어떻게 하면 천연 색깔의 안정성을 향상시킬 수 있을까?

Colorants can be divided into two categories: 자연colors 그리고synthetic colors. Synthetic colors have the advantages 의being low-cost, stable, 그리고easy to use, 그리고have been widely used, occupying a pivotal position in the market. However, 로research into their use h로progressed, it has been found that many synthetic colours that were once allowed to be used can cause harm to the human body[1] , such as diarrhea, cancer, and mutations[2, 3]. Therefore, many synthetic colours have gradually been banned 에서use in the 음식and pharmaceutical industries. Compa붉은to synthetic dyes, 자연colors are derived from nature and have the advantages 의being highly safe, non-toxic and having natural hues. Many natural colors also have a certain degree 의biological activity and can prevent and treat certain diseases. Therefore, the development and application 의natural colors has gradually attracted more and more attention. However, their overall stability is poor, which greatly limits the industrial development and application 의natural colors. This paper reviews the main factors affecting the stability 의natural colors and summarizes and analyzes methods 을improving the stability of natural colors, with the aim of providing theoretical and methodological references for research on improving the stability of natural colors.

1. 천연색의 안정성에 영향을 미치는 주요 요인들

자연 색 can be divided into three main categories according to their source: plant pigments, animal pigments and microbial pigments. According to their chemical structure, they can be divided into pyridine pigments, anthocyanin pigments, flavonoid pigments, carotenoid pigments, naphthoquinone pigments, etc. According to their solubility, they can be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments, etc. [4, 5]. Comprehensive literature reports that most natural pigments are relatively unstable. The main factors affecting the stability of natural colors are summarized and analyzed, including pH, metal ions, light, temperature, oxidants and reducing agents.

1. 1 pH

많은 천연 색상은 pH의 변화에 민감하며 색조는 크게 변할 수 있습니다.예를 들어, 판춘메이 등은 강황색소에 대해 연구한 결과 pH2에서 수용성 강황색소가 노란색 침전물을 형성하고 흡광도가 현저히 감소하는 것을 발견하였다.pH 3~7에서 색상은 크게 변하지 않았고 레몬 황색이었으며 흡광도는 매우 적게 변화하여 이러한 조건에서는 색소가 비교적 안정함을 알 수 있었다;pH 가 8일 때, 색은 주황색이고 흡광도는 증가한다;pH 가 ≥9일 때 색은 적갈색을 띠는데, 알칼리성 조건 [6]에서 색소가 크게 변함을 알 수 있다.Chen Jie 등은 자색고구마 색소를 연구하여 색소가 pH 2에서 검적색;pH 가 6으로 증가하면 보라색으로 변하였다;그리고 pH 가 9로 높아지자 점차 푸른색으로 변하였다.pH 가 증가할수록 최대흡수파장도 장파장 방향으로 이동하면서 청색이동의 경향을 보였다 [7].Li Jinxing 등은 안토시아닌을 연구하여 pH 가 ≤3일 때 색소가 더 안정적이며 10일 후의 유지율은 여전히 83% 이상;pH 가 ≥4일 때 색소의 유지율은 2일 후 80% 이하로 떨어진다.따라서 pH ≤3 [8]의 조건에서 안토시아닌을 저장해야 한다는 주장이 있다.

