自然な色を抽出する方法?

多くの生物学的、栄養学的、医学的研究報告は、合成色素が人間の健康に悪影響を与える可能性がある一方で、天然色は栄養と生理学的健康機能を持っていることを指摘しています。people&の継続的な改善と#39;s living standards and the continuous development of the food industry, safe and green 自然な is becoming more and more popular and sought after. There are three main ways to produce and obtain pigments: direct extraction, artificial synthesis, and production using biotechnology [1]. Natural colours are unstable, and in order to maintain their physiological activity, the extraction of natural colours should generally use milder process conditions. With the rapid development of science and technology, the extraction process of natural colours is also rapidly updating, showing a development direction that is supplemented by common extraction methods and dominated by high-tech extraction technologies that are energy-saving, efficient and environmentally friendly.

1従来の抽出方法

 1.1溶剤抽出

上の共通溶剤抽出方法はさまざまな性質をもたらすの対象や色素や穢れを祓う(主に溶存量の差、極性)溶けようにの原理を用いて異なる溶剤を選択する(一般的抽出捜査官使用される水、予约解決策有機溶剤エタノールアセトン)など、憲法の目的を実現するための分離色素である。主な抽出方法は、マセレーション、パーコレーション、逆流、連続逆流です。主なプロセスは、材料の選別-浸漬-ろ過-濃縮と乾燥-完成品です。korea tingらは、酢酸エチルを用いてトマトからリコピンを抽出した[2]。最適プロセス液体比は4:1 (ml /g)、時間は50分、温度は45°c、回数は3回、リコピンの抽出率は85%以上であった。

yao yurongら[3]は、紫芋からアントシアニンを抽出するための抽出剤としてギ酸を使用した。3回の抽出後のアントシアニン収率は95.6%であった。chen tingchunら[4]は、1% naoh溶液を用いた天然白色綿実貝色素を質量別に抽出し、光、温度、水質、phが色素の安定性に及ぼす影響を検討した。この色素は210 nmで強い吸収ピークを持ち、酸化剤、光、100°c以下の温度に対して安定であることがわかりました。この抽出方法は、製品の収量と品質を向上させるために他の方法と組み合わせて使用されることもよくあります。例えば、sun peidongらは、高圧でトマトを前処理し、酢酸エチルを溶媒にしたリコピンを抽出した[5]。その結果、未処理サンプルの4.8倍の抽出率が得られました。

1.2直接粉砕法

この方法は一般的には使用されず、製品は主に材料を乾燥させ粉砕することによって得られます。プロセスフローは:原料-スクリーニング-洗浄-乾燥-粉砕-顔料製品[6]。このプロセスは、カカオ豆の色素、リコペンなどを製造するために使用することができますが、得られた製品は比較的粗いです。

1.3酵素抽出法

Plant pigments are mainly found inside the cells and are surrounded by the cell wall, which is mainly composed of cellulose, hemicellulose and pectin. The poor permeability of the cell wall prevents the pigments from dissolving and reduces the extraction rate. The cell walls are hydrolyzed using enzymes, mainly cellulase and pectinase, which cause the cell walls to expand, rupture, and loosen, thereby facilitating the diffusion of pigments into the extracellular space and the diffusion and penetration of solvents into the cell, thus increasing the solubility of pigments and improving the pigment extraction rate. For example, Li Mengqing et al. [7] used cellulase to act on grape cob meal, which increased the extraction rate of proanthocyanidins by nearly 4 times. Chen He et al. [8] analyzed the effects of factors such as temperature, reaction time, pH, and hemicellulase dosage on the extraction of turmeric pigments through single factor and orthogonal experiments, and obtained the optimal extraction process: enzyme dosage 7.0 mg/g, pH 4.3, time 4.0 h, temperature 45 °C, compared with the common solvent extraction method, the pigment extraction rate was greatly improved.

zhao yuhongらは[9]、セルラーゼとペクチナーゼを用いてブルーベリーの残渣を同時に加水分解し、アントシアニンを抽出した。最適なプロセスパラメータは、単因子実験と直交実験によって決定された。その結果、酵素複合体を二重に加水分解することで、単酵素の加水分解よりもアントシアニンの抽出速度を大幅に向上させることができました。顔料の抽出速度を向上させるために、酵素法は他の技術と組み合わせることもできます。例えば、セルラーゼと超音波の組み合わせは、ヘーゼルナッツの殻から色素を抽出するために使用することができる。その結果、顔料の抽出率を約20%向上させ、酵素の使用量を減らすことができ、コストを削減することができました[10]。

