Каковы источники природных цветов?

Pigments are divided into two categories: natural colors and synthetic colors. Natural colors have a long history of use. In ancient China, there were already records of Natural Colors being used as dyes for textiles, rice, wine, cosmetics, etc. Since the British chemist Parkin synthesized the first artificial color, aniline violet, in 1856, synthetic colors have played a very important role in people's жизни из-за их ярких цветов, сильной красочной мощности, стабильности и низкой стоимости. В результате постоянного развития токсикологии и аналитической химии люди постепенно осознали, что большинство синтетических пигментов являются более токсичными и тератогенными и канцерогенными для человеческого организма. Страны во всем мире строго ограничивают использование синтетических пигментов, безопасность которых не была уточнена, и многие синтетические пигменты были последовательно исключены из перечня разрешенных видов применения в различных странах. Поэтому использование нетоксичных и безвредных природных веществ для получения продуктов питания, косметических и медицинских пигментов стало новой тенденцией развития. Натуральные цвета происходят из натуральных веществ и в настоящее время в основном извлекаются из растительных тканей, но также включают некоторые пигменты животных и микроорганизмов. Естественные цвета являются безопасными и здоровыми, и многие из них также имеют определенную питательную ценность и фармакологические функции.

1 экстракция натуральных цветов

Натуральные цвета производятся и получают тремя основными способами: прямая экстракция, синтез и биотехнология [1]. В настоящее время подавляющее большинство натуральных цветов производится с использованием прямого экстракта. Методы экстракции пигмента включают экстракцию растворителей, экстракцию, ферментативные методы, прессование, дробление, культуру тканей, микробную ферментацию и синтетические методы. Ниже описывается лишь несколько широко используемых и перспективных методов экстракции природных цветов.

1.1 экстракция растворителей

Solvent extraction is currently a commonly used method for extracting pigments from plants and animals. Solvent extraction methods include maceration, percolation, decoction and reflux extraction. Natural pigments extracted with water as the solvent can be extracted by maceration or decoction. The former is suitable for raw materials whose active ingredients are soluble in water, stable to moisture and heat, and not easily volatile. Organic solvents can be used for extraction, and reflux extraction can be used. The red pigment of sorghum is extracted by soaking in a 0.1% aqueous solution of hydrochloric acid for 2 hours, removing impurities and discoloration, then extracting with a 7% aqueous solution of ethanol at 40°C, followed by filtration, concentration and drying [2]. The yellow pigment in turmeric is extracted using organic solvents such as methanol, ethanol, acetone, ethyl acetate, etc. [3]. The shrimp shells were soaked in hydrochloric acid for 24 hours and then filtered. The residue was soaked in 95% ethanol, and the extract was concentrated to obtain a crude astaxanthin extract by distillation [4]. In comparison, the organic solvent extraction method is relatively inexpensive, has simple equipment, is easy to operate, and has a high extraction rate. However, the quality of some products extracted using this method is poor, the purity is low, there is an odor or solvent residue, and this affects the scope of application of the product.

1.2 метод экстракции сверхкритической жидкости

В настоящее время наиболее широко используемым растворителем в технологии экстракции сверхкритических жидкостей (пфэ) является CO2. Сверхкритическая добыча углекислого газа представляет собой новый тип технологии разделения материалов и очистки, который был разработан за последние 20 лет. Она сочетает в себе характеристики низкой вязкости, высокой диффузии газов, высокой плотности и растворимости жидкостей [5]. Поскольку процесс экстракции сверхкритического CO2 прост, потребление энергии низок, экстрагент дешев, а добытый продукт имеет преимущества высокой чистоты, низкого содержания растворителей и отсутствия токсичных побочных эффектов, он все больше ценится. - роззи. NL изучал извлечение ликопена из побочных продуктов помидоров при температурах 32-86 гранул и давлениях 13,7800-48,2686 кпа. Результаты показали, что максимальная скорость извлечения 38,8% была достигнута при 86° и 34,4786 кпа [6].

Технология экстракции сверхкритических жидкостей CO2 является новым типом технологии зеленой сепарации, но из-за проблем несовершенной технологии, сложного и дорогостоящего оборудования, а также высоких эксплуатационных затрат разработка и применение этого метода экстракции в этой области ограничены.

