천연색의 건조기술에 관한 연구

Pigment is a general term for dyes, pigments and all substances that can absorb light waves in the range of 400–700 nm [1]. Pigments can be divided into synthetic pigments and 자연 색. Since W illian invented the first synthetic pigment, aniline violet, in 1856 [2], synthetic pigments have been used in large quantities. They have the advantages of being bright in color, strong in coloring power, highly stable, odorless and tasteless, easily soluble, easy to mix, and low in cost, and are therefore also used as food coloring. Food coloring is an edible substance that colors food to improve its hue and color, and it is a major category of food additives [3].

그러나 합성색소는 대부분 영양가치가 없고 인체에 해로운 타르성물질이다.일부 합성안료는 과다 섭취할 경우 암에 걸릴 위험이 있으므로 합성안료의 안전성은 심각하게 의심된다.반면 천연색은 주로 식물, 동물, 미생물에서 추출된다.천연색소는 합성색소에 비해 더 안전하고 생리활성을 갖고있다.또 일정한 영양효과와 약리기능도 가지고있으므로 천연색의 발육이 특히 중요하다 [4].

그러나 천연색은 빛, 열 및 pH에 대한 민감도가 높을 뿐만 아니라 산화, 환원 및 미생물의 작용에 민감하기 때문에 가공 및 유통 중 외부 조건의 영향을 쉽게 받아 산화 및 분해를 유발한다.또한, 공존하는 성분이 있으면 일부 천연색에서 특유의 냄새와 냄새가 나는데 [5], 이는 단위제품당 색값과 천연색의 유통기한에 심각한 영향을 미친다.

As an important part of the processing of natural colors, the development and application of drying technology is an important way to solve these problems. For example, Du Minhua et al. [6] used vacuum freezing technology to process strawberry puree, which greatly reduced the loss rate of strawberry pigments and VC and better preserving the nutrients and color of the food. Jin Feng et al. [7] used spray drying technology to microencapsulate corn pigments, and Valduga et al. [8] extracted anthocyanins from grape pomace and microencapsulated the extract to obtain a powdered Natural Color, effectively solving problems with the processing, preservation and reproduction of its nutrients and natural flavor. Although a variety of drying techniques have been used in the processing of Natural Color, there has been relatively little research on the application of low-temperature vacuum drying in this area. However, the drying characteristics of low temperature and vacuum are very conducive to ensuring the quality and yield of pigment processing, which makes the research on low-temperature vacuum drying of Natural Color of great practical significance.

천연 색상 추출 및 가공 1

천연색은 주로 색을 내거나 음식의 색을 바꾸어 사람을 자극하고 증가시키는데 사용된다#식욕 39; s다.또한, 천연색은 turmeric&와 같은 특정 약리학 및 영양 기능을 가지고 있습니다#39;의 항암 효과, 홍화 황색 '의 항 고혈압 효과, 파프리카 레드 's 항산화 효과, 적색 효모 라이스'의 hypolipidemic 효과, 및 차 엽록소 '의 혈중지질 조절 효과 [9] 때문에 식품, 제약, 화장품 산업에서 널리 사용된다.게다가 엽록소는 지방, 비누와 오일, 왁스 등에도 사용될 수 있다 [10].

자연색의 품질은 주로 단위 제품당 색값, 제품 유통기한, 유효성분 등이 반영된다.가공공정에는 주로 분쇄, 추출, 분리와 정제, 농도와 건조가 포함된다.자연 색상의 불안정성으로 인해 가공시 각 공정은 제품 품질에 영향을 미치게 됩니다.첨단기술을 활용하여 종래 기술을 개량하거나 새로운 기술을 개발하는 방법이 연구의 중요한 방향이 되었다.조양평 [11]은 천연색은 현재 추출기술, 분리 및 정제기술, 색소 구조 규명 및 성능 연구 등의 관점에서 연구될 수 있다고 보고 있다.

