Исследование на источнике растений природного цвета

Цвета можно разделить на синтетические цвета и натуральные цвета- да. Естественные цвета — это цвета, которые извлекаются из природных организмов, а затем очищаются и очищаются искусственно. Натуральные цвета могут быть разделены на пигменты растений (также известные как натуральные цвета растений), пигменты животных, пигменты микробов и минеральные пигменты в зависимости от их источника [1]. Пигменты животных и микробов получают главным образом от насекомых и микроорганизмов. Самым известным пигментом животных является кармин (красный натуральный краситель). Кармин-пигмент, получаемый путем сушки женских кохинеальных насекомых, паразитирующих растения, подобные кактусу. Химический состав — карминная кислота [2]. Большинство минеральных пигментов вредны для организма человека и поэтому не могут быть использованы для окраски в пищевой промышленности. Пигменты растений получают главным образом из растительных тканей, таких как цветы, фрукты, листья, стебли и семена.Естественные цвета получают в основном из растительных тканей, таких как цветы, фрукты, листья, стебли и семена- да. Большая часть так называемых природных цветов происходит из растительных материалов [3], и соответствующие виды растений охватывают многие семьи и роды. Согласно неполным статистическим данным, в настоящее время существует более 80 известных природных цветов [4], и более 30 растений были использованы в разработке и исследовании природных цветов [5]. Поскольку растительные натуральные цвета являются безопасными и нетоксичными, они часто используются для улучшения внешнего вида и цвета продуктов питания, лекарств, косметики и т.д.

Синтетические красители-органические пигменты, полученные путем искусственного химического синтеза. Как правило, они производятся из таких химических продуктов, как бензол, толуол и нафталин в качестве основного сырья, и образуются в результате ряда реакций. Большинство синтетических красителей являются органическими синтетическими пигментами, а наиболее распространенные из них включают кармин, индиго и закат желтый. Синтетические красители имеют много преимуществ. Их цвета, как правило, яркие, они стабильны, и на них не легко влияют такие факторы окружающей среды, как свет, тепло и кислород. Синтетические пигменты обладают сильной красочной мощью и могут использоваться в качестве красителей или красителей, которые легко окрашивают продукты питания или текстильные изделия. Кроме того, производственный процесс и процесс синтетических пигментов легко контролировать, а затраты на их промышленное производство низки [6]. Однако синтетические пигменты сами по себе не имеют питательной ценности, и большинство пигментов являются токсичными для здоровья человека и даже могут вызывать тератогенные и канцерогенные последствия. С улучшением людей#39; уровень жизни, и в частности различные проблемы безопасности пищевых продуктов, вызванные синтетическими пигментами, люди и#39; растет спрос на безопасные пищевые добавки. Естественные пигменты с их естественными и здоровыми свойствами являются нетоксичными и неизбежно заменят синтетические пигменты и широко используются в пищевой, фармацевтической и легкой промышленности.

1 история и характеристики использования растительных натуральных цветов

1.1 история использования натуральных цветов растительного происхождения

Естественные цвета были первыми пигментами, используемыми людьми. Еще в 10 веке до нашей эры люди древней великобритании делали розовые конфеты из сока сумасшедших растений. Это самая ранняя запись использования природных цветов древними людьми. В древнем египте торговцы использовали натуральные растительные экстракты и вино, чтобы улучшить цвет конфет. В китае также существует давняя история использования природных цветов, которые широко используются в окраске ткани, пищевой окраски, а также производства румян и макияжа. Например, румяна, которая была популярна среди древних китайских женщин с династии шан, была сделана из пигмента в лепестках сафлоуэрс. Например, в восточной династии чжоу (221 год до н.э.) [8] маддер и гардения, использовавшиеся для приготовления красителей, уже получили широкое распространение. В наши дни '. Общество, типы и масштабы использования природного цвета постоянно расширяются, и это имеет широкие перспективы применения.

