天然色素の研究

Pigments are inextricably linked to human life. As food additives, they give food an attractive color, and as dyes, they can dye textiles and other materials a beautiful color. Pigments can be divided into natural and synthetic pigments according to their sources. Natural pigments are natural coloring substances obtained by extracting and purifying plant, animal and microbial resources. Synthetic pigments refer to artificially synthesized pigments. It has been found that some synthetic pigments are harmful to human health and carcinogenic. In particular, the carcinogenic effect of some azo compound synthetic pigments is particularly obvious, such as 4-dimethylazobenzene, which can induce liver cancer.

天然顔料は、光や高温下での不安定性や分解性などの欠点があり、用途が大きく制限されていますが、動植物から抽出され、安全で毒性がなく、優れた生理活性を有しています。アントシアニン色素とカロテノイド2-1はいずれもフリーラジカルを除去し、酸化を防ぐ効果がある。アントシアニンにはアスコルビン酸の作用もあり、マウスの高脂肪食における自発的な活動と学習と記憶を改善する。5、顔料は単独で使用すると、一定の生理活性を持つだけでなく、顔料の組み合わせは、単一の顔料が持つことができない効果を持つことができます。アントシアニンとルテインの組み合わせは、糖尿病患者の網膜組織を保護することができる。

そのため、近年、天然顔料の研究・開発・応用がホットな話題となっています。日本とインドは、undp(国連開発計画)の開発途上国間技術協力計画の一環として、天然染料の研究を行っています。これまでに2回の国際シンポジウムが開催され、欧米諸国は主に新しい天然色素の開発、天然色素の特性、安定性、抽出などに焦点を当ててきた。中国はまた、食品に天然色素を優先的に使用することを提唱してきました。

20年以上の発展を経て、国は食品添加物としての天然顔料の管理を開発、生産、使用の規制などの面で標準化、改善してきました。2004年の天然顔料の生産・販売量は2億1113万トンでした。世界の天然顔料市場は合成顔料の2倍の速度で急成長しており、合成顔料を天然顔料に置き換えることが顔料産業の発展の大きな流れとなっています。したがって、この記事では、天然顔料の分類、着色原理、安定性、抽出、および用途を含むいくつかの側面から、将来の天然顔料の研究の方向性をよりよく確立するための基礎を提供することを期待して説明します。

1. 天然顔料の分類

Natural pigments are natural coloring substances obtained by extracting and purifying plant, animal, and microbial resources. Natural pigments can be classified in various ways. For example, they can be classified according to their source into three main categories: plant pigments, animal pigments, microbial pigments, which can be divided into three categories according to their sources; according to their chemical structures, they can be divided into pyrrole pigments, carotenoid pigments, anthocyanin pigments, flavonoid pigments, quinone pigments, etc.; according to their solubility, they can be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments, etc.

しかし、zhang shengwan、liu shullingらは、天然顔料の構造と挙動の研究から、クチナシ黄、トマトレッド、コーンイエローなどの長鎖共役構造を持つ脂肪色素の一種である「二元系」(図1)を提唱しました。他のタイプは芳香色素共役な構造(図2参照)ブドウなど肌に含まれる赤い色素高粱肌赤い色素紅花、黄色い色素や薔薇の赤い色素は、などが指摘太った顔料色理由は共役構造、が古くより共役構造があるのかを黒ずませ色でしていることも、レッドシフトの吸収一ピークに導いてくれるはずだ芳香族色素は、主にその安定な共役芳香族構造と複数のフェノール水キシ基により可視光領域で吸収されます。同時に、脂肪族色素は主に光化学的酸化と加水分解的転位によって色あせ、芳香族天然色素は主に構造的転位によって色が変化します。この分類法は、顔料を構造的に分類し、その構造を調べることで、天然顔料の色や退色のメカニズムを調べるものです。これは構造と挙動の組み合わせを実現します。

2. 天然顔料の安定性

2.1天然顔料の安定性に影響を与える要因

天然顔料は合成顔料に比べて安全性や栄養価が高いという長所がありますが、安定性が低いという短所があります。朱教授らは、ビルベリー色素に対する温度、光、ph、還元剤、酸化剤などの影響を調べた。その結果、ビルベリー天然色素は耐熱性、耐光性、酸化的安定性があるが、一般的な還元剤に対しては比較的安定であり、酸性条件下では安定であり、アルカリ性条件下では変色することが示された。しかし、陳勝社、董銀毛氏らは、大根紅、チューリップ紅、チューリップ黄の3つの色素を研究し、この3つの色素のうち、チューリップは耐光性が良く耐熱性が低く、大根紅は耐光性が低いと結論付けた。還元剤は顔料の安定性に一定の影響を与えます。チューリップ紅は酸化や還元に強いが、大根紅とチューリップ紅は逆の性質を持つ。3つの天然顔料の使用は、糖の影響を受けません。

