Исследование на источнике растений природного цвета

Colors can be divided into synthetic colors and Естественные цвета кожи. Natural colors are colors that are extracted from natural organisms and then purified and refined artificially. Natural colors can be divided into plant pigments (also known as plant-derived natural colors), animal pigments, microbial pigments and mineral pigments according to their source[1]. Animal and microbial pigments are mainly derived from insects and microorganisms. The most famous animal pigment is carmine (a red natural dye). Carmine is a pigment obtained by drying female cochineal insects that parasitise cactus-like plants. Its chemical composition is carminic acid[2]. Most mineral pigments are harmful to the human body and therefore cannot be used for colouring in the food industry. Plant pigments are mainly derived from plant tissues such as flowers, fruits, leaves, stems and seeds. Natural colors are derived mainly from plant tissues, such as flowers, fruits, leaves, stems and seeds. Most of the so-called natural colors come from plant materials[3], and the plant species involved span many families and genera. According to incomplete statistics, there are currently more than 80 known natural colors[4], and more than 30 plants have been used in the development and research of natural colors[5]. Because plant-derived natural colors are safe and non-toxic, they are often used to improve the appearance and color of foods, medicines, cosmetics, etc.

Synthetic colorants are organic pigments obtained by artificial chemical synthesis. They are generally made from chemical products such as benzene, toluene and naphthalene as the main raw materials, and are formed through a series of reactions. Most synthetic colorants are organic synthetic pigments, and common ones include carmine, indigo and sunset yellow. Synthetic colorants have many advantages. Their colors are generally bright, they are stable, and they are not easily affected by environmental factors such as light, heat and oxygen. Synthetic pigments have strong coloring power and can be used as colorants or dyes, which are easy to dye food or textiles. In addition, the production process and process of synthetic pigments are easy to control, and their industrial production costs are low [6]. However, synthetic pigments themselves have no nutritional value, and most pigments are toxic to human health and even have the risk of causing teratogenic and carcinogenic effects. With the improvement of people' 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

Natural colors from plant sources are produced as a result of the natural growth and metabolism of plant tissues, and have some advantages over synthetic pigments, such as: ① most plant-derived natural colors are non-toxic and have no side effects; some plant-derived natural colors with high safety can be widely used as pharmaceutical or food additives; ② plant-derived natural colors reflect the colors of the plants themselves, so the shades are very natural. As food additives or colorants, they can make the shades closer to the colors of natural objects, making it more acceptable; ③Many edible plant-derived natural colors contain essential nutrients that the body cannot synthesize on its own. These plant-derived natural colors not only improve the color of food, but also supplement the body' основные питательные вещества и даже оказывают профилактическое и терапевтическое воздействие на некоторые заболевания. Например, грау-каротин может 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. Полученные пигментные экстракты 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

Помимо классификации по их источнику, полученные растениями естественные цвета могут быть разделены на жирорастворимые пигменты и водорастворимые пигменты в соответствии с их растворимыми свойствами; 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

Anthocyanins, also known as anthocyanidins, are a type of water-soluble pigment that generally exist in the form of anthocyanins in the flowers, leaves, fruits, stems and other parts of plants. According to incomplete statistics, 27 families and 72 genera of plants contain different amounts of anthocyanins[11]. Anthocyanins display different colors under different pH conditions, appearing red under acidic conditions, purple under neutral conditions, and blue under alkaline conditions. The different colors of red, purple, and blue displayed by plants are also the result of the coloration of anthocyanins under different pH conditions in the cell vacuole. Anthocyanins have high biological activity and are hydroxyl donors that can be used as free radical scavengers. Studies have shown that anthocyanins have pharmacological effects such as anti-oxidation and anti-aging, anti-inflammatory and anti-cancer, immunity enhancement, cardiovascular protection and disease prevention [12]. Many plants in nature are rich in anthocyanins. For example, black goji berries have the highest anthocyanin content of any plant discovered so far. Purple sweet potatoes are an ideal raw material for anthocyanin extraction because of their high anthocyanin content and high yield.

2.2 каротеноиды

- каротеноиды, also known as polyene pigments, are a class of fat-soluble terpenoid polymers, mainly divided into carotenes and carotenoids. Carotenoids are widely found in plant parts that appear yellow, orange-red or red. The carotenoids in chloroplasts are mainly carotene (orange-yellow) and lutein (yellow), which play an important role in photosynthesis. Vitamin A (retinol) is an important substance for maintaining normal visual function and maintaining healthy skin. Some carotenoids can be converted into vitamin A. These are called provitamin A. The most common of these is beta-carotene, which is converted into vitamin A when the body needs it. Not all carotenoids can be converted into vitamin A. Lycopene (found mainly in tomatoes, watermelons and guavas), for example, cannot be converted into vitamin A. Some plant-derived carotenoids that have been tested for safety can be added directly to foods such as pastries, dairy products, cold drinks, and candy as colorants.

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

The traditional solvent extraction method is mainly used to extract both alcohol-soluble and water-soluble pigments. The method involves drying and crushing the raw materials, and then selecting a solvent to extract the pigments from the raw materials based on the solubility and polarity of the pigments and coexisting impurities. The crude pigment extract is then filtered, concentrated under reduced pressure, dried in a vacuum, and refined to obtain the finished product. The traditional solvent extraction method mainly includes the maceration method, the decoction method and the reflux extraction method. The traditional solvent extraction method has relatively simple equipment and process requirements, but the time taken for extraction and filtration is long, solvent consumption is high, the yield and purity of the product is low, and there is a risk of odors or solvent residues, which affects the quality of the product. Therefore, extracts obtained using the traditional solvent extraction method require further purification.

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

The most common purification method for plant-derived natural colors is column chromatography. Column chromatography refers to the method of separating and purifying natural colors by filtering a mixed solution containing natural colors through a column containing different adsorbents or stationary phases. The main methods of column chromatography are macroporous resin column chromatography, gel chromatography, silica gel column chromatography, ion exchange resin method, activated carbon column chromatography and polyamide method. Among them, the most commonly used purification methods are macroporous resin column chromatography and gel chromatography.

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.

Another common method for purifying vegetable-derived natural colors is gel chromatography. The commonly used gels for this method are polyacrylamide gel, agarose gel, and dextran gel. The principle of gel chromatography is that when a natural pigment extract passes through gel particles with a porous, highly cross-linked structure, macromolecular substances can easily move downwards with the eluent through the gaps between the gel particles, while small molecules enter the interior of the gel particles through the pore size. Since entering the interior of the gel particles causes the small molecules to travel a long way and move slowly, the purpose of separating Natural Color is achieved using molecular size. Compared with other purification methods, gel chromatography is easy to operate, requires simple equipment, does not require regeneration after each chromatography, and fully preserves the biological activity of the separated substances. Therefore, gel chromatography is widely used in the purification process of plant-derived natural colors.

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 и добавок в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности.

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.