어떻게 하면 천연 색깔의 안정성을 향상시킬 수 있을까?

색소는 천연색과 합성색 두가지로 나눌수 있다.합성색상은 가격이 저렴하고 안정적이며 사용하기 쉬운 장점을 가지고 있으며 시장에서 중추적인 위치를 차지하면서 널리 사용되고 있다.그러나 이들의 사용에 대한 연구가 진행됨에 따라, 한때 사용이 허용되었던 많은 합성색이 설사, 암, 돌연변이 등 인체에 해를 끼칠 수 있다는 사실이 밝혀졌다 [1].그러므로 많은 합성색상은 점차 식품과 제약공업에서 사용이 금지되였다.합성 염료에 비해,자연 색자연에서 추출되어 매우 안전하고 독성이 없으며 자연적인 색조를 갖는 장점이 있다.많은 천연색갈은 또 일정한 정도의 생물활성을 갖고있으며 어떤 질병을 예방, 치료할수 있다.때문에 천연색갈의 개발과 응용은 점차 더욱 많은 사람들의 주목을 끌고있다.그러나 전체적인 안정성이 낮아 천연색의 산업적 발전과 응용에 큰 제한을 받고 있다.본 논문은 천연색의 안정성에 영향을 미치는 주요 요인들을 살펴보고, 천연색의 안정성 향상을 위한 방법들을 요약, 분석하여, 천연색의 안정성 향상을 위한 연구에 이론적, 방법론적 자료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 천연색의 안정성에 영향을 미치는 주요 요인들

천연색은 그 원천에 따라 크게 3가지로 나눌수 있다:식물 안료, 동물 안료 및미생 물의 색소다.화학구조에 따라 피리딘 안료, 안토시아닌 안료, 플라보노이드 안료, 카로티노이드 안료, 나프토퀴논 안료 등으로 나눌 수 있다.용해도에 따라 수용성 안료와 지용성 안료 등으로 나눌 수 있다 [4, 5].종합문헌에 의하면 대부분의 천연색소는 비교적 불안정하다고 보고하고있다.천연색의 안정성에 영향을 미치는 주요 인자를 pH, 금속이온, 빛, 온도, 산화제 및 환원제 등으로 요약하여 분석한다.

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

때자연 색식용 색소에 사용되며, 많은 것은 열처리를 요구하므로 높은 온도가 안료의 안정성에 미치는 영향에 주의를 기울일 필요가 있습니다.많은 천연색소는 고온하에서 색이 바랄수 있으므로 열적으로 불안정하다.Chen Jie 등이 자색고구마 색소를 연구한 결과 40, 60, 80 및 100 °C에서 6시간 처리한 후 색소의 유지율은 각각 91.47%, 84.65%, 59.23% 및 43.23%로 온도가 증가할수록 색소의 유지율이 감소함을 알 수 있었다.23%로 온도가 증가함에 따라 색소의 유지율도 그에 따라 감소함을 알 수 있다.처리 온도가 80 °C를 초과하면 온도가 색소에 더 큰 영향을 미칩니다.가오위룽 등은 적색 효모 쌀의 적색 색소를 연구한 결과 7일 동안 냉장 보관한 후에도 유지율이 90%를 웃도는 것으로 나타났다.그러나, 고온처리는 색소에 큰 영향을 미쳤다.100 °C에서 처리하여 0.5h, 유지율은 61.8%에 불과했다.온도가 높으면이 색소의 안정성이 떨어질 수 있다 [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

천연색소의 전반 안정성이 비교적 낮아 천연색소의 개발과 응용에 큰 제한을 준다.일정한 조치를 취하여 천연색갈의 안정성을 제고하면 그 응용범위를 대폭 넓힐수 있으며 좋은 경제효익을 얻을수 있다.문헌보고를 분석, 요약하면 현재 안정성 향상을 위한 방법으로는 주로 안정제 첨가, 미세봉지, 색소의 분자구조 수정, 색소의 가공 및 저장환경 개선 등이 있다.

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.

와 같은 항산화 물질β-carotene, ascorbic acid와 erythorbic acid는 모두 자연 색상의 퇴색을 지연시키고 안정성을 향상시킬 수 있으며, 그럼으로써 보존하기 쉽게 만들 수 있습니다.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 etal.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 알다.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

수많은 보고서들이 그것을 보여주었다자연 색어둠, 저온 및 진공 포장과 같은 환경에서 매우 안정적입니다.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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