1.2 характеристики растительного происхождения натурального цвета

Натуральные цвета от растенийИсточники образуются в результате естественного роста и метаболизма растительных тканей и имеют некоторые преимущества перед синтетическими пигментами, такие какЕстественные цвета растений нетоксичныИ не иметь побочных эффектов; Некоторые растительные натуральные цвета с высокой безопасностью могут быть широко использованы в качестве фармацевтических или пищевых добавок; Производные от растений натуральные цвета отражают цвета самих растений, так что тени очень естественны. В качестве пищевых добавок или красителей, они могут сделать тени ближе к цветам природных объектов, что делает его более приемлемым; В настоящее времяМногие пищевые растительные натуральные цветаСодержит необходимые питательные вещества, которые организм не может синтезировать самостоятельно. Эти растительные натуральные цвета не только улучшить цвет пищи, но и дополнить тело и#39; основные питательные вещества и даже оказывают профилактическое и терапевтическое воздействие на некоторые заболевания. Так, например,- о, каротинМожет быть преобразован в витамин а в организме человека, а витамин а оказывает влияние на лечение заболеваний сухих глаз и предотвращение ночной слепоты.

Хотя растительный натуральные цвета имеют много преимуществ, они все еще имеют некоторые недостатки: ① они трудно очистить. Натуральные цвета растений являются соединениями, которые существуют в растениях и часто сосуществуют с другими сложными веществами в растениях, что делает процесс экстракции сложным. В настоящее времяПигментные экстрактыПолученные часто содержат другие вещества и относительно низки в чистоте. Кроме того, из-за текущих основных проблем в процессе производства растительных натуральных цветов, таких как незрелые процессы и менее современное оборудование, скорость извлечения растительных натуральных цветов низкая и цена высока. Оттенок натуральных цветов растений является нестабильным и часто меняется из-за внешних факторов окружающей среды, таких как свет, температура, кислород, pH и ионы металла, что делает его менее стабильным [10]. Кроме того, естественные цвета растений легко окисляются, что сокращает срок их службы. Они должны часто дополняться антиоксидантами или пигментными стабилизаторами, что делает их использование громоздким. Есть много типов растений производных природных цветов, и их свойства сложны. В частности, их собственные физические и химические свойства ограничивают сферу их применения и делают их узкоспециализированными.

2 классификация природных цветов растительного происхождения

В дополнение к классификации в соответствии с их источником, растительные природные цвета могут быть разделены наЖирорастворимые пигменты и водорастворимые пигментыВ зависимости от их свойств растворимости; И в соответствии с их химической структурой, они могут быть разделены на следующие основные типы пигмента: порфирин, пиролевые производные, киноны и ксантоны, полиэленовые пигменты и полифенольные производные [9]. В соответствии со своими функциональными ингредиентами они могут быть разделены на антоцианины, каротиноиды, флавоноиды, пиророли и другие основные пигменты [10].

2.1 антоцианин

Антоцианин, также известный как антоцианидин, являютсяТип водорастворимого пигментаКоторые, как правило, существуют в виде антоцианов в цветах, листьях, фруктах, стеблях и других частях растений. Согласно неполным статистическим данным, 27 семейств и 72 рода растений содержат различное количество антоцианинов [11]. Антоцианины имеют различные цвета при различных условиях pH, появляющиеся красными при кислотных условиях, фиолетовыми при нейтральных условиях и синими при щелочных условиях. Различные цвета красного, фиолетового и синего цветов, отображаемые растениями, также являются результатом окраски антоцианинов в различных pH условиях в клеточном вакууме. Антоцианы обладают высокой биологической активностью и являются гидроксильными донорами, которые могут использоваться в качестве свободных радикальных мусорщиков. Исследования показали, что антоцианины оказывают фармакологическое воздействие, например, антиокисление и антистарение, противовоспалительные и противораковые средства, повышение иммунитета, защита сердечно-сосудистой системы и профилактика заболеваний [12]. Многие растения в природе богаты антоцианинами. Например, черные ягоды годжи имеют самое высокое содержание антоцианина среди всех обнаруженных растений. Пурпурный сладкий картофель является идеальным сырьем для экстракции антоцианина из-за его высокого содержания и высокой урожайности.

