Исследование по экстракции и стабильности естественного пищевого раскраски

Естественная пищевая окраска относится к органическим красителям, получаемым путем переработки природных веществ (включая метаболиты растений, животных или микроорганизмов). Большинство природных окрасок растительного происхождения относительно безопасны и считаются пищевыми добавками. В настоящее время в китае разрешено использовать более 40 видов натуральных пищевых красителей, и для каждого из них разработаны соответствующие национальные стандарты. В последние годы было обнаружено, что большинство синтетических пигментов обладают хронической токсичностью и канцерогенными эффектами. Было признано, что синтетические пигменты представляют все более серьезную угрозу для здоровья, и были введены ограничения на их использование. Развитие естественной окраски стало общей тенденцией в развитии практичных пигментов в мире. По сравнению с синтетическими пигментами, естественная окраска является пищевой окраской, полученной из природных ресурсов, и имеет следующие выдающиеся преимущества:

1) Most Цвет окружающей среды have no toxic side effects and are highly safe.

2) Generally, natural food coloring retains many natural substances (such as vitamins, amino acids, nucleotides, small molecule active peptides, aromatic substances and some of their essential elements, etc.), or is itself a nutrient (such as riboflavin, - о, каротин, etc.), which has certain nutritional value and health functions.

3. Некоторые естественные окраски также имеют определенные фармакологические эффекты и могут предотвратить и лечить определенные заболевания.

4. Естественная окраска имеет более естественную окраску, ближе к цвету природных веществ и т.д. [1].

Однако в процессе переработки пищевых продуктов естественная окраска легко зависит от внешних условий, таких как свет и тепло, pH и многих других факторов, а стабильность цвета и скорость экстракции также влияет на экстракцию. В связи с вышеуказанными причинами применение натуральной окраски подлежит определенным ограничениям. Поэтому вопрос о Том, как повысить устойчивость естественного раскрашивания, стал ключевым для содействия использованию естественного раскрашивания.

В настоящее время, хотя Китай по-прежнему находится в состоянии сосуществования и одновременного развития синтетических пигментов и естественной окраски, естественная окраска пищевых продуктов обязательно будет основным направлением развития пищевой окраски в китае. Китай богат природными красочными ресурсами и имеет их широкое разнообразие. Виды, которые могут быть разработаны и использованы также разнообразны. Поэтому будут и далее разрабатываться и применяться более естественные цвета, благотворно влияющие на здоровье человека.

1. Красный пигмент фиолетового сладкого картофеля

Sweet potatoes, also known as yams, red potatoes, white potatoes, potatoes, or sweet potatoes, are a kind of grain crop widely cultivated in tropical and subtropical regions around the world. The root tubers of sweet potatoes come in various colors, including white, yellow, orange, and purple. There are about 500 varieties, all of which can be used as food or as raw materials for making starch and alcohol. Orange varieties are rich in β-carotene, yellow varieties are rich in flavonoid pigments, and purple varieties are rich in bright red anthocyanins.

Однако из-за очень низкого содержания (как правило, только около 1 цветового значения), производство красных пигментов сладкого картофеля в прошлом было очень незначительным [2]. Япония получила новый сорт после гибридизации и назвала его "Aya Purple". Этот сладкий картофель содержит в 8 раз больше антоцианина, чем исходная разновидность, и благодаря улучшениям в характеристиках выращивания урожайность на единицу муки значительно возросла, поэтому его можно использовать в качестве сырья для производства натуральных пищевых красителей, что делает возможной индустриализацию ПСТС. В китае урожайность пурпурного сладкого картофеля всегда была очень низкой, что затрудняло коммерческое производство ПСТС. В 1980 году такие сорта, как "фиолетовая Роза", были представлены из-за рубежа. После перекрестного селекции и совершенствования получен штамм как с высокой урожайностью, так и содержанием пигмента, который может отвечать требованиям промышленной пигментной экстракции [3].

