¿Cuáles son los ingredientes del extracto de arroz negro?

Black rice is a special type of rice that is rich in nutrients, including various trace elements and anthocyanins. According to the Compendium of Materia Medica, black rice has the effects of nourishing the yin and the kidneys, strengthening the spleen and warming the liver, improving eyesight and promoting blood circulation. In folk culture, black rice has the reputation of being a “precious tribute rice” and “medicine rice” [1]. Modern research has proven that black rice has various biological activities such as anti-oxidation, anti-inflammation, and prevention of cardiovascular and cerebrovascular diseases [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

Currently, the main methods for determining black rice extract include spectrophotometry, high-performance liquid chromatography, and liquid chromatography-mass spectrometry tandem methods. The advantage of the liquid chromatography-mass spectrometry tandem method is in separation and identification, with many advantages such as high efficiency, speed, and sensitivity. However, the equipment used in this method is more expensive, and the technical requirements for operation and maintenance are higher. Liquid chromatography and spectrophotometry are more suitable for ordinary enterprises and other institutions.

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].

As early as 1982, Osawa used the pH difference method to determine the anthocyanin content in food. Using cyanidin-3-glucoside as the reference substance, he established a method for determining anthocyanin using the fact that the structural transformation of anthocyanin components under different pH conditions is a function of pH, and the absorbance values are different at the same wavelength [8]. Zhou Shukun et al. used this method to determine the pigment content of black rice. Using cyanidin-3-glucoside as the reference substance, they measured the maximum absorbance of black rice extract solutions at pH 1.0 and 4.5, and calculated the pigment concentration of black rice based on the molecular weight and extinction coefficient of cyanidin-3-glucoside[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 used isolated and purified black rice pigment extract as the object of study, and proved that the thermal and photodegradation of black rice anthocyanin both conformed to the first-order reaction kinetic equation [13]. Ji Yunqi et al. heated black rice pigment solutions to 70 °C and 100 °C, respectively, for 30 minutes, and found that the absorbance at 510 nm decreased by 7.2% and 20%, respectively [14]. This proves that the higher the temperature and the longer the heating time, the faster the thermal degradation of black rice anthocyanin. Black rice anthocyanin was placed under constant temperature conditions of 24°C and a pH of 3.0, and then exposed to natural indoor light (average light intensity 10001x), strong sunlight (average light intensity 450001x), and dark conditions for 10 days. The degradation rates were 0.01184/h, 0.01639/h and 0.0035/h, with half-lives of 58.54, 42.29 and 197.80 h, respectively [13]. It can be seen that black rice pigment is relatively poor in heat and light resistance, and that low temperatures and dark conditions are conducive to its preservation.

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

Black rice extract shows different colors in different acid-base solutions, and its stability is also different, which is consistent with the nature of anthocyanins. When the pH of the black rice pigment solution is < 4, the pigment is red; when the pH of the black rice pigment solution is 5 to 7, the black rice pigment is purple. Zeng Huiqin and others have demonstrated that under acidic conditions and at a temperature of 40°C, black rice pigment is stable to vitamin C, low concentrations of preservatives and different metal ions Na1+, Mg2+, Ca2+, and Zn2+. Under alkaline conditions, relatively long periods of high temperatures, oxidants such as H2O2, metal Fe3+ ions, high concentrations of benzoic acid, and ultraviolet light all affect the stability of black rice pigment [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. used an ultrasound-assisted extraction method to extract anthocyanin from black rice. The optimal process conditions were determined: ethanol concentration 80%, ultrasound time 50 min, liquid-to-material ratio 1:32, ultrasound power 250 W, and the optimal extraction rate was 4.5%. This is nearly three times higher than the extraction rate of the traditional Soxhlet extraction method [17]. Zhang Zhihui et al. used ultrasound to assist in the extraction of anthocyanin from black rice. The optimal conditions were determined using the anthocyanin content, DPPH free radical scavenging rate, and total antioxidant capacity as evaluation indicators: ultrasonic power 280W, extraction time 20min, ethanol concentration 70%, solid-liquid ratio (mg/mL) 1:20, temperature 50℃, under these conditions the anthocyanin extraction rate was 12.56mg/g, DPPH free radical scavenging rate was 54.41%, and TAC was 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

Enzymatic hydrolysis makes use of the properties of enzymes. The right enzyme can be selected to break down plant tissue under relatively mild conditions. Cellulase is often used to extract the active ingredients of natural products because it can break down plant cell walls and promote the dissolution of target components.

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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