2.2 каротеноиды

Каротеноиды, также известные как пигменты полиэна, представляют собой класс жирорастворимых терпеноидных полимеров, в основном подразделяется на каротены и каротеноиды. Каротеноиды широко распространены в растениях, которые кажутся желтыми, оранжево-красными или красными. Каротиноиды в хлорпластах в основном являются каротинами (оранжево-желтыми) иЛютейн (желтый), которые играют важную роль в фотосинтезе. Витамин а (ретинол) является важным веществом для поддержания нормальной визуальной функции и поддержания здоровой кожи. Некоторые каротеноиды могут быть преобразованы в витамин а. они называются провитамин а. наиболее распространенным из них является бета-каротин, который преобразован в витамин а, когда организм нуждается в нем. Не все каротеноиды могут быть преобразованы в витамин а.Ликопен (встречается в основном в помидорах), арбузы и гуавы), например, не могут быть преобразованы в витамин а. некоторыеКаротеноиды растительного происхожденияКоторые были проверены на безопасность могут быть добавлены непосредственно в продукты питания, такие как выпечка, молочные продукты, холодные напитки, и конфеты в качестве красителей.

2.3 флавоноиды

Флавоноиды, как правило, подразделяются на флавоны и флавонолы, дигидрофлавоноиды и дигидрофлавонолы. Они широко распространены во многих растительных тканях, в основном бледно-желтые или даже бесцветные, а некоторые светло-оранжевые. Среди них наиболее распространенными в растительном мире являются флавоноиды и флавонолы, из которых на сегодняшний день обнаружено более 400 [13 — 14]. Флавоноиды имеют важные физиологические функции и играют важную роль в защите здоровья человека путем антиокисления, антимутации и замедления старения. Кроме того, при использовании в сочетании с антоцианинами флавоноиды могут уменьшить окисление антоцианинов и оказать определенное цветоусиливающее воздействие. Наиболее распространенным типом флавоноидов является куркумин, желтый пигмент, который в основном встречается в клубнях из тюрбана и шафрана. Широко используется в пище и медицине благодаря своим сильным антиоксидантным, противовоспалительным, антиканцеровым, красивым и токсиноингибирующим свойствам.

2.4 пиророль

Пигменты пируля в основном включают хлорофилл и его медь и соли натрия, цинк и соли натрия. Они широко распространены в хлоропластах зеленых растений, особенно в зеленых частях листьев и фруктов высших растений, где они в сочетании с белками образуют хлоропласты. Эти пигменты имеют много фармакологических эффектов в медицине человека, таких как антивирусные, антиязвенные, антибактериальные, а также защиты печени и детоксикации.

2.5 прочие пигменты

Другие пигменты в основном включают в себя пигменты сибирхинона и красными пигментами риса. Пигменты сибирхинона в основном включают кармин и лак красители, которые встречаются в подземных стеблях и корнях растений и красной свеклы. Они имеют медицинские последствия, такие как антибактериальная и детоксикация [15].

3 методы экстракции и очистки растительного происхождения натуральных цветов

Существует много способов извлечения и очистки растительных натуральных цветов. К числу распространенных методов экстракции относятся традиционная экстракция растворителей, экстракция сверхкритических жидкостей, экстракция с помощью микроволн и экстракция растворителей под давлением. Общие методы очистки включают хроматографию колонн, разделение мембран и жидкую хроматографию. Ниже кратко описывается несколько методов извлечения и очистки растительных натуральных цветов.