1.2 금속 이온

또 많은 금속이온은 천연색의 안정성에 영향을 줄수 있는데 그중의 일부는 색을 보호할수 있고 다른 일부는 색소가 퇴색하게 할수 있다.Yu Wei 등은 루테인을 연구한 결과 각각 0.5 g/L농도의 금속이온이 다르면 루테인의 안정성에 미치는 영향에 일정한 차이가 있음을 발견하였다.Na+와 Zn2+는 색소의 안정성에 미치는 영향이 작았고, Cu2+와 Fe3+는 더 큰 영향을 미쳤다.이 두 금속 이온의 첨가는 색소의 유지율을 현저하게 감소시켰다 [9].Li Jinxing 등은 안토시아닌을 연구한 결과 0.1 mol/L 이하의 금속이온 농도에서는 Na+, K+, Ca2+, Cu2+의 농도에 따라 색소의 안정성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.0.05 mol/L 이하의 농도에서는 Mg2+ 가 대조군보다 보존율이 높았으며, 0.1 mol/L 까지의 농도에서는 보존율이 낮아 낮은 농도의 Mg2+ 가 색소를 보호하는 효과가 있음을 알 수 있었다.대조군과 비교하여 Fe3+ 1 mol/L Mg2+ 첨가에 따른 안토시아닌의 보존 색소의 보유율을 감소시켜 Mg2+의 농도가 낮음을 알 수 있었다 색소에 보호 효과가 있습니다.대조군과 비교하여 Fe3+ 가 첨가된 안토시아닌의 보유율 현저히 감소했고, Fe3+의 피해를 주는 효과도 감소했습니다 농도가 증가함에 따라 증가하는 색소의 안정성에 대하여.

1. 3 빛

많은 자연색들은 빛을 받으면 희미해진다.이 천연색들은 사진이 잘 찍히지 않는다.챠오화는 자연광이나 자외선하에서 적색 효모쌀 색소의 함량이 감소하고, 빛은 퇴색반응의 발생을 촉진할 수 있다는 것을 발견했다 [10].첸 Guanlin's의 연구에 의하면 실외의 자연광과 실내의 확산광 모두 용매의 적색색소의 저하를 가속화할수 있으며 광도가 강할수록 색소의 안정성이 떨어진다 [11].리여쿤 등은 루테인을 연구한 결과 자연광 하에서는이 색소가 급격히 퇴화한다는 것을 발견했다;그러나 빛을 받지 못하는 저장조건하에서는이 색소의 분해속도가 현저히 느려진다.때문에 루테인을 암흑 상태로 보관해야 한다는 설도 있다 [12].

1. 4 온도

When Natural Colours are used for food coloring, many require heat treatment, so attention needs to be paid to the effect of high temperatures on the stability of the pigments. Many natural pigments can fade under high temperatures and are therefore thermally unstable. Chen Jie et알다.studied 보라색sweet potato pigments and found that the retention rates of the pigments after being treated at 40, 60, 80 and 100 °Cfor 6 hours were 91.47%, 84.65%, 59.23% and 43.23% respectively, indicating that the retention rate of the pigment decreased with increasing temperature. 23%, indicating that as the temperature increases, the retention rate of the pigment also decreases accordingly. When the treatment temperature exceeds 80 °C, the temperature has a greater effect on the pigment. Gao Yurong et al. studied the red pigment of red yeast rice and found that after being refrigerated for 7 days, the retention rate was still above 90%. However, high-temperature treatment had a significant effect on the pigment. Treatment at 100 °Cfor 0. 5h, the retention rate was only 61.8%. High temperatures can reduce the stability of this pigment[13].

1.5 산화제 및 환원제

산화제, 환원제 및 기타 요소들도 많은 천연색의 안정성에 영향을 줄 수 있다 [14].리웨이 등은 멜라닌에 대해 연구한 결과 과산화수소의 질량농도가 증가할수록 색소 용액의 흡광도는 현저한 하향경향을 보였으며 산화제는 색소에 일정한 손상을 주는 영향을 주었다.아스코르브산의 질량농도가 증가함에 따라 색소 용액의 흡광도는 크게 하락하는 경향을 보였으며, 강한 환원제 또한 색소에 일정한 피해를 주는 영향을 미쳤다 [15].Niu Shiquan 등은 청색 안료의 생성에 대해 연구한 결과 과산화수소를 첨가한 후 색소 용액의 흡광도가 급격히 떨어졌다가 안정화되었으며, 이는 산화제가 색소에 강한 파괴적 영향을 미친다는 것을 나타낸다 [16].왕샤오팅 등은 호두 녹색 껍질의 색소에 대해 연구한 결과 과산화수소의 농도가 증가할수록 색소 용액의 흡광도가 낮아지고 색이 점차 밝아져 산화제가 색소에 일정한 파괴효과를 나타낸다는 것을 발견하였다 [17].