石海翔、鍾善民0などは、ゆずの天然色素を研究し、金属イオンが色素に与える影響が異なるだけでなく、金属イオン濃度の影響も異なるという結論を出した。上記の研究データから、天然顔料の安定性に関する現在の研究は、個々の顔料の安定性に影響を与える要因に焦点を当てており、影響を与える要因と効果の結果も顔料によって異なることがわかります。巧アカ,張トピョン学業達成度の相関関係を研究し16の分子构造の異なる種類の天然顔料や个人が安定していると、結果、天然顔料が二分される:aliphatic天然顔料や芳香天然顔料、質的な違いもあるの三つに関してはその性能行動が作用机序、や安定に最も影响したように、3つの性格の违い質的なもの。

脂肪族天然色素は主に光化学的酸化と加水分解的転位によって色褪せ、芳香族天然色素は主に構造的転位と金属イオンとの反応によって錯体を形成することによって色が変化します。光、酸化、および中極性の増加は、脂肪族天然色素の退色に影響する主な要因です。脂肪族天然色素は、耐光性と耐酸化性に劣ります。中極性が増加すると、脂肪族天然色素の安定性は著しく低下します。金属イオンの存在とphの変化が芳香族色素の変色の主な原因ですが、光と酸化の影響はほとんどありません。この研究は、天然顔料の保存のための基盤を提供します。脂肪族および芳香族色素の保存に関する注意事項は異なります。まず、保存する顔料の構造を理解し、脂肪族および芳香族顔料の保存のための注意事項に従って保存する必要があります。

2.2天然顔料の安定性を向上させる方法

2.2.1食品添加物を加える

Food additives such as malic acid, succinic acid, ferulic酸, rutin, naringin, and paraben have a certain effect on improving pigment stability. Among them, the effects of succinic acid, ferulic acid, paraben, and naringin are stronger, and their combined use has a significant effect. Giulia Martellia²¹ and others have confirmed that high concentrations of sugar have good resistance to degradation of phycocyanin at high temperatures, and this property is independent of the type of sugar but is related to the concentration of sugar.

2.2.2錯体または封入化合物の形成

β-シクロデキストリンは、クチナシ黄色素を保護する脂肪族色素クチナシ黄と包接化合物を形成することができる。edtaは金属イオンと複合体を形成し、金属イオンが顔料に与える影響を除去することができる。3. クエン酸は鉄イオン、銅イオン、マンガンイオンなどの金属イオンと安定な化合物を形成することができ、間接的に抗酸化作用を果たし、顔料の安定性を向上させる。柿アントシアニン顔料は、複合体を形成するためにフラボノイドと結合し、顔料の色を深め、安定性+を高めることができます。

2.2.3補助顔料を追加する

メチオニン、トリプトファン、バリン、チロシン、アラニンを添加することで、柿色素の吸収性が向上し、顔料の安定性も向上します。ヒドロキシ酸共色素を添加すると、顔料の最大吸収波長を2 - 5 nmシフトさせることができ、ヒドロキシ酸共色素の含有量が増加すると、柿色素の吸収度も増加します。

2.2.4他の方法

chen xuehongたちは、色素をフェルル酸とサリチル酸でアシル化することで、耐熱性と耐光性を大幅に改善した。この反応はアントシアニン色素のアシル化反応であり、ph、熱処理、光などの変化に対して強い安定性を示します。・⁶-171。酸化だけでなく加工技術の調整も可能です。顔料の安定性に影響する因子、特にphに応じて、顔料が置かれている環境のphを制御することにより、顔料の安定性を確保することができます。一部の人々はまた、多孔質のデンプンを吸着剤として使用し、ゼラチンとクルクミンをマイクロカプセル化する。

その結果、マイクロカプセル化クルクミンの光、熱、ph等に対する安定性が大幅に向上した。1 8 1号

3. 天然色素染色の研究

Natural pigments are used in the food industry and increasingly in the textile industry because they are biodegradable, mostly non-toxic and have no side effects and do not pollute the environment.

