중국의 천연청색 식용색소에 관한 연구

안료는 염색하려는 물체에 색을 입힐 수 있는 물질이다.색소는 또 색소로 불리우며 생산, 생활, 과학연구 등 분야에서 광범위하게 응용되고있다.전 세계의 안료 개발 및 응용의 역사도 매우 길다.1856년 영국의 W. H. 퍼킨스가 세계 최초로 유기색소인 아닐린바이올렛을 합성한 이후 합성안료는 뛰어난 성능과 저렴한 가격, 사용의 편리성 등으로 안료시장을 장악해왔다.그러나 영국 (1967년), 미국 (1973년), 세계보건기구 (1984년)와 같은 국가나 기관에서 합성색소 (타르색소)의 인체에 대한 안전성에 대해 잇따라 의문을 제기하고, 합성과정에서 유입될 수 있는 비소, 납과 같은 오염물질의 위해성 연구에 대한 보고가 많아짐에 따라 여러 나라에서 이러한 색소를 사용한 제품의 종류가 점차 줄어들고 있다.중국에서 사용이 허용된 합성식품 색도 과거 30개 이상에서 현재 10개로 줄었으며, 천연색소의 급속한 발전은 피할 수 없는 추세가 될 것이다 [2].

천연색소는 일반적으로 자연계에 존재하는 물질 (동식물재료 등)이나 재배방법으로 산생된 2차대사산물을 사용하고 일정한 가공을 거쳐 만든 색소를 가리킨다.안전하고 신뢰할 수 있고, 독성이 없으며 부작용이 없고, 자연적인 색조 및 다용도라는 장점으로 인해 식품 산업, 제약 산업, 일용 화학 산업 및 양식 산업의 발전과 함께 널리 사용되고 있습니다.현재,천연 안료 43 종중국에서 식용으로 사용할 수 있습니다.천연 안료는 이미을 지배했다식용 색소 시장그리고 매년 10%씩 성장하고 있다 [3].천연색소를 가공하는 원료는 다양한 원료 (동물 및 식물, 미생물, 광물 등)에서 나오고, 종류도 많다 (2004년 현재 기록된 종류는 약 600여 종 [4]).

그러나 이런 재료로 만든 천연안료는 주로 적색톤과 황색톤이며 청색안료는 매우 드물다.'귀하다','극소수','희귀하다'[5-7] 등의 단어로 문헌에 자주 언급된다.차이나&에 수록된 56가지 안료 중#39; s GB2760-2007"식품첨가물사용위생기준", 청색색소는 정원청색색소와 phycocyanin (즉 해조류청색알백색색소) 두가지뿐이다.파란색은 3원색 중 하나로 다양한 색조를 섞는 데 사용할 수 있다.그러나 천연청색안료는 그 희소성으로 하여 국내시장과 국제시장에서 모두 공급이 딸리고있다.따라서 천연 청색 안료의 적극적인 연구 개발은 실용적으로 매우 중요하며 [8] 매력적인 시장 전망을 가지고 있다.

천연 블루 안료의 천연 원료 1

천연 청색 안료는 천연 안료 중에서 드물다그리고 그들의 자연 자원 또한 매우 제한적입니다.유기천연청색안료는 주로 식물과 미생물재료에서 추출한것이다.indigo, tea blue, horse blue, Wu blue, woad 등 Indigofera 속에 속하는 식물의 잎을 이용하여 인디고 염료 [4]를 만들 수 있다.가드니아 블루는 자스미노이드 (Gardenia jasminoides) [8]의 열매에 가드니아 글리코사이드 (Gardenia glycoside)를 넣어 만든다.Ophiopogon japonicus 열매 [9-10], Peristrophe baphica [11], Brassica oleracea [12], 보라색과 푸른색을 가진 밀 종자 [13] 등의 식물원이 해당 품종을 생산하는 데 사용된다파란색 안료다.유전자변형 목화 및 유전자변형 장미가 청색색소를 생산할 수 있다는 사실이 보고되고 있으나, 이러한 유전자변형 식물재료는 그 희귀원 [14-15]으로 인해 현재 천연청색소를 생산하는데 사용될 수 없다.해조 (Algae)와 같은스 피 루 리나, cyanobacteria와 chlamydomonas는 생산에 사용될 수 있습니다algin blue 안료[16].굴 껍질 조류 Haslea ostrearia는 푸른 말라카이트 색소를 생산할 수 있으며, [19] 굴의 경제적 가치를 높인다.마늘 (Allium sativum)은 식초에 절인 후 녹색으로 변할 수 있으며, 파란색 색소를 분리할 수 있다 [20-21].Streptomyces sp., pseudo-monas sp., Pseudoalteromonas sp., Duganella sp., Aureobasidium sp., purple non-sulfur bacteria 등과 같은 일부 미생물은 배양액을 이용하여 생장하는 동안 다른 종류의 푸른 색소를 생성할 수 있다.일부 유전자 조작 균주는 남색 색소를 만들 수 있다 [22-23].

