 métodos de separación, identificación y determinación de los componentes del extracto de arroz negro

1.1 separación e identificación de los componentes del extracto de arroz negro

El componente principalExtracto de arroz negroEs antocianina. Dado que la antocianina es inestable al calor, la luz y otras condiciones, también hace su separación e identificación más difícil. En la actualidad, el método más utilizado para la identificación de los componentes del extracto de arroz negro es la cromatografía líquida y la espectrometría de masas en tándem.

Sun Wujuan et al. utilizaron espectroscopia infrarroja y espectrometría de masas en tándem de cromatolíquida de alto rendimiento para separar e identificar los componentes del pigmento en el extracto ultrasónico del extracto de arroz negro. De acuerdo al espectro de masa primario y secundario de las sustancias separadas, se determinó que el extracto contiene dos componentes de antocianina, a saber, cianidin3-glucósido y peonidin-3-glucósido, con una fracción de masa de 15,20% y 39,60%, respectivamente [3]. Park et al. usaron extracto de arroz negro como objeto de investigación y utilizaron cromatolíquida de alta performance y espectrofotometría ultravioleta visible para identificar los componentes pigmentdel arroz negro como cianidin-3-glucósido, antocianin-3-glucósido, malvinidin-3-glucósido, geraniol-3-glucósido y delphinidin-3-glucósido, entre los cuales el contenido de centaureidin-3-glucósido fue el más alto, representando el 95% por contenido relativo [4].

Mikihlemori et al. usaron detección de matriz de fotodiodos de cromatolíquida de alto rendimiento y espectrode masas electrospray para identificar los componentes pigmentdel arroz negro, y probaron que los componentes principales eran cianidin-3-glucósido y cianidin-3-galactósido, con contenidos relativos de 91.13% y 4.74%, respectivamente [5]. Zhang Mingwei et al. aislaron, purie identificaron cuatro antocianinas de arroz negro: malvin, pelargonidin 3,5-diglucósido, cianidin 3-glucósido y cianidin 3,5-diglucósido. De los cuales el geranio -3,5 - diglucosido y el aciano -3,5 - diglucosido son componentes que no han sido identificados por generaciones anteriores [6].

En resumen, la composición del pigmento del arroz negro se compone de una variedad de componentes de antocianina. El componente identificado por los investigadores es acidul-3 - glucósido, que es también el componente con el mayor contenido.

1.2 método de determinación del extracto de arroz negro

Actualmente, los principales métodos para determinar el extracto de arroz negro incluyen espectrofotometría, cromatolíquida de alto rendimiento y métodos en tándem de cromatografía de masas líquida. La ventaja del método en tándem de cromatode líquidos y espectrode masas está en la separación e identificación, con muchas ventajas como alta eficiencia, velocidad y sensibilidad. Sin embargo, el equipo utilizado en este método es más caro, y los requisitos técnicos para su operación y mantenimiento son más altos. La cromatolíquida y espectrofotometría son más adecuadas para empresas ordinarias y otras instituciones.

Ying Longbin et al. usaron cianidin3-glucósido como la sustancia estándar para establecer un método para la detección de sustancias de antocianinas en arroz negro por cromatolíquida de alto rendimiento. La longitud de onda de detección se determinó en 275 nm, y la fase móvil fue de metany agua (conteniendo 1% de ácido fórmico), el cual fue eluido en un gradiente. El método tiene buena linealidad (R=0.9998) en el rango de concentración de antocianina de 0,0052 a 0,052 mg/mL, con una tasa de recuperación promedio de 99.72%, RSD de 0.9100 y un límite mínimo de detección de 0.1 ng/mL [7].

Ya en 1982, Osawa utilizó el método de diferencia de pH para determinar el contenido de antocianinas en los alimentos. Usando cianidin3-glucósido como sustancia de referencia, estableció un método para determinar antocianina usando el hecho de que la transformación estructural de los componentes de antocianina bajo diferentes condiciones de pH es una función del pH, y los valores de absorbancia son diferentes en la misma longitud de onda [8]. Zhou Shukun et al. utilizaron este método para determinar el contenido de pigmento del arroz negro. Usando cian3-glucósido como sustancia de referencia, midieron la absorbancia máxima de las soluciones de extracto de arroz negro a pH 1.0 y 4.5, y calculla concentración de pigmento de arroz negro basado en el peso molecular y el coeficiente de extinción de cian3-glucósido [9].

Durante los procesos de extracción y purificación del extracto de arroz negro, los investigadores prefieren métodos de medición sencillos y rápidos. Zhang Yinliang, Guo Mei y Wu Suping, entre otros, utilizaron espectrofotómetros para determinar la tasa de extracción de pigmentos de arroz negro. Después de que el extracto de la muestra fue diluido apropiadamente, la absorbancia fue medida en su máxima longitud de onda de absorción, y el valor de absorbancia fue usado para evaluar los resultados de extracción o purificación [10-12].