천연색의 안정성 향상을 위한 방법 2

The overall stability of natural colors is relatively poor, which greatly limits the development and application of natural pigments. Taking certain measures to improve the stability of natural colors can significantly expand the scope of their application and achieve good economic benefits. Analyzing and summarizing the literature reports, the current methods for improving stability mainly include adding stabilizers, microencapsulation, modifying the molecular structure of the pigment, and improving the processing and storage environment of the pigment.

2.1 안정제 첨가하기

종합적인 문헌보고에 의하면 천연색의 가공과 저장중에 일정한 량의 특수한 화학물질을 첨가하면 천연색의 퇴색을 지연시키고 안정성을 향상시킬수 있다.현재 사용할수 있는 화학물질은 항산화제와 방부제이다.

같은 항 산화 물질 β-carotene,아 스 코 르 브 산 그리고 erythorbic 산은 모두의 사라을 지연 시키 할 수 있 자연 색과 그들의 안정성을 향상 시키게 되고 그들을 보존하는 것이 더 쉽다.손홍, 남성 등은 beta-carotene과 sodium erythorbate 모두 적색효모벼 적색색소에 대한 보호효과가 있는 것으로 나타나, 베타카로틴>에리토르베이트 나트륨 (sodium erythorbate) [18].또한 적당량의 아스코르브산을 첨가하면 betaxanthin (19)의 안정성을 향상시킬 수 있다는 것이 보고되었다;마찬가지로 아이소시트르산을 첨가하면 betaxanthin의 안정성도 향상시킬 수 있지만 아스코르브산이 아이소시트르산보다 색소에 대한 안정화 효과가 더 좋다.

또한, 다른 안정제를 조합하여 복잡한 색상 보호제를 형성하여 천연 색의 안정성을 향상시킬 수도 있습니다.Xu Chengjian et al.은 ascorbate 나트륨 + 구연산 + 비타민 B의 안정제 조합이 채색 밀에서 자연 색의 안정성을 향상시킬 수 있음을 발견했습니다.1 h 동안 가열한 후, 색소 유지율은 96.3%나 되며, 색소 용액은 안정성이 좋다 [20].Sodium D-isoascorbate와 Sodium benzoate는 둘다 베탈린의 안정성을 향상시킬 수 있다.이 둘을 다른 비율로 섞어 복잡한 색 보호제를 만들 때 3%도 가능하며 [20] 색소 용액은 안정적이었다.에리토르브산나트륨과 벤조산나트륨은 둘다 베탈린의 안정성을 향상시킬 수 있다.이 둘을 서로 다른 비율로 섞어 복잡한 색 보호제를 형성하면 베탈라인의 안정성도 대폭 향상시킬 수 있다.그 중에서 0.5%의 에리토르브산 나트륨의 조합과 0.0.05%의 벤조산 나트륨이 가장 좋은 조합이며, 첨가제를 사용하지 않았을 때보다 색 유지율이 60%나 높으므로 [21] 상당한 결과라고 할 수 있다.

2. 2 Microencapsulation

마이크로 캡슐은 고분자 막을 가진 작은 용기입니다.마이크로 봉지 기술은 마이크로 캡슐에 특정 고체 또는 액체를 내장하고 봉지하여 고체 미립자 생성물을 형성하는 것을 포함합니다.이 기술은 불안정성을 유발할 수 있는 내장물질을 외부 환경으로부터 격리하고, 내장물질을 특정 조건에서만 방출시켜 [22] 물질의 안정성을 향상시킨다.천연색의 안정성 향상 측면에서 마이크로 봉지 기술은 안료가 환경으로의 확산을 줄이고, 안료에 대한 외부 환경의 영향을 약화시키며, 잘 용해되지 않는 안료의 용해도를 향상시키는 장점이 있다 [23].이러한 특성은 천연색의 안정성을 효과적으로 향상시키고 응용 범위를 확장할 수 있습니다.

