Исследование по развитию натуральных пигментов и натуральных красителей

Натуральные пигменты и натуральные красители происходят в основном из одних и тех же источников, большинство из которых извлекают из растений. Оба используют извлеченные пигменты в качестве элемента, и являются естественными, нетоксичными, безвредными, экологически чистыми, возобновляемыми и не имеют загрязнения. В xxi веке натуральные пигменты и красители стали доминирующими игроками на международном рынке, увеличиваясь более чем на 10% в год. С ростом спроса на возвращение к природе настоятельно необходимо разработать безопасные, экономичные и эффективные натуральные пигменты и красители.

1 обзор натуральных пигментов

Окраска пищевых продуктов, also known as a colorant, is a very important food additive in food. It not only gives food a colorful appearance, stimulates the senses and increases appetite, but also gives people a sense of beauty and is the basis for assessing the quality of food. Food coloring can be divided into natural coloring and synthetic coloring according to its source.

1.1 общая информация

По мере увеличения количества используемых синтетических окрасок, развития общества и людей#39; уровень жизни повышается, все больше и больше людей задаются вопросом, может ли использование синтетических окрасок в пище представлять опасность для здоровья человека. В то же время в многочисленных научных докладах указывается, что почти все синтетические окраски не обеспечивают организм питательными веществами, а некоторые синтетические окраски могут быть даже вредны для здоровья человека. В результате, люди#39; постепенно внимание обращалось на проблему безопасности. В результате этого во многих странах мира были введены многочисленные правила, такие как резкое сокращение числа утвержденных синтетических цветов в соединенных штатах с 700 до 7. Тем не менее, пищевая фальсификация продолжается в течение многих лет. Вместе со средствами массовой информации, которые в последние годы критиковали пищевую окраску и здоровье, они внесли свой вклад в потребительское дело#39; concern about Пищевая добавка для окраскиs. Natural coloring began to be widely used commercially 25 years ago and has since made great progress. Consumers&#- 39; Интерес к натуральным продуктам с точки зрения здоровья стимулировал спрос на натуральную окраску в пищевой промышленности [1].

1.2 история вопроса

История добавления цветов в пищу можно проследить до древнего египта, где местные кондитеры использовали натуральные экстракты и вино, чтобы улучшить цвет своих сладостей около 1500 до н.э. К середине xix века в некоторые продукты для декоративных целей была добавлена специя под названием шафран. С промышленной революцией пищевая промышленность развивалась быстрыми темпами. Минеральные и металлические соединения также использовались в качестве красителей для маскировки некачественных и фальсифицированных пищевых продуктов. К более ужасным примерам относятся: Pb3O4 и HgS использовались в качестве красителей для сыра и конфет, а черный чай можно было бы перекрасить с помощью арматуры, а затем продавать на рынке. В 1860 году использование цветов в десертах привело к двум смертельным исходам. Некоторые токсичные химические вещества также использовались в качестве красителей в конфетах и маринованных огурцах. В 1856 году сэр в. илиан Генри п. эркин изобрел первый синтетический цвет (мавин). В конце xix и начале xx века неутвержденные цветные добавки широко использовались в различных популярных пищевых продуктах на европейском и американском рынках, включая кетчуп, горчицу, желе и алкоголь. На рынке появилось более 80 синтетических цветов, некоторые из которых использовались в текстильной, а не пищевой промышленности. Многие цвета пищи никогда не были проверены на токсикологические и другие негативные последствия. Начиная с 1900 года, большое количество синтетических цветов было произведено с использованием анилина в качестве сырья, токсичного нефтяного продукта. Изначально эти цвета назывались цветами угольной смолы, так как сырье для синтеза получалось из угля, содержащего асфальт. Ранние пигменты, полученные из растительных, животных и минеральных источников, все еще использовались в пище в начале xx века, но постепенно были отменены производителями, движимыми экономическими интересами. Химически синтезированные пигменты просты в производстве, недороги, имеют очень хорошие свойства окраски и могут быть использованы в небольших количествах без передачи нежелательного вкуса в пищу.