1.1 методы экстракции

Экстракция красного пигмента фиолетового сладкого картофеля включает главным образом метод растворителя и метод ферментации. В настоящее время в основном используется метод растворителя, и широко используемые экстракционные агенты включают уксусную кислоту, соляную кислоту, серную кислоту, формовую кислоту, лимонную кислоту, этанол и т.д. [4]. Для экстракции красного пигмента сладкого картофеля подкисляющий метанол использовался за границей, а внутри страны — 0,5% литровой кислоты, этанола или подкисляемого этанола (отношение объема 85:15) [5]. Lu Guoquan et al. пришли к выводу, что эффект экстракции подкисляемого метанола на PSPC является наилучшим, за которым следуют разбавленная соляная кислота и разбавленная литрующая кислота [6]. Однако метанол не подходит в качестве экстракционного агента для естественного окраски, поскольку он является крайне летучим и токсичным. Пигменты, используемые в продуктах питания, требуют относительно высокого уровня безопасности, а лимонная кислота является широко используемой кислотной средой в пищевой промышленности, поэтому она более подходит для использования лимонной кислоты в качестве экстрагента.

Основной процесс ферментации: определенное количество фиолетового сладкого картофеля вымывается, варится, охлаждается, раздавливается, смешивается с первичной пюре, приготовленной с определенным количеством риса, ферментированной в течение нескольких дней, готовится вторичная пюре, вторичная пюре фильтруется, а пигментная жидкость получается вакуумной концентрацией. Пигментная жидкость, полученная с помощью этого метода, содержит очень мало крахмала и является чистой пигментной жидкостью.

1. 2 исследование по вопросам устойчивости

1. 2. 1 влияние нагрева на стабильность пигмента

Красный пигмент фиолетового сладкого картофеля был приготовлен в качестве пигментного раствора, помещен в 90 - грационную ванну с водой и нагревается в течение 3 часов. После удаления он быстро охлаждался до комнатной температуры, и абсорбция измерялась на характерном пике поглощения. Можно увидеть, что фиолетовый сладкий картофельный красный пигмент имеет сильную термостойкость. Тем не менее, если сравнить первоначальное поглощение после нагрева при температуре 100 градусов в течение 5 часов, то обнаруживается, что оно сократилось примерно на 50%. Таким образом, чем выше температура нагрева и дольше время нагрева, тем более вредно это для стабильности пигмента. Кроме того, влияние температуры на плотность света, как представляется, связано с pH. Когда рн 3, пигмент показывает относительную стабильность к теплу; Когда pH составляет 5 и температура является высокой в течение длительного времени, стабильность пигмента снижается, но снижение не является значительным, что указывает на то, что он относительно термостойкий. Однако при фактическом производстве, чтобы уменьшить повреждения пигмента, следует максимально избегать высоких температур и длительных периодов нагрева.

1. 2. 2 влияние света на стабильность пигмента

Когда красный пигмент фиолетового сладкого картофеля хранился в течение нескольких недель при pH = 3 в темной комнате, в комнате с естественным освещением, при естественном свете снаружи и под ультрафиолетовым светом, пигмент все еще обладал значительной стабильностью и изменение оптической плотности было минимальным. Лу гокван и др. сравнили фиолетовый пигмент сладкого картофеля, виноградный пигмент кожи, перильный пигмент и черный пигмент риса в тех же условиях света и обнаружили, что фиолетовый пигмент сладкого картофеля имеет лучшую стабильность [7].

1. 2. 3 влияние ионов металлов на стабильность пигмента

Обычные ионы металла, такие как Fe2+, Al3+, Fe3+, K+, Cu2+, Mg2+, Ca2+ и т.д., не оказывают влияния на красный пигмент фиолетового сладкого картофеля, поэтому материал контейнера, используемый в фактическом производстве, может игнорироваться. Однако при добавлении Fe3+ решение становится пурло-коричневым, но нельзя сделать вывод о Том, что Fe3+ улучшает цвет, так как сам Fe3+ также имеет цвет, поэтому его механизм нуждается в дальнейшем изучении.

2 малиновый красный пигмент

Малина — это многолетние кустарники рода Rubus семейства Rosaceae. Исследования показали, что малина богата витаминами, аминокислотами, сахарами, органическими кислотами и микроорганизмами калия, цинка, железа, меди, марганца и другими питательными веществами, такими как ферменты кофакторов [8]. Кроме того, малина также богата вторичными метаболитами, такими как элагическая кислота, флавоноиды, салициловая кислота, кофеиновая кислота, пигменты и т.д. [9-10], поэтому они могут широко использоваться в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности [11].