2つの新しい抽出技術

2.1超臨界流体抽出

超臨界流体は、気体、液体、気液の混合物を指す。でも、一定の温度と圧力では、失踪事件現象gas-liquidインターフェースが発生するだろうと体液は的な状態とは異なる液体ガスしっかりした米国やとか充足している体力トレーニングとの化学的性质が共に液体であるガスして(密度と溶解度に近い液体に近いガス粘度および拡散文化財)[11]。一般的な超臨界流体は、二酸化炭素、亜酸化窒素、エタン、エチレン、プロパン、メタノール、エタノール、ベンゼン、トルエン、アンモニア、水など;最も一般的に使用されるのは二酸化炭素(室温に近い臨界条件、無毒、無味、化学的に安定、安価、容易に入手可能)です。超臨界流体抽出技術は、超臨界流体を抽出剤として利用し、目的物質を抽出・分離する新たな抽出・分離技術である。

例えば、zheng hongyanらは、23 mpa、40°c、30%無水エタノールの超臨界co2を抽出剤として、トウモロコシからゼキサンチンを抽出するためのプロセス条件を研究した[12]。抽出速度は、3時間抽出した場合の溶媒抽出法より2.2%高く、40 mpa、60°cの超臨界co2流体を用いた乾燥微細藻類クロロフィルの抽出速度は0.2238%に達した[13]。超臨界co2流体を用いてエビの殻から抽出されるアスタキサンチンの濃度は8.331%に達する[14]。科学技術発展に伴い超臨界流体抽出を開発し、などのハイテク関連の映像関連して利用方法、分子蒸留など宇宙、核磁気共鳴、吸着分離、支配などの技法が、補完を遂げる利点の範囲を広げるなどにも応用できます

2.2 Ultrasonic-assisted抽出

超音波の原則抽出超音波波の特撮を利用するかどうか、など、キャビテーション効果interfacial効果エナジー濃度効果により・高等加速度などの生成された多段階の効果発振、粉砕、拡散及び崩壊細胞を破壊する化の拡散及び普及抽出プロキシ細胞内に伝わり、解体やも、加速抽出された抽出エージェント物体であるが、また、顔料の抽出速度と純度を向上させる[15]。このプロセスに影響を与える主な要因は、溶剤の種類と濃度、液体と材料の比、超音波出力と周波数、処理時間と温度です。wang he-cai[16]は超音波を用いて紫芋の色素を抽出した。その結果、同じ条件で紫芋の色素を抽出する従来法よりも、超音波を用いて紫芋の色素を抽出する効果が高いことが分かりました。抽出効率は従来の抽出约1.3倍だったが、最適な過程は、順調:蒸留水のpH 1.0抽出代行になって、超音波の250W、liquid-to-material比率3:300 35 70°Cさで抽出ミンです。柳Pinghuaiほかします。〔17〕超音波のリサイクル技術を使ってから顔料を抽出打ち捨てられたパイナップルの皮、颜料に色値の高いカラー・を得(パイナップルの肌色の4倍顔料)と抽出後の最适化。抽出速度が大幅に向上し、パイナップルの皮の深い処理の参考にもなりました。

2.3マイクロ波による抽出法

マイクロ波抽出は、選択的に加熱できるマイクロ波と溶媒抽出技術を組み合わせた新しい分離・抽出技術です。差を利用する電子レンジで吸収容量皿フィールドを選択的に抽出に特定地域またはコンポーネントを中火で制度を解体対象成分原材料に転出させたからextractant誘電率がより小さいおよび弱いマイクロ波吸収能力、目标を达成するように素早い短期抽出[18 ~ 19日]いますchen heら[20]は、マイクロ波技術を用いてウグメリック色素の抽出を補助し、直交実験により、抽出剤60%エタノール、マイクロ波出力450 w、抽出時間180s、物質と液体の比1:35という最適なプロセスを得た。従来の溶媒抽出法と比較して、色素収率は80.3%増加した。jia yanjuらは[21]、スケール色素の抽出におけるマイクロ波出力と照射時間の影響を調べた。分散分析の結果、両者の効果は有意であり、最適出力は640 w、照射時間は150 sであった。しかし,揺れ抽出法に比べてうろこ色素の抽出効果が低いのは,うろこの組織構造の影響と考えられる。

