天然色素と天然色素の開発に関する研究

天然顔料と天然染料は、基本的に同じ原料から得られ、そのほとんどは植物から抽出されます。どちらも、使用される要素として抽出された顔料を使用し、自然で、無毒で、無害で、環境にやさしく、再生可能で、汚染がありません。21世紀に入って、天然顔料と天然染料は国際市場の主要なプレーヤーとなり、毎年10%以上の成長率で成長しています。自然への回帰が叫ばれる中、安全で経済的かつ効果的な天然色素・天然染料の開発が急務となっています。

1天然顔料の概要

着色料, also known as a colorant, is a very important food additive in food. It not only gives food a colorful appearance, stimulates the senses and increases appetite, but also gives people a sense of beauty and is the basis for assessing the quality of food. Food coloring can be divided into natural coloring and synthetic coloring according to its source.

1.1背景

使用される合成着色料の量が増加し、社会が発展するにつれて、人々'の生活水準は、より多くの人々が食品中の合成着色料の使用は、人間の健康にリスクをもたらすことができるかどうかを求めている、改善します。同時に、多くの研究報告は、ほとんどすべての合成着色料は、体に栄養を提供していないと指摘しており、いくつかの合成着色料は、人間の健康に有害である可能性さえあります。略称はpeople'の注意は徐々に安全性の問題に引かれている。その結果、米国では合成色の承認件数が700件から7件に激減するなど、世界各国で多くの規制が導入されている。しかし、食品偽装は何年も続いた。近年、食品着色や健康に批判されているメディアと一緒に、彼らは消費者に貢献してきました' concern about 着色料添加物s. Natural coloring began to be widely used commercially 25 years ago and has since made great progress. Consumers'健康の観点から天然物への関心は、食品業界における天然着色料の需要を牽引しています[1]。

120歴史

食品に着色剤を加える歴史は古代エジプトにまで遡ることができ、地元の菓子職人は紀元前1500年頃に菓子の色を改善するために天然抽出物とワインを使用した。19世紀半ばまでに、サフランと呼ばれるスパイスが装飾目的で特定の食品に加えられた。産業革命とともに、食品産業は急速に発展した。鉱物や金属の化合物も、質の悪い食品や不純物の混入した食品を隠す着色剤として使われた。さらにひどい例として、pb3o4やhgsがチーズやキャンディーの着色剤として使われ、黒くなった茶はアルセウムで色を変えて市場で販売された。1860年、デザートに着色剤を使用して2人が死亡した。いくつかの有毒な化学物質は、キャンディやピクルスの着色剤としても使用されました。1856年、ヘンリー・p・アーキンが最初の合成色(mauvine)を発明した。19世紀の終わりから20世紀の初めにかけて、未承認の着色剤は、ケチャップ、マスタード、ゼリー、アルコールなど、欧米市場で人気のある様々な食品に広く使用されました。80種類以上の合成色が市販されていたが、そのうちのいくつかは食品産業ではなく繊維産業で使われていた。多くの食品色は、毒性学的および他の悪影響のためにテストされたことがない。1900年以降、有毒な石油製品であるアニリンを原料として、多くの合成色が製造されてきた。合成の原料がアスファルトを含む石炭であることから、当初はコールタール色と呼ばれていました。植物、動物、鉱物由来の初期の顔料は20世紀初頭まで食品に使われていたが、経済的利益に動かされた製造業者によって徐々に使われなくなっていった。化学的に合成された顔料は、製造が簡単で安価で、非常に優れた着色特性を持ち、食品に望ましくない風味を与えることなく少量で使用することができます。

1.3現状と見通し

Pigments are found in abundance in fruits, vegetables, seeds and roots. We consume large quantities of various pigments in our diet every day, especially anthocyanins, carotenoids (nature produces more than 1 million tons each year, of which the structure of 600 species has been confirmed) and 葉緑素. The natural pigments we ingest in our food every day are only a very small part of the total. The physical and chemical properties of natural pigments vary greatly. Many are sensitive to oxidation, pH changes and light, and their solubility varies greatly. Currently, 13 natural colors are approved for use in Europe, while the US has approved 26. Natural colors were initially thought to be far less stable than synthetic colors, more difficult to use and more expensive.

