Исследование по естественному окраске синих продуктов питания в китае

Pigments are substances that can color the object being dyed. They are also known as colorants and have a wide range of applications in production, life, and scientific research. The history of pigment development and application around the world is also very long. Since the British W. H. Perkins synthesized the organic pigment aniline violet for the first time in the world in 1856, synthetic pigments have dominated the pigment market due to their excellent performance, low price, and ease of use. However, since countries or institutions such as the United Kingdom (1967), the United States (1973), and the World Health Organization (1984) have successively questioned the safety of synthetic pigments (tar pigments) on the human body, and there have been more and more reports on the research of the hazards of pollutants such as arsenic and lead that may be brought in during the synthesis process, the variety of products using these pigments in various countries is gradually decreasing. The number of synthetic food colors permitted for use in China has also been reduced from more than 30 in the past to 10 at present, and the rapid development of natural pigments will be an inevitable trend [2].

Естественные пигменты generally refer to pigments made by using substances that exist in nature (such as plant and animal materials) or secondary metabolites produced by cultivation methods and undergoing certain processing. Due to their advantages of being safe and reliable, non-toxic and having no side effects, natural hues and versatility, they have been widely used with the development of the food industry, pharmaceutical industry, daily chemical industry and aquaculture industry. Currently, 43 types of natural pigments are permitted for use in food in China. Natural pigments have already dominated the food coloring market and are growing at a rate of 10% per year [3]. The raw materials for processing natural pigments come from a wide range of sources (from animals and plants, microorganisms, minerals, etc.), and there are many types (as of 2004, there were about 600 recorded types [4]).

Однако натуральные пигменты из этих материалов в основном красного и желтого тонов, а синие пигменты очень редки. Они часто упоминаются в литературе такими словами, как «драгоценные», «очень немногие» и «редкие» [5-7]. Среди 56 пигментов, перечисленных в China's GB2760-2007 "гигиенические стандарты для использования пищевых добавок", есть только два синих пигмента: гардения синего пигмента и фитоцианин (т.е. водоросли синего яйца белого пигмента). Синий является одним из трех основных цветов и может быть использован для смешивания различных оттенков. Однако натуральные синие пигменты испытывают нехватку как на внутреннем, так и на международном рынках из-за их редкости. Поэтому активные исследования и разработки натуральных синих пигментов имеют большое практическое значение и имеют привлекательную рыночную перспективу [8].

1 натуральные источники натуральных синих пигментов

Натуральные синие пигменты are rare among natural pigments, and their natural sources are also very limited. Organic natural Синий цвет пигментов are mainly derived from plants and microbial materials. The leaves of plants in the genus Indigofera, such as indigo, tea blue, horse blue, Wu blue and woad, can be used to make indigo dye [4]. Gardenia blue is made from gardenia glycoside in the fruits of Gardenia jasminoides [8]. Plant sources such as Ophiopogon japonicus fruit [9–10], Peristrophe baphica [11], Brassica oleracea [12], and purple and blue-grained wheat seeds [13] are used to produce the corresponding blue pigments. Although it has been reported that genetically modified cotton and genetically modified roses can produce blue pigments, these genetically modified plant materials cannot be used to produce natural blue pigments at present due to their rare sources [14–15]. Algae such as spirulina, cyanobacteria and chlamydomonas can be used to produce algin blue pigments [16-18]. The oyster shell algae Haslea ostrearia can produce the blue malachite pigment, which increases the economic value of oysters [19]. Garlic (Allium sativum) can turn green after being pickled in vinegar, and blue pigment can be isolated [20-21]. Some microorganisms such as Streptomyces sp., Pseudo- monas sp., Pseudoalteromonas sp., Duganella sp., Aureobasidium sp., purple non-sulfur bacteria, etc., can produce different kinds of blue pigments during growth using a culture medium. Some genetically engineered strains can produce indigo blue pigments [22-23].