1.3 нынешнее положение и перспективы

Pigments are found in abundance in fruits, vegetables, seeds and roots. We consume large quantities of various pigments in our diet every day, especially anthocyanins, carotenoids (nature produces more than 1 million tons each year, of which the structure of 600 species has been confirmed) and Хлорофилл (хлорофилл). The natural pigments we ingest in our food every day are only a very small part of the total. The physical and chemical properties of natural pigments vary greatly. Many are sensitive to oxidation, pH changes and light, and their solubility varies greatly. Currently, 13 natural colors are approved for use in Europe, while the US has approved 26. Natural colors were initially thought to be far less stable than synthetic colors, more difficult to use and more expensive.

По оценкам, 70% мира и#39;s plants have not been fully researched, and only 0.5% have been thoroughly researched. From this perspective, our research on natural food colors has only just begun. However, in reality, it is not easy to develop new colors. Before any new color can be approved for use by the FDA and in Europe, it must undergo a safety assessment, which takes a lot of time and money. Many undiscovered colors may be located in undeveloped land and oceans, and it is difficult to commercially develop them. In view of these difficulties, current research into natural colors is focused on the development of existing colors, mainly in the following three areas: synthesis processes, production techniques and alternative sources of color. These approaches have proven very successful and have greatly facilitated the use of natural colors in the food and beverage industry. Food manufacturers are optimistic that most natural colors offered by color suppliers meet requirements in terms of color, stability and use properties.

2 обзор натуральных красителей

2.1 определение термина

Натуральные красители получают из растений, животных или минеральных ресурсов, которые не были искусственно синтезированы и практически не подвергались химической обработке.

2.2 классификация

(1) натуральные красители могут быть разделены на растительные красители, красители животных и минеральные красители в зависимости от их источников, при этом растительные красители являются основными. Растительные красители включают в себя madder, woad, sumac, indigo, safflower, гранаты, желтая гардения, чай, coneflower, yarrow, persimmon, comfrey и sumac. Из-за различных молекулярных структур натуральных красителей, методы окрашивания также сильно различаются. Для белковых волокон и целлюлозных волокон методы окрашивания в основном включают безмордантное окрашивание, сначала окрашивание, а затем мордантирование, а затем мордантирование. Для синтетических волокон они в основном подразделяются на окрашивание атмосферным давлением и окрашивание при высокой температуре и высоком давлении. Лучший процесс окраски должен определяться в соответствии с природой красителя. В частности, следует отметить, что когда Один и тот же натуральный краситель окрашивается в другой кулон, окрашенное волокно часто появляется в другом оттенке [2].

(2) натуральные красители имеют различные химические структуры, которые можно разделить на семь категорий в зависимости от химического состава: каротеноиды, антрахиноны, нафтохиноны, флавоноиды, куркуминоиды, индиго и хлорофилл. Каротеноидные красители названы в честь моркови и имеют длинную сдвоенную связь (двойную связь) в своей структуре. Они оранжевые по цвету, и основные красители аннатто и шафран. Все красные красители содержат структуру сибирхинона, и большинство из них извлекают из растений, насекомых или животных. Они известны своей хорошей легкостью. Флавоноиды являются бесцветными органическими соединениями. Большинство натуральных желтых красителей являются гидроксильными или метоксическими заменителями флавоноидов или флавонолов.

