[식물학] 식물원 자연색에 관한 연구에 대한 자료입니다

색은 합성색과 천연색으로 나눌 수 있다다.천연색이란 자연생물에서 추출한 다음 인공적으로 정제, 정제한 색을 말한다.천연색은 원료에 따라 식물색소 (식물유래 천연색소라고도 함), 동물색소, 미생물색소, 광물색소로 나눌수 있다 [1].동물 및 미생물의 색소는 주로 곤충과 미생물에서 추출한것이다.가장 유명한 동물 색소는 카민 (빨간색 천연 염료)입니다.카민은 선인장 같은 식물에 기생하는 암컷 코치닐 곤충을 말려서 얻은 색소다.화학 조성은 카르민산 [2].광물색소는 대부분 인체에 해롭기때문에 식품공업에서 색소에 사용할수 없다.식물색소는 주로 꽃, 열매, 잎, 줄기, 종자 등 식물조직에서 추출한것이다.천연색은 주로 꽃, 열매, 잎, 줄기, 종자 등 식물조직에서 얻어진다다.소위 자연색이라 불리는 것들의 대부분은 식물 재료에서 오며 [3], 관련된 식물 종들은 많은 과와 속에 걸쳐 있다.불완전한 통계에 의하면 현재 알려진 천연색은 80여종 [4] 이며 30여종의 식물이 천연색 [5]의 개발과 연구에 리용되였다.식물유래 천연색은 안전하고 독성이 없기 때문에 식품, 의약품, 화장품 등의 외관과 색상을 개선하는데 많이 사용된다.

합성색소는 인공적인 화학합성으로 얻어진 유기색소이다.일반적으로 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌 등 화학제품을 주원료로 하여 만들어지며 일련의 반응을 거쳐 형성된다.합성색소는 대부분 유기합성색소이며 흔히 볼수 있는것으로는 카민, 남색, 선셋옐로우 등이 있다.합성 착색제는 많은 장점을 가지고 있다.빛깔은 일반적으로 밝고 안정하며 빛, 열, 산소 등 환경요소의 영향을 쉽게 받지 않는다.합성안료는 강한 착색력을 가지고있어 색소 또는 염료로 사용할수 있는데 식품이나 섬유에 염색을 하기 쉽다.또한 합성 안료의 생산 공정과 공정 제어가 용이하고, 공업 생산비도 저렴하다 [6].그러나 합성색소 자체는 영양가치가 없으며 대부분의 색소는 인체건강에 독성이 있으며 심지어 기형성과 발암성을 유발할 위험이 있다.피플 &의 개선으로#39;의 생활 수준, 그리고 특히 합성 안료로 인한 다양한 식품 안전 문제, people's 식품첨가물의 안전성에 대한 요구가 증가하고 있다.천연안료는 천연적이고 건강한 속성을 갖고있는바 독성이 없어 필연적으로 합성안료를 대체하게 될것이며 식품, 제약, 경공업 등 분야에 널리 리용되고있다.

식물유래 천연색 사용의 역사 및 특성 1

1.1 식물 유래 천연색 사용의 역사

천연색은 인류가 최초로 사용한 안료이다.일찍 기원전 10세기에 고대영국사람들은 미치광이식물의 즙으로 장미색의 사탕을 만들었다.이는 고대 사람들이 천연색을 사용했다는 최초의 기록이다.고대 이집트에서 상인들은 사탕의 색을 개선하기 위해 천연 식물 추출물과 와인을 사용했습니다.중국에서도 천연색을 사용한 역사가 오래되어 직물 염색, 식용 색소, 루즈, 화장품의 제작 등에 널리 사용되고 있다.예를 들어 상나라 때부터 고대 중국 여성들 사이에서 유행했던 루즈는 홍화의 꽃잎에 있는 색소로 만들어졌다.예를 들어 염료를 조제하는 데 쓰이는 매화와 정원사는 이미 동주시대 (기원전 221년) [8]에 대규모로 재배되었다.today&에서#39;의 사회, 자연색의 종류와 사용범위가 부단히 확대되였으며 넓은 응용전망이 있다.