2.1 метод извлечения

Лю хуци, чэнь тишань и другие изучили экстракционный растворитель, метод и удаление примесей пигмента малины, а также выбрали лучший способ экстракции. Пигмент малины-водорастворимый пигмент. Исследователи использовали пять различных экстракционных растворителей, а именно воду, нефтяной эфир, хлороформ, эфир и этанол, для проведения сравнительных испытаний по экстракции пигмента и выбрали лучший экстракционный растворитель. Колориметрические результаты показали, что экстракт воды имеет самый темный цвет, экстракт этанола имеет более легкий цвет, а другие экстракты содержат очень мало цветных компонентов. Таким образом, вода является наилучшим растворителем для извлечения пигмента малины. Исследователь также использовал воду в качестве экстракционного агента для дальнейшего изучения воздействия различных методов экстракции на экстракционный эффект, с тем чтобы определить лучший метод экстракции. Результаты показали, что метод перколяции, метод рефлюкса нагрева и метод дистилляции водяного пара являются более эффективными.

На основе вышеупомянутых экспериментов можно сделать вывод о Том, что использование воды в качестве экстракционного растворителя и метод перколяции, метод рефлюкса нагрева и метод дистилляции водяного пара позволяют эффективно извлекать пигментные компоненты. Однако, учитывая, что малина богата летучими нефтяными компонентами, метод дистилляции водяного пара должен быть предпочтительным и экономичным. При извлечении пигментных компонентов (распределенных в водном растворе) также извлекаются летучие нефтяные компоненты (распределенных в дистилляте), которые, можно сказать, убивают двух птиц одним камнем. Кроме того, были проведены эксперименты по удалению основных примесей в водном растворе экстракции пигмента малины, таких как липиды, белки, сахара, жиры, воски и другие компоненты. Удаление этих примесей зависит главным образом от их свойств. 95% этанола добавляется к концентрированному водному экстракту. Липиды, белки, сахара, жиры, воски и т.д., которые не растворяются в этаноле, будут постепенно осаждаться и отделяться друг от друга. Для таких примесей, как жиры и воски, которые не легко отделить, нефтяной эфир может быть добавлен в концентрированный раствор для их удаления. После удаления примесей цвет пигмента остается неизменным, а чистота увеличивается.

Ян ваньчжэн, лю хайцин и другие также проводили эксперименты по извлечению пигментов малины. Собирая спелые плоды малины, удаляя стебли, стирая, высыхая, а затем раздавливая их и используя воду в качестве растворителя, фрукты извлекались при комнатной температуре. Затем экстракт был отфильтрован для удаления твердых нерастворимых веществ, и фильтрат был сосредоточен для получения чистого красного вязкого концентрата. Затем концентрат был промыт нефтяным эфиром для удаления жирорастворимых веществ, вакуумная сушка для получения твердого вещества, похожего на коричневый экстракт, главным образом антоцианинов, с выходом 32,5%. В этой связи следует напомнить, что весь персонал, контактирующий с маслянистым сырьем, должен использовать нержавеющую сталь, кислотно-и щелочно-стойкие керамические или стеклянные изделия, а растворитель также должен быть деионизирован, чтобы предотвратить заражение изделия ионами металлов.

2. 2 исследование по вопросам устойчивости

2. 2. 1 влияние кислотности на стабильность пигмента

Лю хуци, чэнь тишан и другие изучали кислотную и щелочную стабильность пигментов малины путем измерения цвета пигмента малины водных растворов при различных показателях pH. Результаты показали, что при pH 2-5 пигмент раствор был красным; При pH от 5 до 8 пигмент раствор был светло-красным до оранжево-красного; А при pH 9-11 пигмент был фиолетовым. Исследователи считают, что pH = 4 является оптимальным значением pH для пигмента малины, когда пигмент ярко красный. Ян ваньчжэн, лю хайцин и другие также подтвердили этот вывод в своих исследованиях, проанализировали и объяснили причины изменения цвета пигмента малины со значением pH, т.е. изменения молекулярной структуры антоцианина при различных значениях pH. Поскольку кислородный атом в пиранном кольце молекулы антоцианина равен четырем валентам, он является основным и может принимать протоны; И фенолическая гидроксиловая группа в молекуле может диссоцироваться, давая протон и будучи кислой, что дает этому типу вещества характеристику изменения структуры с изменениями pH среды.