2 структура и цвет натуральных синих пигментов

Although natural blue pigments are similar in hue, their color-producing mechanisms are different. Ultimately, the different color-producing mechanisms are determined by differences in the chemical structure or spatial structure of the pigment molecules. The molecular structures of natural blue pigments prepared from different raw materials or by different methods may be different, and the physical and chemical properties and application scope of the pigments may also differ accordingly. The structures and related properties of common natural blue pigments are shown in Table 1.

Диапазон pH, в котором рубиксантин посинеет, очень узкий, поэтому технически его нельзя считать естественным синим пигментом.

3 микробных натуральных синих пигмента

Хотя большинство натуральных синих пигментов в настоящее время по-прежнему производятся из животных и растительных материалов, наличие этих материалов ограничивается такими факторами, как сезон, климат и место происхождения, что делает натуральные синие пигменты очень ограниченными в предложении и, следовательно, дорогостоящими и сложными в использовании. Микроорганизмы быстро растут, и в природе есть множество видов, которые могут производить пигменты. Использование микробных ресурсов для производства натуральных пигментов в основном не ограничивается ресурсами, окружающей средой, временем или пространством и поэтому имеет преимущества, которые не имеют аналогов при использовании материалов растительного или животного происхождения для производства натуральных пигментов. Использование микроорганизмов для производства натуральных пигментов в конечном итоге станет основным источником натуральных пигментов [24].

The use of microbial fermentation methods to produce a variety of natural pigments such as blue pigments and red yeast pigments has also become a reality [25]. In fact, the production of the main natural blue pigments on the market currently requires the participation of microorganisms. For example, the preparation of indigo blue pigments and gardenia blue pigments requires the participation of microorganisms in the fermentation process, while the cyanobacteria, spirulina, and chlorella that produce phycocyanin pigments are themselves microorganisms. In addition, there are still many microorganisms in nature that can produce natural blue pigments, but most of the work on using microbial fermentation to produce natural blue pigments is still at the laboratory stage [7]. There is still a long way to go before the industrial production of natural blue pigments using these microorganisms directly fermented culture medium can be realized. The reported blue pigment-producing microorganisms and their pigment-related properties are shown in Table 2.

Исследования в области использования микроорганизмов для производства синих пигментов в основном включают несколько аспектов: 1. Скрининг и идентификация микроорганизмов, производящих синие пигменты; 2. Определение физико-химических свойств и некоторых токсикологических свойств синего пигмента, таких как влияние температуры, света, pH, ионов металлов, кислорода, сложных соединений и добавок на стабильность пигмента; Спектроскопические свойства синего пигмента, его антиоксидант и снижающая способность, антибактериальная активность, (Рак) цитотоксичность и способность собирать свободные радикалы; 3. Скрининг и оптимизация ферментации голубых пигментных средств массовой информации. Молекулярная структура некоторых синих пигментов и метаболические механизмы синих пигментных микроорганизмов на физиологическом, биохимическом и молекулярном уровнях остаются неясными. Для того чтобы лучше направлять промышленное производство, необходимо провести много углубленных исследований, чтобы обеспечить теоретическую основу для промышленного развития микробной ферментации синих пигментов.

4 экстракция, разделение и постобработка натуральных синих пигментов

Gardenia синий пигмент и голубой пигмент водорослей являются двумя доминирующими синими пигментами на рынке натуральных пищевых цветов. Цианобактерии и красные водоросли являются двумя основными источниками синих пигментов водорослей, при этом спирулина является предпочтительным и наиболее рентабельным сырьем для производства синих пигментов водорослей. Методы обработки, используемые для выделения голубого цвета водорослей из водорослей, в основном состоят в добавлении ингибиторов коррозии, за которыми следуют (ультра) замораживание и оттаивание при низких температурах, а затем гомогенизация [17, 40] или использование комбинации фермента и гомогенизация при высоком давлении для разрушения клеток водорослей [39]. Для больших водорослей, таких как Nostoc, гомогенизация осуществляется с использованием высокоскоростного гомогенизатора тканей, за которым следует энзиматический Лиз (достигаемый за счет микробной ферментации и аутолиза водорослей) [18]. Фикобилибелки в однородной клетке могут быть отделены и очищены с помощью хроматографии колонки силикагеля [17] или путем извлечения желтых пигментов с использованием сверхкритической жидкости CO2, а затем с помощью водного экстрагента для отделения и очистки фикобилибелков [41].