식물유래 천연색의 특성 1.2

식물의 천연색원천은 식물조직의 자연적인 생장과 신진대사의 결과로 생성되며, 합성색소보다 몇 가지 장점을 가지고 있는데, ㉮ 대부분 합성색소이다식물에서 추출한 천연색은 독성이 없다그리고 부작용이 없습니다;안전성이 높은 일부 식물 유래 천연 색상은 제약 또는 식품 첨가물로 널리 사용될 수 있습니다;② 식물에서 추출한 천연색은 식물 자체의 색을 반영하므로 색조가 매우 자연스럽다.식품 첨가물 또는 색소로서, 그들은 색조를 자연물의 색상에 더 가깝게 만들 수 있어 더 수용 가능;③많은 식용 식물 유래 천연색인체가 스스로 합성할 수 없는 필수 영양소를 함유하고 있습니다.이러한 식물유래 천연색은 음식의 색을 개선할 뿐만 아니라 보온 's의 필수 영양소이며 특정 질병에 대한 예방 및 치료 효과까지 있습니다.예를들어,β-carotene인체에서 비타민 A로 전환될수 있으며 비타민 A는 안구건조증을 치료하고 야맹증을 예방하는 효과가 있다.

식물에서 추출한 천연색은 많은 장점을 가지고 있지만, 여전히 몇 가지 단점이 있는데, 이처럼 천연색은 정화가 어렵다.식물에서 추출한 천연색은 식물에 존재하는 화합물로서 식물의 다른 복잡한 물질과 공존하는 경우가 많아 추출과정이 복잡하다.이색소 추출 물얻어지는 것은 다른 물질을 포함하는 경우가 많고 순도가 상대적으로 낮다.더욱이 현재 식물유래 천연색의 생산 공정에서 미숙한 공정과 덜 진보된 장비 등 주요 문제로 인해 식물유래 천연색의 추출률이 낮고 가격이 비싸다.② 식물에서 유래된 천연색의 색조는 불안정하고 빛, 온도, 산소, pH 값, 금속 이온 등의 외부 환경 요인에 의해 변화하는 경우가 많아 [10] 안정성이 떨어진다.게다가 식물에서 추출한 천연색은 쉽게 산화돼 사용 수명을 단축시킨다.항산화제나 색소 안정제를 자주 보충해야 하는데,이 때문에 사용이 번거롭다.다시마는 식물유래 천연색의 종류가 많고, 그 성질도 복잡하다.특히, 그 자체의 물리적, 화학적 특성으로 인해 그 적용범위가 제한되고, 고도의 특수성을 갖게 된다.

식물유래 천연색의 분류 2

식물유래 천연색은 그 원천에 따라 분류되는 것 외에도 다음과 같이 나눌 수 있다지용성 안료와 수용성 안료그들의 용해도 특성에 따라;그리고 화학 구조에 따라 포르피린, 피롤 유도체, 퀴논 및 크산톤, 폴리엔 안료, 폴리페놀 유도체 [9] 등 주요 색소 종류로 나눌 수 있다.기능성 성분에 따라 안토시아닌, 카로티노이드, 플라보노이드, 피롤 및 기타 주요 색소 [10]로 나눌 수 있다.

2. 1 안 토시아 닌

안토시아닌이라고도 알려진 안토시아닌은 다음과 같다수용성 색소의 한 종류그것은 일반적으로 식물의 꽃, 잎, 열매, 줄기 및 기타 부분에 안토시아닌의 형태로 존재한다.불완전한 통계에 따르면 27개과, 72개 속의 식물에는 서로 다른 양의 안토시아닌 [11]이 함유되어 있다.안토시아닌은 pH 조건에 따라 다른 색을 나타내며 산성 조건에서는 적색, 중성 조건에서는 보라색, 알칼리성 조건에서는 청색으로 나타난다.식물이 표시하는 적색, 자색, 청색의 부동한 색갈도 세포진공에서 부동한 pH 조건에서 안토시아닌이 착색된 결과이다.안토시아닌은 높은 생물학적 활성을 가지고 있으며 활성산소 제거제로 사용될 수 있는 히드록시기 기증자입니다.연구에 따르면 안토시아닌은 산화 방지 및 노화 방지, 항염증 및 항암, 면역력 증진, 심혈관 보호 및 질병 예방 [12] 등의 약리학적 효과가 있다.자연의 많은 식물들은 안토시아닌이 풍부합니다.예를 들어, 검은 고지 열매는 지금까지 발견된 식물 중 안토시아닌 함량이 가장 높습니다.자색고구마는 안토시아닌 함량이 높고 수율이 높아 안토시아닌 추출에 이상적인 원료이다.