추출기술연구에서 연구자들은 전통적인 용매법외에도 초음파추출, 마이크로파추출, 초임계추출, 다단계 또는 연속추출, 고압추출, 효소보조추출 등 일련의 첨단기술을 연구, 발전시켰다.예를 들어, 베아트리스 (Beatriz) 등 [12]은 초임계 CO2를 사용하여 토마토의 껍질과 씨앗에서 리코펜을 추출하였다;Katherin et al. [13]은 추출 조건이 초임계 유체를 이용한 수박에서 리코펜 추출에 미치는 영향;전병헌 외 14인 또한 초임계 유체 추출 변수가 리코펜의 수율 및 항산화 특성에 미치는 영향;마이어 등 [15]은 포도포마스 등에서 폴리페놀을 추출하는 효소법을 연구하였다.

분리와 정제의 연구에서:초기에 사용되던 실리카겔과 알루미나외에 활성탄이 가장 보편적으로 사용되고 가격이 저렴한 흡착제이며 분리효과도 비교적 좋다.또한, 최근 크로마토그래피 수지 및 젤과 고속대향류 크로마토그래피, 초미세여과, 나노여과막 기술 등의 신생기술에 대한 연구도 안료의 분리, 정제, 농도에 성공적으로 적용되고 있다.

천연색 제품은 주로 분말 및 액체 형태로 제공됩니다.분리 후 품질이 높아도 유통 중 산화, 분해 등의 문제가 여전히 존재하는데 특히 중요한 경우천연색 성분, 오랫동안 안정적으로 존재하고 저장하기가 더 어려운 것.또한 대부분의 색소 제품은 액체나 페이스트 형태로 되어 있어 보관 및 운송에 도움이 되지 않습니다.실제 생산에서는 제품을 사용할 때 용액 상태의 정량화가 어렵고, 단위 색상값이 낮고, 유통기한도 일반적으로 12 ∼ 18개월로 짧다.보통 분말의 단위 제품 색상값이 높고 유통기한이 길기 때문에 건조가이 문제를 해결하는 중요한 방법입니다.그러나 건조 방법이 다르면 제품의 품질에도 직접적인 영향을 미치게 됩니다.국내외의 많은 연구자들도 다양한 건조기술을 이용하여 안료의 후처리에 관한 많은 실험을 수행해 왔다.건조 방법에는 분무 건조, 진공 건조, 전자 레인지 건조 등이 포함됩니다.

자연 색상의 추가 처리시 건조 방법의 2 응용 및 비교

2.1 안료의 추가 가공에 건조 방법을 적용한다

다양한 건조 방법은 자연 색상의 생산 중 성능, 형태, 품질 및 에너지 소비에 직접 영향을 미칩니다.안료의 추가 가공시 다양한 건조 방법이 적용되었지만 제품 품질에 미치는 영향 정도는 다양합니다.

2.1.1분무 건조 및 마이크로 캡슐화

분무 건조는 단일 공정으로 용액, 유제, 유지 및 슬러리를 분무하고 뜨거운 공기와 접촉하여 용매를 증발시켜 분말, 미립, 중공 또는 응집된 건조 제품 [16]을 얻는 건조 방법이다.그러나 분무 건조에 높은 온도와 공기를 사용하면 가공 중 천연색과 같은 열에 민감한 재료의 품질에 큰 영향을 미칩니다.분무 건조 기술을 이용해 고체 및 액체 물질을 작은 반투과성 또는 폐쇄 캡슐에 감싸는 과정을 마이크로 캡슐화라고 합니다.이 기술은 조제에 포함된 활성 성분이 산화, 가수 분해 및 휘발되는 것을 방지할 수 있습니다.

진풍 등 7명이 옥수수 색소 미세캡슐의 제조과정을 연구하여 색소 미세캡슐의 벽체 재료인 maltodextrin-microporous starch의 질량비가 1:1, 색소가 10%, 총고형분이 40%인 최적 조성을 얻었다.분무 건조를 위한 최적의 공정은 입구 공기 온도 140°C, 출구 공기 온도 80°C입니다.종요광 등 17명은 분무건조를 이용하여 NFH 안료의 미세캡슐화를 연구하였다.결과는 그 벽 물질은 maltose (55%), h β-CD (25% w/w) C와 아라비아 고무 (20%);분무 건조용 공급 유량은 50 mL/min;입구공기 온도는 200°C, 출구공기 온도는 80°C로 하였다.Seda 등 [18]은 흑무에서 추출한 안토시아닌을 미세캡슐화하였고, 최적 유입공기 온도는 160°C 임을 확인하였다.제품 품질은 색소 함량 및 항산화 특성 측면에서 평가하였다.

