[화학공학] 천연색소와 천연염료 개발에 대한 자료입니다

천연 색소와 천연 염료는 둘다 기본적으로 같은 원료에서 나오는데, 대부분은 식물에서 추출된다.둘다 사용된 원소로 추출한 안료를 사용하며 천연적이고 무독성, 무해하며 환경 친화적이고 재생 가능하며 오염이 없다.21세기에 들어서서 천연안료와 천연염료는 해마다 10% 이상의 속도로 성장하면서 국제시장의 지배자로 되였다.자연으로 돌아가자는 요구가 늘어남에 따라 반드시 안전하고 경제적이며 효과적인 천연안료와 천연염료를 개발해야 한다.

천연안료의 개요 1

식용 색소는 a 라고도 알려져 있습니다colorant, 식품에서 매우 중요한 식품 첨가물이다.이는 음식에 화려한 외관을 입히고 감각을 자극하며 식욕을 증가시킬뿐만아니라 사람들에게 미감을 주며 음식의 질을 평가하는 기초이기도하다.식용색소는 그 원료에 따라 천연색소와 합성색소로 나눌수 있다.

1. 1 배경

사용되는 합성착색료의 양이 증가하고 사회가 발전하고 국민 '의 생활수준이 향상되면서 사용여부를 묻는 사람들이 점점 많아지고 있다식품에서의 합성착색료 (synthetic coloring in food)인간의 건강에 위험을 초래할 수 있다.동시에 대량의 연구보고에서는 거의 모든 합성색소는 인체에 영양소를 공급하지 못하며 일부 합성색소는 심지어 인체에 해로울 수 있다고 지적했다인간의 건강을다.그 결과, people'의 관심이 점차 안전 문제에 쏠렸다.그 결과 미국의 승인된 합성색 수를 700 색에서 7 색으로 대폭 축소하는 등 세계 각국에서 많은 규제가 도입되었다.하지만, 식품 불량은 수년간 계속되었다.최근 식용 색소와 건강에 비판적인 미디어와 함께 소비자 '식품 색소 첨가물에 대한 우려.천연색소는 25년 전부터 상업적으로 널리 사용되기 시작했고 이후 큰 발전을 이루었다.Consumers'건강 관점에서의 천연 제품에 대한 관심은 식품 산업에서 천연 색소에 대한 수요를 이끌었다 [1].

1. 2 역사

음식에 색소를 첨가한 역사는 고대 이집트로 거슬러 올라갈 수 있다기원전 1500년경 지역의 제과업체들이 사탕의 색을 개선하기 위해 천연 추출물과 와인을 사용한 곳.19세기 중반까지, 사프란이라는 향신료가 장식적인 목적으로 특정 음식에 첨가되었다.산업혁명으로 외식산업은 급속도로 발전하였다.미네랄과 금속 화합물은 질이 낮고 불량 식품을 위장하기 위한 색소로 사용되기도 했다.더 끔찍한 예는 다음과 같다:Pb3O4와 HgS 가 다음과 같이 사용되었다치즈와 사탕의 색소그리고 검게 그을린 차는 아르센으로 다시 색을 낸 다음 시중에 팔릴 수 있었다.1860년 후식에 색소를 사용해 두 명의 사망자가 발생했다.일부 유독화학물질은 사탕이나 피클의 색소로 사용되기도 하였다.1856년 W 일리언 헨리 P 어킨 경이 최초의 합성색 (모바인)을 발명하였다.19세기 말과 20세기 초에는 승인되지 않은 색 첨가물이 다양하게 널리 사용되었다인기 있는 음식들유럽, 미국 시장에서는 케첩, 머스타드, 젤리, 알코올 등.80가지 이상의 합성 색상이 시장에 등장했으며, 그 중 일부는 식품 산업이 아닌 섬유 산업에 사용되었습니다.많은 음식 색깔은 독성 및 다른 부정적인 영향에 대해 검증되지 않았습니다.1900년 이후, 독성 석유 제품인 아닐린을 원료로 사용하여 많은 수의 합성 색상이 생산되었습니다.합성 원료가 아스팔트를 함유한 석탄에서 나왔기 때문에 초기에는 이러한 색을 콜타르색이라고 불렀다.식물성, 동물성, 광물성 원료에서 추출한 초기 색소는 20세기 초에도 여전히 식품에 사용되었으나 경제적 이익에 의해 주도된 제조업자들에 의해 점차 도태되었다.화학적으로 합성된 안료는 제작이 간단하고 가격이 저렴하며 착색성이 매우 좋고 식품에 바람직하지 않은 맛을 전하지 않고 소량으로 사용할수 있다.