それはと推定されている世界の70% 's plants have not been fully researched, and only 0.5% have been thoroughly researched. From this perspective, our research on natural food colors has only just begun. However, in reality, it is not easy to develop new colors. Before any new color can be approved for use by the FDA and in Europe, it must undergo a safety assessment, which takes a lot of time and money. Many undiscovered colors may be located in undeveloped land and oceans, and it is difficult to commercially develop them. In view of these difficulties, current research into natural colors is focused on the development of existing colors, mainly in the following three areas: synthesis processes, production techniques and alternative sources of color. These approaches have proven very successful and have greatly facilitated the use of natural colors in the food and beverage industry. Food manufacturers are optimistic that most natural colors offered by color suppliers meet requirements in terms of color, stability and use properties.

2天然染料の概要

2.1定義

天然染料とは、植物や動物、鉱物などから得られた、化学的な処理がほとんどあるいは全く行われていない染料のことである。

2.2分類

(1)天然染料には、由来によって植物染料、動物染料、鉱物染料に分けられますが、植物染料が中心です。植物染料には、アカネ、ワッド、スマック、インディゴ、ベニバナ、ザクロ、黄クチナシ、茶、コンフレ、ヤロー、柿、コンフレ、スマックなどがある。天然染料は分子構造が異なるため、染色方法も大きく異なる。タンパク質繊維やセルロース繊維の染色方法は、主に不良品染色と呼ばれる、先に染色してから変性する方法と、先に染色してから染色する方法があります。合成繊維の場合、大気圧染色と高温高圧染色に大別される。染料の性質によって最適な染色方法を決める必要があります。特に、同じ天然染料を別の染料で染めた場合、染められた繊維の色が異なることがよくあります[2]。

(2)天然染料は、化学組成に応じて7つのカテゴリに分けることができるさまざまな化学構造を持っています:カロテノイド、アントラキノン、ナフトキノン、フラボノイド、クルクミノイド、藍、葉緑素。カロテノイド色素はニンジンにちなんで命名され、長い共役二重結合(二重結合)を持つ。色はオレンジ色で、主な染料はアナットとサフランです。赤い染料はすべてアントラキノン構造を含み、そのほとんどは植物、昆虫、動物から抽出される。明るい性格で知られている。フラボノイドは無色の有機化合物である。ほとんどの天然の黄色染料は、フラボノイドまたはフラボノールのヒドロキシルまたはメトキシ置換基である。

(3)色による分類は、染色された繊維または織物の色による天然染料の分類を指します:赤、黄色、青、茶色および他の天然染料があります。天然染料の中では、黄色と赤が最も一般的であり、青、緑、黒が最も一般的ではない。自然界では、赤色の染料は黄色の染料ほど豊富ではない。ほとんどの赤い染料は、植物の根、木の樹皮、または昆虫の濃い灰色の体に隠されています。赤染料の発生源は限られているが、植物の色ベースに大量に存在するため、抽出が容易である。最も美しい天然の赤色染料であるカルミンは、サボテンに寄生するカルミン虫の体内に含まれています[3]が、より重要で一般的に使用される天然の赤色染料は、マッダーとラックです。黄色は、自然界で見られるすべての色の中で最も鮮やかで最も豊富です。黄色の染料を生産する植物は、他の色の染料を生産する植物よりもはるかに多い。ウコン染料はウコンの誘導体で、天然由来の最も有名で鮮やかな黄色染料の1つです。インディゴは古くから主に使われてきた青色染料の一つである。アジア、アフリカ、フィリピン、アメリカに自生する植物の葉から抽出されます。主にインドに自生する「カテチュ」という木の木から抽出される茶色の染料です。

2.3天然染料の歴史

4500年以上前の黄帝の時代には、すでに植物のジュースを使って染料を染めることができたと言われています。これを裏付ける有力な証拠は、1959年に考古学者たちが、河南省安養の王峪口にある殷王朝の墓から染められた絹糸を発見したことである。少なくとも3000年前の殷代にはすでに染色が行われていたことがわかる。当時は天然染料を使っていましたが、主に植物のエキスを使っていましたし、虫の血で染めるものもありました。何千年もの間、中国の人々は植物染料を広範囲に使用してきました。ショウガ果汁から抽出したウコンエキス、コチニール昆虫から抽出したコチニールエキス、マダラから抽出したマダラエキスなど、多くの経験を積んでいます。