2 estabilidad del extracto de arroz negro

La estabilidad de los componentes de antocianina es susceptible a factores como la luz, la temperatura y los oxidantes. Antocianina es sensible a la temperatura, y el calentamiento prolongado hará que forme una estructura de chalconona incoloro y se desvan. La antocianina puede ser convertida del estado fundamental al estado excipor una fuerte irradiación de luz, haciéndolo más propenso a reacciones de degradación [13]. En la actualidad, los componentes del extracto de arroz negro han sido identificados como componentes de antocianina. Por lo tanto, los investigadores han estudiado la estabilidad de la antocianina de arroz negro bajo condiciones tales como la luz y el calor para aclarar las condiciones de almacenamiento y aplicación de los pigmentos de arroz negro.

2.1 efecto del calor y la luz sobre la estabilidad del extracto de arroz negro

Jiang Xinlong utilizó extracto de pigmento de arroz negro aislado y purificado como objeto de estudioY demostró que la térmica y la fotodegradación de la antocianina de arroz negro se ajustaban a la ecuación cinética de reacción de primer orden [13]. Ji Yunqi et al. calentaron soluciones de pigmento de arroz negro a 70 °C y 100 °C, respectivamente, durante 30 minutos, y encontraron que la absorbancia a 510 nm disminuyó en 7,2% y 20%, respectivamente [14]. Esto demuestra que cuanto mayor sea la temperatura y mayor sea el tiempo de calentamiento, más rápida será la degradación térmica de la antocianina de arroz negro. La antocianina de arroz negro se colocó bajo condiciones de temperatura constante de 24°C y un pH de 3,0, y luego se expuso a la luz natural de interior (intensidad de luz media 10001x), a la luz solar fuerte (intensidad de luz media 450001x) ya condiciones oscuras durante 10 días. Las tasas de degradación fueron 0.01184/h, 0.01639/h y 0.0035/h, con semividas de 58.54, 42.29 y 197.80 h, respectivamente [13]. Se puede observar que el pigmento del arroz negro es relativamente pobre en resistencia al calor y a la luz, y que las bajas temperaturas y las condiciones oscuras son propipara su conservación.

2.2 efecto del campo ultrasónico sobre la estabilidad del extracto de arroz negro

Zhou Shukun et al. estudiaron el efecto del ultrasonido en la estabilidad del extracto de arroz negro. Se exploraron los efectos de la concentración inicial, pH, frecuencia ultrasónica, potencia ultrasónica y temperatura de reacción sobre la degradación de pigmentos de arroz negro. A través del análisis cinético de reacción, las reacciones químicas de los pigmentos de arroz negro en entornos ultrasónicos y no ultrasónicos se conformcon la ley de reacción de primer orden. En el campo ultrasónico, la energía de activación fue 37697,94 kJ/mol, y el factor preexponencial fue 3800,55 s-1. En un ambiente no ultrasónico, la energía de activación es 39531.41 kJ/mol, y el pre-factor es 2887.07 s-1. Una comparación muestra que el ultrasonido puede reducir la energía de activación y aumentar el número de colimoleculares efectivas, haciendo que la reacción de degradación sea más probable que ocurra. Se puede observar que el número de colimoleculares efectivas del pigmento de arroz negro en el campo ultrasónico aumenta, y la energía de activación disminuye, haciendo más probable que ocurra la reacción [9].

2.3 efecto de la acidez y alcalinidad sobre la estabilidad del pigmento

El extracto de arroz negro muestra diferentes colores en diferentes soluciones ácibase, y su estabilidad también es diferente, lo cual es consistente con la naturaleza de las antocianinas. Cuando el pH de la solución de pigmento de arroz negro es < 4, el pigmento es rojo; Cuando el pH de la solución de pigmento de arroz negro es de 5 a 7, el pigmento de arroz negro es púrpura. Zeng Huiqin y otros han demostrado que bajo condiciones ácidas y a una temperatura de 40°C, el pigmento de arroz negro es estable a la vitamina C, bajas concentraciones de conservantes y diferentes iones metálicos Na1+, Mg2+, Ca2+, y Zn2+. Bajo condiciones alcalinas, períodos relativamente largos de altas temperaturas, oxidantes como H2O2, iones metálicos Fe3+, altas concentraciones de ácido benzoico y luz ultravioleta afectan la estabilidad del pigmento de arroz negro [15].