(3) классификация по цвету означает классификацию натуральных красителей по цвету окрашенных волокон или тканей: есть красные, желтые, синие, коричневые и другие натуральные красители. Среди натуральных красок, которые были подсчитаны, наиболее распространенными являются желтые и красные разновидности, в то время как синие, зеленые и черные являются наименее распространенными. Красные красители не так распространены в природе, как желтые красители. Большинство красных красителей скрыты в корнях растений, коре деревьев или тёмно-серых телах насекомых. Несмотря на ограниченные источники красных красителей, они присутствуют в больших количествах в цветовых основах растений и поэтому легко извлекаются. Кармайн, самый красивый красный натуральный краситель, находится в организме жука кармайна, который паразитирует на какти [3], но более важные и широко используемые натуральные красные красители безумнее и лак. Желтый — самый яркий и обильный из всех оттенков, встречающихся в природе. Существует гораздо больше растений, которые производят желтые красители, чем те, которые производят красители других цветов. Это Один из самых известных и ярких желтых красителей природного происхождения. Индиго является одним из основных и наиболее часто используемых синих красителей с древних времен. Она добывается из листьев растения, которое растет в азии, африке, на филиппинах и в соединенных штатах. Катеху коричневого красителя получают из дерева под названием катеху, который растет в основном в индии.

2.3 история природных красителей

Легенда гласит, что еще во времена желтого императора более 4500 лет назад люди уже могли использовать растительные соки для окраски. Убедительным доказательством этого является то, что в 1959 году археологи обнаружили покрашенные шелковые нити в гробнице династии инь в ванюку, аньянг, провинция хэнань. Это показывает, что люди уже красили, по крайней мере 3000 лет назад, во время династии инь. В то время люди использовали натуральные красители, в основном растительные соки, а некоторые также использовали кровь насекомых для окрашивания вещей. На протяжении тысяч лет китайский народ широко использует растительные красители. Они накопили большой опыт, такие как турмерный экстракт из имбирного сока, кохинеальный экстракт из кохинеальных насекомых, и более безумный экстракт из более безумных.

С тех пор как в. п эркин изобрел синтетические пигменты в 1856 году, натуральные красители постепенно утратили свою значимость в качестве текстильных красителей, поскольку они требуют много времени и труда в использовании и не могут быть заранее подготовлены в качестве готовых к использованию продуктов. В настоящее время большинство красок, используемых на рынке, являются синтетическими красками. Некоторые синтетические красители представляют угрозу для здоровья человека. Среди синтетических красителей некоторые азо-красители могут распадаться на токсичные ароматические амины, пентахлорфенол, а некоторые красители могут вызывать аллергию на кожу. Если на начальном этапе производства одежды используются неподходящие красители, то они могут представлять канцерогенный риск для пользователя. Страны ес начали принимать законы о запрещении красителей azo, а экспортируемые текстильные изделия подлежат строгим экологическим сертификационным инспекциям. В 1996 году Германия запретила некоторые азо-красители, установив, что они являются канцерогенными, тератогенными и аллергическими. Поэтому люди переключили свое внимание на "экологически чистые" красители. Восстановление натуральных экологически чистых красителей открыло перед текстильной промышленностью деловые возможности для использования этих красителей в целях открытия новых рынков для натуральных красителей.

Натуральные растительные красители являются не только нетоксичными и безвредными, но и экологически чистыми продуктами. Они также имеют широкий спектр медицинских услуг, обслуживая современных потребителей#39. Психология возвращения к природе и поддержания хорошего здоровья. Растительные красители изготавливаются из сырья, такого как китайская травяная медицина, цветы, чай и фрукты, которые являются уникальными для китая. Они очищаются посредством многих процессов, таких как дробление, пропитывание и приготовление пищи, и являются чистыми натуральными растительными красителями. Они не содержат никаких химических веществ, являются нетоксичными и безвредными, а текстильные изделия и одежда, окрашенные вместе с ними, не причиняют никакого вреда здоровью человека.

2.4 преимущества натуральных красителей

Характеристики естественного окрашивания заключаются в Том, что в дополнение к естественному оттенку некоторые растения, такие как маддер и индиго и т.д., оказывают отталкивающие насекомых и антибактериальные эффекты при использовании для окрашивания тканей натуральными красителями, извлеченными из них. В сочетании с естественным ароматом натуральных крашенных тканей, они очень популярны среди потребителей. Хотя натуральные красители не могут полностью заменить синтетические красители, они занимают свое место на рынке и все больше ценятся людьми с широкими перспективами развития. Рынок натуральных текстильных изделий также является огромным рынком, который еще не полностью развит. Полное использование этих природных ресурсов требует согласованных усилий многих сторон по разработке соответствующих технологий, процессов и продуктов.