2. 2. 2 влияние температуры на стабильность пигмента

Лю хуци, чэнь тишань и другие изучали теплостойкость пигмента малины, наблюдая за изменением значения вымирания (540 нм) пигмента малины после обработки при различных температурах и pH. Результаты эксперимента показывают, что в пределах 100 градусов и в диапазоне pH от 2 до 5, значение вымирания незначительно снижается, что указывает на то, что пигмент малины в основном стабилен. Когда температура превышает 100 градусов, стабильность пигмента малины снижается, но в целом она все еще имеет определенную степень высокой термостойкостью. Ян ваньчжэн, лю хайцин и другие также исследовали теплостойкость пигмента малины при pH = 4. Экстракт пигмента помещался в ванну с горячей водой при постоянной температуре при различных температурах и нагревался в течение 1 ч. После охлаждения абсорбция измерялась при 510 нм. Результаты показали, что при изменении температуры нагрева с комнатной температуры на 100 градусов поглощающее значение снизилось с 0,169 до 0,162, изменение только 0,007, что указывает на хорошую термоустойчивость пигмента малины.

2.2.3 влияние света на стабильность пигмента

Чжан куньли, чжан хунчхан и другие изучали стабильность света пигментов малины, наблюдая за изменением значения вымирания после обработки пигментов с различными световыми периодами. В ходе эксперимента были отобраны периоды воздействия света от 0 до 70 дней и были замерены соответствующие значения вымирания, которые изменились с 0,54 до 0,41, т.е. сократились лишь на 0,13. Можно видеть, что пигменты малины довольно стабильны при воздействии света и имеют лучшую стабильность света, чем другие пигменты.

3 клубничный красный пигмент

Клубника входит в семейство розаки. Это многолетние ягоды и пигменты антоцианина. Основным компонентом является пеларгонидин 232 глюкозид. Кроме того, были найдены еще четыре пеларгонидин гликозиды и два производных цианидин гликозиды. Пеларгоний 232 глюкозид более стабилен, чем другие антоцианины, потому что он содержит фенолическую гидроксильную группу на 4&#- 39; - положение периметра. Клубника сладкая, слегка кислая и прохладная в природе. Они утоляют жажду, оживляют желудок и способствуют пищеварению, а также используются для лечения жажды, потери аппетита и несварения [12]. Натуральный красный пигмент клубники, извлеченный из клубники, является безопасным и нетоксичным пищевым красителем, имеющим определенную питательную ценность и благотворное воздействие на здоровье. Это натуральное пищевое окрашивание с большим потенциалом развития [13].

3.1 метод экстракции

Лу кай, ху тинчжан и другие провели экспериментальные исследования по извлечению пигментов клубники, включая проверку растворителей и определение оптимальных условий извлечения, таких как концентрация и pH экстракционного агента, температура и время экстракции. В ходе эксперимента по отбору экстракционных растворителей были отобраны широко используемые растворители, включая нефтяной эфир, эфир, воду, ацетон, 95% этанола и 50% этанола, а также проведена погружная экстракция пигментов. Результаты показали, что пигмент практически нерастворим в нефтяном эфире, незначительно растворим в эфире и более растворим в воде, ацетоне, 95% этаноле и 50% этаноле. Тем не менее, экстракт ацетона был немного сложным, поэтому он не подходит для исследований.

С учетом цены и пищевых качеств вода и этанол были выбраны в качестве более подходящих растворителей для экстракции. Эксперимент по оптимальным условиям экстракции показывает, что экстракционный агент этанол оказывает наилучшее воздействие при концентрации 50%; PH экстракционного агента оказывает большее влияние на скорость экстракции пигмента, и скорость экстракции пигмента увеличивается с уменьшением pH. Чем больше pH, тем более неустойчивым является красный пигмент, поэтому целесообразно экстракцию в кислотных условиях; Эксперимент экстракционной температуры показывает, что красный пигмент более стабилен при экстракции в диапазоне 20-80°C, однако, учитывая промышленное производство и энергосбережение, более практично экстракция при 20-40°C. Время экстракции было признано оптимальным при 1,5-2,0 ч. Таким образом, оптимальные условия экстракции: 50% этанола при pH = 4, экстракция при 20-40 гранулах за 1,5-2,0 ч.