천연 블루 안료의 구조 및 색상 2

비록천연 청색 안료빛깔은 비슷한데, 색을 내는 메커니즘은 다릅니다.궁극적으로, 다양한 색을 생성하는 메커니즘은 색소 분자의 화학적 구조나 공간 구조의 차이에 의해 결정된다.의 분자 구조천연 청색 안료다른 원료로부터 또는 다른 방법으로 제조 될 수 있으며, 안료의 물리적, 화학적 특성 및 적용 범위 또한 그에 따라 다를 수 있습니다.일반적인 천연 청색 안료의 구조 및 관련 특성은 표 1에 표시되어 있다.

루빅산틴이 청색으로 변하는 pH 범위는 매우 좁기 때문에 기술적으로 천연 청색 색소로 간주할 수 없습니다.

3 미생물 천연 청색 안료

비록 대부분의천연 청색 안료여전히 현재 동물 및 식물 재료로 생산되고 있으며, 계절, 기후 및 원산지와 같은 요인에 의해 이러한 재료의 이용이 제한되어 천연 청색 안료는 공급이 매우 제한적이며 따라서 비싸고 사용하기 어렵습니다.미생물은 신속히 생장하며 자연에는 색소를 산생할수 있는 종류가 풍부하다.미생물의 자원을 이용하여 천연색소를 생산하는 것은 기본적으로 자원, 환경, 시간, 공간의 제한을 받지 않기 때문에 식물이나 동물 기원의 재료를 이용하여 천연색소를 생산하는 것과 비교할 수 없는 장점이 있다.미생물을 이용해 천연색소를 만드는 것이 결국 천연색소의 주류원이 될 것이다 [24].

미생물 발효 방법을 사용하여 다음과 같은 다양한 천연 색소를 생산합니다파란색 안료그리고 붉은 효모 안료도 현실이 되었다 [25].실제로 현재 시판되고 있는 주요 천연 청색색소의 생산에는 미생물의 참여가 필요하다.예를 들어 남청색소와 정원청색소를 제조하기 위해서는 발효과정에 미생물의 참여가 필요한데 phycocyanin 색소를 생산하는 cyanobacteria, spirulina, chlorella 등은 그 자체가 미생물이다.게다가 자연에는 아직도 생산할수 있는 미생물이 많다천연 청색 안료하지만 미생물 발효를 이용해 천연 푸른 색소를 만드는 작업은 아직 대부분 실험실 단계다 [7].이러한 미생물을 직접 발효배양액을 이용한 천연 청색색소의 산업적 생산이 실현되려면 아직 갈 길이 멀다.보고된 청색색소 생성 미생물 및 색소 관련 특성은 표 2에 나타내었다.

미생물을 이용하여 청색안료를 생산하는 연구는 주로 몇 가지 측면을 포함한다:1.청색색소 생성 미생물의 선별 및 동정;2. 온도, 빛, pH, 금속 이온, 산소, 복잡한 화합물, 첨가제가 안료의 안정성에 미치는 영향 등 청색 안료의 물리 화학적 특성 및 일부 독성학적 특성 결정;청색안료의 분광학적 특성, 항산화 및 환원력, 항균활성, (암) 세포독성, 그리고 활성산소를 제거하는 능력;3. 발효청색소 배양액의 선별 및 최적화 (Screening and optimization of fermentation blue pigment culture media)일부 파란색 안료의 분자 구조 및의 대사 메커니즘푸른 색소를 생성하는 미생물생리적, 생화학적, 분자적 수준에서는 아직 불분명하다.산업생산을보다 잘 유도하기 위해서는 미생물발효청색색소의 산업적 발전을 위한 이론적 기초를 제공하기 위하여 많은 심도 있는 연구가 필요하다.

천연 블루 안료의 추출, 분리 및 후처리 4

정원류 청색소와 해조류 청색소는 천연 식품 색소로 시장에서 지배적인 두 가지 청색소입니다.Cyanobacteria와 red algae는 녹조 청색 안료의 두 가지 주요 원천이며, spirulina는 녹조 청색 안료 생산에 선호되고 가장 비용 효율적인 원료입니다.조류에서 녹조 청색 색소를 배출하기 위해 사용되는 처리 방법은 대부분 부식 억제제를 첨가하고, (초) 저온 동결 및 해동 후 균질화 [17, 40] 하거나, 효소 분해와 고압 균질화를 병행하여 조류 세포를 분해하는 방법 [39]을 사용한다.Nostoc과 같은 대형 조류의 경우 고속 조직 균질기를 이용하여 균질화를 수행한 후 효소적 용해 (미생물 발효와 조류의 자가분해를 통해 달성) [18]를 거친다.세포 균질액 내의 phycobiliproteins은 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 [17]를 이용하거나 초임계 CO2 액을 이용하여 황색색소를 먼저 추출한 후 수용액 추출제를 이용하여 phycobiliproteins을 분리, 정제할 수 있다 [41].