현황 및 전망 1.3

색소는 과일, 채소, 씨앗, 뿌리에 풍부하게 발견된다.우리는 매일 식단에서 다양한 색소를 대량으로 섭취하는데, 특히 안토시아닌, 카로티노이드 (자연은 매년 100만 톤 이상을 생산하며,이 중 600 종의 구조가 확인되었다)와 엽록소를 섭취한다.우리가 매일 음식에서 섭취하고있는 천연색소는 총량에서 아주 적은 부분에 지나지 않는다.천연안료의 물리적, 화학적 성질은 매우 다양하다.다수가 산화, pH 변화 및 빛에 민감하며 용해도는 매우 다양하다.현재 유럽에서는 13가지 천연색이 사용 승인을 받았고, 미국은 26가지 천연색이 승인 받았다.천연색은 처음에는 합성색보다 훨씬 안정적이지 못하고 사용하기 어렵고 비싸다고 생각되었다.

70% 가 세계&로 추정된다#39;s 식물은 완전히 연구되지 않았으며, 오직 0.5% 만이 철저히 연구되었다.이러한 관점에서 볼 때 천연식품 색채에 대한 우리의 연구는 이제 막 시작되었다고 할 수 있다.하지만 현실적으로 새로운 색상을 개발하기란 쉽지 않다.새로운 색이 FDA와 유럽에서 사용 승인을 받기 전에 안전성 평가를 받아야 하는데, 많은 시간과 비용이 소요된다.아직 개발되지 않은 땅과 해양에는 발견되지 않은 많은 색들이 있을 수 있고, 상업적으로 개발하기는 어렵다.이러한 어려움을 고려하여 현재 천연색에 대한 연구는 주로 다음의 세 가지 분야, 즉 합성과정, 제작기술, 색의 대체원천에 초점을 맞추어 기존의 색채 개발에 치중하고 있다.이러한 접근법은 매우 성공적임이 입증되었고 식음료 산업에서 천연색 사용을 크게 촉진시켰다.식품 제조업체는 색상 공급 업체가 제공하는 대부분의 자연 색상이 색상, 안정성 및 사용 속성의 측면에서 요구 사항을 충족한다고 낙관합니다.

천연염료의 개요 2

2. 1 정의

천연 염료인공적으로 합성하지 않고 화학가공을 거의 거치지 않은 식물, 동물 또는 광물자원으로부터 얻은 염료이다.

2. 2 분류

(1) 천연염료는 그 원료에 따라 식물염료, 동물염료, 광물염료로 나눌수 있는데 식물염료가 주요한 염료이다.식물염료로는 매더, 워드, 수맥, 인디고, 홍화, 석류, 황정원, 차, coneflower, yarrow, 홍시, comfrey, 수맥 등이 있다.천연염료는 분자구조가 다르기 때문에 염색방법도 매우 다양하다.단백질섬유와 셀룰로오스섬유의 경우 염색방법에는 주로 모르단트가 없는 염색, 모르단트를 먼저 한 다음 염색하는 방법, 모르단트를 먼저 한 다음 염색하는 방법 등이 있다.합성섬유의 경우, 주로 대기압 염색과 고온 및 고압 염색으로 나뉩니다.염료의 성질에 따라 가장 좋은 염색 공정을 결정해야 한다.특히 같은 천연염료라도 다른 모종으로 염색을 했을 때 염색된 섬유가 다른 색조 [2]를 보이는 경우가 많다는 점을 유의해야 한다.