3.1 традиционная добыча растворителей

Традиционный метод экстракции растворителей используется главным образом для экстракции как спирторастворимых, так и водорастворимых пигментов. Метод включает в себя сушение и дробление сырья, а затем выбор растворителя для извлечения пигментов из сырья на основе растворимости и полярности пигментов и сосуществующих примесей. Затем сырой пигментный экстракт фильтруется, концентрируется под пониженным давлением, высушивается в вакууме и очищается для получения готовой продукции. Традиционный метод экстракции растворителей включает главным образом метод мацерации, метод декодирования и метод экстракции рефлюкса. Традиционный метод экстракции растворителей предусматривает относительно простое оборудование и технологические требования, однако для экстракции и фильтрации требуется длительное время, потребление растворителей является высоким, урожайность и чистота продукта-низким, а также существует риск запахов или остатков растворителей, что сказывается на качестве продукта. Поэтому экстракты, полученные с использованием традиционного метода экстракции растворителей, требуют дальнейшей очистки.

3.2 экстракция сверхкритической жидкости

Под сверхкритическим состоянием подразумевается состояние, когда газожидкий интерфейс исчезает при превышении определенной температуры или давления. Жидкость в этом состоянии называется сверхкритическая жидкость. Сверхкритическая экстракция жидкости (SFE) является новой технологией разделения и экстракции, разработанной в последние годы, которая использует сверхкритические жидкости в качестве экстракционных агентов для экстракции целевых веществ. Принцип экстракции сверхкритической жидкости заключается в следующем: раствор растворяется сначала в сверхкритической жидкости под высоким давлением, затем давление системы снижается или температура системы повышается, в результате чего раствор в жидкости осаждается в результате уменьшения плотности и растворимости. К сверхкритическим жидкостям относятся главным образом двуокись углерода, аммиак, этанол, оксид азота, толуол, бензол, вода и т.д.

Сверхкритическая температура двуокиси углерода (31 градус) близка к комнатной температуре, она нетоксична и не загрязняет окружающую среду, и она не разъедает оборудование. Таким образом, двуокись углерода является наиболее распространенной сверхкритической жидкостью [16]. Оптимальные условия экстракционного процесса для различных типов растительных натуральных сверхкритических жидкостей цвета будут варьироваться, но процесс экстракции обычно находится в диапазоне от 10 до 50 мпа, от 31 до 80 градусов и от 3 до 20 часов [17]. По сравнению с традиционными методами экстракции растворителей сверхкритическая экстракция жидкости имеет много преимуществ, таких как низкая температура экстракции, высокая скорость экстракции, высокая скорость, отсутствие остатков реагента экстракции, отсутствие загрязнения и многие другие преимущества. Тем не менее, сверхкритическая технология извлечения жидкости ограничена в фактическом продвижении и применении из-за ее высоких инвестиций в оборудование и эксплуатационных затрат, а также несовершенной технологии.

3.3 извлечение с помощью микроволн

Экстракция с помощью микроволн, также известная как экстракция с помощью микроволн (сокращенно MAE), представляет собой метод разделения и экстракции, сочетающий микроволновое отопление, которое может использоваться для селективного нагрева, с технологией экстракции растворителей. Принцип экстракции с помощью микроволн заключается в следующем: целевой компонент селективно нагревается в микроволновом поле, генерируя большое количество тепла за короткий период времени, что приводит к разрыву водородных связей между молекулами в клеточной мембране, разрушая тем самым структуру клеточной мембраны. Это ускоряет диффузию естественного цвета внутри клетки до растворителя, который имеет более низкую диэлектрическую постоянную и относительно слабую способность микроволнового поглощения, тем самым достигая цели быстрого извлечения естественного цвета. Экстракция с помощью микроволн (MAE) имеет много преимуществ для экстракции натуральных цветов растений. Во-первых, это может ускорить растворение растительных натуральных цветов в экстракционном растворителе, повысить эффективность экстракции и сократить время экстракции. Во-вторых, он может одновременно извлекать несколько компонентов из выборки при небольшом количестве растворителя и хорошей повторяемости результатов. Таким образом, добыча с помощью микроволн показывает хорошие перспективы развития и большой потенциал применения в разработке и использовании растительных природных цветов.

