植物着色料は食品加工にどのように使われていますか?

食糧は人類の生存のための最も基本的な物質的保障である。グリーンフードの開発は、人々によって駆動されるニーズです'の成長環境意識、健康意識と生活水準を向上させます。これらの中で、着色剤は、食品の外観や品質を向上させる上で重要な役割を果たしています。合成顔料と比較して、緑と健康な天然植物食品着色料は、健康産業の市場開発と応用のホットスポットとなっています。

分析によると、「中国2022-2027自然料理の色彩を业パターン分析市场竞争开発得混雑予想報告」とし、「中国産業研究院では、グローバル市場合成着色料の大きさを2022年は約5億9000万ドルで、天然着色料の市場中には154億人に達すると見込まドル、早ければ2021施設の急成長が見込める年間土地上昇率7.4%ずつ。合成着色料コスト优位にかかわらずやを糜费飲料品や飽和の位置、果てはカラー天然顔料はますます重要にならない食品業界の規制が厳しくとして世界各国の消費者が増えているは合成着色料をの安全を心配している。また、天然植物着色料の多くは生理活性があり[1]、様々な病気の予防や治療に利用できます。化粧品や健康用品にも広く使用されています。

1植物着色料の分類と抽出法

主天然植物着色料 used でthe food industry are carotenoids, chlorophyll, betalains とanthocyanins. In order to improve the 抽出efficiency のPlant Food Coloring, it is necessary to select an appropriate extraction method. Traditional methods are generally used for the extraction のplant pigments, such as Soxhlet extraction, solid phase extraction and water steam distillation. Traditional extraction methods are simple, economical and easy to use, but they have problems such as solvent residue and time-consuming. Water, ethanol and methanol are most commonly used to extract polar and 水溶性色素, while non-polar solvents such as hexane, acetone, trichloroethylene and other organic solvents are used to extract lipophilic pigments [2]. Non-traditional extraction methods (commonly referred to as green extraction techniques) have gradually replaced traditional extraction methods. Their advantage lies in the use of less solvent and shorter time. Ultrasonic-assisted extraction, pulse electric field-assisted extraction, microwave-assisted extraction, supercritical fluid extraction [3] and so on are effective methods for Plant Food Coloring extraction.

Natural plant food coloring has different solubilities depending on its chemical composition. Lipophilic pigments are mainly carotenoids, chlorophyll and ルテイン; water-soluble pigments are mainly betalain and anthocyanin. Due to the diversity of plant food coloring, plant food coloring can be divided into four pyrrole derivative pigments, tetraterpenoid compounds, benzopyran derivatives, pyridine derivatives. Among them, chlorophyll is the main representative of tetrapyrrole derivative pigments, carotenoids are the main representatives of tetraterpenoids, anthocyanins are the main representatives of benzopyran derivatives, and betalains are the main representatives of pyridine derivatives.

2天然植物食品着色料の抽出

2. 1テトラピロール誘導体色素の抽出

Tetrapyrrole derivative pigments are the most abundant and widely distributed pigments in nature. 葉緑素 is a natural Plant Food Coloring with a tetrapyrrole derivative molecular structure. Chlorophyll is a magnesium porphyrin compound, a complex organic molecule. Its molecular structure contains a large four-membered ring (porphyrin ring), with a magnesium atom in the central position that is positively charged and a nitrogen atom connected to it that is negatively charged. The carbon-hydrogen side chain (phycoerythrin chain) connected to the porphyrin ring is a lipophilic fatty chain, which determines the lipophilicity of chlorophyll [4]. The structure of chlorophyll enables it to absorb and convert light energy in a specific wavelength range in the visible spectrum. It mainly absorbs red and blue light, while reflecting or transmitting green light, which is why it appears green. Chlorophyll a and chlorophyll b are the main members of the chlorophyll family. Chlorophyll is chemically unstable and can be degraded by light, temperature, pH, oxidants, etc. Chlorophyll has various uses such as blood production, providing vitamins, detoxification, and disease resistance.