(2)천연 염료다양한 화학구조를 가지고 있는데 화학조성에 따라 카로티노이드, 안트라퀴논, 나프토퀴논, 플라보노이드, 커큐미노이드, 인디고, 엽록소 등 7가지로 나눌 수 있다.카로티노이드 염료는 당근의 이름을 따서 명명되었으며, 그 구조상 긴 결합이중결합 (이중결합)을 가지고 있다.색은 주황색이며, 주요 염료는 아나토와 사프란이다.적색염료는 모두 탄저퀴논구조를 함유하고있는데 대부분이 식물이나 곤충 또는 동물에서 추출한것이다.그들은 좋은 광속성으로 알려져 있다.플라보노이드는 무색의 유기 화합물이다.대부분의 천연 황색 염료는 플라보노이드 또는 플라보놀의 히드록시 또는 메록시 치환기이다.

(3) 색깔에 의한 분류는 천연염료를 염색된 섬유나 직물의 색깔에 따라 분류하는 것을 말한다:빨강, 노랑, 파랑, 갈색 및 기타 천연염료가 있다.지금까지 집계된 천연염료 중에서 황색, 적색 품종이 가장 흔하고 청색, 녹색, 흑색이 가장 흔하지 않다.적색염료는 자연계에서 황색염료만큼 풍부하지 않다.대부분의 적색염료는 식물의 뿌리, 나무껍질이나 곤충의 짙은 회색 몸 속에 숨어 있다.적색염료의 원료의 제한에도 불구하고 식물의 색염기에 다량으로 존재하므로 추출이 용이하다.가장 아름다운 붉은색 천연염료인 카민은 선인장 [3]에 기생하는 카민벌레의 체내에서 발견되지만, 더 중요하고 일반적으로 사용되는 천연적색 염료는 매더 (madder)와 락 (lac)이다.노란색은 자연에서 발견되는 모든 색조 중에서 가장 선명하고 가장 풍부하다.황색염료를 생산하는 식물은 다른 색상의 염료를 생산하는 식물보다 훨씬 많다.강황 염료는 강황의 파생물로서 천연 유래 중 가장 유명하고 선명한 황색 염료의 하나이다.남색은 고대로부터 주요하고 가장 일반적으로 사용되는 청색 염료의 하나였다.아시아 · 아프리카 · 필리핀 · 미국 등에서 자라는 식물의 잎에서 추출한다.카테츄 갈색 염료는 주로 인도에서 자라는 카테츄라는 나무의 나무에서 추출된다.

천연염료의 역사 2.3

전설에 의하면 4500여년전 황제시대에 사람들은 이미 식물즙을 리용하여 염색할수 있었다고 한다.이에 대한 강력한 증거는 1959년 고고학자들이 하남성 안양시 왕유구에 있는 음나라 무덤에서 염색한 비단실을 발견했다는 것이다.이는 적어도 3000년전에 음나라때 사람들이 이미 염색을 하고있었음을 보여준다.당시 사람들은 천연염료를 사용하였는데 주로 식물즙을 사용하였으며 또 어떤 사람은 곤충의 피를 사용하여 물건을 염색하였다.수천년동안 중국사람들은 식물염료를 광범하게 사용해왔다.생강즙에서 추출한 강황 추출물, 코치닐 곤충에서 추출한 코치닐 추출물, 매더에서 추출한 매더 추출물 등 많은 경험을 축적했다.