1.3 метод микроволновой экстракции

Microwave extraction is a method in which the sample and organic solvent are heated with microwaves in a sealed container to extract the substance to be measured from the sample matrix. It can extract multiple sample components in a short time, with a small amount of solvent and good reproducibility of results [7]. At present, there are continuous reports of the use of microwave technology for the extraction of pigments, involving substances such as alkaloids, flavonoids, and tannins. Wang Weihua et al. have studied the optimal process conditions for the extraction of 1. Ликопен using microwaves, which achieves an extraction rate of 95% and greatly reduces the extraction time. Compared with supercritical CO2 extraction, it is low in cost, requires less investment and has a high extraction rate [8]. Although the microwave extraction of natural colors technology has achieved some important results in experimental work, its application scope is limited due to its characteristics.

1.4 метод фермента

В процессе извлечения пигментов растений пигменты часто заключены в клеточные стенки, а клеточные стенки большинства растений состоят из целлюлозы. Использование целлюлазы может нарушить гранулово-глюкозидную связь, в результате чего растительная клеточная стенка сломается, что полезно для извлечения ингредиентов. Исходя из этого принципа, ферзимолиз с целлюлазой осуществляется до экстракции растительных ингредиентов, так что стенка растительных клеток разбивается до экстракции, что может улучшить скорость экстракции активных ингредиентов. Независимо от того, используются ферменты или нет, состав экстракта тот же, что показывает, что фермент не разрушает состав пигментов растений.

Таким образом, традиционные методы экстракции, такие как дробление, прессование, экстракция органических растворителей, рефлукс и т.д., имеют недостатки, связанные с длительными сроками экстракции, высокой трудоемкостью, высоким потреблением энергии при предварительной обработке сырья, легко повреждаемыми теплочувствительными компонентами, низкой чистотой производимых пигментных продуктов, неароматизаторами и остаточными растворителями и т.д., которые непосредственно влияют на развитие и применение природных цветов.

Для синтетического метода, из-за сложности биосинтеза, многие натуральные цветные вещества трудно синтезировать химически под искусственным контролем. Синтетический метод может производить лишь очень небольшое количество веществ с химическим составом и молекулярной структурой натуральных пигментов, таких как каротин.

В последние годы с развитием биотехнологии использование биотехнологии для производства натуральных цветов открыло широкий круг возможностей. Производство различных натуральных пигментов, таких как синие пигменты и красные пигменты дрожжей с использованием методов микробного ферментации стало реальностью [10].

2 классификация и применение натуральных цветов

Natural Colours can be divided into three main categories according to their source: plant pigments, animal pigments and microbial pigments; they can also be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments according to their solubility properties;   Натуральные цвета могут быть разделены на следующие категории в зависимости от их функциональных ингредиентов: каротеноиды; Флавоноиды; Антоцианины; Хлорофилы; И другие пигменты, такие как турмерия, красный дрожжевой рис, пчеловодство красный, ализарин красный, лак краситель, и цианобактерии. Здесь мы представим физиологические функции и использование всего нескольких репрезентативных природных цветов.

2.1 каротеноиды

Каротеноиды являются естественными пигментами, синтезированными растениями и микроорганизмами. Они являются представителями класса пигмента полиена и являются коллективным названием для каротина и ксантофилов. Они широко распространены в живом мире, и на сегодняшний день обнаружено более 600 видов. Каротеноиды можно разделить на две категории в зависимости от их состава и растворимости: каротеноиды и ксантофилы. Каротеноиды признаны на международном уровне в качестве физиологически активных функциональных антиоксидантов. Они являются эффективными единичными кислородными quenchers, могут устранить гидроксильные радикалы, в сочетании с липидами в клетках и клеточных мембранах, а также эффективно ингибировать окисление липидов. Высокое потребление каротеноидов может снизить возрастную простатоз и возрастную макулярную дегенерацию сетчатки [11]. В последние годы сообщалось, что каротеноиды также имеют много новых функциональных значений с точки зрения антираковых и антистареющих эффектов. Поэтому каротеноидные пигменты представляют собой функциональную пищевую добавку с очень широкими перспективами развития.