The purified phycocyanin is vacuum-concentrated, and then freeze-dried or spray-dried to obtain a dry pigment powder. Microencapsulation before drying can improve the heat resistance of the pigment [18]. There are currently two processes for preparing gardenia blue pigment from gardenia fruit powder: one is a one-step process in which gardenia blue pigment is produced by fermenting gardenia fruit powder aqueous extract with an enzyme-producing strain; the other is a two-step process in which gardenoside is first separated and concentrated from gardenia fruit powder aqueous extract, and then gardenia blue pigment is produced by enzymatic reaction.

Первый процесс производит gardenia blue с скучным цветом и низким цветовым значением. Трудно отделить и очистить продукт на более позднем этапе, и урожайность низкая. Второй процесс лучше решает эти проблемы [42 — 43]. Gardenin находится в жидком отходах, остающемся после того, как желтый пигмент gardenia извлекается из фруктового порошкового вливания с помощью колонки макропористой адсорбционной смолы (например, HPD100). Затем отходы концентрируются и обогащаются с использованием таких методов, как мембранная фильтрация (микрофильтрация (0)). 1 μm-уточнение и нанофильтрующая концентрация (100 Dalton) [44], двухфазная экстракция [45] и высокоскоростная хроматография противотока (HSCCC) [46] для подготовки высококачественного голубого пигмента gardenia. Подготовленный пигмент очищается и очищается такими методами, как ультра-фильтрация [47], хроматография chitosan производной колонки [44] или (D301) макропористовая адсорбционная хроматография колонки смолы [48].

Из-за общих недостатков слабой стабильности и легкой деградации естественных пигментов, исследования, направленные на повышение стабильности естественных пигментов, расширяются. Голубой пигмент gardenia, растворимый в воде, был обработан ангидридом уксусной кислоты для получения гидрофобного пигмента gardenia blue, который расширяет диапазон его применения, а также в определенной степени повышает его стабильность [49 — 50]; Теплостойкость и светостойкость голубого пигмента фиолетовой капусты значительно повысилась после акюлирования феруловой кислотой и салициловой кислотой [51], но в целом по-прежнему мало исследований по модификации натуральных синих пигментов.

5 Перспективы на будущее

Среди 43 натуральных пигментов, разрешенных для использования в China's current GB2760-2007 edition of Hygienic Standards for Uses of Food Additives, there are only two kinds of blue pigments: gardenia blue pigment and Спирулина синий пигмент- да. Китай и Китай#39; производство садоводства и сушеной спирулины занимает первое место в мире [16, 42], но качество синего пигмента в китайской садоводстве все еще на 20 лет ниже, чем в японии, на уровне 1980 - х годов. Gardenia red была на рынке японии 25 лет, но Китай до сих пор пуст [8]. Несмотря на то, что 98% производимого в китае голубого пигмента gardenia в настоящее время экспортируется, общее производство натуральных синих пигментов в китае не является высоким, а предложение таких пигментов в китае по-прежнему находится в дефиците [46].

Перед лицом огромного рынка натуральных пигментов, который растет темпами 10% в год, развитие натуральных пигментов в китае сталкивается с такими проблемами, как нехватка пигментов, относительная нехватка источников и высокая стоимость [52]. С учетом этого в будущем основное внимание следует уделять следующим областям: 1. Совершенствование производственных процессов и технических стандартов, увеличение производства и качества синих пигментов, содействие преобразованию низкокачественных продуктов в высокоэффективные продукты и увеличение добавленной стоимости продукции. 2. Использование существующего сырья для разработки новых натуральных пигментов, таких как gardenia red. В-третьих, большое значение придается исследованиям и использованию природных микробных ресурсов для синих пигментов, и разрабатываются новые штаммы синих пигментов, с тем чтобы взять на себя инициативу проведения международных исследований по натуральным синим пигментам. Это имеет большое и далеко идущее значение для изменения ситуации, когда натуральные синие пигменты, производимые из материалов животного и растительного происхождения, не могут удовлетворить рыночный спрос.