W. P 에르킨이 1856년에 합성안료를 발명한 이래,천연 염료사용하는 데 시간이 많이 걸리고 수고가 많이 들며 바로 사용할 수 있는 제품으로 미리 준비할 수 없기 때문에 섬유 염료로서의 중요성을 점차 잃어가고 있다.요즘 시중에서 사용되는 대부분의 염료는 합성염료이다.일부 합성염료는 인체 건강에 위협이 된다.합성염료 중 일부 아조염료는 독성 방향족 아민, 펜타클로로페놀 등으로 분해될 수 있으며, 일부 염료는 피부 알레르기를 유발할 가능성이 있다.의류의 초기 생산 과정에서 부적절한 염료가 사용된다면 착용자에게 발암 위험을 초래할 수 있다.EU 국가들은 아조 염료 사용을 금지하는 법률을 제정하기 시작했고, 수출되는 섬유는 엄격한 환경 인증 검사를 받는다.독일은 1996년 특정 아조 염료가 발암성, 기형성, 알레르기를 유발한다는 사실을 발견해 사용을 금지했다.때문에 사람들은"환경친화적인"염료에 관심을 돌렸다.천연 친환경 염료의 재도입은 섬유업계에 이러한 염료를 이용하여 천연염색 제품의 새로운 시장을 열 수 있는 사업기회를 열어주었다.

천연식물염료는 독성이 없고 무해할뿐만 아니라 진정 환경친화적인 제품이다.또한 다양한 헬스케어 혜택을 제공해 현대 소비자 ' 자연으로 돌아가 건강을 유지하는 심리.식물염료는 중국 특유의 한약재, 꽃, 차, 과일 등을 원료로 만든다.분쇄, 담금, 조리 등 많은 과정을 거쳐 정제되며 순수한 천연식물염료이다.그것들은 어떠한 화학물질도 함유하지 않고 무독성, 무해하며 이런 물질로 염색한 섬유, 의류는 인체건강에 그 어떤 위해도 주지 않는다.

천연염료의 장점 2.4

천연염색의 특징은 천연색조 외에 매더, 인디고 등과 같은 일부 식물에서 추출한 천연염료로 직물을 염색할 때 살충효과와 항균효과가 있다는 것이다.천연 염료 염색 직물의 자연스러운 향과 더불어 소비자들에게 큰 인기를 끌고 있다.천연염료가 비록 합성염료를 완전히 대체할수는 없지만 시장에서 한자리를 차지하고있으며 발전전망이 넓어 갈수록 사람들의 중시를 받고있다.천연방직제품시장도 아직 완전히 개발되지 않은 거대한 시장이다.이러한 천연자원을 충분히 이용하려면 해당 기술, 공정 및 제품을 개발하기 위해 많은 당사자들의 공동의 노력이 필요합니다.

천연염료의 가장 큰 장점은 피부에 독성과 무해성이 없고 알레르기와 비발암성이 없으며 생분해성과 환경적합성이 우수하다는 것이다.그들의 색상은 부드럽고 자연스러우며 특색이 있으며 고급 실크 제품, 건강 속옷, 가정용 방직 제품, 장식 제품 및 기타 분야 분야에서 넓은 발전 전망을 가지고 있습니다.지난 10년 동안 한국 정부는 천연 염색 프로젝트의 연구 개발에 거의 백만 달러를 지출하여 새로운 생태 염색 및 마감 기술의 개발을 촉진했습니다.현재 천연염료추출기술, 수준염색, 광속개선연구 등에서 큰 진전이 있었으며 일부천연 염료 채취프로세스가 산업화되었습니다.천연염료의 개발은 자연자원과 생태환경의 보호에 리로울뿐만아니라 일부 고부가가치의 섬유 [4~6]의 개발에도 넓은 발전전망을 가지고있다.

2. 5 전망

China'의 연구 및 천연 염료 응용은 격차가 큰 다른 산업 분야와 달리 국제 수준과 비슷합니다.천연염료 적용의 핵심 가치는 안전성과 생체적합성이다.현재 합성염료를 완전히 대체하고 상업화하는 것은 비현실적이지만 천연염료의 획득과 염색에 새로운 기술을 주입하고 현대적인 설비를 채택하며 산업화의 속도를 가속화해야 한다.천연염색을 하면 세상을 더욱 다채롭게 만들 것이라는 설이 있다 [7].