2.4樹脂吸着法

吸着樹脂は、比表面積(主に細孔内部の表面積)が大きい多孔質で架橋性の高い高分子吸着剤です。表面化学の原理によれば、表面は吸着能力を持っているので、気相または液相の特定の物質を吸着することができます。吸着樹脂は、主にファンデルワールス力、双極子-双極子相互作用、水素結合を利用して物質を吸着します。吸着は、表面特性と表面力場に応じて選択的に変化します。この方法は、混合物中の成分の性質の違い(主に極性)を利用して、適切な吸着樹脂と溶離液を選択し、吸着脱着により選択的に物質を分離・精製するものです。吸着用樹脂は、その極性によって、無極性吸着用、中極性吸着用、極性吸着用、強極性吸着用の4種類に分類できます。非極性物質から非極性物質を吸着するためには、非極性樹脂がよく使用されますが、非極性物質から極性物質を吸着するのには、極性樹脂が適しています。

Chen Zhiqiang et al. [22] studied the adsorption of astaxanthin by seven different macroporous resins and screened AB-8 macroporous resin as the one with better adsorption. The adsorption capacity of astaxanthin was about 24.17 mg/g, the desorption rate was 95.2%, and the maximum sample amount (1 g of dry resin) was 23.0 mg of astaxanthin. and it was determined that 8 times the volume of the bed of the column of ethyl acetate was used as the eluent, and the purity of the purified astaxanthin was 14.73%. Ding Jie [23] used orthogonal experiments, adsorption capacity and desorption rate indicators to analyze the main influencing factors in the adsorption and separation of mulberry red pigment by AB-8 type macroporous resin. The results showed that the elution effect was best when 80% ethanol (pH 2.0) was used as the eluent at a dosage of 2BV and an elution rate of 1BV/h. It was also found that the pigment had good stability under acidic conditions and at a temperature of 60°C, but was easily decomposed under alkaline conditions and in the presence of light.

2.5膜分離

膜分離技術は1970年代に開発された、相変化のない新しい省エネ技術です。混合物中の成分に天然高分子膜と合成高分子膜の選択透過性の違いを利用し、化学的電位差や外部エネルギーの駆動力を利用して、物質の分離・精製・濃縮を実現します。駆動力には、濃度差、圧力差、電位差などがあります。関与するメカニズムには、機械的ろ過、溶解拡散、および物質移動が含まれる[24]。主に、成分間の分子量、粒子サイズ、形状の違いに基づいて、それらを分離します。膜分離は、分離する物質の分子サイズによって微細ろ過、透析、限外ろ過、ナノろ過、逆浸透、電気透析、液体膜分離などに分けられる。

Li Yuanyuan et al. [25] used ceramic membrane microfiltration to extract and purify gardenia 黄色い色素, and studied the effects of different membrane pore sizes and operating pressures on the quality of the pigment. The results showed that the quality of the gardenia yellow pigment obtained by microfiltration was higher when the pore size was 200 nm and the operating pressure was 0.125 MPa. The gardenia yellow extract was then subjected to nanofiltration using a polyamide membrane, the filtrate can be concentrated more than three times. The membrane surface flow rate and membrane filtration flux have a significant effect on pigment separation. Guo Hong et al. [26] used ultrafiltration and reverse osmosis technology to purify and concentrate the pigments of roselle and purple back-daylily, respectively, and studied the effects of extraction temperature, time, frequency, material ratio, and raw material quality on the pigment extraction rate. The results showed that ultrafiltration and reverse osmosis technology can reduce the loss of pigments during purification and concentration.

