天然着色料の抽出と浄化の方法は?

1天然着色剤概要

顔料は主に2種類に分けることができます:自然无着色 and synthetic pigments. One type is artificially synthesized chemical pigments, most of which are azo-type compounds. Some of these can be metabolized in the human body to form β-naphthylamine and α-amino-1-naphthol, which have certain toxic side effects on the human body. のother type is pigments derived from natural plants, animals, microorganisms, etc., which are called natural colorants. Since natural colorants are non-toxic and harmless to the human body, high nutritional value, and some have certain biological activities. Therefore, the research and development of non-toxic and harmless Natural Colorant has also become the trend of pigment development.

1.1自然食品着色料の開発の簡単な歴史

天然食品着色料は、食品着色剤として長い歴史を持っています。『石経』や『奇民耀居』などの中国の古文書には、酒や食べ物に天然の植物色素を使って彩色したという記述がある。例えば、古代エジプトやインドでは、ソルガムの顔料が染料として使われていました。紀元前4世紀、古代イギリスの人々は、ワインの色をつけるために、マッダー色素を使い始めました[2]。

1856年、イギリスのw . h .パーキンス教授がworld&を発明した#その後、39でsの最初の合成有機顔料、「アニリンバイオレット」、および他の多くの有機顔料が合成された[1]。これらの顔料は、色が明るく、性質が安定し、着色力が強く、容易に溶解し、品質が均一で、色の混合に適し、無臭で味がなく、安価であるため、ほとんどの天然着色料をすぐに置き換えました。

20世紀に毒物の不断の発展に伴っ及び分析化学合成着色料を人間の遷移を次第に理解し機構人体に入り、進出した合成着色料中では、最も多いがあろうとも、自分の原因になることが人体毒性深刻慢性ところがやteratogenicityますこのため、世界各国では関連法規を制定し、合成顔料の使用を厳しく制限しています。その結果、合成食品の色は限られた数しかありません。例えば、合成色が世界各国で最も広く使われていた時代には、100種類以上の色がありました。しかし、現在、米国では7つ、中国では8つしかなく、ノルウェーなど一部の国では合成色の使用が完全に禁止されています[2]。合成色に比べて、食品のさまざまな条件に左右されやすい自然色が多いが、色が鮮やかではなく、値段も高い。しかし、安全で淡色であり、着色料を加えない微妙な感じがあり、消費者の心理的なニーズを満たしています。近年の科学技術の進歩に伴い、天然着色剤の安定性が向上し、製品の適用がより便利で安全です。したがって、食品産業&#着色の39の選択は、ますます自然な着色に向かって傾向にあります。

Natural food coloring has become the mainstream of the coloring market. The current market size of natural food coloring is 250 million U.S. dollars, and if synthetic natural colorants are added, the market value reaches as much as 440 million U.S. dollars. Based on the high food safety and improved stability of natural colorants, it is predicted that the annual growth rate of natural colorants in the future will be 5% to 10% [3]. China'の食品天然着色剤は約25,000 v年であり、キャラメル着色料は80%を占め、残りは植物抽出物および微生物発酵製品です。中国で承認されている食品着色料は65種類あり、そのうち48種類が植物抽出物である[4]。年産120万トンで、カラメル着色料が80%を占め、残りは植物エキスと微生物発酵製品です。中国で使用が承認されている食品着色料は65種類あり、そのうち48種類は植物抽出物である[4]。

1.2天然食品着色料の分類

Natural food coloring can be classified according to chemical structure, morphological origin and solubility. The most common method is to classify according to chemical structure. Natural colorants in plants can be divided into four categories according to their chemical structures:5 pyrrole derivatives; polyenes (carotenoids); phenolic pigments; and ketones and quinones.

1.3天然食品着色料の特徴と特性

Natural food coloring has the following characteristics [6]:

(1)ほとんどの天然着色剤は、動物や植物の組織に由来するため、無毒で安全性が高い。ほとんどの天然植物色素はアントシアニン、フラボノイド、カロテノイドである。したがって、天然食品の着色料は、無毒で無害なだけでなく、人体に不可欠な多くの栄養素を含んでいるか、それ自体がビタミンやビタミン様物質であるリボフラビン、リコピン、などですβ-carotene;