Ссылки на статьи

[1] Дэн чжигуан, лян юн, лю чонхуа и др. Быстрое определение "синего пигмента" с помощью обратного HPLC [J]. Окраска и печать, 36 (17): 35-39.

[2] цзоу чжифей, пу мин, ли цзянцзюнь и др. Текущее положение и сравнительный анализ использования пищевых красителей в различных странах (регионах) [J]. Китайский журнал пищевой гигиены, 2010, 22 (2): 112-121.

[3] ли ю. Выявление синих свинообразующих стрептомицитов и изучение условий ферментации и свойств пигмента [D]. Компания Master' диссертация, аньхуйский сельскохозяйственный университет, 2006 год.

[4] сян б, гао мл. Натуральные пигменты [м]. — Пекин: химическая промышленность, 2004.

[5] жао х, ян х. Исследование штамма морских стрептомицитов, производящего голубой пигмент и его пигментные свойства [J]. Исследования и разработки в области продовольствия, 2009, 30 (6): 186 — 189.

[6] цинь юнан. Технология экстракции ценных натуральных пищевых пигментов-фиолетового и синего пигмента [J]. Химическая промышленность гуйчжоу, 1995 (1): 45 — 46.

[7] Li Y, Zhang M. исследование свойств синего пигмента, получаемого стрептомицисом зингиберенсом.

[8] лю X, чжао B, чжан J и др. Комплексное развитие и использование gardenia. Природные ресурсы китая, 2008, 27 (1): 19-26.

[9] тан чуньи, тан яньхуа, у ян и др. Микроволновая экстракция и определение характеристик синего пигмента из плодов Ophiopogon japonicus [J]. Побочные продукты лесного хозяйства китая, 2005 год (2): 17-19.

[10] чэн чао, ли вэй, мо кайджу и др. Исследование по вопросу о стабильности синего пигмента в плодах Ophiopogon japonicus [J]. Наука о еде, 2008, 29 (12): 168 — 171.

[11] се юньчань, вэнь юньсинь, цзян сяохуа и др. Молекулярный состав и химические изменения прекурсора индиго синего [J]. Гуанси ботаника, 2003, 23 (4): 367 — 369.

[12] чжан лянфэн, чжао лиленг. Экстракция и свойства натуральных пигментов из фиолетовой капусты [J]. Журнал наньянгского нормального университета, 2005, 4 (3): 51 — 52.

[13] юань минглу. Прогресс в исследовании фиолетовой пшеницы [J]. Наука и техника о сельском хозяйстве ганьсу, 2008, 1:32 — 37.

[14] отдел текстильной промышленности цзянсу, индиго и красное волокно хлопка, созданные методами генной инженерии [J]. Цянсу текстиль (издание), 2003 (6): 31.

[15] Мэгги ю. Рекомбинатное разведение синих роз [J]. China Science and Technology Fortune, 2006 (9): 60.

[16] фэн яфей, вэнь яньмэй, ли сяньвэнь. Синий водоросли-натуральный пигмент, богатый питательными и оздоровительными функциями [J]. Наука и техника о продовольствии, 2007 (6): 171 -173.

[17] Gao Tianrong, Sun Shizhong, Wei Xiaokui. Извлечение голубого пигмента водорослей из спирулины [J]. Журнал юньнаньского нормального университета, 2002, 22 (1): 28-29.

[18] чжао лянчжун, дуан линдун. Экстракция и свойства синего пигмента из Nostoc flagelliforme. Наука и техника в пищевой промышленности, 1998 год (2): 24-26.