1856年にw . p . erkinが合成顔料を発明して以来、天然染料は時間と労力がかかり、すぐに使用できる製品として事前に準備することができないため、繊維染料としての重要性は徐々に失われていきました。現在、市販されている染料のほとんどは合成染料である。合成染料の中には、人間の健康を脅かすものもあります。合成染料の中には、毒性のある芳香族アミン(ペンタクロロフェノール)に分解するものや、皮膚アレルギーを引き起こす可能性のあるものがあります。衣類の初期の製造工程で不適切な染料を使用すると、着用者に発がん性のリスクが生じる可能性があります。eu諸国はアゾ染料の禁止を法制化しており、輸出される繊維は厳しい環境認証検査を受けなければならない。ドイツは1996年に発癌性、催奇形性、アレルギー性があることを理由に特定のアゾ色素を禁止した。そのため、「環境にやさしい」染料に注目が集まっています。環境に配慮した天然染料の再導入は、繊維業界に天然染料を利用した新たな市場を開拓するビジネスチャンスをもたらしました。

天然植物染料は、無毒で無害なだけでなく、環境に優しい製品です。彼らはまた、現代の消費者にケータリング、医療給付の広い範囲を持っています&#自然に戻って健康を維持する39の心理学。植物染料は、漢方薬、花、茶、果物など、中国独自の原料から作られます。粉砕、浸漬、調理などの工程を経て精製された天然の植物染料です。化学物質を含まず、無毒で無害であり、それらで染められた繊維や衣服は、人間の健康に害を及ぼすことはありません。

2.4天然染料の利点

天然染めの特徴は、天然の色相に加えて、マダラやインディゴなどの植物を使って生地を染める際に、そこから抽出した天然染料で防虫・抗菌効果があることです。天然染料で染めた生地の自然な香りと相まって、消費者に人気があります。天然染料は合成染料に代わるものではありませんが、市場での存在感があり、評価も高まっており、今後の発展が期待されています。天然繊維製品の市場もまだ十分に開発されていない巨大な市場です。これらの天然資源を最大限に活用するには、多くの関係者が協力して対応する技術、プロセス、製品を開発する必要があります。

天然染料の主な利点は、それらが皮膚に対して非毒性で無害であり、非アレルギー性であり、非発癌性であり、良好な生分解性と環境適合性を有することです。彼らの色は柔らかく、自然で特徴的で、高級シルク製品、健康下着、家庭用繊維製品、装飾製品などの分野で幅広い発展の見通しを持っています。ここ10年間、韓国政府は100万ドル近くを投じて、新しい生態系の染色・仕上げ技術の開発を促進する天然染色プロジェクトの研究開発に取り組んできた。現在、天然染料の抽出技術、レベルの染色、耐光性の向上の研究は大きな進歩を遂げており、一部の天然染料の抽出プロセスは工業化されています。天然染料の開発は、天然資源や生態環境の保護に有益であるだけでなく、いくつかの高付加価値繊維の開発のための広範な開発見通しを持っている[4-6]。

2.5展望

China&#天然染料の39の研究と応用は大きなギャップがある他の産業分野とは異なり、国際レベルに似ています。天然染料の使用におけるコアバリューは、その安全性と生体適合性です。現在、合成染料を商品化して完全に代替することは現実的ではないが、天然染料の取得と染色に新しい技術を注入し、現代的な設備を導入し、産業化に拍車をかけなければならない。天然染料は、世界をよりカラフルにすると信じられています[7]。

