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。

「2022-2027」の分析によると中国の天然食品色産業将来への見通し市场竞争パターン分析開発混雑予想報告」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。合成顔料はコスト優位性があり、与えることができますが食品・飲料天然顔料は、各国での規制強化や合成顔料の安全性を懸念する消費者の増加などにより、飽和状態にあり均一な色であることから、食品業界での重要性が高まっています。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

食品産業で使用される主な天然植物着色料は、カロテノイド、クロロフィル、ベタレイン、アントシアニンである。植物着色料の抽出効率を向上させるためには、適切な抽出方法を選択する必要があります。ソックスレット抽出、固相抽出、水蒸気蒸留などの伝統的な方法は、一般的に植物顔料の抽出に使用されます。従来の抽出法はシンプルで経済的で使いやすいが、溶媒残渣や時間がかかるなどの問題があった。水、エタノール、メタノールは、極性および抽出に最も一般的に使用されます水溶性色素親油性顔料の抽出には、ヘキサン、アセトン、トリクロロエチレンなどの非極性溶媒やその他の有機溶媒が使用されます[2]。非伝統的な抽出方法(一般的にグリーン抽出技術と呼ばれる)は、伝統的な抽出方法を徐々に置き換えている。その利点は、溶媒が少なく、時間が短いことにあります。超音波抽出法、パルス電界抽出法、マイクロ波抽出法、超臨界流体抽出法[3]などが植物の着色抽出に有効である。

天然植物着色料化学組成によって溶解性が異なります親油性色素は主にカロテノイド、葉緑素、ルテインです;水溶性顔料は主にベタレインとアントシアニンである。植物着色の多様性のために、植物着色は4つのピロール誘導体顔料、テトラテルペノイド化合物、ベンゾピラン誘導体、ピリジン誘導体に分けることができます。その中で、クロロフィルはテトラピロール誘導体の主な代表であり、カロテノイドはテトラテルペノイドの主な代表であり、アントシアニンはベンゾピラン誘導体の主な代表であり、ベタレインはピリジン誘導体の主な代表である。

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

テトラピロール誘導体顔料は、自然界で最も豊富で広く分布している顔料である。クロロフィル(chlorophyll)は、植物由来の着色料であるテトラピロール誘導体の分子構造を持っていますクロロフィル(chlorophyll)は、マグネシウムのポルフィリン化合物で、複雑な有機分子である。分子構造は大きな4員環(ポルフィリン環)を持ち、中心に正電荷を帯びたマグネシウム原子と負電荷を帯びた窒素原子が結合している。ポルフィリン環に接続されている炭素-水素側鎖(フィコエリスリン鎖)は親油性脂肪鎖であり、クロロフィルの親油性を決定している[4]。クロロフィルの構造は、可視光スペクトルの特定の波長範囲の光エネルギーを吸収して変換することを可能にします。主に赤と青の光を吸収し、緑色の光を反射または伝送するため、緑色に見える。クロロフィルaとクロロフィルbはクロロフィル科の主要なメンバーである。クロロフィルは化学的に不安定で、光、温度、ph、酸化剤などによって分解されます。クロロフィルには、血液の生成、ビタミンの供給、解毒、耐病性など様々な用途がある。

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、超音波で抽出を補助した野生ホウレンソウの葉緑素。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、リコピンルテイン。などの野菜にんじんには大量のβ含まれ-carotene。普通は消費β食品に使用される-caroteneや健康食品です。オレンジ色の脂溶性化合物で、自然界で広く見られる最も安定した天然色素である[7]。β-Caroteneに変換することができるビタミンA人体内に寄生する。ビタミンaは目と皮膚の健康に有益である。また、ルテインは眼の老化や変性を遅らせる上で重要な役割を果たしています。リコピントマトから抽出された最初の色素3回にわたり、による抗酸化作用などのβ-carotene。また、ボディを向上させます'の免疫システムは、癌と戦い、老化プロセスを遅くします。

任教授らが調査した[8]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。

han hao et al. [9] usedカボチャ粉最適な過程を开拓する原料として抽出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。