천연안료와 천연염료의 연관성과 차이점 3

천연색소와 천연염료는 모두 기본적으로 같은 근원, 대부분 식물에서 온다.둘다 원소로 사용되는 추출된 안료이고, 자연적이다.그들은 비 독성, 무해 및 환경 친화적입니다.그것들은 재생될 수 있고 오염이 없다.그 차이는 적용대상과 요건의 대상이 다르다는 데 있으며, 이로 인해 양자 간에 상당한 차이가 발생한다.천연 색소는 높은 안전 요건이 필요한 식품 산업에서 주로 사용됩니다.일부 식물색소는 식품공업이나 화장품공업에 사용할수 없다. 례하면 수백박, 밤나무껍질, 쌍화초 등이다.천연염료는 직물을 염색하는데 주로 사용되며, 세척성, 문지르기속력, 세탁과 비누의 속력이 필요하다.일부 천연안료는 이러한 요구조건을 충족시키지 못한다.예를 들어, 카로틴 및안 토시아 닌,에서 널리 발견된다색깔 있는 야채그리고 과일은 천연 색소이지만 섬유에 잘 붙지 않습니다.한번 씻으면 안료가 사라지기 때문에 천연염료의 조건을 충족시키지 못한다 [8].천연 색소는 직접 식품에 혼합하여 착색을 얻을 수 있습니다.그러나 많은 천연염료는 직접적으로 쉽게 염색이 되지 않으며 원하는 효과를 얻기 위해서는 진자의 도움이 필요하다.

지원과정에서의 문제점과 가능한 해결방안 4

천연안료 (염료)는 개발 가능성이 넓지만, 응용에 많은 문제점이 있기 때문에 이를 상용화하고 합성안료 (염료)를 완전히 대체하는 것은 현재 비현실적이다.

원부자재 수급 문제4.1

천연염료는 대부분 동물이나 식물에서 추출되어 표준화된 방법으로 생산하기가 어렵다.식물 염료를 예로 들어보자.같은 식물이라도 원산지, 기후조건, 채취시기 등이 색소의 조성과 색에 영향을 미치게 된다.이렇게 되면 염색의 재현성이 떨어질 수밖에 없습니다.천연 염료는 대량으로 생산하기 어렵다.식물의 색소함량은 비교적 작기때문에 많은 식물을 뽑거나 베어내야 충분한 염료를 얻을수 있다.이는 생태환경을 훼손하는 결과를 초래하여 자연친화적이고 친환경적으로 염색하고자 하는 염색에 천연염료를 사용하고자 하는 본래의 취지와는 어긋나게 된다.많은천연 식물 염료은 또한한약자원 (Chinese herbal medicine resources)높은 약효 및 경제적 가치를 가지고 있습니다.또한 염료 추출에 대량으로 사용하는 것은 경제적이지 않다.

원료 공급 문제를 해결하는 한 가지 방법은 생명공학적 방법을 이용하여 식물을 재배하는 것이다.현재 생물공학적 방법을 이용하여 컴프리 (comfrey), 매더 (madder)와 같은 다양한 식물들이 인공적으로 재배되고 있다.생물배양방법은 세포생장을 크게 가속화할수 있기때문에 천연염료의 생산은 자연계의 식물로부터 독립할수 있으며 생산량도 크게 증가할수 있다.둘째, 천연염료 유사체의 개발도 그 가치가 크다.이 염료는 특정 천연염료와 구조가 같으며 이성질체이다.동시에 화학합성에 의해 생산되는데 순도가 높고 성능이 안정하며 원료가 풍부하고 토지를 얻기 위해 식량과 경쟁하지 않으며 대규모적으로 생산할수 있다.중금속 등 유해한 불순물을 포함하지 않는 한 안전성도 문제가 없고, 원가도 천연추출염료보다 훨씬 저렴하다.따라서 안전성이 의심스러운 천연염료 및 합성염료의 재배와 추출을 대체하기 위하여 성능이 우수한 천연염료의 품종을 연구하여 구조를 파악한 다음 합성방법을 연구하여 점차 대규모의 공업생산을 이룩하는 것은 가치가 있다.