2.2 флавоноидные пигменты

Флавоноидные пигменты являются одним из видов натуральных пигментов, широко распространенных в растительных тканях. Большинство из них светло-желтые или даже бесцветные, а некоторые светло-оранжево-желтые. Флавоноиды уже давно находятся в центре внимания как антиоксиданты и свободные радикальные мусорщики. Многочисленные исследования показали, что флавоноиды имеют широкий спектр биологических видов деятельности, таких как антиоксиданты, антимутагенные, антистареющие, антиопухолевые, антибактериальные и др. [12]. Наиболее важной из них является антиоксидантная активность флавоноидов, которая проявляется главным образом в сокращении производства свободных радикалов и уборке свободных радикалов. Среди флавоноидных пигментов сорго красные пигменты, какао пигменты и пигменты Лука имеют сильную антиоксидантную активность. Ван ли и др. изолировали и очистили четыре флавоноидных вещества из пигментов, взятых из листьев дерева уфанов. Кроме того, была изучена способность этих четырех веществ собирать активные кислородные радикалы, и было установлено, что все экстракты черного рисового дерева обладают высокой способностью собирать свободные радикалы, причем самой сильной способностью к сбору является способность quercetin и IC50 из 6#Экстракт достигает 519 град/мл [13].

2.3 пигменты антоцианина

Антоцианины, также известные как антоцианины, встречаются в вакуумах клеток фруктов, цветов, стеблей и листьев растений. Это вид водорастворимого пигмента в растениях. Из-за различий в молекулярной структуре или pH различных антоцианинов, они появляются в различных цветах, таких как красный, фиолетовый и синий. Антоцианины не только богаты ресурсами и имеют великолепный цвет, но и составляют большинство пигментного королевства. Они также имеют высокую физиологическую активность. Они являются гидроксильными донорами и свободными радикальными падальщиками [14] и эффективны в офтальмологии и лечении различных нарушений кровообращения.

2.4 хлорфильные пигменты

This type of pigment mainly includes chlorophyll and its copper and sodium salts and zinc and sodium salts. Chlorophyll is widely found in the leaves, fruits and algae of higher plants. Chlorophyll has the effects of nourishing the blood, promoting blood production, activating cells, and fighting infection and inflammation. In recent years, it has also been found to inhibit the growth of cancer cells, making it a health-promoting food colouring agent. Хлорофиллин цинка натрия is used in medicine to treat chronic osteomyelitis, chronic ulcers, skin wounds, leukopenia and other conditions. It is also a good colouring agent and nutritional enhancer in the food industry. In addition to being used as a green pigment and deodorant, sodium copper chlorophyllin also has many physiological functions in medicine. For example, sodium copper chlorophyllin or its derivatives can promote cell metabolism in the body, heal gastrointestinal ulcers and restore liver function. It can be used to treat infectious hepatitis, hemorrhoids, leukemia, uterine disorders, and gastric and duodenal ulcers. It can also enhance hematopoietic function and promote recovery from radiation damage to the body.

2.5 прочие пигменты

В основном относятся к красному дрожжевому рисовому пигменту, бирмерному пигменту и фиолетовому пигменту травы.

В дополнение к использованию в пигменте для повышения вкуса и иметь антибактериальные, бактериостатические и стельф-продлить жизнь эффектов, красный дрожжевой рис пигмент также имеет антибактериальные эффекты. Кроме того, как традиционная китайская медицина, пигмент красного дрожжевого риса также имеет функции снижения липидов крови, кровяного давления и сахара в крови, ингибирования опухолевых клеток, и лечения дизентерии и заболеваний желудка.

Бирюзовый желтый пигмент is widely used in food and medicine because of its strong coloring power and its anti-inflammatory, free radical scavenging, toxin-inhibiting and anticancer properties. It is a rare medicinal herb that can be used for both food and medicine, and is also a spice. Its most important physiological function is antioxidant and related physiological functions.

Как традиционная китайская медицина, комфри используется в клинической практике в течение длительного времени. Он оказывает влияние на охлаждение крови, поощрение кровообращения, детоксикацию, поощрение извержения, противовоспалительные, антибактериальные и антивирусные эффекты. Природный пигмент, извлеченный из него, комфри пигмент, является перспективным биологическим пигментом. Его ярко-красный цвет используется в качестве косметической добавки, которая может значительно улучшить антибактериальные, противовоспалительные, эмолиентные, и веснушки удаления эффектов косметики. Он также может быть использован в качестве пищевой добавки в фруктовое вино, напитки, закуски и другие продукты питания, чтобы повысить их функции очистки тепла и дезинфекции, противовоспалительные и антибактериальные, профилактики заболеваний и борьбы с раком.