Основные преимущества натуральных красителей заключаются в Том, что они являются нетоксичными и безвредными, неаллергическими и неканцерогенными для кожи, обладают хорошей способностью к биоразложению и экологической совместимостью. Их цвета мягкие, естественные и отличительные, и они имеют широкие перспективы развития в области высококачественной шелковой продукции, медицинского белья, домашней текстильной продукции, декоративной продукции и других областях. За последние 10 лет корейское правительство израсходовало почти 1 млн. долл. США на исследования и разработки проектов по натуральному окрашиванию в целях содействия разработке новых технологий экологического окрашивания и отделки. В настоящее время достигнут значительный прогресс в области исследований технологии экстракции натуральных красителей, обесцвечивания и повышения устойчивости света, и некоторые процессы экстракции натуральных красителей получили промышленное развитие. Развитие натуральных красителей не только благотворно сказывается на охране природных ресурсов и окружающей среды, но и открывает широкие перспективы для развития некоторых видов текстильных изделий с высокой добавленной стоимостью [4-6].

2.5 перспективы на будущее

Китай и Китай#39; исследования и применение натуральных красителей аналогичны международным, в отличие от других промышленных областей, где существует большой разрыв. Основное значение применения натуральных красителей заключается в их безопасности и биосовместимости. Хотя в настоящее время коммерциализация и полная замена синтетических красителей нереалистичны, необходимо внедрять новые технологии в процесс приобретения и окрашивания натуральных красителей, внедрять современное оборудование и ускорять темпы индустриализации. Считается, что натуральные красители сделают мир более красочным [7].

3 связь и разница между натуральными пигментами и натуральными красителями

Natural pigments and natural dyes both come from basically the same source, mostly plants. Both are extracted pigments used as elements, and are natural. They are non-toxic, harmless and environmentally friendly. They can be regenerated and are pollution-free. The difference lies in the different objects of application and requirements, which results in a significant difference between the two. Natural pigments are mainly used in the food industry, where high safety requirements are needed. Some plant pigments cannot be used in the food industry or cosmetics industry, such as water white gourd, chestnut shell, and bindweed. Natural dyes are mainly used for dyeing textiles, and require washability, rubbing fastness, and washing and soap fastness. Some natural pigments do not meet these requirements. For example, carotene and anthocyanin, which are widely found in colored vegetables and fruits, are natural pigments, but they do not adhere well to textiles. Once washed, the pigments are gone, so they do not meet the requirements of natural dyes [8]. Natural pigments can be directly incorporated into foods to achieve coloration. However, many natural dyes are not easily dyed directly and require the help of mordants to achieve the desired effect.

4 проблемы в процессе подачи заявок и возможные решения

Хотя естественные пигменты (красители) имеют широкие перспективы для развития, в настоящее время нереалистично коммерциализировать их и полностью заменить синтетические пигменты (красители), поскольку существует много проблем с их применением.

4.1 проблемы с поставками сырья

Натуральные красители в основном получают из животных и растений, что затрудняет их стандартизированное производство. Возьмем растительные красители в качестве примера. Даже для одного и того же растения место происхождения, климатические условия и время сбора влияют на состав и цвет пигмента. Это неизбежно приведет к плохой воспроизводимости красок. Натуральные красители трудно производить в больших количествах. Поскольку содержание пигмента в растениях относительно невелико, для получения достаточного количества красителей необходимо собрать или сократить большое количество растений. Это нанесет ущерб окружающей среде, что противоречит первоначальному намерению использовать для окраски натуральные красители, которое заключается в Том, чтобы быть экологически чистым и экологически чистым. Многие натуральные растительные красители являются также китайскими травяными лекарственными средствами с высокой медицинской и экономической ценностью. Кроме того, экономически нецелесообразно использовать их для извлечения больших объемов красителей.