3.4 хроматография колонки

Наиболее распространенным методом очистки растений натуральных цветов является хроматография столбов. Хроматография столбца относится к методу отделения и очистки естественных цветов путем фильтрации смешанного раствора, содержащего естественные цвета, через столбец, содержащий различные адсорбенты или стационарные фазы. Основными методами хроматографии столбцов являются макропористая хроматография столбца смолы, гелевая хроматография, силикагелевая колонна, метод ионообменных смол, хроматография столбца активированного угля и полиамидный метод. Среди них наиболее распространенными методами очистки являются макропористая хроматография столбца смолы и гелевая хроматография.

Хроматография колонки макропористой смолы основана на Том факте, что макропоривая смола оказывает хорошее адсорбционное и скрининговое воздействие на естественный цвет, тем самым отделяя и очищая естественные пигменты. Этот метод также может эффективно удалять примеси, такие как неорганические соли, сахара и слизи из натурального цвета. Работа хроматографии столбца макропористой смолы относительно проста, в основном включает процессы загрузки, вымывания и промывки. Очистка натуральных цветов растительного происхождения с использованием хроматографии столбца макропористой смолы имеет множество преимуществ, включая низкое потребление растворителей, высокую адсорбционную способность, быструю скорость адсорбции, легкую десорбцию и возможность повторного использования.

Другим распространенным методом очистки натуральных цветов растительного происхождения является гелевая хроматография. Широко используются гели для этого метода полиакриламидный гель, agгель, и dextran гель. Принцип хроматографии геля заключается в Том, что когда естественный пигментный экстракт проходит через частицы геля с пористой, тесно переплетенной структурой, макромолекулярные вещества могут легко двигаться вниз по мере того, как они проходят сквозь разрыв между частицами геля, в то время как небольшие молекулы проникают внутрь частиц геля через размер поры. Поскольку проникновение внутрь частиц геля приводит к тому, что небольшие молекулы перемещаются очень далеко и медленно, цель разделения естественного цвета достигается с помощью молекулярного размера. По сравнению с другими методами очистки гелевая хроматография проста в эксплуатации, требует простого оборудования, не требует регенерации после каждой хроматографии, и полностью сохраняет биологическую активность отделяемых веществ. Поэтому гелевая хроматография широко используется в процессе очистки растительного происхождения натуральных цветов.

4 проблемы и перспективы

Большинство естественных цветов, как правило, безопасны и нетоксичны для человеческого тела, и те, которые были потреблены в течение длительного времени относительно безопасны. Однако некоторые естественные цвета все еще токсичны (например, высокотоксичный гарциния). Поэтому не следует игнорировать безопасность природных цветов. Поэтому безопасность пищевых продуктов стала основным вопросом при разработке и использовании натуральных цветов. В частности, в результате дальнейшего развития технологии было установлено, что некоторые естественные цвета растений, которые ранее считались безопасными и допускались к использованию, оказывают определенное мутагенное воздействие в ходе последующих токсикологических тестов, например розовый бенгаль. Можно видеть, что существует проблема отставания токсикологической оценки в исследованиях растительных природных цветов. Поэтому необходимо сосредоточить внимание на развитии токсикологических исследований по растительным естественным цветам и усилить дальнейшую токсикологическую оценку природных цветов.

Китай — огромная страна с множеством растительных ресурсов, богатых природными цветами. Это является богатым источником пигментных материалов для разработки и использования растительных натуральных цветов. Поэтому необходимо в полной мере использовать это преимущество растительных ресурсов, продолжить изучение характерных растительных ресурсов, которые могут быть использованы для извлечения и использования природных цветов, и постоянно совершенствовать оборудование и производственные процессы для повышения урожайности натуральных цветов и снижения производственных затрат. Кроме того, отходы и побочные продукты некоторых культур могут быть в полной мере использованы в качестве сырья для извлечения природных цветов, таких, как использование апельсиновой кожуры для извлечения гесперидина и использование сорго для извлечения сорго красного пигмента и т.д., следуя зеленым и экологически чистым путем превращения отходов в сокровища и комплексного использования ресурсов.