추출 및 준비 문제4.2

천연 안료 (염료)를 준비하는 전통적인 방법에는 물 추출, 증류, 컬럼 크로마토그래피 등이 있다.이러한 전통적인 방법의 단점은 얻어진 안료 (염료) 입자가 크고 색조가 좋지 않다는 것입니다.색소 추출의 효율을 높이기 위해 연구진은 물 대신 에탄올을 용매로 사용했다.식물체를 분쇄한 후 밀폐용기에 넣고 부피별 95% 에탄올을 붓고 혼합물을 24시간 동안 교반하였다.24시간 후, 용액을 쏟아 내고, 동일한 에탄올을 사용하여 6시간 더 교반하면서이 과정을 2회 반복하였다.마지막으로, 모든 용액을 혼합하고, 여과하고, 결과액을 염료용 술로 사용하였다.이 방법은 형편없는 경우에 아주 적합하다용해 염료다.염색용액을 초음파와 전자파로 처리함으로써 염색 효과를 향상시킬 수 있다 [9-11].천연염료가 첨가된 면직물의 염색에 대한 초음파 및 극초단파 실험에서는 초음파 및 극초단파 진동이 염료의 침입을 가속시키고 염색의 깊이를 향상시킨다는 증거가 있다.또한 천연안료 (염료)의 정제에 초미세여과 나노여과를 결합한 막분리 기술을 적용하면 염색 효과도 향상시킬 수 있다.

애플리케이션 성능 변경의 제한 4.3

천연 안료 (염료)직물 섬유에 대한 친화성이 매우 적어 염색 속건성이 저하되며, 특히 광속성과 비누속건성 [12~14] 등 다양한 속건성을 사용하여도 요구조건을 만족시키기 어렵다.또한 전통적인 천연염색 방법은 색 수율이 낮고 염색시간이 긴 등의 문제점을 가지고 있다.이밖에 천연염료는 대부분 염색시 선자를 사용해야 하며 전통선자는 대부분 중금속이온을 함유하고있는데 그중 많은 선자는 생태방직물의 금지물질목록에 들어있다.이런 이유로 중국 염색업자들은 라미섬유를 염색하기 위해 희토-구연산 복합체를 천연염료의 모넌트로 사용해 왔다.희토류이온은 염료이온을 중심이온과 리간드로 복합화할 수 있다.또한, 비슷한 전해질 효과도 있으며 염색을 촉진합니다.처리 후 셀룰로오스 섬유의 표면에는 다양한 크기의 기공이 있어 희토류 이온이 섬유의 비결정 영역과 결정 영역의 가장자리까지 들어갈 수 있으며 염료 분자 및 셀룰로오스 분자와 다성분 복합체를 형성하여 염색 속건성을 향상시킨다.이 다성분 복합계가 형성되면 염료가 용액의 pH 변동에 의한 색 변화에 저항할 수 있게 된다 [15~20].

5 결론

천연색소 (염료)는 천연색조, 방충 및 항균성, 천연향으로 전 세계인들의 사랑을 받고 있다.그들의 미래는 밝다.그러나 이들을 상용화하고 합성염료를 완전히 대체하는 것은 여전히 비현실적이다.천연안료 (염료)를 추출하고 염색하려면 새로운 기술을 사용하여야 하며 현대적설비를 사용하여야 하며 공업화의 속도를 다그쳐야 한다.천연안료 (염료) 가 세상을 더욱 다채롭게 만들어 줄 것이라고 믿는다.

참조

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