(2)天然着色剤は、より自然な色合いを持ち、より自然な物質の色を模倣することができます。色の色合いはより自然です。

(3)天然着色剤の化学構造が異なるため、様々な顔料の特性も異なります。

2天然着色剤の抽出

2.1抽出方法

これは現在、天然着色料を抽出するために最も一般的に使用されている方法です。原理は、異なる溶媒中の異なる溶解度に基づいてターゲットコンポーネントを分離することです。抽出工程では、原料を乾燥・粉砕した後、溶剤による抽出、分離、濃縮、乾燥、精製を経て最終製品が得られます。例としてカロテノイド色素を見てみましょう。ほとんどのカロテノイドは親油性が高く、クロロホルムやアセトンなどの溶媒に容易に溶解し、水、エタノール、メタノールにはほとんど不溶である。炭化水素カロテノイドはさらに親油性であり、石油エーテルまたはアルカンに溶解することができる。カロテノイドの構造に酸素を含む基が含まれている場合、酸素を含む基の数が増えると親油性は低下し、親水性は増加する。石油エーテルの溶解度は低下するが、エタノールとメタノールの溶解度は上昇する。抽出中の顔料の異なる特性に応じて、異なる抽出溶媒を選択する必要があります。

2.2マイクロ波抽出法

原料の前処理→溶剤と原料の混合→マイクロ波抽出→冷却→濾過→濾液→溶剤と抽出成分の分離→抽出成分の流れ。yao zhongmingらは8 .マイクロ波抽出法によるgardenia yellow色素の抽出条件を、抽出力210 w、抽出剤500g/ l水性エタノール溶液、抽出時間80秒、抽出系列2、液対材料比1:12の単因子実験で決定した。この条件では、色素の抽出率は98.2%に達し、色値は56.94であった。実験によると、クチナシの黄色色素のマイクロ波抽出は、従来の抽出方法と比較して、高色素収率、高色価、溶剤、時間の節約、簡単な設備の利点があります。天然着色剤の抽出プロセスへの応用が期待されています。従来の加熱抽出技術に比べ、マイクロ波抽出技術は、抽出時間が短く、低温、低エネルギー消費、高品質の利点を持っています。この技術を利用して自然な食品の色を抽出した実績は、マイクロ波抽出技術が良い開発の見通しの新しいプロセスであることを示している。自然食品の色のマイクロ波抽出は、実験的な研究でいくつかの重要な結果を達成しているが、その特性のために、その適用範囲は限られている。現在はまだ小規模な実験段階であり、実用化にはまだまだ課題が多い。

2.3超臨界流体抽出

超臨界流体(supercritical fluid, sf)とは、熱力学的状態が臨界点以上である流体のことである。sfは気液界面が臨界状態にあるとき、気体と液体の間の特殊な状態にある流体である。非常にユニークな物理化学的性質を持っています。超臨界流体は、粘性が気体に近く、密度が液体に近く、拡散係数が気体と液体の間にある。気体と液体の両方の長所を持ち、気体と同様に拡散しやすく、液体と同様に溶解度が高い。

超臨界流体抽出(scfe)は、新しいタイプの抽出・分離技術です。過去20年間で、scfeの技術は化学、製薬、食品業界で広く使用されています。近年、天然着色剤の抽出にscfe技術を適用する試みがなされている。シャオ・ドレ魏ら】抽出に対する予備調査に赤酵母飯色素で巻く超臨界CO₂最適動作条件を得超臨界出すことによって赤いごはん酵母顔料を抽出するCO₂:抽出温度50%、抽出温度50%抽出圧力20MPa CO₂流量10キロ/ h抽出時間取ったli shoujun[12]は、超臨界coの抽出法を用いて、wolfberriesから天然の赤色色素を抽出した。実験では、サンプル粉砕度確認水分原料抽出時間、温度、圧力や流量は影响を与える重要な要因として抽出率最適なプロセス条件を決める:サンプルは打ち碎き~ 40メッシュ、原料中の含水率は5%、抽出時間は100アンミン峠の抽出温度は35°C、35 MPa抽出気圧配置が强まっ流量超臨界流体CO₂は25 kg / hである。最適条件での抽出率は約88%である。しかし、現状では、超臨界抽出装置の投資コストが高いことが問題となっている。

2.4超音波抽出法

li yunyangらは、栗の殻からの色素の抽出を補助するための超音波の使用に関する研究で、超音波で増強された抽出には、従来の抽出に比べて抽出時間が短く、色素の抽出速度が高いという利点があり、生産効率を大幅に向上させることを発見した。wang zhenyuら[14]も、大輪のカイから超音波で色素を抽出する方法を研究している。最適な抽出プロセスのパラメータは、超音波周波数30 khs、希釈h soclat 2%の抽出剤、処理時間40分、抽出速度50°cである。リコペンの抽出には320 wのパワーを使い、抽出時間は6分、超音波時間は3秒、インターバル時間は4秒、固液比は1:2で抽出を2回繰り返しました。リコピンの抽出率は96.83%であった。超臨界coの抽出と比較して、コスト、投資、抽出効率が低い[15]。wang qiufenら[16]は、有機溶媒によるリモネンの抽出を強化するための超音波の使用を研究した。実験の結果、超音波を用いた超音波抽出は攪拌抽出に比べて抽出時間が短縮され、抽出速度も向上した。クルクミンの抽出試験では、超音波強化抽出法が最も抽出速度が速く、soxhlet法よりもわずかに抽出速度が高かった[17]。