조우 Danhong et al. 물고 공부 했 네 붉은 색소를 사용하고 있 다는 것을 발견 아라비아 고무, β-cyclodextrin, 그리고 자당 (1:1:1) 로서 합성 벽 자재 및 microencapsulating 색소의 안정성을 향상시 킬 수 있는 색소 저장 시간을 연장 [24].자오팡류 등은 미세다공성 전분과 젤라틴을 벽체 물질로, 오렌지 껍질 색소를 중심물질로 하여 색소를 미세캡슐화하면 빛, 온도, pH 등에 대한 안정도 [25]를 향상시킬 수 있음을 발견하였다.Aizhi 껌 한 씨와 다른 사람들을 사용 한 다는 것을 발견 아랍어와 β-cyclodextrin로 벽면 자재 및 스프레이 건조를 캡슐화를 안 토시아 닌 외부의 영향을 줄이 할 수 있는 조건을 개선하고 안 토시아 닌 그들의 안정 [26]이다.Ravichandran 등은 캡슐화 재료로 잔탄검과 분무건조를 이용하여 베탈린을 미세캡슐화 (microencapsulation) 하면 색소의 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다 [27].후팅팅 등은 미세캡슐화가 수용액 중 아스타잔틴의 안정성을 향상시키고 [28] 색소의 생물학적 활성에 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했다.또한 천연 색소를 미세캡슐화할 때 안료의 안정성을 높이기 위해 항산화제를 일부 첨가할 수 있다 [29].

이상의 연구를 통해 미세캡슐화 기술이 천연색의 안정성 향상에 비교적 효과적인 방법임을 알 수 있다.

또한, 봉지 기술은 안료의 안정도 어느 정도 향상시킬 수 있습니다.봉지 기술은 한 분자를 다른 분자에 완전 또는 부분적으로 봉지하여 분자캡슐을 형성하는 것을 말한다."외부 친수성 및 내부 소수성"의 특수 구조와 우수한 무독성 특성으로 인해 cyclodextrin은 다양한 물체를 캡슐화하는 데 사용될 수 있습니다.따라서 포함 복합체를 준비하기 위해 적절한 방법을 사용하면 객체의 일부 특성을 향상시킬 수 있습니다.예를 들어 스텔라 등은 베탈린을 연구하여 색소를 사이클로덱스트린으로 캡슐화하여 복합체를 만들면 색소의 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하였다 [30].

색소 분자 구조의 변형 2.3

천연 색깔 분자의 불안정한 그룹의 구조적 개조는 효과적으로 천연 색깔의 안정성, 색력 및 용해도를 향상시킬 수 있으며 응용 전망이 좋다.양윤은 금속이온 개질을 이용하여 루티노사이드를 금속염으로 전환하여 [31] 색소의 색도와 안정성을 효과적으로 향상시켰다.왕샤오산은 중앙의 마그네슘 원자를 구리로 대체하고 에스터 그룹을 자유 카르복실기로 가수분해하여 구리 엽록소를 형성함으로써 엽록소의 구조를 변형시키면 [32] 엽록소의 안정성을 효과적으로 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다.또한 Donald K 등은 안토시아닌을 배양할 때 당근 세포를 사용하고, 배양 과정 중 스티렌산 및 기타 방향산을 첨가하는 등 천연색의 아실화 변형을 통해 새로운 모노아실화된 안토시아닌이 생성됨을 발견하였다.아실화된 안토시아닌의 아실기 (acyl group)는 크로모포어 (chromophore) 와의 상호작용이 더 잘되어 안토시아닌의 안정성이 향상된다 [33].

안료의 안정성은 그 화학구조와 밀접한 관계가 있다.천연색의 안정성을 향상시키기 위해서는 천연색의 안정성과 구조 사이의 관계부터 시작하여 천연색의 분자 구조를 수정하여 천연색의 안정성을 향상시키는 목표를 달성하는 것이 좋다.그러나 현재 많은 천연안료의 화학구조와 천연색소의 변색, 퇴색의 메커니즘에 대한 연구가 그리 명확하지 못하여이 방법의 홍보와 응용에는 아직 많은 제한이 있다.