Одним из способов решения проблемы обеспечения сырьем является использование биоинженерии для выращивания растений. В настоящее время с помощью методов биоинженерии искусственно выращиваются различные растения, такие как комфри и маддер. Поскольку метод биологической культуры может значительно ускорить рост клеток, производство натуральных красителей может быть независимым от растений в природе, и производительность может быть значительно увеличена. Во-вторых, большое значение имеет также развитие натуральных красителей. Эта краска имеет ту же структуру, что и определенная естественная краска, и является изомером. В то же время он производится за счет химического синтеза, который отличается высокой чистотой, стабильными показателями, обильным сырьем, не конкурирует с продуктами питания за землю и может производиться в больших масштабах. До тех пор, пока он не содержит вредных примесей, таких как тяжелые металлы, его безопасность не является проблемой, и его стоимость значительно ниже, чем стоимость натуральных красок. Поэтому стоит изучить разновидности натуральных красителей с отличной производительностью, определить их структуру, а затем исследовать их методы синтеза, постепенно добиваясь масштабного промышленного производства, с тем чтобы заменить выращивание и извлечение натуральных красителей и синтетических красителей сомнительной безопасностью.

4.2 вопросы извлечения и подготовки

Традиционные методы борьбы сpreparing natural pigments (dyes) include water extraction, distillation, and column chromatography. The disadvantages of these traditional methods are that the obtained pigment (dye) particles are large and the color fastness is not good. In order to improve the efficiency of pigment extraction, researchers used ethanol instead of water as a solvent. After the plant was crushed, it was placed in an airtight container, 95% ethanol by volume was poured in, and the mixture was allowed to macerate for 24 hours. After 24 hours, the solution was poured out, and the same ethanol was used to macerate for another 6 hours, repeating the process twice. Finally, all the solutions were mixed, filtered, and the resulting solution was used as a dye liquor. This method is very suitable for poorly soluble dyes. The dyeing effect can be improved by treating the dyeing solution with ultrasound and microwaves [9-11]. There is evidence that ultrasound and microwave experiments on the dyeing of cotton fabrics with natural dyes in the presence of mordants have shown that ultrasound and microwave oscillation accelerates the penetration of the dye and improves the depth of dyeing. In addition, the application of membrane separation technology combining ultrafiltration and nanofiltration to the purification of natural pigments (dyes) can also improve the dyeing effect.

4.3 ограничения, связанные с изменением характеристик приложения

Натуральные пигменты (красители) имеют очень мало общего с текстильными волокнами, что приводит к плохой упругости красок, и это трудно выполнить требования даже с использованием различных подвесок, особенно легкой и мыльной упругости [12-14]. Традиционные естественные методы окрашивания также имеют проблемы, такие как низкая цветовая урожайность и длительные сроки окрашивания. Кроме того, большинство натуральных красителей требуют использования морингов при окраске, а большинство традиционных морингов содержат ионы тяжелых металлов, многие из которых включены в перечень запрещенных веществ для экологически чистых текстильных изделий. По этой причине китайские красители используют редкие лимонно-кислотные комплексы земли в качестве подвесок для натуральных красителей для окраски волокон рамы. Ионы редкоземельных металлов могут усложнять ионы красителей как центральные ионы, так и лиганды. Кроме того, он также имеет аналогичный электролит эффект и способствует окраске. После обработки поверхность целлюлозного волокна имеет поры различных размеров, так что ионы редкоземельных металлов могут войти в некристаллическую область волокна и даже в край кристаллической области, образуя многокомпонентный комплекс с молекулами красителя и целлюлозы, тем самым повышая прочность окрашивания. Формирование этой многокомпонентной комплексной системы позволяет краске противостоять изменениям цвета, вызванным колебаниями pH раствора [15-20].