Ян пейронг, кан цзянбьяо и другие также изучали оптимальные условия для извлечения клубничных пигментов. В качестве экстракторных агентов они выбрали безводный эфир, ацетон, трихлорметан, воду, этанол и соляную кислоту. Результаты показали, что клубничные пигменты легко растворимы в воде, этаноле и соляной кислоте, нерастворимы в безводного эфира, ацетоне и трихлорметане, незначительно растворимы в растворе нао 0,4%, поэтому гидрохлоровая кислота (1,5 моль/л)-этанол (97,5%) раствор и вода были выбраны в качестве экстракторного агента для определения наилучшего процесса. Эксперименты с температурой экстракции показали, что оптимальная температура экстракции составляет 50 градусов. Чем ниже температура, тем менее полное извлечение пигмента, но если температура слишком высока, пигмент легко разлагается и поглощение уменьшается. Эксперименты по времени экстракции показывают, что скорость экстракции пигмента увеличивается с увеличением времени экстракции, но увеличение происходит медленно после 2 часов, поэтому более целесообразно выбрать время экстракции от 1,5 до 2,0 часов.

3.2 исследование устойчивости

3.2.1 влияние pH на стабильность пигмента

Ян пейронг, кан цзянбьяо и другие растворили пигмент клубники в водных растворах различных значений pH, оставили их на 0,5 ч, а затем наблюдали изменение цвета для изучения его стабильности к pH. результаты показали, что по мере увеличения pH красный цвет пигмента клубники постепенно ослабевал, а желтый цвет постепенно усиливался. При pH 1, 2 или 3 раствор является красно-оранжевым; Когда pH равен 4, раствор розовый; При pH 7, 8 или 9 раствор является пурпурно-коричневым; А когда pH 12, раствор желтый. Это указывает на изменение молекулярной структуры пигмента [14-15]. Поглощение каждого пигментного раствора с pH от 1 до 6 измерялось на длине волны 501 нм после выдерживания при комнатной температуре в течение 1, 2 или 3 дней. Результаты показали, что в кислотных условиях с pH ≤ 2 поглощение пигмента клубники изменилось с 0,581 до 0,535 после оставления в течение 3 дней. Пигмент в основном не деградировал, и цвет в основном оставался стабильным. Однако, когда pH является ≥4, пигмент раствор становится облачным или осаждается после стоя.

3. 2. 2 влияние температуры на стабильность пигмента

Ян пейронг и кан цзянбьяо растворяли пигмент клубники в pH = 2 растворителя и помещали его в ванну с водой при комнатной температуре и различных температурах в течение 1 ч. Поглощающее воздействие измерялось на длине волны 501 нм для исследования термоустойчивости. Экспериментальные результаты показывают, что поглощение пигмента клубники уменьшается с повышением температуры. Она относительно стабильна ниже 60 градусов, но если температура выше 70 градусов, цвет постепенно становится легче, что показывает, что высокая температура оказывает определенное унизительное воздействие на пигмент.

3. 2. 3 влияние ионов металлов на стабильность пигментов

Исследователи изучили стабильность клубничных пигментных растворов, добавив растворы, содержащие различные ионы металлов. Концентрации растворов, содержащих различные ионы металлов, составляли 0,005, 0,05 и 0,1 моль/л, соответственно. Было взято 5 мл пигментного раствора и по 5 мл каждого металлического ионного раствора, и растворы были помещены в одинаковых условиях в течение 1, 2 и 3 часов, соответственно. Поглощение измерялось на длине волны 501 нм. Из эксперимента видно, что при добавлении Cu2+, Fe2+, Fe3+ и Al3+ более высокая концентрация Иона и более продолжительное время контакта приведут к деградации пигмента, что приведет к уменьшению поглощения пигмента и даже мутности. Очевидно, что добавление этих четырех ионов металла влияет на стабильность пигмента. Однако при наличии ионов Zn2+, Mg2+, K+, Na+ и Ca2+ пигменты очень стабильны и сохраняют яркий цвет, что указывает на то, что последние пять ионов металла не влияют на стабильность пигментов клубники.