Хотя в настоящее время нереально полностью заменить синтетические пигменты растительными натуральными цветами, с постоянным улучшением людей и#39; уровень жизни и осведомленность о здоровье, спрос на природные цвета постоянно растет. В сочетании с постоянной зрелостью технологии естественной очистки цвета и непрерывным развитием токсикологических исследований, считается, что в ближайшем будущем растительные натуральные цвета могут преодолеть многие недостатки синтетических пигментов и широко использоваться в качестве красителей иДобавки в еду, фармацевтические препараты иКосметическая промышленность.

Ссылки на статьи

[1] сава в м, ян с, хон м и др. Изоляция и характеристика меланических пигментов [J]. Наука о еде, 1994(2): 15.

[2] чжоу хунсян, транс. Извлечение естественного цвета из микроорганизмов и его применение в окраске [J]. Сычуань шелк, 1998(1):38-39.

[3] хуэй-куша. Обзор исследования естественного цвета [J]. Северная аптека, 2011, 8(5):3.

[4] Caro Y, Anamale L, Fouillaud M, et al. Натуральные пигменты гидроксидной сибирской язвы как сильнодействующие пищевые красители класса обзор [J]. Природные продукты и биоразведка, 2012, 2 (5): 174-193.

[5] Дэн сяньцзюань, ван шуцзюнь, ли фушао и др. Ресурсы и применение природных цветов. Китай условия, 2006(10): 51.

[6] шэнь каньцю, цзэн лиронг, ю сумаи и др. Удаление окраски из сахарной продукции и ее изменения в процессе производства [J]. Сахарный тростник, 1981 год (1): 13-18.

[7] ян гичжи, сун жинан. Экстракция натурального цвета и натуральных пигментов из морских водорослей [J]. Соль морских озер и химическая промышленность, 2005, 34(3):30.

[8] лю синьмин. Рубия пигмент-древний пигмент ждет, чтобы быть добыт и используется в косметической промышленности [J]. Гуанси легкая промышленность, 1995(3):789.

[9] Солнце лижет. Экстракция и характеристика вишневого красного пигмента [D]. Пекин: китайский сельскохозяйственный университет, 2005 год.

[10] зуо ю. исследования и применение натурального цвета [J]. Зерновые, масла и продукты питания, 2006(9):46-48.

[11] аннамари джу д, сарма. Растениеводство [J]. Природные продукты, 1997, 45(4): 671-674.

[12] фан чжун сян, ни юанин. Прогресс в исследовании физиологических функций антоцианинов [J]. Наука и техника пищевой промышленности гуанчжоу, 2001, 17(3): 60-62.

[13] чжао джун. Исследования и применение натурального цвета [J]. Журнал North China Coal Medical College, 2003, 5(3): 306-307.

[14] гон шенчжао. Флавоноиды имеют большое значение для развития здорового питания [J]. Наука и техника пищевой промышленности гуанчжоу, 2002, 18(1): 63-64.

[15] Lang Zhongmin, Suo Quanling, Wu Gangqiang. Прогресс в исследованиях по окраске продуктов питания сибирской язвы [J]. Пищевые добавки китая, 2006(6): 76-78.

[16] чжан ю. сравнение сверхкритической экстракции и экстракции органических растворителей красного паприки [J]. Китайские приправы, 2013(4):101- 103.

[17] ван вэйго, чжан цяньвэй, чжао юнлян и др. Физико-химические свойства и прогресс исследований природных цветов [J]. Журнал хенанского технологического университета (издание естественных наук), 2015, 36(3): 109 — 117.