3天然顔料と天然染料のつながりと違い

Natural pigments and natural dyes both come from basically the same source, mostly plants. Both are extracted pigments used as elements, and are natural. They are non-toxic, harmless and environmentally friendly. They can be regenerated and are pollution-free. The difference lies in the different objects of application and requirements, which results in a significant difference between the two. Natural pigments are mainly used in the food industry, where high safety requirements are needed. Some plant pigments cannot be used in the food industry or cosmetics industry, such as water white gourd, chestnut shell, and bindweed. Natural dyes are mainly used for dyeing textiles, and require washability, rubbing fastness, and washing and soap fastness. Some natural pigments do not meet these requirements. For example, carotene and anthocyanin, which are widely found in colored vegetables and fruits, are natural pigments, but they do not adhere well to textiles. Once washed, the pigments are gone, so they do not meet the requirements of natural dyes [8]. Natural pigments can be directly incorporated into foods to achieve coloration. However, many natural dyes are not easily dyed directly and require the help of mordants to achieve the desired effect.

適用プロセスにおける4つの問題と可能な解決策

天然顔料(染料)は開発の可能性が高いが、その用途には多くの問題点があり、商業化して合成顔料(染料)を完全に置き換えることは現実的ではない。

4.1原料供給の問題

天然染料は動物や植物由来のものが多く、規格化が難しい。植物染料を例にとりましょう。同じ植物であっても、原産地、気候条件、収集時期は顔料の組成と色に影響します。これは必然的に染色の再現性の低下につながります。天然染料は大量生産が難しい。植物の色素含有量は比較的少ないため、十分な色素を得るためには多くの植物を摘み取るか切り倒さなければなりません。これは、環境に配慮した環境にやさしい天然染料を使って染色するという本来の意図を打ち破り、生態環境にダメージを与えます。多くの天然植物染料も漢方薬の資源であり、医療的、経済的価値が高い。また、大量の染料抽出に使用することも経済的ではありません。

原料供給の問題を解決する一つの方法は、生物工学的手法を用いて植物を栽培することである。現在、コンフリーやマダーなど、生物工学的手法を用いた各種植物の人工栽培が行われている。生物培養法は細胞増殖を大幅に加速させることができるため、天然染料の生産は自然界の植物に依存せず、生産量を大幅に増やすことができる。第二に、天然染料類似体の開発も大きな価値があります。この染料は特定の天然染料と同じ構造を持ち、異性体である。また、高純度、安定した性能、豊富な原料を持つ化学合成によって生産され、土地のための食糧と競合することなく、大規模に生産することができます。重金属などの有害な不純物を含まない限り、安全性に問題はなく、天然染料に比べてはるかに安価です。そのため、安全性の問題がある天然染料や合成染料の栽培・抽出に代わって、性能に優れた天然染料の種類や構造を決定し、その合成方法を研究し、徐々に大規模な工業生産を実現していくことが重要です。

4.2抽出と準備の問題

伝統的な方法preparing natural pigments (dyes) include water extraction, distillation, and column chromatography. The disadvantages of these traditional methods are that the obtained pigment (dye) particles are large and the color fastness is not good. In order to improve the efficiency of pigment extraction, researchers used ethanol instead of water as a solvent. After the plant was crushed, it was placed in an airtight container, 95% ethanol by volume was poured in, and the mixture was allowed to macerate for 24 hours. After 24 hours, the solution was poured out, and the same ethanol was used to macerate for another 6 hours, repeating the process twice. Finally, all the solutions were mixed, filtered, and the resulting solution was used as a dye liquor. This method is very suitable for poorly soluble dyes. The dyeing effect can be improved by treating the dyeing solution with ultrasound and microwaves [9-11]. There is evidence that ultrasound and microwave experiments on the dyeing of cotton fabrics with natural dyes in the presence of mordants have shown that ultrasound and microwave oscillation accelerates the penetration of the dye and improves the depth of dyeing. In addition, the application of membrane separation technology combining ultrafiltration and nanofiltration to the purification of natural pigments (dyes) can also improve the dyeing effect.