クロロフィルは光合成が可能なすべての生物に見られる。李平[5]は、昆布のクロロフィルの抽出過程と安定性について研究した。その結果、超臨界co2抽出法は低温で物質移動速度が速く、エントリーナーとしてエタノールを添加することで抽出効率が向上することが明らかになった。超音波とマイクロ波を用いた抽出は、従来の方法と比較して抽出効率と純度がある程度向上し、溶媒消費量が少なく、エネルギー消費量が少ない。

クロロフィルの安定性:この研究の結果は、クロロフィルを光や高温から遠ざけて保存する必要があることを示しています。また、保管容器は鉄、銅、アルミニウムで作られてはいけません。やむを得ず処理中にこれらの容器を使用する場合は、クロロフィルの酸化を防ぐためにedtaと二酢酸ナトリウムを添加することができます。ph値を6 - 8に調整し、適切なリン酸を添加して最も安定した状態にする必要があります。tbhq、bht、ビタミンc、ビタミンeなどの抗酸化物質を添加すると、昆布のクロロフィルの安定性が大幅に向上する。weng xia[6]は無水エタノールを抽出剤として用い、野生のホウレンソウからクロロフィルを超音波で抽出した。直交試験では、最適なプロセス条件で17.748 mg・g-1の最大クロロフィル抽出が可能であることが示された。アラビアゴム粉末とマルトデキストリンを配合してクロロフィル水溶液分散システムを作製し,クロロフィルの光に対する安定性を向上させた。

2. 2ポリエン色素の抽出

ポリエン顔料はテルペン化合物の一種であり、テトラテルペン化合物としても知られている。テトラテルペン化合物の構造は、8つのイソプレン単位が結合している。ニンジンから抽出されるカロチンは、最初に抽出されるテトラテルペン化合物である。テトラテルペノイドの分子はすべて比較的多くの共役炭素-炭素二重結合を含むため、それらはすべて着色物質である。

カロチノイド色素、別名、polyene色素では、α-carotene、β-carotene, γ-carotene, lycopene and lutein. Vegetables such as carrots contain a large amount of β-carotene. People usually consume β-carotene in food and health food. It is an orange fat-soluble compound that is the most stable natural pigment widely found in nature [7]. β-Carotene can be converted into vitamin A in the body. Vitamin A is beneficial to eye and skin health. Lutein also plays an important role in delaying eye aging and degeneration. リコピン, the first pigment extracted from tomatoes, has three times the antioxidant effect of β-carotene. It also improves the body'の免疫システムは、癌と戦い、老化プロセスを遅くします。

仁跃ら[8]捜査βの生産・抽出-carotene。従来の有機溶媒抽出法は、成熟した低投資であり、工業的大量生産に適しています。ただし、が溶剤進まない抽出率は高くなくて、と招く可能性もあるので気を付けてβ-carotene isomerization、酸化と堕落;カラムクロマトグラフィー法は複雑です超臨界co2抽出法は、高効率で、溶剤残渣がなく、運転条件にも優しい。超音波アシスト抽出は、抽出時間を大幅に短縮し、溶剤消費量を節約し、高温による有効成分の損傷を回避します。マイクロ波による抽出は、抽出効率を向上させ、環境への影響を低減することができます。

韓浩・棗祗らある[9]息切れカボチャの粉探検の原料を抽出用の最適な過程をβ-carotene ultrasonic-assistedエタノール。βの-carotene抽出収益率は23.811±0.589 mg・てろ助け。あの2人が家族安定の結果と言うβ-caroteneが格納されるべきは闇の中で低温、Zn2 +およびFe3 +はこれを当初の研究に大きな効果カボチャβ-carotene。li weixueら[10]は、ルテインの抽出を調査した。その結果、超臨界co2抽出法と溶媒抽出法を組み合わせた方法は、マリーゴールドからルテインを抽出するのに有効であり、従来の溶媒抽出法よりも抽出効果が高いことが確認された。

Liu Bingxue et al. [11] used Northeast China marigolds as raw material, extracted lutein from marigolds using the ultra-high pressure method, and optimized the extraction process. Under the optimized process, the lutein extraction rate was 68.57 ± 2.31 mg·g-1. Yu Wenjing et al. [12] studied the main active substances in tomatoes. Lycopene has good solubility in supercritical CO2, and the use of supercritical fluid extraction can reduce isomerization and decomposition. Wang Haifeng et al. [13] optimized the supercritical CO2 extraction process, and the purity of lycopene reached more than 90% under the optimal process parameters. Lin Zehua et al. [14] introduced the extraction of lycopene using organic solvent extraction, supercritical CO2 extraction, ultrasonic-assisted extraction, microwave-assisted extraction, ultrasonic-microwave synergistic extraction, ultra-high pressure-assisted extraction, and high-pressure pulsed electric field-assisted extraction. Compared with organic solvent extraction, all these processes can improve the extraction rate. high-pressure pulsed electric field-assisted extraction is especially suitable for the extraction of heat-sensitive substances.