2. 2 카로 티 노이 드

카로티노이드, 폴리엔 색소라고도 한다, 지용성 테르페노이드 중합체의 일종으로, 주로 카로틴과 카로티노이드로 나뉜다.카로티노이드는 노랑, 주황 또는 빨강색으로 보이는 식물 부분에서 널리 발견됩니다.엽록체에 있는 카로티노이드는 주로 카로틴 (주황색-노란색)과루테인 (노란색), 광합성에 중요한 역할을 합니다.비타민 A (레티놀)는 정상적인 시각 기능을 유지하고 건강한 피부를 유지하는 데 중요한 물질입니다.일부 카로티노이드는 비타민 A로 전환될 수 있는데, 이것들은 프로비타민 A 라고 불린다.이 중 가장 흔한 것은 베타카로틴으로, 인체가 필요로 할 때 비타민 A로 전환된다.모든 카로티노이드가 비타민 A로 전환될 수 있는 것은 아니다.리코펜 (토마토에서 주로 발견된다, 수박과 구아바) 예를 들어 비타민 a로 전환될 수 없습니다plant-derived 카로 티 노이 드안전성을 검증받은 제품은 페이스트리, 유제품, 차가운 음료, 사탕 등의 식품에 직접 착색제로 첨가할 수 있다.

2. 3 플 라보 노이 드

플라보노이드는 일반적으로 플라본 (flavones)과 플라보놀 (flavonols), 디히드로플라보노이드 (dihydroflavonols), 디히드로플라보놀 (dihydroflavonols)로 나눌 수 있다.그들은 많은 식물 조직에서 널리 발견되는데, 대부분 옅은 노란색이거나 심지어 무색이며, 몇몇은 밝은 오렌지색입니다.그 중 식물계에 가장 널리 분포하는 것은 플라보노이드와 플라보놀이며,이 중 지금까지 400개 이상이 발견되었다 [13-14].플라보노이드는 중요한 생리기능을 갖고있으며 산화방지, 항돌연변이, 노화지연으로 인체건강을 보호하는데 중요한 역할을 한다.게다가, 안토시아닌과의 시너지 효과로 사용될 때, 플라보노이드는 안토시아닌의 산화를 줄이고 특정 색을 강화하는 효과를 가질 수 있습니다.플라보노이드의 가장 흔한 종류는 커큐민 (curcumin)으로, 주로 강황과 사프란 덩이줄기에서 발견되는 노란색 색소입니다.그것은 강력한 항산화, 항 염증, 항암, 착색 및 독소 억제 특성으로 인해 식품 및 약품에 널리 사용됩니다.

2. 4 Pyrrole

피롤색소에는 주로 엽록소와 그 구리 및 나트륨염, 아연과 나트륨염 등이 있다.녹색식물의 엽록체에서 많이 발견되는데 특히 고등식물의 잎과 열매의 녹색부분에서 단백질과 결합하여 엽록체를 형성한다.이런 색소는 인체의학에서 항바이러스, 항궤양, 항균, 간보호와 해독 등 많은 약리작용을 한다.

2.5기타 안료

기타 색소로는 주로 탄저균색소와 적색효모벼색소가 있다.탄저퀴논색소에는 주로 카르민과 락염료가 있는데 카르민은 식물과 붉은무우의 지하줄기와 뿌리에서 발견된다.항균, 해독 [15] 등의 의학적 효과가 있다.

식물유래 천연색의 추출 및 정제방법 3

식물유래 천연색을 추출하고 정화하는 방법에는 여러 가지가 있다.일반적인 추출 방법에는 전통적인 용매 추출, 초임계 유체 추출, 마이크로파 보조 추출, 가압 용매 추출 등이 있다.일반적인 정제 방법으로는 컬럼 크로마토그래피, 막 분리, 액체 크로마토그래피 등이 있다.다음은 식물 유래 천연색을 추출하고 정화하는 몇 가지 방법을 간략히 설명한다.