4.3アプリケーションパフォーマンスの変更に関する制限

天然の顔料(染料)は、繊維との親和性が非常に低く、染色堅牢性が低く、さまざまな添加剤を使用しても、特に軽量堅牢性や石鹸堅牢性[12-14]を満たすことが困難です。また、従来の天然染色には、染色率が低く、染色時間が長いという問題がありました。また、ほとんどの天然染料は、染色の際にペンダントを使用する必要があり、伝統的なペンダントのほとんどは重金属イオンを含んでおり、その多くは生態系繊維の禁止物質に指定されています。このため、中国の染色労働者はラミー繊維を染色するために天然染料の原料としてレアアース-クエン酸錯体を使用している。希土類イオンは、色素イオンを中心イオンや配位子として錯体化することができます。また、同様の電解質効果があり、染色を促進します。治療が終わっセルロース繊維の表面、素材の大きさ、台車は空隙のレアアースのイオンのご入館できませんのでnon-crystalline領域繊維、結晶のエッジ地域も形成multi-component複雑な染料分子rnaやセルロース分子は染色堅ろう度が向上した。この多成分複合系を形成することにより、染料は溶液のphの変動による色の変化に抵抗することができる[15-20]。

5結論

天然顔料(染料)は、その自然な色合い、虫よけ・抗菌性、天然の香りなどから、世界中の人々に愛されています。彼らは前途が明るい。しかし、実用化して合成染料を完全に置き換えることは現実的ではありません。天然色素(染料)を抽出して染める新技術を駆使し、近代的な設備を備え、工業化のスピードを速めなければならない。天然の顔料(染料)は、世界をよりカラフルにすると信じられています。

参照

【1】ビン・シャン、高見健栄天然顔料[M] .北京:化学工業出版社,2004年[2]。天然染料とその応用[j]。江蘇シルク,2003,(2):9-11

【3】周紅香訳。微生物からの天然色素の抽出と染色への応用[j]。四川シルク,1998,(1):38-39

[4]王朝霞市。天然染料の研究と応用[j]。2002年蜜柑染め付けと技術位、24 (6):15 ~ 19

【5】虞京、賈立霞。天然染料応用の現状と展開[j]。^岩波書店、2005年(平成17年)、24-27頁

【6】李恵琴、宮紀賢。天然染料応用の現状と最新動向[j]。染料と染色,2003,40 (1):36-38

【7】周霊暁、張美智。抽出、精製および植物の色の適用[m]。『東邦新聞』東邦新聞社、2004年

[8] d eo ht, d esai bk .コットンとジュートの天然染料としての茶染め[j]。^「journal of the society of dyers and c olourists, 1999」。the journal of the society of dyers and c olourists (1999) . pp . 115(7-8): 224-227 . 2013年3月30日閲覧

[9]何斉、余喬、丁lisheng et al。d140マクロポーラス吸着樹脂によるイチョウフラボノイドの抽出性能に関する研究[j]。natural product research and development, 2001, 13 (1): 56-58

[10] fan zhigang, mai junli, yang libin, et al。雪蓮からのフラボノイドの浸出に対するマイクロ波技術の影響に関する研究[j]。中国の民族医学誌,2000,6 (1):43-44

【11】張瑞、徐亜勤、史陽。フラボノイドの抽出過程に関する研究[j]。^ a b c d e f『人事興信録』2003年(平成15年)21-23頁

[12] Jia Gaopeng。天然植物染色の研究[j]。^『仙台市史』通史編4(2005年)、56-59頁

【13】黄旭明、王岩、蔡載生。絹染めにおける茶染料の染色特性に関する予備研究[j]。^ a b c d e f g h i(2005)、31-33頁

[14]ガナ。中国の伝統的な植物染料、染色方法と応用の見通しに関する予備研究[j]。染色と印刷2004,(6):41-42

【15】頳イルミン。天然植物染料の絹への応用[j]。染料と染色。2003,40 (2):36-38

[16] teli md, a divarekarrv, pardeshi pd。茶エキスを使用した綿サブs trateのpの染色[j]。^ a b c d e f g h i(2002年)、49 -28頁

〔17〕Deeptiグプタでした合成繊維を天然染料で染色する仕組み[j]。^『官報』第2323号、大正12年(1923年)

[18] chan-pm, yuen-cwm, yung-kw。ウールに茶染め[j]。textile-asia, 2000, 31(2): 28-30, 31(3): 23-25

19モナ・スーリ、バホーナ・セティ。絹へのエコ・ラック染料の応用[j], colorage, 2000, (12): 13-18

[20]金子诅咒她吗繊維染色法と染色繊維製品[p]。2002年US6749647