¿Cuáles son las fuentes de los colores naturales?

Pigments are divided into two categories: natural colors and synthetic colors. Natural colors have a long history of use. In ancient China, there were already records of Natural Colors being used as dyes for textiles, rice, wine, cosmetics, etc. Since the British chemist Parkin synthesized the first artificial color, aniline violet, in 1856, synthetic colors have played a very important role in people's vidas debido a sus colores brillantes, fuerte poder de coloración, estabilidad y bajo costo. Con el continuo desarrollo de la toxicología y la química analítica, los seres humanos se han dado cuenta gradualmente de que la mayoría de los pigmentos sintéticos son más tóxicos y teratogénicos y carcinogénicos para el cuerpo humano. Países de todo el mundo han restringido estrictamente el uso de pigmentos sintéticos cuya seguridad no ha sido clarificada, y muchos pigmentos sintéticos han sido retirados sucesivamente de la lista de usos aprobados en varios países. Por ello, el uso de sustancias naturales no tóxicas e inofensivas para la extracción de pigmentos alimentarios, cosméticos y médicos se ha convertido en una nueva tendencia de desarrollo. Los colores naturales proceden de sustancias naturales y ahora se extraen principalmente de tejidos vegetales, pero también incluyen algunos pigmentos de animales y microorganismos. Los colores naturales son seguros y saludables, y muchos también tienen cierto valor nutricional y funciones farmacológicas.

1 extracción de colores naturales

Los colores naturales se producen y obtienen de tres formas principales: extracción directa, síntesis y biotecnología [1]. En la actualidad, la gran mayoría de los colores naturales se producen mediante extracción directa. Los métodos de extracción de pigmentos incluyen la extracción por solvente, extracción, métodos enzim, prensado, tritur, cultivo de tejidos, fermentación microbiana y métodos sintéticos. A continuación se describen sólo unos pocos métodos de extracción de colorantes naturales de uso común y prometedores.

1.1 extracción por solvente

Solvent extraction is currently a commonly used method for extracting pigments from plants and animals. Solvent extraction methods include maceration, percolation, decoction and reflux extraction. Natural pigments extracted with water as the solvent can be extracted by maceration or decoction. The former is suitable for raw materials whose active ingredients are soluble in water, stable to moisture and heat, and not easily volatile. Organic solvents can be used for extraction, and reflux extraction can be used. The red pigment of sorghum is extracted by soaking in a 0.1% aqueous solution of hydrochloric acid for 2 hours, removing impurities and discoloration, then extracting with a 7% aqueous solution of ethanol at 40°C, followed by filtration, concentration and drying [2]. The yellow pigment in turmeric is extracted using organic solvents such as methanol, ethanol, acetone, ethyl acetate, etc. [3]. The shrimp shells were soaked in hydrochloric acid for 24 hours and then filtered. The residue was soaked in 95% ethanol, and the extract was concentrated to obtain a crude astaxanthin extract by distillation [4]. In comparison, the organic solvent extraction method is relatively inexpensive, has simple equipment, is easy to operate, and has a high extraction rate. However, the quality of some products extracted using this method is poor, the purity is low, there is an odor or solvent residue, and this affects the scope of application of the product.

1.2 método de extracción de fluido supercrítico

En la actualidad, el disolvente más utilizado en la tecnología de extracción de fluidos supercríticos (SFE) es el CO2. La extracción de dióxido de carbono supercrítico es un nuevo tipo de tecnología de separación y purificación de materiales que se ha desarrollado en los últimos 20 años. Combina las características de baja visco, alta difusión de gases y alta densidad y solubilidad de fluidos [5]. Debido a que el proceso de extracción de CO2 supercrítico es simple, el consumo de energía es bajo, el extractante es barato, y el producto extraído tiene las ventajas de alta pureza, bajo residuo de disolvente, y no hay efectos secundarios tóxicos, se está valorando cada vez más. Rozzi. NL estudió la extracción de licopende de subproductos del tomate a temperaturas de 32-86 °C y presiones de 13,780 a 48,2686 kPa. Los resultados mostraron que la tasa máxima de extracción de 38,8% se obtuvo a 86°C y 34,4786 kPa [6].

La tecnología de extracción de CO2 supercrítica es un nuevo tipo de tecnología de separación verde, pero debido a los problemas de tecnología imperfecta, equipos complejos y costosos, y altos costos operativos, el desarrollo y aplicación de este método de extracción en este campo ha sido limitado.

1.3 método de extracción por microondas

Microwave extraction is a method in which the sample and organic solvent are heated with microwaves in a sealed container to extract the substance to be measured from the sample matrix. It can extract multiple sample components in a short time, with a small amount of solvent and good reproducibility of results [7]. At present, there are continuous reports of the use of microwave technology for the extraction of pigments, involving substances such as alkaloids, flavonoids, and tannins. Wang Weihua et al. have studied the optimal process conditions for the extraction of Li;;;;;;;;;;;;;;;;; using microwaves, which achieves an extraction rate of 95% and greatly reduces the extraction time. Compared with supercritical CO2 extraction, it is low in cost, requires less investment and has a high extraction rate [8]. Although the microwave extraction of natural colors technology has achieved some important results in experimental work, its application scope is limited due to its characteristics.