5. Выводы

Естественные пигменты (красители) любимы людьми во всем мире за их естественные оттенки, насекомые-репелленты и антибактериальные свойства, а также природные ароматы. У них светлое будущее. Однако их коммерциализация и полная замена синтетических красителей по-прежнему нереалистичны. Необходимо использовать новые технологии для извлечения и окрашивания натуральных пигментов (красителей), современное оборудование и ускорить темпы индустриализации. Считается, что естественные пигменты (красители) сделают мир более красочным.

Ссылки на статьи

[1] Бен сян, цзяньжун гао. Естественные пигменты [м]. Beijing: Chemical Industry Press, 2004 [2] вэнь цянь. Натуральные красители и их применение [J]. Цзянсу шелк, 2003, (2): 9-11

[3] перевод хунсян чжоу. Извлечение натуральных пигментов из микроорганизмов и их применение в окраске [J]. Сычуань шелк, 1998, (1): 38-39

[4] ван чаоксия. Исследования и прогресс в применении натуральных красителей [J]. Технология окраски и отделки, 2002, 24 (6): 15-19

[5] ю цзин, цзя лися. Текущая ситуация и развитие натурального красителя [J]. Наука и техника, 2005, (4): 24-27

[6] Li Huiqin, Gong Jixian. Текущая ситуация и последние разработки в области применения натуральных красителей [J]. Красители и красители, 2003, 40 (1): 36 — 38

[7] чжоу линсяо, чжан мейдзи. Экстракция, очистка и применение цветов растений [м]. Шанхай: восточное издательство, 2004

[8] D eo HT, D esai BK. Окрашивание хлопка и джута в натуральный краситель [J]. Журнал общества дьеров и олуристов, 1999, 115 (7-8): 224-227

[9] He Qi, Yu Qiao, Ding Lisheng et al. Исследование эффективности экстракции флавоноидов гинкго с помощью макропористой адсорбционной смолы D140 [J]. Исследования и разработки природных продуктов, 2001, 13 (1): 56 — 58

[10] фан чжиган, май юнли, ян либин и др. Исследование по вопросу о воздействии микроволновой технологии на выщелачивание флавоноидов из "снежного лотоса" [J]. Китайский журнал этнической медицины, 2000, 6 (1): 43-44

[11] чжан руй, сюй яцинь, ши ян. Исследование процесса экстракции флавоноидов [J]. Продукты питания и оборудование, 2003 (1): 21-23

[12] цзя гопен. Исследования по естественному окрашиванию растений [J]. International Textile Herald: 2005, 33 (4): 56-59

[13] хуан сюмин, ван ян, цай зайшенг. Предварительное исследование свойств красителей чая на шелке [J]. Шелк, 2005, (6): 31 — 33

[14] цзя на. Предварительное исследование по традиционным китайским растительным красителям, методам окрашивания и перспективам применения [J]. Краска и печать. 2004, (6): 41 — 42

[15] Дэн йимин. Применение натуральных растительных красителей на натуральном шелке [J]. Краски и красители. 2003, 40 (2): 36-38

[16] Teli MD, A divarekarRV, Pardeshi PD. Краска p уходящей хлопчатобумажной подложки-форели с чайным экстрактом [J]. C olourage, 2002, 49 (10): 23-28

[17] дипти гупта. Механизм окрашивания синтетических волокон натуральными красителями [J]. Цвет, 2000, (3): 23-26

[18] чан-пм, юн-цум, юнг-КВТ. Краска чая на шерсти [J]. Текст-Азия, 2000, 31(2): 28-30, 31(3): 23-25

[19] мона сури, бхавна сети. Применение отдельных красителей эко и лак на шелке [J], раскраска, 2000, (12): 13-18

[20] канеко, такаши. Метод окрашивания и краска волокон [п]. US6749647, 2002