정제된 피코시아닌을 진공 농축한 다음, 동결 건조하거나 스프레이 건조하여 건성 색소 분말을 얻는다.건조 전에 미세 캡슐화를 하면 안료의 내열성을 향상시킬 수 있다 [18].현재 가드닝 과실 분말로부터 가드닝 청색색소를 제조하는 공정은 두 가지가 있다:하나는 가드닝 과실 분말 수용액 추출물을 효소를 생산하는 균주로 발효시켜 가드닝 청색색소를 제조하는 1단계 공정이다;다른 하나는 원예과일 분말 수용액 추출물에서 먼저 gardenoside를 분리 및 농축한 후, 효소반응으로 gardenia blue 색소를 생성하는 2단계 공정이다.

첫 번째 공정으로 색감이 칙칙하고 색값이 낮은 가드니아 블루를 제작한다.이후 단계에서 분리 · 정화가 어렵고 수율도 낮다.제2 공정은 이러한 문제를 더 잘 해결한다 [42~43].Gardenin은 macroporous 흡착수지 (HPD100 등) 컬럼을 이용하여 gardenia 열매분말물 투입액에서 황색색소를 추출한 후 남은 폐액에서 발견된다.이후 폐액을 농축하고 농축하는 기술을 이용하여 막여과 (미세여과 (0.1 μ m) 해명과 nanofiltration (100달 튼) 농도) [44], [45], dual-phase 추출 및 고속 countercurrent 크로마토그래피 (HSCCC) [46] 고품질 파란 색소니아을 준비하였다.준비된 색소는 초미세 여과 [47], 키토산 유도체 컬럼 크로마토그래피 [44] 또는 (D301) 대성 흡착수지 컬럼 크로마토그래피 [48] 등의 기술로 정제 및 정제된다.

천연안료의 안정성이 떨어지고 쉽게 분해되는 일반적인 단점으로 인하여 천연안료의 안정성 향상을 위한 연구가 증가하고 있다.수용성 가드니아 청색 안료를 아세트산 무수물로 에스테르화하여 소수성 가드니아 청색 안료를 얻었으며, 이를 통해 적용 범위를 확대하고 안정도 또한 어느 정도 향상시켰다 (49-50);자색배추 청색색소는 페룰산 (ferulic acid)과 살리실산 (salicylic acid)으로 아실화된 후 열 및 광에 대한 저항성이 상당히 개선되었으나 [51], 일반적으로 천연 청색색소의 개량에 대한 연구는 아직 거의 없다.

5 전망

43명 중에는China&에서 사용이 허용된 천연 안료#39;s에 대한 현재 GB2760-2007 판의 위생 표준[식품첨가물] 식품첨가물의 용도, 두 가지 종류의 청색 안료만 있습니다:가드니아 청색 안료와spirulina 블루 색소다.China's의 정원사와 말린 스피룰리나의 생산량은 세계 1위 [1만 6 천 42] 이지만 중국 정원사 청색색소의 품질은 1980년대 수준으로 아직 일본에 비해 20년 뒤져 있다.가드니아 레드는 일본에서 25년째 시판되고 있지만 중국은 아직 공백이다 [8].현재 중국에서 생산되는 정원용 청색안료의 98% 가 수출되고 있지만, 중국 내 천연용 청색안료의 전반적인 생산량은 높지 않으며, 이러한 안료의 중국 내 공급은 아직 부족한 실정이다 [46].

매년 10%의 속도로 성장하고 있는 거대한 천연색소 시장에 직면한 중국의 천연색소 개발은 색소 품종의 부족, 공급원의 상대적 부족, 고비용 [52] 등의 문제에 직면해 있다.이러한 점을 감안하여 향후 중점은 다음과 같은 분야에 두어야 한다:1.생산공정과 기술표준을 개선하고 청색안료의 생산과 질을 높이며 저가제품의 고급제품으로의 전환을 촉진하며 제품의 부가가치를 높인다.2. 기존 원료를 사용하여 개발새로운 천연 안료가드니아 레드 (gardenia red) 같은 것.셋째, 청색색소에 대한 천연 미생물 자원의 연구 및 이용에 큰 중요성을 두고 있으며, 청색색소의 새로운 균주를 개발하여 천연 청색소에 대한 국제적인 연구에서 주도권을 장악한다.이것은 동식물 기원의 재료로 생산한 천연청색안료가 시장수요를 충족시킬수 없는 상황을 개변시키는데 대하여 중대하고도 장원한 의의를 가진다.

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