1.4 método de enzimas

En el proceso de extracción de pigmentos vegetales, los pigmentos son a menudo encerrados en las paredes celulares, y las paredes celulares de la mayoría de las plantas están compuestas de celul. El uso de celulasa puede romper el enlace − -d-glucósido, causando que la pared celular de la planta se romp, lo que es beneficioso para la extracción de ingredientes. Basado en este principio, la enzimólicon celulasa se lleva a cabo antes de extraer los ingredientes vegetales, de modo que la pared celular vegetal se rompe antes de la extracción, lo que puede mejorar la tasa de extracción de los principios activos. Independientemente de si las enzimas se utilizan o no, la composición del extracto es la misma, lo que demuestra que la enzimólino destruye la composición de los pigmentos vegetales.

En resumen, los métodos tradicionales de extracción como la trituración, prensado, extracción con disolvente orgánico, reflujo, etc., tienen las desventajas de tiempos de extracción largos, alta intensidad de mano de obra, alto consumo de energía en el pretratamiento de la materia prima, componentes sensibles al calor que se dañan fácilmente, baja pureza de los pigmentos producidos, dessabores y residuos de disolvente, etc., que afectan directamente al desarrollo y aplicación de los colores naturales.

Para el método sintético, debido a la complejidad de la biosíntesis, muchas sustancias de color naturales son difíciles de sintetizar químicamente bajo control artificial. El método sintético sólo puede producir un número muy pequeño de sustancias con la composición química y la estructura molecular de los pigmentos naturales, como el caroteno.

En los últimos años, con el desarrollo de la biotecnología, el uso de la biotecnología para producir colores naturales ha abierto un amplio abanico de posibilidades. La producción de diversos pigmentos naturales como los pigmentos azules y los pigmentos de levadura roja mediante métodos de fermentación microbiana se ha convertido en una realidad [10].

2 clasificación y aplicación de colores naturales

Natural Colours can be divided into three main categories according to their source: plant pigments, animal pigments and microbial pigments; they can also be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments according to their solubility properties;   Los colorantes naturales se pueden dividir en las siguientes categorías según sus ingredientes funcionales: Flavonoides; Antocianinas; Clorofilas; Y otros pigmentos como la cúrcuma, el arroz de levadura roja, el rojo de remolacha, el rojo de alizarina, el tinte lac y las cianobacteri. Aquí presentaremos las funciones fisiológicas y los usos de unos pocos colores naturales representativos.

2,1 carotenoides

Los carotenoides son pigmentos naturales sintetizpor plantas y microorganismos. Son representantes de la clase del pigmento del polieno y son el nombre colectivo para el caroteno y xanthophylls. Están ampliamente distribuidos en el mundo vivo y más de 600 tipos se han descubierto hasta ahora. Los carotenoides se pueden dividir en dos categorías según su composición y solubilidad: carotenoides y xantofilas. Los carotenoides son reconocidos internacionalmente como antioxidantes funcionales fisiológicamente activos. Son eficaces extintores de oxígeno singlete, pueden eliminar los radicales hidroxilo, se combinan con lípidos en las células y membranas celulares, e inhieficazmente la oxidde los lípidos. Un alto consumo de carotenoides puede reducir la prostatosis relacionada con la edad y la degeneración macular relacionada con la edad de la retina [11]. En los últimos años, se ha informado de que los carotenoides también tienen muchos nuevos valores funcionales en términos de efectos anticancerígenos y antienvejecimiento. Por lo tanto, los pigmentos carotenoides son un tipo de aditivo alimentario funcional con perspectivas de desarrollo muy amplias.

2.2 pigmentos flavonoides

Los pigmentos flavonoides son un tipo de pigmento natural ampliamente distribuido en los tejidos de las plantas. La mayoría son de color amarillo claro o incluso incoloro, y algunos son de color naranja amarillo brillante. Los flavonohan sido durante mucho tiempo el foco de atención como antioxidantes y eliminadores de radicales libres. Numerosos estudios han demostrado que los flavonotienen una amplia gama de actividades biológicas, tales como antioxidante, anti-mutagénico, anti-envejecimiento, anti-tumor, antibacteriano, etc. [12]. El más importante de ellos es la actividad antioxidante de los flavonoides, que se manifiesta principalmente en la reducción de la producción de radicales libres y la eliminación de radicales libres. Entre los pigmentos flavonoides, los pigmentos de sorrojo, los pigmentos de cacao y los pigmentos de ceboltienen una fuerte actividad antioxidante. Wang Li et al. aislaron y purificaron cuatro sustancias flavonoa partir de pigextraídos de las hojas del árbol Ufan. También se estudió la capacidad de estas cuatro sustancias para buscar radicales activos de oxígeno, y se encontró que todos los extractos del árbol de arroz negro tenían una fuerte capacidad de buscar radicales libres, con la mayor capacidad de búsqueda de quercetina y la IC50 de los 6#Extracto que alcanza aproximadamente 519 μg/mL [13].

