¿Cuáles son las fuentes de los colores naturales?

Los pigmentos se dividen en dos categorías: colores naturales yColores sintéticos. Los colores naturales tienen una larga historia de uso. En la antigua China, ya había registros de colores naturales utilizados como tintes para textiles, arroz, vino, cosméticos, etc. Desde que el químico británico Parkin sintetizel primer color artificial, violeta de anilina, en 1856, los colores sintéticos han jugado un papel muy importante en las personas#39;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 provienen de sustancias naturalesY ahora se extraprincipalmente 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

La extracción por solvente es actualmente un método comúnmente utilizado para extraer pigmentos de plantas y animales. Los métodos de extracción con disolvente incluyen maceración, percolación, decocción y reflujo. Pigmentos naturales extraídos con agua como disolvente pueden ser extraídos por maceración o decocción. El primero es adecuado para materias primas cuyos ingredientes activos son solubles en agua, estables a la humedad y el calor, y no fácilmente volátiles. Disolventes orgánicos se pueden utilizar para la extracción, y la extracción por reflujo se puede utilizar. El pigmento rojo del sorgo se extrae remojando en una solución acuosa de ácido clorhídrico al 0,1% durante 2 horas, eliminando impurezas y decoloración, luego extrayendo con una solución acuosa de etanol al 7% a 40°C, seguido de filtración, concentración y secado [2]. El pigmento amarillo en la cúrcuma se extrae utilizando disolventes orgánicos como metan, etanol, acetona, acetato de etilo, etc. [3]. Las cáscaras de camarfueron remojadas en ácido clorhídrico durante 24 horas y luego filtradas. El residuo se empapó en etanol al 95%, y el extracto se concentrpara obtener un extracto bruto de astaxantina por destilación [4]. En comparación, el m ã ¡Todo de extraci ã ³ n con disolvente org ã ¡Nico es relativamente barato, tiene un equipo simple, es f ã ¡Cil de operar, y tiene una alta tasa de extraci ã ³ n. Sin embargo, la calidad de algunos productos extraídos con este método es pobre, la pureza es baja, hay un olor o residuo de disolvente, y esto afecta el alcance de aplicación del producto.

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

La extracción por microondas es un método en el cual la muestra y el solvente orgánico se calientan con microondas en un recipiente sellado para extraer la sustancia a medir de la matriz de la muestra. Puede extraer múltiples componentes de muestra en poco tiempo, con una pequeña cantidad de solvente y buena reproducibilidad de los resultados [7]. En la actualidad, hay informes continuos del uso de la tecnología de microondas para la extracción de pigmentos, que involucran sustancias tales como alcaloides, flavonoides y taninos. Wang Weihua et al. han estudiado las condiciones óptimas de proceso para la extracción de licopenmediante el uso de microondas, lo que logra una tasa de extracción del 95% y reduce considerablemente el tiempo de extracción. Comparado con la extracción supercrítica de CO2, es de bajo costo, requiere menos inversión y tiene una alta tasa de extracción [8]. Aunque la tecnología de extracción por microondas de colores naturales ha logrado algunos resultados importantes en el trabajo experimental, su alcance de aplicación es limitado debido a sus características.

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

Colores naturalesSe pueden dividir en tres categorías principales según su fuente: pigmentos vegetales, piganimales y pigmentos microbianos; También se pueden dividir en pigmentos hidrosoluyPigmentos liposolublesSegún sus propiedades de solubilidad;  Los colorantes naturales se pueden dividir en las siguientes categorías según sus ingredientes funcionales: Flavonoides; Antocianinas; Clorofilas; Y otros pigmentos como la cúrcuma, el arrozRed de remolacdeRojo de alizarina, colorlac y cianobacteri. Aquí presentaremos las funciones fisiológicas y los usos de unos pocos colores naturales representativos.

2,1 carotenoides

carotenoidesSon 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 deAditivo alimentario funcionalCon perspectivas de desarrollo muy amplias.

2.2 pigmentos flavonoides

Los pigmentos flavonoides son un tipo dePigmento naturalAmpliamente distribuida en tejidos vegetales. 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

Antocian, también conocido comoantocianinasSe 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

Este tipo de pigmento incluye principalmenteClorofila y sus sales de cobre y sodioY sales de zinc y sodio. La clorofila se encuentra ampliamente en las hojas, frutos y algas de las plantas superiores. La clorofila tiene los efectos de nutrila la sangre, la promoción de la producción de sangre, la activación de las células, y la lucha contra la infección y la inflamación. En los últimos años, también se ha encontrado que inhiel crecimiento de células cancerosas, por lo que es un promotor de la saludAgente colorante alimentario. La clorofilina de zinc de sodio se utiliza en medicina para tratar la osteomielitis crónica, úlceras crónicas, heridas en la piel, leucopenia y otras condiciones. También es un buen agente colory potencinutricional en la industria alimentaria. Además de ser utilizado como unPigmento verdeY desodor, clorofilina de cobre de sodio también tiene muchas funciones fisiológicas en la medicina. Por ejemplo,Clorofilina de cobre de sodioO sus derivados pueden promover el metabolismo celular en el cuerpo, curar úlceras gastrointestinales y restaurar la función hepática. Se puede utilizar para tratar la hepatitis infecciosa, hemorroides, leucemia, trastornos uterinos, y úlceras gástriy duodenal. También puede mejorar la función hematopoyética y promover la recuperación del daño de la radiación al cuerpo.

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 aMedicina Tradicional ChinaEl pigmento de arroz de levadura roja también tiene las funciones de reducir los lípidos en la sangre, la presión arterial y el azúcar en la sangre, inhibide las células tumorales, y el tratamiento de la disentería y enfermedades estomacales.

Pigmento amarillo cúrcumaEs ampliamente utilizado en alimentos y medicina debido a su fuerte poder colorante y sus propiedades anti-inflamatorias, eliminación de radicales libres, inhibide toxinas y anticancerígenos. Es unHierba medicinal raraQue se puede utilizar tanto para la alimentación y la medicina, y también es una espe. Su función fisiológica más importante es antioxidante y funciones fisiológicas relacionadas.

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

En comparación con los pigmentos sintéticos,Los colores naturales también tienen algunas deficiencias que deben ser mejorados: (1) la mayoría de los colores naturales son sensibles a la luz, al calor, al oxígeno, a los metales, etc., y tienen estabilidad pobre; (2) la mayoría de los colores naturales tienen un poder de teñido pobre y no se tiñen fácilmente de manera uniforme; (3) los colores naturales son muy sensibles a los cambios en el pH, el tono cambiará en gran medida en consecuencia; (4) hay muchos tipos de pigmentos naturales con propiedades complejas. Para un solo tipo de color natural, es relativamente específico en su aplicación y tiene un ámbito de aplicación estrecho. Otro problema es que muchos pigmentos no descubiertos pueden estar ubicados en tierras y océanos no desarrollados, y es difícil desarrollarlos comercialmente. En vista de estas dificultades, la investigación actual sobre los colores naturales se centra principalmente en las tres áreas siguientes: procesos de síntesis, técnicas de producción y fuentes alternativas de pigmento. Además de investigar y desarrollar nuevos colores naturales comestibles, también es necesario reforzar la investigación sobre la estabilidad de los colores naturales y las técnicas de estabilización de los pigmentos durante su uso.

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,Productos de colorantes naturalesSe puede obtener mediante el cultivo de un gran número de microorganismos, lo que reduce en gran medida los costos 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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