3色素浄化

従来の抽出法で得られた抽出物を濃縮して得られる液体生成物、または液体を乾燥させて得られる固体生成物は粗天然着色料である。精製しないと、色値が低く不純物が多く、原料そのものから特殊な臭いがするものもあれば、吸水性が強く使用できないものもあります。これらは天然顔料の安定性と着色特性に直接影響し、その用途を制限します。このため、天然着色料の生産過程に高度な分離精製技術を導入し、食用天然着色料の性能を向上させ、応用範囲を広げる必要がある。

3.1限外ろ過精製法

The purification process for natural colorants使用できる可能性のある支配毛穴膜に適切なサイズし、水分子や小さな分子不純物も支配膜を経て、溶剤の有効成分は、が分離する一方、これにより浄化色素をある程度有し、何度も书きアメーバました。海外ではすでに超ろ過膜を用いて天然色素を精製しており、中国でも研究が進められています。何重燕ら[18]は、2段階のウルトラフィルトレーション法とナノフィルトレーション法を用いて、ビートレッド色素を効果的に分離、精製、濃縮し、製品の品質は国家基準(gb8271-87)と国際基準(fao / who)を満たしている。

3.2吸着樹脂精製法

吸着樹脂は、吸着を特徴とするポリマーの一種で、有機物を濃縮・分離する効果があります。これは、有機物の分離、調製および精製に広く使用されています。物質に対する吸着樹脂の吸着特性は、主に吸着材表面の化学的性質、比表面積、細孔径に依存します。吸着樹脂は、樹脂の表面特性により、非極性、中極性、極性の3種類に大別されます。無極性吸着樹脂は極性溶媒からの非極性溶質の吸着に適しており、中性吸着樹脂は極性溶媒からの非極性溶質の吸着にも使用できます。極性吸着樹脂は、非極性溶媒から極性溶質を吸着するのに適しています。吸着樹脂の動作には、一般的に吸着、溶出、再生、リンスなどの工程があります。それぞれの顔料の性質に応じて、適切な吸着剤樹脂材料や特定の吸着剤・溶離剤を選択します。吸着脱着は、顔料を精製する目的を達成するために使用することができます[19]。

マクロポーラス樹脂吸着法は、有機溶剤の消費量が少ないこと、エネルギー消費が少ないこと、吸着能力が大きいこと、吸着速度が速いこと、脱着が容易であること、再利用性が高いことなどから、顔料精製に広く用いられています。例えば、天津軽工業研究所は、吸着樹脂を使用して天然着色剤大根の赤を精製し、色の値は15倍以上増加した[2];bi hongxiaらは、ab-8吸着樹脂を使用してヨーロッパの梅の赤色色素を精製し、色素結晶の回収率は61.8%で、色値は15.48に達した。彭永芳ら[22]は、大多孔質の吸着樹脂を使用してメラニアの黄色色素を分離し、制品の品質を大幅に向上させた;ma yinhaiたちは23日、吸着樹脂を用いてケールの赤色色素を吸着分離した。48;彭永芳ら[22]スイカズラの花の黄色の色素を分離するために、大多孔質の吸着樹脂を使用し、制品の品質を大幅に向上させた;馬銀海(マ・ウンヘ)らは23日、吸着樹脂を用いてケールの赤色色素を吸着分離したところ、良好な結果を得た。

3.3ゲルクロマトグラフ

分離のゲルクロマトグラフ原則を色素解決策はアポフィス生臙脂:溶液がゲル列色素分子は毛穴ジェルよりも小さく自由にボックス、コヒシブゲルできる、分子がより大きいの毛穴ジェルが入らない内部施設の隙間ジェルしかもパスを回してをジェル粒子、その移転率异なっているからです。大きな分子を持つ物質は排除せずに移動相を進めるが、小さな分子を持つ物質は孔内の拡散によって保持され移動相の後ろに移動し、2つを分離する[24]。ジェルクロマトグラフィーは、装置が簡単で、操作が簡単で、各クロマトグラフィーに再生が不要で、分離物質の活性を効果的に保護するという利点があります。現在ではタンパク質など生体高分子の分離・精製だけでなく、色素の精製にも不可欠な技術となっています。呂暁齢ら[25]は、クチナシの黄色色素を精製する研究で、デキストランゲルを支持剤として使用し、48.9%の収率で良好な精製効果を達成した。