2.3 antocianina pigmentos

Antocianinas, también conocidas como antocianinas, se encuentran en las vacuolas de las células en los frutos, flores, taly hojas de las plantas. Son un tipo de pigmento soluble en agua en las plantas. Debido a las diferencias en la estructura molecular o pH de varias antocianinas, aparecen en diferentes colores como rojo, púrpura y azul. Las antocianinas no sólo son abundantes en recursos y tienen un color magnífico, sino que también constituyen la mayoría del Reino del pigmento. También tienen una alta actividad fisiológica. Son donantes de hidroxilo y eliminadores de radicales libres [14] y son eficaces en oftalmología y el tratamiento de diversos trastornos de la circulación sanguínea.

2.4 pigmentos de clorofila

This type of pigment mainly includes chlorophyll and its copper and sodium salts and zinc and sodium salts. Chlorophyll is widely found in the leaves, fruits and algae of higher plants. Chlorophyll has the effects of nourishing the blood, promoting blood production, activating cells, and fighting infection and inflammation. In recent years, it has also been found to inhibit the growth of cancer cells, making it a health-promoting food colouring agent. Clorofilina de sodio zinc is used in medicine to treat chronic osteomyelitis, chronic ulcers, skin wounds, leukopenia and other conditions. It is also a good colouring agent and nutritional enhancer in the food industry. In addition to being used as a green pigment and deodorant, sodium copper chlorophyllin also has many physiological functions in medicine. For example, sodium copper chlorophyllin or its derivatives can promote cell metabolism in the body, heal gastrointestinal ulcers and restore liver function. It can be used to treat infectious hepatitis, hemorrhoids, leukemia, uterine disorders, and gastric and duodenal ulcers. It can also enhance hematopoietic function and promote recovery from radiation damage to the body.

Otros pigmentos

Se refieren principalmente al pigmento de arroz de levadura roja, pigmento de cúrcuma y pigmento de pasto púrpura.

Además de ser utilizado en los alimentos para mejorar el sabor y tener efectos antibacterianos, bacteriostáticos y extender la vida útil, el pigmento de arroz de levadura roja también tiene efectos antibacterianos. Además, como una medicina tradicional China, el pigmento de arroz de levadura roja también tiene las funciones de reducir los lípidos sanguíneos, la presión arterial y el azúcar en la sangre, inhibide las células tumorales, y el tratamiento de la disentería y enfermedades estomacales.

Pigmento amarillo cúrcuma is widely used in food and medicine because of its strong coloring power and its anti-inflammatory, free radical scavenging, toxin-inhibiting and anticancer properties. It is a rare medicinal herb that can be used for both food and medicine, and is also a spice. Its most important physiological function is antioxidant and related physiological functions.

Como medicina tradicional China, la consuelda se ha utilizado en la práctica clínica durante mucho tiempo. Tiene los efectos de enfrila sangre, promover la circulación sanguínea, desintoxic, promover la erupción, y efectos antiinflamatorios, antibacteriales y antivirales. El pigmento natural extraído de ella, el pigmento de consuda, es un pigmento biológico prometedor. Su color rojo brillante se utiliza como un aditivo cosmé, que puede mejorar significativamente los efectos antibacterianos, antiinflamatorios, emolientes y eliminación de pecde de los cosméticos. También puede ser utilizado como aditivo alimentario en vino de frutas, bebidas, aperiy otros alimentos para aumentar sus funciones de limpieza de calor y desinfección, anti-inflamatorio y antibacteriano, prevención de enfermedades y anti-cáncer.

3 problemas y direcciones de investigación en el desarrollo de colores naturales

Compared with synthetic pigments, natural colors also have some shortcomings that need to be improved: (1) most natural colors are sensitive to light, heat, oxygen, metals, etc., and have poor stability; (2) most natural colors have poor dyeing power and are not easily dyed evenly; (3) natural colors are very sensitive to changes in pH, the hue will change greatly accordingly; (4) there are many types of natural pigments with complex properties. For a single type of natural color, it is relatively specific in application and has a narrow scope of application. Another problem is that many undiscovered pigments may be located in undeveloped land and oceans, and it is difficult to commercially develop them. In view of these difficulties, current research on natural colors is mainly focused on the following three areas: synthesis processes, production techniques and alternative pigment sources. In addition to researching and developing new edible natural colors, it is also necessary to strengthen research on the stability of natural colors and the stabilization techniques for pigments during use.

Hay una amplia variedad de pigmentos producidos por microorganismos en la naturaleza, y tienen la ventaja de no estar limitados por los recursos, el medio ambiente o el espacio. Por lo tanto, tienen un gran potencial de desarrollo y utilización. En particular, los productos de colorantes naturales se pueden obtener mediante el cultivo de un gran número de microorganismos, lo que reduce en gran medida los costes de producción, al tiempo que protege el medio ambiente y el equilibrio ecológico, resolviendo la contradicción de la escasez de recursos, y teniendo la ventaja del desarrollo sostenible y la utilización. Los pigmentos producidos tienen las características de los colores naturales y pueden ser utilizados en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética. Los pigmentos microbianos también serán una dirección importante para el desarrollo de colores naturales.

referencias

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