劉炳学ら[11]中国東北部のマリーゴールドを原料にマリーゴールドから抽出したルテイン超高圧法を用い、抽出工程を最適化した。最適化プロセスでは、ルテイン抽出速度は68.57±2.31 mg・g-1であった。yu wenjingら[12]は、トマトの主な活性物質を調べた。リコピンは超臨界co2に良好な溶解性を有し、超臨界流体抽出法を用いることで異性化と分解を低減することができる。wang haifengら[13]は、超臨界co2抽出プロセスを最適化し、最適なプロセスパラメータの下でリコピンの純度は90%以上に達した。lでzehuaら[14]が紹介した有機溶媒を用いたリコペンの抽出抽出、超臨界co2抽出、超音波アシスト抽出、マイクロ波アシスト抽出、超音波マイクロ波相乗抽出、超高圧アシスト抽出、高圧パルス電界アシスト抽出。有機溶媒抽出と比較して、これらすべてのプロセスで抽出速度を向上させることができます。高圧パルス電界アシスト抽出は、熱に敏感な物質の抽出に特に適しています。

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]。のアントシアニン抽出収率は34.20 mg・g-1。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]はベタレインの抽出法を最適化した赤いビート超音波を用いた抽出を行いま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

人々の健康と環境への意識が高まり、食品の栄養価と安全性は食品加工と開発の主要なテーマとなっています。人工合成顔料よりも天然植物着色料生分解性があるため、より安全で環境に優しく、食品着色剤として人工合成顔料から徐々に置き換えられています。また、天然植物性食品の着色料は、食品中の成分として、それ自体にさまざまな生理的効果があります。例えば、強力な抗酸化物質であるアントシアニンは、古くから植物学、食品科学、栄養学の分野で研究されてきました。人間の寿命は、人の強さに直接依存します&#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。

リコピンはまた、人体のフリーラジカルを除去する強力な効果を持っています。一重項酸素をクエンチするためのその速度定数は、の100倍であるビタミンE。また、リコペンは、体を調節することができます低コレステロール剤です' 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。

「目を保護する医学」ルテイン人間の目の黄斑の色素の主要な成分は&ですか#39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的な生理学的効果が広く使用されています機能食品。機能性食品の市場は、近年成長を続けています。しかし、の広範な使用植物着色料によって、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。

追加された天然顔料、食品工業加工天然植物の着色料の変化、劣化、さらには損失につながる可能性があります。加工中は、ph、温度、水の活性、酸素、金属、溶媒、酵素の存在、イオン放射など、天然顔料の安定性に影響を与える要因の制御に注意が必要です。天然顔料の保管も食品業界が直面している課題です。抽出後の天然顔料の安定性は、主に効果的なカプセル化によって解決される[25]。カプセル化は、主に植物食品着色料の安定性、生物学的利用能、生物学的アクセス性、消化性および制御放出を向上させます。天然顔料を添加した食品製剤では、最終製品の分解を制御し、生物学的利用能を維持するために、効率的なカプセル化技術が必要です。

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

植物食品着色料の革新と開発は、成長する消費者の需要を満たすために避けられない傾向です自然で健康的な食品。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。

 参考:

[1] ifrah u, muzzamal h, ali i,et al。^『官報』第2222号、大正22年  (1):  1215-1233。

[2]イブラヒム M K逆 M。最適化 抽出 の Bougamvillea glabra violet bracts pigments [j]。誌 ^「university のduhok」。university of duhok . 2019年2月22日閲覧  (2):ギター  206-217。

[3] wan xinhuan, chen xinmei, ma shan, et al。フラボノイド抽出のための新しい方法の応用[j]。中国漢方薬,2019,50(15):3691-3699。

[4] munawaroh h s h, fathur m r,  Gumilar g,et al. characteriza - tion とphysicochemical properties of chlorophyll extract from spir - ulina sp [j]。journal of physics(英語) ^ a b c d e f g h iシリーズ、2019年、128頁 (2):ギター 022013.

[5]李坪。コンブからのクロロフィルの抽出過程と安定性に関する研究[j]。日本学術振興会編(平成23年)、41-144頁。

【6】翁夏、貂全平。野生ホウレンソウからのクロロフィル抽出の最適化と分散系の検討[j]。china food additives, 2023, 34(06): 130-137。

[7]ヌリアf bermejo,ギタhoummadi,セルギ・ムンネ—ボッシュ。 β-チャムド- tene biofortification植物とchiasprouts育て返すか[J]だ植物生理学・生化学,2021,168:  398-409。

[8] ren bingqian, wang feng, lu shuhuan, et al。研究、生産が前進抽出と機能β-caroteneか[J]。山化学工業,2023 52(14):69-72。