3.1전통적인 용매 추출

전통적인 용매추출법은 주로 알콜용성안료와 수용성안료를 모두 추출하는데 사용된다.방법은 원료를 건조하고 분쇄한 다음, 안료의 용해도와 극성 및 공존하는 불순물을 기준으로 원료로부터 안료를 추출할 용매를 선정한다.이후, crude pigment 추출물을 여과하고, 감압하에서 농축하고, 진공에서 건조시키고, 정제하여 완제품을 수득한다.전통적인 용매추출법에는 주로 마적법, 탈지법, 역류추출법 등이 있다.전통적인 용매 추출 방법은 장비 및 공정 요구량이 비교적 간단하지만 추출 및 여과 과정에 걸리는 시간이 길고 용매 소비량이 많으며 제품의 수율과 순도가 낮고 악취나 용매 잔류물의 위험이 있어 제품의 품질에 영향을 미친다.따라서 기존의 용매 추출법을 이용하여 얻어진 추출물은 추가적인 정제가 필요하다.

초임계 유체 추출 3.2

초임계 상태는 기체-액체 인터페이스가 특정 온도나 압력 이상으로 사라졌을 때의 상태를 말한다.이 상태의 유체를 초임계유체라고 한다.초임계 유체 추출 (Supercritical fluid extract, SFE)은 최근 개발된 새로운 분리 및 추출 기술로, 초임계 유체를 추출제로 사용하여 목표 물질을 추출한다.초임계 유체 추출의 원리는 다음과 같다:먼저 고압으로 초임계 유체에 용질이 용해된 다음, 계의 압력이 낮아지거나 계의 온도가 높아지면 밀도 및 용해도의 감소로 유체 내의 용질이 침전된다.초임계 유체에는 주로 이산화탄소, 암모니아, 에탄올, 일산화질소, 톨루엔, 벤젠, 물 등이 있다.

이산화탄소의 초임계 온도 (31 °C)는 상온에 가깝고 무독성과 무오염이며 장비를 부식시키지 않습니다.따라서 이산화탄소는 가장 일반적인 초임계 유체 [16]이다.식물유래 천연색 초임계 유체의 종류에 따른 최적 추출 공정 조건은 다양하겠지만, 일반적으로 추출 공정은 10 내지 50 MPa, 31 내지 80 °C, 3 내지 20 h [17] 범위에서 이루어진다.초임계 유체 추출은 전통적인 용매 추출 방법과 비교하여 추출 온도가 낮고, 추출 속도가 빠르며, 추출 시약 잔류물이 없고, 오염이 없으며, 기타 여러 가지 장점이 있다.그러나 초임계 유체 추출 기술은 높은 설비 투자 및 운영 비용과 불완전한 기술로 인해 실제 홍보 및 적용에 한계가 있다.

마이크로파 보조 추출 3.3

마이크로파 보조 추출 (Microwave-assisted extract, 줄여서 MAE)은 선택적으로 가열할 수 있는 마이크로파 가열 (microwave heating)과 용매 추출 기술을 결합한 분리 및 추출 기술이다.마이크로파 보조 추출의 원리는 다음과 같다:표적성분을 마이크로파 영역에서 선택적으로 가열하여 짧은 시간 내에 많은 양의 열을 발생시키고, 이로 인해 세포막 내 분자간의 수소결합이 끊어져 세포막 구조가 파괴된다.이는 세포내의 자연색이 유전율이 낮고 상대적으로 약한 마이크로파 흡수능력을 가진 용매로의 확산을 가속화시켜 자연색의 빠른 추출이라는 목표를 달성한다.마이크로파 보조 추출 (MAE)은 식물 유래 천연색을 추출하는 데 많은 장점이 있습니다.첫째, 추출용매에서 식물유래 천연색의 용해를 가속화하고, 추출효율을 향상시키며, 추출시간을 줄일 수 있다.둘째, 시료의 여러 성분을 동시에 추출할 수 있으며, 용매의 양이 적고 결과의 반복성이 좋다.따라서 마이크로파 보조 추출은 식물유래 천연색의 개발 및 이용에 있어 양호한 개발 가능성과 큰 응용 가능성을 보여주고 있다.