안료의 가공 및 저장 환경 개선 2.4

어둡고, 저온, 진공포장과 같은 환경에서도 천연색이 매우 안정적임을 수많은 보고들이 보여주고 있다.따라서 천연색의 가공 및 저장 중에는 되도록 짙은 색, 저온 포장, 진공포장 등의 방법을 사용해야 한다 [34].우징핑은 딸기 적색 색소를 연구한 결과 저온에서는 비교적 안정적인 반면, 고온이 되면 딸기 적색 색소의 저하를 촉진한다는 것을 발견했다 [35].자오젠은 용과의 적색 색소를 연구한 결과, 어두운 곳에서는 비교적 안정된 반면 햇빛이나 실내 자연광은 용과의 색이 바래게 할 수 있다는 사실을 발견했다 [36].

산화제, 금속 이온 등도 많은 천연색의 안정성에 영향을 줄 수 있으므로 이러한 천연색의 가공 및 저장 중에 이러한 물질과의 접촉도 피해야 합니다.H 2 ₂와 같은 산화제는 지방족 천연색을 빨리 퇴색시킬 수 있는데, 이는 지방족 천연색이 항산화능력이 매우 떨어진다는 것을 보여준다.그들의 가공 중에 산화 물질과의 접촉을 피해야 한다 [37].비트 적색 안료는 금속 이온에 민감합니다.Cu2+, Fe3+ 같은 금속 이온은 색소의 색을 바꾸거나 용액을 변색시키거나 [38] 색소가 퇴색하게 할 수 있다.따라서 안료의 가공 및 보관 중에 이러한 금속 이온과의 접촉을 피해야 합니다.

방향족 천연색과 지방족 천연색은 작용방식, 행위, 주요 영향요인 면에서 차이가 있다.예를 들어, 방향족 천연색의 색 상실은 주로 구조 재배열 또는 금속 이온과 반응하여 복합체를 형성하며, 지방족 천연색의 색 상실은 주로 가수 분해 재배열 또는 광화학적 산화에 의해 일어난다.이 두 종류의 천연색의 안정성에 영향을 미치는 요인은 다르다.방향족 천연색은 pH와 금속이온과 같은 인자의 영향을 받기 쉽고, 지방족 천연색은 빛과 산소와 같은 인자의 영향을 받기 쉽다.따라서 가공, 운송, 보관시 취해야 할 주의사항도 다르다.또한 방향족 천연색과 지방족 천연색의 상보적 특성을 고려하여 양자의 안정성을 향상시킬 수 있도록 배합하여 사용할 수 있다.또한 서로 다른 안료의 불안정성은 때로는 동일한 상황에서 매우 다른 방식으로 나타날 수 있다.이러한 차이를 이용하면 안료의 안정성도 향상시킬 수 있습니다.례를 들면 루티노사이드와 안토시아닌을 혼합하면 안정성이 더 높은 색소를 합성할수 있다.

또한, 천연안료의 안정성에 미치는 다양한 외부 악인자의 영향을 제거하기 위해 저온 순환, 저온 가열, 특수 포장재 개발 등의 조치를 취할 수 있다.

3 전망

천연색은 안전성이 높고 공급원이 다양하다는 장점이 있다.사람들이 건강에 점점 더 많은 관심을 기울이면서 천연색의 개발과 활용, 안정성 향상이 점차 연구 열점으로 떠올랐다.

현재 많은 종류의 천연색이 연구, 개발되고 있으나 천연색의 안정성을 높이기 위한 방법에 대한 연구는 매우 적은 실정이다.일반적으로 천연색의 안정성은 가공, 저장 및 운송 환경 개선, 안정제 첨가, 마이크로 캡슐화 등에 의해 향상된다.본 연구는 외부조건이 천연색의 안정성에 미치는 영향에 국한되어 있을 뿐, 화학운동학에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있으며, 천연안료의 화학구조를 반응과정과 연계시키는 연구도 이루어지지 않고 있다.이는 문제를 근원적으로 해결하지 못하므로 천연색의 안정성을 향상시키지 못한다.따라서 추후 연구에서는 천연안료의 조성 및 화학구조를 가능한 한 명확하게 분석하고, 색소 불안정성의 원인을 근본적으로 탐색하여 목표한 개선이 이루어져야 하며, 이를 위해 천연색의 안정성을 높이고 적용범위를 확대해야 할 것이다.

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