3 проблемы и направления исследований в разработке природных цветов

Compared with synthetic pigments, natural colors also have some shortcomings that need to be improved: (1) most natural colors are sensitive to light, heat, oxygen, metals, etc., and have poor stability; (2) most natural colors have poor dyeing power and are not easily dyed evenly; (3) natural colors are very sensitive to changes in pH, the hue will change greatly accordingly; (4) there are many types of natural pigments with complex properties. For a single type of natural color, it is relatively specific in application and has a narrow scope of application. Another problem is that many undiscovered pigments may be located in undeveloped land and oceans, and it is difficult to commercially develop them. In view of these difficulties, current research on natural colors is mainly focused on the following three areas: synthesis processes, production techniques and alternative pigment sources. In addition to researching and developing new edible natural colors, it is also necessary to strengthen research on the stability of natural colors and the stabilization techniques for pigments during use.

Существует большое разнообразие пигментов, производимых микроорганизмами в природе, и их преимущество заключается в Том, что они не ограничены ресурсами, окружающей средой или пространством. Поэтому они обладают большим потенциалом для развития и использования. В частности, натуральные цветные продукты могут быть получены путем выращивания большого числа микроорганизмов, что значительно снижает производственные издержки, обеспечивая при этом охрану окружающей среды и экологического баланса, устраняя противоречие между нехваткой ресурсов и пользуясь преимуществами устойчивого развития и использования. Производимые пигменты имеют характеристики натуральных цветов и могут использоваться в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Пигменты микробов также станут важным направлением для развития натуральных цветов.

Ссылки на статьи

[1] Дэн сяньюань, ван шуцзюнь, ли фушао, цинь сон. Природные цвета ресурсов и применения [J]. Китайские приправы, 2006(10): 49-53.

[2] чжан чжаоцзюнь, сяо лихуан. Разработка и применение натуральных цветов сорго красного [J]. Крупы, масла и жиры, 2005(5): 40-41.

[3] лю шусин, ху сяоцзюнь. Научно-исследовательский прогресс в области пигмента черепах [J]. Журнал шэньси, 2003.21 (4): 37-39.

[4] динь чунмэй, тао тингсян, у жичуан. Полное использование корпусов омаров (1) извлечение и свойства красного пигмента из корпусов креветок [J]. Химический мир, 1999, (8): 444-445, 434.

[5] Hawthorne SB, миллер DJ. Прямое сопоставление сверхкритической эффективности экстракции CO2 органическими веществами из окружающих твердых веществ с использованием soxhlet и низких и высоких температур [J]. Анальная химия. , 1994, 66(22) : 4005- 4012.

[6] Rozzi N L. экстракция сверхкритической жидкости lgcopene из побочных продуктов переработки томатов [J]. Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии 2002 (9): 2638- 2643.

[7] чиз к.к. вонг мк. Ли х.к. метод выделения растворителей при экстракции органических загрязнителей в воде с помощью микроволны [J]. - анальный секс. - чем могу помочь? Acta, 1996, 330: 217.

[8] ван вэйхуа, ю гопин, чжан лидун. Исследование технологических условий извлечения ликопена микроволновой печей [J]. Журнал северо-восточного сельскохозяйственного университета, 2004, 35 (5): 564-567.

[10] лю и, нин чженсян. Monascus pigments и их применение в мясных продуктах [J]. Продукты питания и оборудование, 1999, (1): 28.

[11] ян гэ, ли я. Исследование условий производства каротеноидной ферментации [J]. Наука о еде, 1998, (8): 20.

[12] пей лингпенг, хой баоди, джин цонглиан и др. Прогресс в исследовании физиологической активности и технологии приготовления флавоноидов [J]. Наука о еде, 2004, (2): 203 — 207.

[13] ван ли, яо хуйюань, тао гуанцзюнь и др. Антиоксидантная активность флавоноидных пигментов в листьях ебонного дерева [J]. Journal of Food and Biotechnology, 2006, 25(4): 81-88.

[14] Говард мм. Джей агрик. Пищевая химия. , 2000, 48(3): 577-599.