3. 2. 4 влияние окислителей и редукторов на стабильность пигмента

Yang Peirong, Kang Jianbiao and others investigated the effect of oxidants and reductants on pigment stability by observing the change in absorbance after adding oxidants or reductants to the strawberry pigment stock solution. Specific method: Take 5 mL of each pigment solution and add 5% hydrogen peroxide (oxidant), 5% sodium sulfite (reductant), and 5% VC (reductant) respectively. Add 5 mL of distilled water to the control group and measure the absorbance at 501 nm. The results show that hydrogen peroxide, sodium sulfite and VC can all change the color of the pigment from red to colorless, and the absorbance decreases significantly compared to the control group. Since strawberry pigment has a polyphenol structure and is highly oxidizable, it can cause the degradation of strawberry pigment [16]. It can be seen that oxidants or reducing agents can have a significant effect on the stability of the strawberry pigment, causing it to lose its color.

Ссылки на статьи

[1] сян вэньбинь, гао цзяньжун. Естественная окраска (практическое руководство по натуральным продуктам) [м]. Пекин: химическая промышленность пресс, 2004: 7-12. [2] линг гуантинг. Фиолетовый пигмент сладкого картофеля и его физиологическая функция [J]. Зерно и нефть, 2002 (11): 47-50.

[3] Лу гоцюань, цю юнцзюнь, Лу сяобо. Исследование технологии экстракции фиолетового пигмента из фиолетового сладкого картофеля. Journal of Zhejiang Agricultural University, 1997, 23 (1): 105-107. [4] у цяолинг. Научно-исследовательский прогресс в области экстракции фиолетового пигмента из фиолетового сладкого картофеля. Наука и техника сегодня, 2003 год (6): 43-46.

[5] инь цинхун, лю ючжоу, се изхи и др. Условия экстракции антоцианинов из пурпурного сладкого картофеля. Jiangsu Agricultural Journal, 2002, 18 (4): 236-240.

[6] Лу гоцюань, цю юнцзюнь, Лу сяобо. Исследование технологии экстракции фиолетового пигмента из фиолетового сладкого картофеля. Journal of Zhejiang Agricultural University, 1997, 23 (1): 105-107.

[7] Лу гоцюань, ли сюлинь. Сравнение стабильности пигмента фиолетового сладкого картофеля с другими аналогичными пигментами [J]. Журнал чжэцзян университета, 2001, 27 (6): 635 — 638.

[8] ван вэньчжи. Предварительный доклад о питательном составе малины [J]. Северо-западное садоводство, 2001 (2): 13-14.

[9] ли вейлин. Исследование волатильного нефтяного состава плодов blackberry [J]. Китайский фармацевтический журнал, 1998, 33 (6), 335 -336.

[10] шэнь цзуйцзюнь. Физико-химические свойства ежевичного сока и изменения в составе питательных веществ при хранении [J]. Растительные ресурсы и окружающая среда, 1997, 6 (1) :20 -24.

[11] ма з. естественная пищевая химия и технология производства [м]. Пекин: China Forestry Publishing House, 1994.

[12] Liu C.R., Hu X.L., Jiang F.S., et al. Исследование физических и химических свойств пигментов клубники [J]. Наука и техника о продовольствии, 2002 год (2): 38-39.

[13] лю чэн, чжоу ручжун. Энциклопедия пищевых добавок [м]. Пекин: Beijing University of Technology Press, 1995.

[14] сюй яцинь, юй зеюань, шао тиехуа. Исследование стабильности пигмента клубники [J]. Пищевая промышленность и ферментация, 2000 (4): 13-16.

[15] гао фусин, Лу вэй, ли генцян и др. Стабильность экстракции клубничного пигмента [J]. Журнал Xinyang Normal University, 2001 (10): 448-449.

[16] финема. Пищевая химия [м]. Ван чжан, транс. Пекин: China Light Industry Press, 1991.