4結論

天然食品着色料は幅広い種類があり、色も豊富です。研究者の喫緊の課題は、資源が豊富で、コストが安く、安定しており、色相が鮮やかで、毒性がなく無害で、市場で需要のあるものを選択することである。新しい資源から新しい顔料を抽出し、効率的で経済的な天然色素の抽出・分離技術を開発し、既存の天然色素の光、熱、ph、金属イオンに対する安定性を向上させるためには、広範な研究が必要です。

参照:

【1】張華、李静林。食用天然着色剤の研究開発について[j]。^『仙台市史』通史館、1996年(平成8年)27-29頁

[2]王成。ビートレッド色素の抽出過程および物理的および化学的性質[d]。Master's論文、南京工科大学

[3]楊虎慶、黄蘇娟。食品着色の過去・現在・未来[j]。中国食品添加物、2002(3):11

[4]劉Lianfang。中国における食品添加物の新品種と開発[j]。『食品産業科学技術』1999年(3)

【5】wang taoyun、wang fei、wan chengyong。中国における天然植物色素の研究開発[j]。食品工業(食品添加物・添加剤・食品添加物特集),2001(3):32-33

【6】文光宇、朱文学。天然植物色素の抽出・開発・利用[j]。『河南科学技術大学紀要(農学編)』、2003年、(6):68-74

【7】陸九芳,李宗成,包鉄柱。分離処理化学。北京:清華大学出版局,1993:118-129

【8】姚仲明、呂孝齢、楚樹成クチナシ黄色色素の抽出法に関する研究-マイクロ波抽出法と従来の抽出法の比較。天津軽工業学会誌,2001,(4):20-23

[9]李Qiaoling。天然食品着色料の抽出におけるマイクロ波抽出技術の応用。中国食品添加物,2003,(4):105-107

【10]鄭Jianxian。食品工学における分離技術[m]。北京:軽工業出版社、1999年:50-68

【11】少衛、唐明、熊沢。超臨界coを用いた赤酵母イネ色素の抽出に関する研究。2005年中国醸造、(7):22 ~ 24

[12]李Shoujun。クコから超臨界流体co2を用いて赤色色素を抽出するプロセス条件の研究。中国食品添加物、2004年、(2):25-27

【13位】李雲源、宋光森。超音波を用いた栗殻色素の抽出に関する研究[j]。食品添加物と2003年、(8)57-58 (65

【14】王振宇、趙信。超音波を用いた大輪クイの花からの色素抽出に関する研究[j]。森林化学工業,2003,(2):65-67

【15位】左愛人範慶生超音波によるリコピンの抽出に関する研究。2003年食品業界(5):36-38

[16] wang qiufen, song zhanqian, zhao shuying, et al。有機溶媒でニーム油の抽出を強化するための超音波。2004年森製品化学工業、24 (1):25-28

[17] qin wei, zheng tao, yuan yonghui, et al。クルクミン抽出の超音波場増強[j]。^『仙台市史』通史館、1998年(平成10年)、46-48頁

[18] he chongyan, feng chunsheng, wang li, et al。ビートレッド顔料の精製・安定化技術に関する研究[j]。中国食品添加物,1998,(2):10-13

[19]鄭Jianxian。食品工学における分離技術[m]。北京:軽工業出版社、1999年:50-68

[20]呉、驹形桥下流。天然着色剤ラディッシュレッドの抽出と精製[d]。Master's論文、天津軽工業大学、1998年

[21] bi hongxia, li jianwei, chen wei, et al。ab-8吸着樹脂によるヨーロッパ産ウメ色素の吸着精製[j]。鄭州工科大学紀要,2004,(2):40-42

[22] peng yongfang, ma yinhai, guo xiaojin, et al。高分子樹脂によるメラアゼダラックからの黄色色素の吸着分離[j]。イオン交換と吸着,1998,14(6):494-498

[23]馬銀海、楊長紅。x−5樹脂によるbrassica oleracea由来の赤色色素の吸着分離[j]。^ a b c d e f g h i(1999) 32-34頁

[24]大人鄭Jiansian。食品工学分離技術[m]。^『官報』第772号、大正11年、70-72頁

【25】呂孝齢、姚仲明、江平平ゲルクロマトグラフィーによるクチナシ黄色素の精製に関する研究[j]。^食品・発酵産業,2003,27(4):39-42