2. 3ポリフェノール色素の抽出

ポリフェノール色素はアントシアニンやフラボノイドに代表される。これらの色素の分子構造は、2-フェニルベンゾピランの存在によって特徴づけられる;アントシアニンは、異なるphsで異なる色を示す;フラボノイドは植物界に広く分布しており、水溶性天然色素の大きな分類である。構造中にフェノール性ヒドロキシル基が存在するため、一般的に酸性である。

プロアントシアニジンは現在、最も効果的な天然の抗酸化物質であると考えられている。ブラックゴジベリーは、プロアントシアニジンを抽出するための理想的な植物である。zhang rongらは、抽出プロセスと抗酸化活性を研究した[15]。超音波補助抽出のための最適なプロセス条件を用いて、2.72%のプロアントシアニジン収率を得た。黒いゴジベリーに含まれるプロアントシアニジンは、ビタミンcよりも総還元能力が高く、dpphフリーラジカルとoh-freeラジカルを除去するのに有効である。zhang huiminら[16]は、紫ブドウの皮を原料とし、65%エタノールの超音波補助法を用いてアントシアニンを抽出した。単因子実験と応答曲面試験の設計により、プロセスパラメータを最適化しました。アントシアニンの収量は25.50 mg・g-1で、理論値と検証値の相関係数は99.3%でした。フラボノイドとポリフェノールの抽出プロセスとその抗酸化能力を調べるために、li shengraoらは、ブルーベリーからアントシアニンを抽出するためのプロセスパラメータを、高電圧パルス電界を用いて応答表面法による抽出を支援した[17]。アントシアニン抽出収率は34.20 mg・g-1であった。実験結果は、高電圧パルス電界補助抽出が効率的であり、溶媒消費量が少ないことを示した。hang shuyangら[18]は、ヤマノイモの根茎皮を原料とし、その根茎皮からフラボノイドとポリフェノールを抽出する超音波補助エタノール抽出プロセスを最適化するために直交設計を用いた。フラボノイドの収率は0.929%であり、粗抽出物は還元力と総抗酸化力を有していた。

2. 4ピリジン誘導体色素の抽出

ピリジン誘導体の色素は、主に赤ビートに含まれるベタレインとベタキサンチンである。ベタレインの主成分はベタインで、水溶性の天然植物着色料である[19]。yin d .ら[20]は、超音波を用いた抽出法を用いて、赤ビートからベタレインを抽出する方法を最適化した。実際のベタレイン含有量と予測値の相対誤差は1.96%でした。tang lingら[21]は、近年のベタキサンチンの抽出・精製技術に関する研究を国内文献にまとめた。溶媒抽出などの従来の抽出技術は、抽出効率が低く、環境を汚染しています。超音波、マイクロ波などの補助技術、高圧パルス電界補助抽出技術などの新興技術は、マクロ多孔性樹脂吸着、膜分離などの精製プロセスと組み合わせて、効果的にベタキサンチンの抽出速度を向上させ、良好な発展の見通しを持っています。

3植物食品着色:食品加工への応用の見通し

With people becoming more health and environmentally conscious, the nutritional value and safety of food has become a major theme in food processing and development. Compared to artificial synthetic pigments, natural Plant Food Coloring is safer, more environmentally friendly as it is biodegradable, and has gradually replaced artificial synthetic pigments as a food coloring agent. In addition, natural Plant Food Coloring, as an ingredient in food, has a variety of physiological benefits in itself. For example, anthocyanins, which are powerful antioxidants, have always been a hot research topic in the fields of botany, food science and nutrition. The length of human life directly depends on the strength of people&#酸化とフリーラジカルに抵抗する39の能力。アントシアニンの発見は、老化と戦う有効な方法を発見しました。

Lycopene also has a powerful effect in scavenging free radicals in the human body. Its rate constant for quenching singlet oxygen is 100 times that of vitamin E. In addition, lycopene is a hypocholesterolemic agent that can regulate the body' sコレステロール代謝と呼ばれている。黄ruoanら[22]は、リコピンが消化管、子宮頸部、乳房、皮膚および膀胱のがんに対して一定の抑制効果を有することを発見した。従来のがん治療には化学療法と放射線療法があり、重大な副作用があります。リコピンは、酸化産物の産生を減少させ、炎症因子の含有量を低下させ、シグナル経路を調節することによって、がん細胞の発生を抑制します。