3.1タンパク質繊維の染色

現在、ほとんどのタンパク質繊維染色法には、羊毛染色、絹染色、毛髪染色の3種類があります。ウールを例にとりましょう。ウールの繊維のmacromoleculesは形成されたポリペプチド中心チェーンα-amino酸ペプチド債券関係によって成立して形式を塩債券懐炉cross-links、水素結合。これらの空間側結合は、分子引力、塩結合、ジスルフィド結合、水素結合などによって結合し、比較的安定な空間的らせん構造を形成する。αと呼ばれる-keratin。一定の条件下では,紧张に受け、そこ高分子チェーンなどがβへと形を変える-keratin。緊張感が解除、一定の条件下では,になったら必ず元の場所へ戻って原装曲げ状態-α-keratin、overshrinkingを場合もあるという。

Yu Boling, Li Qingrong 9 and others found through research on dyeing experiments with 10 natural pigments such as gardenia, turmeric, natural brown, cocoa, tomato, red yeast, sorghum red, paprika red, tea and coffee that they are all ideal pigments for dyeing wool. The direct dyeing of soaping fastness can reach more than level 3. Turmeric and natural brown can be used with aluminum, iron and and natural brown use metals such as aluminum, iron and copper as mordant agents. The washing fastness can be increased to level 4, but the 10 pigments are relatively poor at dyeing silk compared to wool. It can be seen that although silk and wool are both protein fibres, the colouring mechanism of natural pigments on the two is different, resulting in the difference in the colour fastness to soap after the two are dyed. However, there is currently no literature reporting on the different principles of natural pigments for dyeing these two protein fibres, and research in this area will be of great significance for the study of the colouring principles of natural pigments.

賈艶美らは、黒米色素の毛糸染めの効果に対する温度、ph、染色時間、染料などの効果を研究し、黒米色素は酸性条件下でより安定しているため、酸性条件下で染めなければならないことを発見した。金属イオンが異なると、黒米の色素が異なる色になります。染色時間を長くすると、一定の範囲内で顔料の色が濃くなります。温度を上げることは染色には良いことですが、温度を上げすぎると色素が分解してしまいます。 li qian 12は、絹をウコン色素で染色するための最適な染色条件は、ph = 4、染色温度70度、染色時間60分、電解質naがsocooh投与量2g/ l、ランタンリッチな希土類塩化物投与量2g/ l、およびポストモdant法であると実験的に結論付けた。張洹三ら第2弾も検証自然黄土(などの金属イオンが多く含まれCa²⁴、Fe²とMg²やなどの金属イオン重くなんてなかっ性铅、コバルトクロムとニッケル)は羊毛染色のための自然モーダントです。

wang ruら[21]は、ヘマトキシリンとカテキンが髪を染めることや、異なる金属イオンを添加すると異なる色になることを実験で明らかにした。また、ヘマトキシリンの毛髪への吸着速度と熱力学を研究し、毛髪染色プロセスのメカニズムを解明しました。毛髪へのヘマトキシリン吸着が自発的、発熱的、エントロピー増加的であり、低温が毛髪へのヘマトキシリン吸着に寄与していることが確認された。ヘマトキシリンで髪を染めた場合、染料が酸性であればヘマトキシリンは主に髪のアミノ基と反応し、アルカリ性であればカルボキシル基と反応します。アルカリ性条件下では、毛髪とヘマトキシリンとの相互作用の構造がより安定しています。黒米色素、ショウガ黄色素、アンバー色素、カテキン色素はそれぞれ異なる色素ですが、これら5つの色素の染色は、その安定性に影響を与える因子と関連していることが研究結果から明らかになっています。したがって、天然顔料の安定性を向上させる研究は非常に重要です。

3.2セルロース繊維の染色

セルロース繊維は、亜麻植物のバストに含まれています。亜麻の茎の断面では、30 - 50個の個々の繊維が粘液と接着して繊維束を形成する。ファイバー同士が重なり合って網目構造を形成する。分子构造なうからを少なくとも2種類の化学反応:一ブドウ糖残留)とをつなぐglycosidic債券関連の分子構造を)を主にのインタ-ラクションglycosidicの特別捜査より純度債券の一定の条件下でglycosidic債券一因と、かんしゃくを起こす、分子量割引もう1つのタイプは、亜麻の分子構造のグルコース残基上の3つの遊離ヒドロキシ基に関連しています。カチオン修飾技術を用いて、反応性イオン修飾剤を繊維上の水酸基に化学的に結合させ、繊維表面を正に帯電させることがある。

The modified linen fabric is then dyed with 紫さつまいもの赤い色素. The dyed fabric has good rubbing fastness, but the washing fastness is slightly worse2. Yu Fei et al. 2 used cationic groups such as quaternary ammonium salts, reactive tertiary ammonium salts, and reactive groups such as epoxy groups to react with the hydroxyl groups on the cotton fiber macromolecules under alkaline conditions, and used food coloring to dye the modified cotton fabric.  結果は、染色深さが高く、試薬が安全で、プロセスが簡単で、高い染色速度も染色残留液を浄化することを容易にすることを示しています。効率的で省エネ、環境に優しい染色工程です。また、その染色機構はウールの酸性染料に似ており、繊維はエーテル結合で結合し、修飾子はイオン結合で結合し、高い堅牢性を持つことがわかっています。