[9] han hao, li xiaojuan, wang xun, et al。の最适化や安定のβ-carotene抽出過程パンプキンか[J]。^ a b c d e f g hi(2017年)、78 - 78頁。

[10] li weixue, gu lili, yang farong, et al。マリーゴールドからのルテインの超臨界抽出法[j]。^『化学工学』2023年、51頁 (08): 27勝32。

[11] liu bingxue, wang lingling, zhang xiaoxue, et al。marigoldからのルテインの超臨界抽出プロセスの最適化[j]。森林工学、2021年、37 (04): 71-78。

[12] yu wenjing, jin wengang, jiang pengfei, et al。トマト中の活性物質の抽出・開発・利用に関する研究[j]。中国薬味2021年、46(06):164-168。

[13]王海峰、趙燕嶺。トマトポマースからのリコピンの超臨界co2抽出プロセスに関する研究[j]。^「science and technology vision, 2014(02)」。science and technology vision . 2014年2月18日閲覧。

【14】林澤華、任焦言。天然リコピンの抽出過程に関する研究の進展[j]。^『食の科学と技術』日本食学会、2014年、32頁 (05): 50 - 55。

【15位】張栄・古里潔・アブラ。新疆の黒ゴジベリーからのプロアントシアニジンの抽出と抗酸化活性[j]。^『人事興信録』2023年、44頁 (12): 27-31。

[16] zhang huimin, he xiaoyong, liu pingwen, et al。紫ブドウ皮からのアントシアニン抽出プロセスに関する研究[j]。穀物・食品産業、2023、30(06):6 ~ 10。

[17] li shengrao, li ruomeng, chen bopu, et al。高圧パルス電界のプロセス最適化は、ブルーベリーからアントシアニンを抽出するのに役立った。食品安全や品質会雑誌』は2021年まで12主演(08):3242-3250。

[18] hang shuyang, yang linxiao, guo jianxing, et al。山芋の皮からのフラボノイドおよびポリフェノールの抽出プロセスとその抗酸化活性の最適化[j]。組み合わせ食品研究開発、2023 44(20):122-127。

[19] huang chen, zhang wei, ren hongxu。植物におけるベタレインの研究[j]。北西植物園会雑誌』2023 43(12):2149-2160。

[20] yin dengkai, chen tao, zhang shikun, et al。赤ビーツからベタレイン抽出を最適化するための応答曲面法[j]。農業科学貴州で、2023 51(04):117-123。

[21] tang ling, sun siqi, yan hua, et al。ベタキサンチンの抽出・精製に関する研究の進展[j]。中国農業科学紀要,2022,38(28):136 - 142。

黄。[22]Ruo'an, he yanling, zhao mingxia, et al。リコピンの抗がん効果と生体機構に関する研究の進展[j]。^『官報』第2222号、大正22年(1922年)2月22日。

[23] xiao yiqin, weng huan, shen xuzhong, et al。糖尿病患者における経口ルテインの安全性に関する研究[j]。中国眼科学会誌,otorhinolaryngology and rhinology, 2021, 21(02): 106-108, 113。

[24] liu yaxin, yan hua, tang ling, et al。ビーツとベタレインの総合的な利用に関する研究[j]。中国農業科学紀要,2022,38(13):157-164。

[25] neves m il, silva e k, meireles m a a。天然着色剤の工業化における動向と課題[j]。食料と公衆衛生,2019,9  (2):ギター 33-44。

[26] Calderon-Santoyo、Montserrat Iiguez-Moreno M, et al. micro—アラビゴムとアルギン酸ナトリウムによるシトラルのカプセル化 制御 of  Fusarium pseudocircinatum in  バナナか[J]。イラン ^朝日新聞、2022年、31頁  (5):  665-676。

[27] quocduy n, thanhthuy d, thivanlinh n,et al.microencapsu -ローselleのlation (hibiscus sabdariffa l .)  アントシアニン: いくつかの物理化学的特性および抗酸化活性に対する乾燥条件の影響 spray-driedの 粉か[J]。食品 科学 ^『官報』第2021号、大正10年  (1): 191-203。

【28】表にSusmita G、Tanmay S Arpita D et al.Natural无着色 植物由来プラスチックで顔料 and  を パッケージ:  の 新興 窓 食品産業のために[j]。^ a b c d e f g h i 202153。 217-225。