2.6ゲルクロマトグラフィー分離法

ゲルクロマトグラフィーに使用されるゲルビーズは、多孔質で架橋性の高いネットワーク構造を有しており、ゲルビーズの架橋度または細孔サイズによって、ゲルによって分離できる混合物の相対的な分子量範囲が決定されます。原理は分子の大きさの違いを利用して物質を分離・浄化する「分子ふるい効果」だ。常用ジェル、デキストランゲル(Sephadex) polyacrylamideゲル(かP)とも使用(SepharoseまたはかA)だった。分子量の差のため、大きさや形をもの、様々な物质、を通じて溶出、粘性のある場合欄に、ゼラチンの大型の分子ヌクレオチドが入らない内部施設珠なぜなら、彼らの直径は剤の毛穴のよりも規模が大きいとは間の隙間を埋めゲル粒子から除外された。

溶離液とともに下に移動するため、プロセスが短く、流速が速く、最初にカラムから流れ出ます。小分子は、ゲルの細孔よりも直径が小さいですが、ゲルの細孔を自由に出入りすることができるため、プロセスが長く、移動速度が遅く、最終的にカラムから流れ出ます。このように、大きさの異なる分子は、その経路の違いによって分離され、高分子物質が先に溶出し、次に小分子が続いていきます。lv xiaolingらは[27]ゲルクロマトグラフィーを用いてクチナギクの黄色色素を精製する過程における影響因子を単因子実験で分析した。この研究によると、グルカンゲルを支持体として、高さ30 cm、直径2 cm、サンプルサイズ1.8 ml、蒸留水を溶離液として、ダブルカラムタンデム溶出、流量4 ml /分、色素収率48.9%という最適なプロセス条件の下で。

2.7分子蒸留分離法

分子蒸留分離技術は1930年代に開発された特殊で高度な液体-液体分離技術である。非平衡蒸留の一種であり、短距離蒸留とも呼ばれる。短経路蒸留とも呼ばれる非平衡蒸留であり、一定の温度(通常の沸点よりもはるかに低い)と圧力(0.133から1 mpa)で行われる。分離される成分は加熱されて蒸発し、液体表面にあふれます。物質は、異なる物質の分子運動の異なる平均自由経路のために分離され、精製される。分子運動の自由経路とは、隣接する分子との衝突の間を分子が移動する距離のことである。

特定の分子のある一定期間の分子運動の平均自由経路は、分子運動の平均自由経路と呼ばれる。分離する系を加熱して十分なエネルギーを得ると、分子が液体の表面を溢れ出す。光分子の平均自由行程は大きいが、重分子の平均自由行程は小さい。液体の表面(光分子と重分子の平均自由経路の間)にコンデンスプレートが配置されている。軽い分子は凝縮板に到達して凝縮して外に出るが、重い分子は凝縮板に到達して気液系に戻ることはできない[28-29]。zhong geng[30]らは、分子蒸留技術を用いて、脱ワックスしたスイートオレンジオイルから、有機溶剤を含まず、色度の高いカロテノイドを抽出した。batistella[31]などでは、パーム油からカロテノイドとバイオディーゼルを分子蒸留法で分離したが、その収率は3000mg/kgと高かった。分子蒸留技術を用いて溶剤抽出で得られた粗パプリカ色素を精製すると、辛味、臭気、溶剤を除去する効果があるだけでなく、製品の品質を向上させ、生産コストを大幅に削減することができる[32]。

3展望

With the rising call for “returning to nature and pursuing green safety,” the development and utilization of natural colors has also developed rapidly (growing at a rate of 4% to more than 10% per year). However, the research and development of natural colors still faces many problems: the extraction rate of natural colors is low and the cost is high; the stability of pigments is poor, and they are sensitive to external conditions such as light and heat; there are many types, and research and development 分散,一元管理と毒性学的評価を欠いて。

天然色の今後の研究開発の方向は、細胞工学、遺伝子工学、発酵工学、酵素工学、微生物工学などのバイオテクノロジーを利用して、原料供給の問題を解決することです;マイクロカプセル化技術、色素分子構造改質技術、生産配合技術を使用して、自然な色の安定性を向上させ、その自然な着色力を高める;また、超臨界流体抽出、ジェルクロマトグラフィー、親和性クロマトグラフィー、分子蒸留、逆ゲル抽出、二相抽出、液体膜分離などのハイテク技術を使用し、さまざまなハイテク技術を組み合わせて、自然な色の収率を向上させ、製品の品質を向上させ、生産コストを削減します。新しい機能性顔料の開発、新しい原料の探索、顔料の安定性の向上、顔料の抽出速度の向上などの研究目標により、天然色の開発と応用はさらに広い展望を持つことになります。

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