[19] мао дежан, чжу ялин, син синхуэй. Текущее состояние исследований синего пигмента marennine [J]. Наука о еде, 2011, 32(5): 321 — 325.

[20] чжао сяодан. Функция уксуса маринованного зеленого чеснока и изоляция и характеристика его зеленого пигмента [D]. Докторская диссертация, китайский сельскохозяйственный университет, 2005 год.

[21] чэнь конг. Изоляция и очищение зеленого пигмента от чеснока и структурной идентификации [D]. Компания Master' диссертация, шаньдунский сельскохозяйственный университет, шаньдунский сельскохозяйственный университет, 2008 год.

Ли хи, у юн. Исследования штаммов, производящих каротеноиды и индиго [J]. Пищевая промышленность и ферментация, 1997, 24 (2): 7-10.

[23] сон цзин, сун йонгру, чжан лимин и др. Построение вектора для выражения индиго пигментного фермента гена и его выражения в Escherichia coli [J]. Высокие технологии связи, 2003 год (9): 39-42.

[24] ван цзюнь, чжан баошан. Научно-исследовательский прогресс в микробном производстве натуральных пигментов [J]. Вестник микробиологии, 2007, 34 (3): 580-583.

[25] Дэн сяньюань, ван шуцзюнь, ли фушао. Ресурсы и применение натуральных пигментов [J]. Китайские приправы, 2006 (10): 49-53.

[26] чжан х с, чэнь л, цзи W м и др. Предварительная идентификация актиномицета, производящего голубой пигмент, и изучение свойств пигмента [J]. Журнал вуси университета легкой промышленности, 1999, 18 (3): 23-28.

[27] жао д H, Лу л, цинь н л. стабильность и токсичность синего пигмента, получаемого в результате микробной ферментации [J]. Пищевая промышленность и ферментация, 1998, 24 (5): 21-24.

[28] Дэн сяньцзюань, ван шуцзюнь, хоу зумей и др. Исследование физических и химических свойств высокопродуктивного синего пигмента, проведенное компанией marine Streptomyces M259 [J]. Наука о еде, 2006, 27 (7): 35 — 39.

[29] сун янтао, Лу лин. Отделение и анализ компонентов синего пигмента, получаемого Streptomyces [J]. Журнал микробиологии, 2007, 27 (6): 5-7.

[30] ли йювэй, чэнь сяолин, чжан мин. Изучение биологических характеристик штамма синего пигмента и основных свойств пигмента [J]. Журнал биологии, 2007, 24 (1): 41 — 43.

[31] Дэн мингрун, го чжун, чжу хонхуи. Предварительное исследование антибактериальной и антиопухолевой активности метаболитов, производимых стрептомицидами виацерорубера и родственными генами. Исследования и разработки природных продуктов, 2010 (22): 367 — 372.

[32] G F Gause. Litmocidin, новое антибиотическое вещество, производимое proactinomyces цианеус [J]. Дж. Бактериологил. ,1946,51  (6) 649-653.

[33] гун лянъюй, ван сюлинь, ли яньбинь. Изоляция и очистка феназинных пигментов, производимых псевдодомами aeruginosa, и их влияние на рост красных приливных организмов [J]. Fudan Journal (Natural Science Edition), 2004, 43 (4): 494-506.

[34] вэнь Лу, юань бахонг, ли хуцзинь. Голубой пигмент, производимый морской бактерией южно-китайского моря Pseudomonas sp. с антиопухолевой активностью [J]. Журнал университета сунь ят-сен (издание естественных наук), 2005, 44 (4): 63-65, 69.

[35] сунь айфэн, жуанг ронгю, ван голян. Исследование биологических характеристик и стабильности сине-фиолетового пигмента штамма морской бактерии E18 [J]. Вестник микробиологии, 2007, 34 (4): 691-694.

[36] ван хайшенг, лю юань, сюй юань и др. Изоляция и химический анализ структуры синего пигмента Bacillus dujunii B2 [J]. Китайский журнал химической инженерии, 2008, 59 (3): 630 — 635.