컬럼 크로마토그래피 3.4

식물유래 천연색에 대한 가장 일반적인 정제방법은 컬럼 크로마토그래피이다.컬럼 크로마토그래피는 천연색을 함유한 혼합용액을 서로 다른 흡착제나 고정상들이 포함된 컬럼을 통해 여과하여 천연색을 분리 및 정화하는 방법을 말한다.컬럼 크로마토그래피의 주요 방법에는 대형수지 컬럼 크로마토그래피, 겔 크로마토그래피, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피, 이온교환수지법, 활성탄 컬럼 크로마토그래피, 폴리아마이드법 등이 있다.그 중에서 가장 일반적으로 사용되는 정제방법은 대성 수지 컬럼 크로마토그래피와 겔 크로마토그래피이다.

Macroporous resin 컬럼 크로마토그래피는 Macroporous resin이 자연색에 대한 흡착 및 스크리닝 효과가 우수하여 천연색소를 분리, 정제한다는 점에 착안한 것이다.이 방법은 천연색에서 무기염, 당, 점액 등의 불순물도 효과적으로 제거할 수 있다.대성 수지 컬럼 크로마토그래피의 작용은 비교적 간단하며 주로 로딩, 용출, 헹굼 등의 과정을 포함한다.macroporous resin column chromatography를 이용한 식물유래 천연색의 정제는 용매소모량이 적고 흡착력이 높으며 흡착속도가 빠르고 탈착이 용이하며 재사용성 등 많은 장점을 가지고 있다.

식물성 유래 천연색을 정제하는 또 다른 일반적인 방법은 겔 크로마토그래피이다.이 방법에 일반적으로 사용되는 젤로는 폴리아크릴아미드 겔, 아가로즈 겔, 덱스트란 겔이 있다.겔 크로마토그래피의 원리는 천연색소 추출물이 다공성, 교차성이 높은 구조를 갖는 겔 입자를 통과할 때 거대분자 물질들은 겔 입자 사이의 틈을 통해 용출물과 함께 쉽게 아래쪽으로 이동할 수 있는 반면, 작은 분자들은 세공 크기를 통해 겔 입자 내부로 들어간다.겔 입자의 내부로 들어가면 작은 분자들이 먼 길을 이동하며 느리게 움직이기 때문에 분자 크기를 이용해 자연색을 분리하는 목적이 달성된다.겔 크로마토그래피는 다른 정제 방법에 비해 조작이 쉽고, 간단한 장비가 필요하며, 각 크로마토그래피 후 재생이 필요 없고, 분리된 물질의 생물학적 활성을 충분히 보존한다.따라서 겔 크로마토그래피는 식물유래 천연색의 정제과정에 널리 이용되고 있다.

문제점 및 전망 4

대부분의 천연색소는 일반적으로 인체에 안전하고 독성이 없으며 장기간 섭취한 색소는 비교적 안전하다.그러나 일부 천연색은 여전히 독성이 있다 (례를 들면 독성이 강한 가르시니아).그러므로 천연색의 안전성을 무시해서는 안된다.따라서 천연색의 개발 및 이용에 있어 식품안전성이 주요 이슈로 대두되고 있다.특히, 기술이 더욱 발전하면서 기존에 안전하다고 평가되어 사용이 승인되었던 일부 식물유래 천연색들이 이후 진행된 독성실험에서 로즈벵갈과 같이 특정 돌연변이 유발 효과가 있는 것으로 밝혀졌다.식물유래 천연색 연구에 있어 독성학적 평가가 뒤처지는 문제가 있음을 알 수 있다.따라서 식물유래 천연색에 대한 독성학적 연구 개발에 집중하고 천연색에 대한 독성학적 평가를 더욱 강화해야 한다.