2.4 factores que afectan a los iones metálicos

La investigación de Mila y otros ha demostrado que los iones metálicos tienen un efecto selectivo de aumento de color en los pigmentos de arroz negro. Cuando Zn2+ o Mg2+ está presente en la solución, la solución es roja; Cuando Fe2+ está presente, la solución es de color púrpura negruzco; Cuando Ca2+ está presente, la solución es de color rojo negruzco; Y cuando Al3+ está presente, la solución es púrpura. El efecto de aumento de color de los iones metálicos en los pigmentos está relacionado con la hidrólisis de los iones y la quelación de los pigmentos e iones metálicos. El mecanismo debe investigarse más a fondo.

3 tecnología de extracción y purificación de extracto de arroz negro

3.1 extracción por solvente

La tecnología de extracción por solvente es una de las técnicas de extracción de productos naturales más utilizadas. Este método principalmente selecciona un disolvente de extracción apropiado basado en las propiedades químicas del componente objetivo en la materia prima y el principio de like disuelve like, y evita la disolución de componentes no objetivo tanto como sea posible. Los métodos de extracción comúnmente utilizados incluyen maceración, decocción y reflujo. La extracción del extracto de arroz negro se realiza principalmente por maceración, y una solución de etanol de pH apropiado se utiliza principalmente como disolvente de extracción. Wu Suping et al. utilizaron etanol como disolvente, que es propicio para la extracción de antocianina de arroz negro por el método de maceración. Se obtuvieron las condiciones óptimas de extracción, a saber: etanol 50%, grado de molido 50 de malla, relación líquido-material 1:5, tiempo de macer30 min, temperatura de macer80 °C y pH 3 [12]. Guo Mei et al. usaron etanol como disolvente y aplicaron el método de extracción para extraer antocianina de arroz negro. A través de experimentos de un solo factor y experimentos ortogonales, se determinaron los principales factores que afectan la tasa de extracción de pigmentos de arroz negro: Relación líquido/material > Temperatura de extracción > PH de extracción. Las condiciones óptimas del proceso de extracción fueron: 95% etanol, relación líquido a material 1:45 (g:mL), pH de extracción 3.0, temperatura de extracción 80°C, tiempo de extracción 90 min [11].

3.2 extracción ultrasónica

La tecnología de extracción ultrasónica utiliza el "efecto cavitación", efecto mecánico y efecto térmico del ultrasonido para acelerar la difusión y liberación de componentes efectivos y lograr la extracción de componentes objetivo. Este método se ha aplicado a la extracción de diversos productos naturales, tales como flavono, polifenoles y otros ingredientes eficaces. Este método tiene las ventajas de baja temperatura de extracción, alta eficiencia y corto tiempo.

Zhang Jixiang et al. utilizaron un método de extracción asistido por ultrasonido para extraer antocianina de arroz negro. Se determinaron las condiciones óptimas de proceso: concentración de etanol 80%, tiempo de ultrasonido 50 min, relación líquido-material 1:32, potencia de ultrasonido 250 W, y la tasa óptima de extracción fue de 4.5%. Esto es casi tres veces más alto que la tasa de extracción del método tradicional de extracción de Soxhlet [17]. Zhang Zhihui et al. utilizaron ultrasonido para ayudar en la extracción de antocianina de arroz negro. Las condiciones óptimas se determinaron utilizando el contenido de antocianinas, la tasa de eliminación de radicales libres DPPH y la capacidad antioxidante total como indicadores de evaluación: potencia ultras280w, tiempo de extracción 20min, concentración de etanol 70%, relación sólido-líquido (mg/mL) 1:20, temperatura 50℃, bajo estas condiciones la tasa de extracción de antocianina fue de 12,56 mg/g, la tasa de eliminación de radicales libres DPPH fue de 54,41% y la TAC fue de 52,38 u/mL [18].

3.3 método de extracción por microondas

La tecnología de extracción por microondas utiliza la energía de la radiación de microondas para calentar el disolvente de extracción, mientras que hace que los componentes objetivo se difundisuelde la muestra en el disolvente. Este método tiene las ventajas de un calentamiento uniforme, buena selectividad, conservación del disolvente, operación sencilla, buena reproducibilidad, conservación de energía y protección del medio ambiente. En los últimos años, la tecnología de extracción por microondas se ha utilizado ampliamente en la extracción de componentes efectivos de productos naturales y también ha demostrado ciertas ventajas.

Ma Ping et al. optimizaron el proceso de extracción asistida por microondas del extracto de arroz negro. Usando un diseño de experimentos ortogonales de dos factores y dos niveles, se demostró que la concentración de etanol y la relación líquido-material tenían un efecto significativo en la tasa de extracción.