3.3合成繊維の染色

多くの天然染料は水酸基が多く親水性が高いのに対し、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維は疎水性が高いため、これまで合成繊維に天然染料を使用した事例はほとんどありませんでした。zeng ke、王xiangrong125などは、栗の殻の色素を使用したポリアミドの染色を研究し、栗の殻の色素を使用したポリアミドの生地は、良好な摩擦、洗浄、耐光性を持っていることを示し、一般的に4等級前後。また、炭染め後に染めた生地の色合いにも一定の変化があります。

4. 天然色素の抽出

天然顔料は、現在では主に植物や動物から得られており、浸漬、粉砕、濾過、有機溶剤での浸出、超音波抽出、マイクロ波抽出、酵素抽出、超臨界coso2抽出、近年では高速逆電流クロマトグラフィー法などの従来の方法によって得られている。乳剤やり方126だ。高速対向クロマトグラフィー127は、2つの相補的な混和溶媒間のサンプル分布に基づく。溶質の個々の成分は、2つの溶媒相を通過する過程で異なる分布係数に従って分離される。高速逆電流クロマトグラフィーは、他のカラムクロマトグラフィーと比較して、固体キャリアによる吸着損失、サンプルの変性、コンタミネーション、クロマトグラフィーのピーク形状のテーリング歪みなどの問題がありません。そのため、近年、天然物の分離・調製には高速対向流クロマトグラフィーが広く用いられています。

乳化法[28]アクリル酸、アクリル酸ブチル、スチレン、n-ブタノール、蒸留水、水酸化ナトリウム、過硫酸カリウムを乳化重合することにより、高分子界面活性剤の一種を合成し、一連の脂溶性天然色素を抽出した。この方法は、有機溶媒抽出の欠点である高い毒性、重汚染、高価格を回避するだけでなく、抽出速度が有機溶媒抽出よりも低くないことを保証する。植物や動物から色素を抽出する技術は発達しているが、植物や動物の材料は、季節、気候、原産地などの要因によって成長や再生に影響を受け、原料不足や価格高騰の原因となっている。

In addition, compared with foreign pigment production, pigment production in China generally has higher costs and lower extraction efficiency. In the development and utilization of pigment resources, many units only focus on development and do not pay attention to protection, resulting in resource depletion. Therefore, the production of natural pigments from microbial resources has shown its advantages. Microbial production of natural pigments can overcome the shortcomings of using plants and animals as raw materials for natural pigments, while also achieving industrialized production to meet market demand. The current situation of microbial production of natural pigments is summarized as follows:

郭教授は29日、土壌から黄色と青色の色素を生成する菌株を単離した。黄色の顔料は青色の顔料よりも安定しており、予備的な研究では2つの顔料は毒性がないと結論付けられています。li yiweiは30日、青色色素を生成する株を発見した。菌株の形態、培養特性、生理学的および生化学的特性を分析し、菌株がストレプトマイセス属に属することが決定され、ストレプトマイセスzhuhaiensisと命名された。生成される青色色素は水溶性で、温度、日光、ほとんどの金属イオン、アスコルビン酸、酸性調節に安定である。毒性のある副作用はない。

wang xiaodongは、冬虫夏草から単離されたrcef4585株、冬虫夏草bisporusから単離されたrcef4337株、および冬虫夏草coralinaから単離されたrcef4022株の菌糸体の天然色素を調べた。rcef4585およびrcef4337株の粗製メタノール抽出物はヒドロキシアントラキノン色素を生成することがわかった。主色素原油酢酸エチルRCEF4337抽出物は仓本₃あ₁₈O₁₃。この化合物は新しい化合物であると暫定的に判断されている。rcef4022株の菌糸体抽出物はアントラキノン物質である。lou zhihua[321]はリンテウスの液体を分析し、その液体から生成される色素がアントラキノン色素であることを化学試薬の発色などの方法で事前に同定した。

5. 結論

現在、天然色素の研究は多岐にわたっていますが、その種類の多さから、現在の研究は1つの色素の研究に限られています。速度論に関する研究は少なく、質的研究に限られている。化学構造と反応過程が連動しておらず、根本的には解決できません。また、顔料の種類に関する包括的な研究も不足しています。したがって、これらの側面は今後の研究の焦点となるべきである。

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