중국은 광활한 나라이며 천연색이 풍부한 많은 식물자원이 있다.이를 통해 식물유래 천연색 개발 및 활용에 필요한 풍부한 색소 소재 공급원이 된다.따라서 이러한 식물자원의 장점을 최대한 활용하여 천연색의 추출과 이용에 활용할 수 있는 특색 있는 식물자원을 더욱 발굴하고, 천연색의 수율을 높이고 생산비용을 절감하기 위한 설비 및 생산공정을 지속적으로 개선해야 한다.더욱이 일부 작물의 폐기물 및 부산물은 오렌지 껍질을 이용하여 헤스페리딘을 추출하고 수수 선체를 이용하여 수수 적색색소를 추출하는 등 천연색을 추출하는 원료로 충분히 활용될 수 있어 폐기물을 보물로 만들고 자원을 종합적으로 이용하는 친환경적이고 환경친화적인 길을 걷고 있다.

현재 합성 색소를 식물유래 천연색으로 완전히 대체하는 것은 비현실적이지만, people&의 지속적인 개선으로 천연색소를 완전히 대체할 수 있게 되었다#39;의 생활 수준과 건강에 대한 인식, 천연색에 대한 수요는 지속적으로 증가하고 있습니다.천연색 정제기술의 지속적인 성숙과 독성학적 연구의 지속적인 발전과 더불어 가까운 미래에는 식물유래 천연색이 합성안료의 많은 단점을 극복하고 색소 및 색소로 널리 사용될 수 있을 것으로 생각된다식품 속의 첨가물, 제약, 그리고화장품 산업.

참조

[1] Sava V M, Yang S A, Hong M Y 등.멜라닉 색소의 분리 및 특성 (Isolation and characterization of melanic pigments)식품과학, 1994(2):15.

[2] 저우홍샹, 트랜스.미생물로부터 천연색의 추출과 염색에의 응용 [J.사천비단, 1998(1):38-39.

[3] 후이큐샤.천연색 [J]에 대한 연구 개요.북부약국, 2011, 8(5):3.

[4] Caro Y, Anamale L, Fouillaud M 등이 있다.강력한 식품 등급 색소로 천연 히드록시 탄저퀴노이드 안료 개요 [J].Natural Products and Bioprospecting, 2012, 2 (5):174-193.

덩샹위안, 왕슈전, 리푸차오 등.천연색 (natural color)의 자원과 응용에 대한 자료입니다.China Condiments, 2006(10):51.

[6] 센칸큐, 장리롱, 유서마이 등.설탕 제품에서 착색물질 제거와 생산 과정 중의 변화.사탕수수 설탕 산업, 1981 (1):13-18.

[7] 양귀지, 손지난.미역으로부터 천연색 및 천연색소를 추출 [J. Sea Lake Salt and Chemical Industry, 2005, 34(3):30.

[8] 류신민.루비아 안료-화장품 산업에서 채굴되고 이용되기를 기다리는 고대의 안료.광시 경공업, 1995(3):789.

[9] 선 라이잉.체리적색소 [D]의 추출 및 특성.북경:중국농업대학, 2005.

[10] Zuo Y. Research and application of natural color [J.시리얼, 오일 및 식품, 2006(9):46-48.

[11] 안나마리주 D, 사르마.Phytochetnistry다 [J다]천연물, 1997, 45(4):671-674.

[12] Fang Zhongxiang, Ni Yuanying.안토시아닌의 생리적 기능에 대한 연구 진행.광저우 식품 산업 과학 기술, 2001, 17(3):60-62.

자오준쥔 (趙俊俊)의 자연색 (自然色) 연구 및 응용북방석탄의학회지, 2003, 5(3):306-307.

[14] 궁생자오.플라보노이드는 건강식품에서 큰 개발가치가 있다 [J.광저우 식품 산업 과학 기술, 2002, 18(1):63-64.

[15] 랑중민, 수오콴링, 우강경.anthraquinone food coloring의 연구 진행 (J.중국 식품 첨가물, 2006(6):76-78.

[16] 파프리카 적색의 초임계 추출과 유기용매 추출 비교.중국 조미료, 2013(4):101-103.

[17] 왕위궈, 장취안웨이, 자오영량 등이 있다.천연색의 물리화학적 성질 및 연구 진행 [J.Henan University of Technology (Natural Science Edition), 2015, 36(3):109-117.