[37] чэнь бо, пу ганджун. Исследование по ферментации аспергиллы в нигере [J]. Пищевая технология, 2002 (11): 15-17.

[38] юэ хюйин, хуан сяо, чжао чуньги и др. Механизм регулирования фотосинтетических пигментов в не содержащих кислород фотосинтетических бактериях [J]. Acta Microbiologica Sinica, 2009, 49 (3): 331-336.

[39] е хайхуэй, он сюфен, ван сюлан. Раздавливание спирулины и извлечение синего пигмента спирулины [J]. Журнал южно-китайского университета тропического сельского хозяйства, 2001, 7 (3): 24-30.

[40] лю хуаньюн, ван шулинг. Извлечение и исследование стабильности синего пигмента спирулины [J]. Журнал хэбэйского университета экономики и бизнеса (комплексное издание), 2001 (2): 42-43.

[41] чжан кун, фан яньсюн, шао чэнь. Исследования по экстракции естественной пищевой окраски из спирулины [J]. Jiangsu Food and Fermentation, 1995 (3): 19-22.

[42] сун лицзюнь. Обсуждение механизма раскраски голубого пигмента gardenia и исследование двухэтапного процесса [J]. Журнал Anhui Agricultural Technology Normal University, 1994, 8 (3): 1-5.

[43] чжан цзяньго, ю шуньхуо, ли сяньсян и др. Исследование технологических условий производства голубого пигмента gardenia двухэтапным методом [J]. Наука о еде, 2008, 29 (11): 186 — 188.

[44] лин мин, цзяо юцзянь, ли лимин и др. Подготовка голубого пигмента gardenia с высоким цветовым значением и изучение процесса его очистки [J]. Технология пищевой промышленности, 2009, 30 (6): 262-264.

[45] лян хуачжэн, ли юань, ян шупин. Исследование по производству голубого пигмента gardenia методом ферзиматики с использованием жидкости gardenia yellow waste liquid, извлекаемой двухфазной жидкостью [J]. Наука о еде, 2009, 30 (3): 155 — 158.

[46] ян д, чжоу м, чжу х и др. Разделение генипозида и генипина HSCCC и их цветовая реакция [J]. Журнал гуанси университета (издание естественных наук), 2010, 35 (3): 493-496, 501.

[47] ян чжи, чжан фан, ли Мэй и др. Исследование о процессе подготовки и очистки голубого пигмента gardenia [J]. Журнал политехнического университета им. Энана (издание естественных наук), 2008, 29 (2): 59-63.

[48] Li Jiachun, Liang Huazheng, Wu Zhimei и др. Исследование по разделению и очистке голубого пигмента gardenia с помощью макропористой смолы [J]. Наука и техника о продовольствии, 2005, (7): 50-53.

[49] ян з, чжан ф, лин х и др. Исследование по вопросу о подготовке гидрофобной гардии синего пигмента [J]. Журнал хенанского технологического университета (издание естественных наук), 2008, 29 (4): 24-27.

[50] чжан фан, ян чжи, ган чун чжи. Исследование стабильности гидрофобной гардины синий пигмент [J]. Журнал хенанского технологического университета (издание естественных наук), 2008, 29 (5): 26-28.

[51] чэнь сюй хон, хэ чжу пин, цинь вэй-Дон и др. Исследование по стабилизации естественных пигментов путем ацилирования [J]. Наука и техника о продовольствии, 2008 (2): 151 — 153.

[52] Che Shuanghui, Du Qizhen, Xia Ming. Прогресс в исследовании натуральных синих пигментов [J]. Исследования и разработки в области продовольствия, 2003 год, 24 (2): 18-20.

[53] леонид в быстрих, мигель а фернандес-морено, ян к херрема и др. Производство "синего пигмента", связанного с кислороддином, стрептомицисом коэликолором A3 (2) [J]. J. Bacterio. 1996, 178 (8): 2238-2244.