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

食品着色料、また、aとして知られています着色剂非常に重要な食品添加物です食べ物に彩りを与え、五感を刺激し、食欲を増進させるだけでなく、人に美的感覚を与え、料理の質を評価する根拠となる。食品着色料は、その起源によって天然着色料と合成着色料に分けることができます。

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'の生活水準が向上し、より多くの人々がかどうかの使用を求めている食品の合成着色料人間の健康に危険をもたらす可能性があります同時に、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おらず、一部の合成着色料は、有害である可能性があることを指摘しています人の健康。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'食品着色添加物についての懸念。自然着色は25年前に商業的に広く使われ始め、大きな進歩を遂げました。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

食品に着色剤を添加する歴史は古代エジプトまで遡ることができる地元の菓子職人が1500 bcの周りに彼らのお菓子の色を改善するために自然抽出物とワインを使用した場所。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とhgsが挙げられるチーズやキャンディの着色剤また、黒化した茶は、火入れで色を変えて市場に出すこともできました。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世紀末から20世紀初頭にかけて、無許可の着色剤は様々な分野で広く使用された人気食品ヨーロッパとアメリカの市場では、ケチャップ、マスタード、ゼリー、アルコールを含みます。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

色素は果物、野菜、種子、根に豊富に含まれています。アントシアニン、カロテノイド(自然界では年間100万トン以上生産され、600種の構造が確認されています)、クロロフィルを中心に、私たちは日々、さまざまな色素を食事に摂取しています。私たちが毎日食べ物の中で摂取する天然色素は、全体のほんの一部にすぎません。天然顔料の物理的および化学的性質は大きく異なります。多くは酸化、ph変化、光に敏感で、溶解度は大きく変化する。現在、ヨーロッパでは13種類の自然色が承認されているが、米国では26種類が承認されている。当初、天然色は合成色よりも安定性が低く、使用が難しく、高価であると考えられていました。

それはと推定されている世界の70% 'の植物は完全に研究されていない、とわずか0.5%が徹底的に研究されています。このような観点から、食品の自然色の研究はまだ始まったばかりです。しかし、現実には、新しい色を開発することは容易ではありません。新しい色がfdaや欧州で承認される前に、安全性評価を受ける必要があり、これには多くの時間と費用がかかります。未開発の陸地や海洋には未発見の色が多く存在し、商業的に開発することは困難である。このような困難を踏まえ、現在の自然色の研究は、合成プロセス、生産技術、代替色源の3つの分野を中心に既存の色の開発に焦点を当てています。これらのアプローチは非常に成功しており、食品および飲料業界での自然な色の使用を大幅に促進しています。食品メーカーは、カラーサプライヤーが提供するほとんどの自然色が、色、安定性、使用特性の面で要件を満たしていると楽観的です。

2天然染料の概要

2.1定義

天然染料植物、動物、鉱物などから得られる染料で、人為的に合成されておらず、化学的処理がほとんどまたはまったく行われていないもの。

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、クロロフィル: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化学構造の様々な、を持っています。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。

w . p .アーキンが1856年に合成顔料を発明して以来天然染料時間も手間もかかるため、すぐに使えるものとして準備することができず、繊維染料としての重要性が薄れてきています。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の研究は、レベルの染色や耐光性を向上させるなど、大きな進歩を遂げています天然染料から抽出した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

天然顔料と天然染料はどちらも基本的に同じ原料、主に植物から来ています。どちらも天然成分として抽出された顔料です。彼らは非毒性、無害で、環境に優しいです。彼らは再生することができ、無公害です。この違いは、アプリケーションと要件の異なる対象にあり、結果として両者の間に大きな違いが生じます。天然顔料は、高い安全性が要求される食品業界で主に使用されています。食品産業や化粧品産業では使用できない植物顔料もあります。天然染料は主に織物の染色に使用され、洗浄性、擦れやすさ、洗濯や石鹸の丈夫さが要求されます。いくつかの天然顔料はこれらの要件を満たしていません。例えば、カロチンとアントシアニン広く知られています色野菜そして果物は、天然顔料ですが、繊維にはよく付着しません。一度洗浄すると顔料は消えてしまうので、天然染料の要件を満たしていません[8]。天然色素は、着色を達成するために食品に直接組み込むことができます。しかし、多くの天然染料は直接染色することが容易ではなく、目的の効果を得るためにはペンダントの助けを必要とする。

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。多く天然植物染料も漢方薬資料医療的・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

天然顔料(染料)を調製するための伝統的な方法には、水抽出、蒸留、およびカラムクロマトグラフィーがあります。従来の方法では、顔料(染料)の粒子が大きく、色の安定性が悪いという欠点がありました。色素抽出の効率を高めるために、研究者は溶媒として水の代わりにエタノールを使用した。植物を粉砕した後、気密容器に入れ、容積95%のエタノールを注ぎ、混合物を24時間浸漬させた。24時間後、溶液を注ぎ、同じエタノールを使用してさらに6時間浸漬し、2回繰り返した。最後に、すべての溶液を混合して濾過し、得られた溶液を染料液として使用しました。この方法は、悪いのに非常に適しています水溶性染料。染色液を超音波とマイクロ波で処理することで、染色効果を高めることができる[9-11]。天然染料を使用した綿織物のネックレスの存在下での染色に関する超音波およびマイクロ波実験は、超音波およびマイクロ波振動が染料の浸透を促進し、染色の深さを向上させることを示しているという証拠があります。また、天然色素(染料)の精製に限外ろ過とナノろ過を組み合わせた膜分離技術を適用することで、染色効果を向上させることもできる。

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

天然顔料(染料)繊維との親和性が非常に低く、染色耐力が低下し、様々な添加剤を使用しても、特に耐光性や石鹸耐光性[12-14]を満たすことが困難である。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

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