Se determinó que las condiciones óptimas de extracción fueron una concentración de etanol de 80%, una relación líquido-material de 1:18 (m:V), un tiempo de extracción por microondas de 94s y un rendimiento de antocianina de arroz negro de 4.97% [19]. Wang Hui estudió la extracción asistida por microondas de los componentes del pigmento de arroz negro utilizando el valor de absorbancia del extracto de antocianina de arroz negro como índice de evaluación. Los resultados mostraron que dentro del alcance del experimento, la potencia de microondas, la relación líquido-material y la concentración de etanol tuvieron un fuerte efecto sobre la absorbancia del extracto de antocianina de arroz negro. El tiempo de acción de microondas tuvo un efecto débil sobre la absorbancia del extracto de antocianina de arroz negro, y la tasa de extracción de antociande de arroz negro se correlacionpositivamente con la potencia de microondas y la relación líquido-material, y se correlacionnegativamente con la concentración de etanol [20].

3.4 hidrólienzim

La hidrólienzimhace uso de las propiedades de las enzimas. La enzima correcta puede ser seleccionada para descomponer el tejido vegetal en condiciones relativamente suaves. La celulasa se utiliza a menudo para extraer los ingredientes activos de productos naturales, ya que puede romper las paredes celulares de las plantas y promover la disolución de los componentes objetivo.

Liu Yongji et al. usaron celulasa para extraer antocianina de salvado de arroz negro, y optimiel proceso de extracción a través de experimentos de un solo factor y métodos de superficie de respuesta. Las condiciones de proceso optimizadas fueron: cantidad de adición enzimde 2,0%, temperatura de hidrólisis enzimde 38,7 °C, tiempo de hidrólisis enzimde 128,8 min, relación material a líquido de 1:10, tiempo de extracción de 40 min, temperatura de extracción de 50 °C, concentración de solución de extracción de etanol de 80%, y bajo estas condiciones, la tasa de extracción de antocianina en salvado de arroz negro podría alcanzar 21,9 mg/g (valor teórico) [21].

3.5 investigación sobre el proceso de purificación del extracto de arroz negro

Las técnicas de purificación más investigadas para el extracto de arroz negro son la separación de resinas macropory la tecnología de purificación y la tecnología de separación de membranas. Hou Zhaohua comparó ADS-5, ADS-7, ADS-F8, ADS-17, NKA-9, AB-8, S-8, D4020 y NKA 9 tipos de resina de adsormacroporosa para la purificación de pigmentos de arroz negro. A través de la comparación de la capacidad de adsory desorción, se determinó que la resina macroporab-8 es una resina ideal para la purificación de antocianina de arroz negro. Las condiciones de purificación más adecuadas son: elución del disolvente 80% de etanol, caudal de carga de la muestra 1.0BV/h, caudal de desorción 2.0BV/h. Después de la purificación por la resina, el contenido de antocianinas en el extracto es del 22,59%, superior al contenido de antocianinas en el extracto crudo (3,448%) [22]. Han Hao et al. utilizaron la tecnología de separación de membrana para purilas antocianinas de arroz negro.

En primer lugar, se utilizó una membrana de cerámica con un peso molecular de corte de 1000 kD para eliminar los componentes liposolubles del extracto de arroz negro, y luego se utilizó una membrana de nanofiltración de 100D en espiral para concentrar el extracto desengrasado. Separación y purificación a membrana del concentrado de antocianina de arroz negro el contenido de materia seca en el concentrado obtenido por separación y purificación a membrana fue de 6.46 g/100 mL, y el contenido de materia seca en el concentrado obtenido por evaporación tradicional fue de 6.56 g/100 mL. Los valores de color fueron 2.71 y 1.93, respectivamente, el contenido de grasa fue de 0.30 y 0.28 g/100 mL, respectivamente. Se puede observar que la tecnología de separación y purificación por membrana puede mejorar la pureza y calidad de la antocianina de arroz negro. Después de la separación de membrana, no hay pérdida de valor de color, y al mismo tiempo, tiene el efecto de desengrasy desalini, lo que demuestra que la tecnología de separación de membrana puede ser utilizada para la purificación de antocianina de arroz negro [23].

4 Las perspectivas

El arroz negro es un arroz precioso en China, y el extracto de arroz negro es un buen aditivo alimentario natural que puede ser utilizado como ingrediente alimenticio, colorante de alimentos, antioxidante, etc., para desarrollar una variedad de alimentos beneficiosos para la salud, tales como bebidas y pan, que son los alimentos más consumidos por la gente. Deng Wenhui et al. usaron concentrado de extracto de arroz negro como materia prima, combinado con sacarosa, ácido cítrico, etc., para desarrollar una bebida de pigmento de arroz negro [24]. Sin embargo, actualmente hay poca investigación sobre la aplicación de extracto de antocianina de arroz negro y productos de purificación, o sobre el uso continuado de los residuos después de la extracción del pigmento. Si se abordan mejor estas dos cuestiones, se seguirá desarrollando la utilización de extractos de arroz negro y su posterior elaboración.

Referencias:

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