「眼の保護薬」ルテインは、人間の目の黄斑に含まれる色素の主成分です'の網膜、および糖尿病性網膜症を改善することができます。xiao yiqinら[23]は、ルテイン経口投与後の2型糖尿病患者の濃度変化を観察し、血中ルテイン濃度が有意に上昇し、安定していることを示した。重篤な有害事象は認められず、本剤の臨床適用の安全性を検討するための基盤となりました。現代の生活はストレスの多いペースで、感情や不健康なライフスタイルは、心血管や脳血管疾患につながる可能性があります。liu yaxinら[24]は、心血管疾患、神経保護、細胞保護、抗炎症などにおけるベタキサンチンに関する研究をまとめて分析した。研究によると、ベタキサンチンは血液中の低密度リポタンパク質を減少させ、高密度リポタンパク質と血管拡張を増加させる。アルツハイマーなどの慢性神経変性疾患の治療のために'の病気、ベタキサンチンはまた、特定の開発の可能性を持っています。研究では、betaxanthin集約βの、を抑える働きを引き起こすAlzheimer' sです

色の心理学と組み合わせた天然植物食品着色の健康な生理的効果は、機能性食品に広く使用されています。機能性食品の市場は、近年成長を続けています。しかし、植物性食品彩色の普及によって、事実上「メードインチャイナ」製品はまだ食品業界に限定されの机械刈取制作費、規制承認色素特性寛容さは、体温など環境光ため博士の挑戦に面して業界機能食品の资源の有効性と的な安定を保つ人類の健康進めるために結局でも真にです食品に天然顔料を使用する場合、天然顔料を抽出する際には、毒性のない溶剤と環境に優しい抽出技術を使用して、抽出プロセスの安全性と天然顔料の品質を確保するように注意する必要があります。

After the addition of natural pigments, food industrial processing can lead to changes, degradation, and even loss of natural Plant Food Coloring. During processing, attention should be paid to controlling the factors that affect the stability of natural pigments, such as pH, temperature, water activity, oxygen, metals, solvents, the presence of enzymes, and ionic radiation. The storage of natural pigments is also a challenge facing the food industry. The stability of natural pigments after extraction is mainly solved by effective encapsulation [25]. Encapsulation mainly enhances the stability, bioavailability, bioaccessibility, digestibility and controlled release of plant food coloring. In food formulations with added natural pigments, efficient encapsulation techniques are required to 制御degradation and maintain bioavailability in the final product.

噴霧乾燥マイクロカプセル化は、バイオポリマーを使用して天然顔料を捕捉し、食品加工や環境要因から保護する技術である[26]。quoc-duy nguyenらは、フェノール、アントシアニン、抗酸化活性、スプレー乾燥ハイビスカス花粉のいくつかの物理的特性に対するアントシアニンとマルトデキストリンに対するアントシアニンの入口温度の影響を調べた[27]。異なるサンプルのカプセル化速度も測定され、比較された。マルトデキストリンは、アントシアニンをスプレー乾燥(入口温度170°c)によりマイクロカプセル化するための担体として用いられた。カプセル化率は85%を超え,総フェノール含量と溶解度(94.91%)は増加し,製品の色に大きな影響はなかった。植物食品着色のカプセル化は、マイクロ乳化、凍結乾燥、超臨界流体カプセル化、シクロデキストリンカプセル化技術、および脂質キャリア技術などの他の技術を使用して行うことができる[28]。

4結論

植物性食品着色料の革新と開発は、自然で健康的な食品に対する消費者の需要の高まりを満たすために避けられない傾向です。天然顔料は環境要因の影響を非常に受けやすいため、食品への天然顔料の添加にはまだいくつかの課題があります。天然顔料の研究は、新規および再生可能な資源の同定、構造分析、抽出および分離方法、生物活性、生物学的利用能、安定性に影響を与える要因、産業用途、高収率生産および安定した処理方法に焦点を当ててきました。また、天然顔料を抽出するための新技術、費用対効果の高い方法、工業化を開発することも大きな課題です。また、天然色素の人体内での安全性、健康、有効性については、試験管内での研究だけでなく、より多くの研究が必要です。

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