분무건조를 이용한 미세봉지는 영양소 및 천연향미 성분의 가공, 보존 및 재현 등의 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며 향신료, 천연색, 양념 등을 포함한 식품첨가물 산업에서 사용되고 있지만, 색을 혼합할 때 코팅재가 색상에 미치는 영향으로 인해 미세봉지 색소 제품의 적용이 제한되고 있다.

2.1.2 마이크로파 건조

마이크로파는 전자기파로서 주파수 0.3-300 GHz, 또는 파장 1-1000 mm [19]의 초고주파 전자기파를 말한다.그것은 고주파 전자기장을 발생시킬 수 있다.도전성 물질의 극성 분자는 전자기장에서 전자기장의 주파수에 따라 극성 방향을 지속적으로 변화시켜 분자를 앞뒤로 진동시키고 마찰열을 발생시켜 건조의 목적을 달성한다.그것은 주로 물질 추출 및 농도 후 추출물을 건조하는 데 사용됩니다.빠른 건조속도, 고효율, 저비용을 특징으로 하는 에너지 절약 및 소비 절감 기술이다.이 기술은 건조 및 멸균, 추출 및 농도, 퍼핑 및 저온 탈수에 사용할 수 있습니다.

Liu Chunquan et al. [20] studied the dehydration test of microwave drying purple sweet potato chips, obtained the dehydration law of microwave drying purple sweet potato chips, established a microwave drying model for purple sweet potato chips, and also investigated the effect of microwave drying on purple sweet potato pigment. The results showed that the product pigment content was higher when the microwave power was 700W, the slice thickness was 6mm, and the pre-drying time was 20-50s. The three factors that affect the pigment content of the product: radiation power, slice thickness and pre-drying time were studied. Meng Xianghe et al. [21] studied the effect of microwave on the color of processed fruit products, discussed the changes in color and pigment composition after processing, and showed through liquid chromatography that microwave treatment does not change the structure or quality of carotene, but causes a loss of total carotene degradation. It was also found that microwave heating of kiwifruit causes a significant decrease in chlorophyll a and b.

이는 마이크로파 건조가 보통 80~100°C의 건조 온도를 사용하기 때문에 건조된 제품의 색이 원료에 비해 현저히 떨어지는 현상도 있음을 보여준다.

2.1.3 진공 건조 

진공건조는 수분함량이 높은 재료를 저온 및 진공상태에서 탈수 및 건조하는 것으로 진공동결건조, 저온진공건조 등이 있다.그것은 다음과 같은 특성을 갖는다:(1) 낮은 온도에서 수행되며 열에 민감한 물질에 적합합니다.례를 들면 단백질, 미생물 등은 변성되거나 생물활성을 상실하지 않으며;동시에 온도가 낮으면 재료중의 일부 휘발성성분의 손실을 줄일수 있어 일부 화학제품, 의약품, 식품 등을 건조하는데 적합하다.2) 건조는 진공하에서 진행되며 산소가 매우 적으므로 쉽게 산화되고 고온을 두려워하는 일부 열민감물질이 보호된다.

Du Minhua et al. [6] used a linear weighted combination method to optimize the vacuum freeze-drying process of kudzu fruit pulp, and obtained the optimal process parameters: Material: The maximum surface temperature during analysis is 48℃, the initial drying chamber pressure during sublimation is 26Pa, the thickness of the charge is 7mm, the loss rate of VC and strawberry pigment is 6% and 38%, and the freeze-drying time is 18h. Ma Wenping et al. [22] initially studied the vacuum freeze-drying technology of wolfberry pigment. Because wolfberry pigment is a heat-sensitive material, it was found in the drying test of fresh wolfberry that the quality of the product will be affected when the temperature exceeds 50℃. Therefore, the separated fresh fruit pigment of medlar was used to make crude powder of medlar pigment by freeze drying. The sensory indicators such as product color, tissue morphology, odor and impurities, as well as the physical and chemical indicators such as β-carotene content, were all very satisfactory.

저온진공건조는 동결건조와 건조조건이 비슷하여 여러 분야에서도 널리 사용된다.예를 들어, 식품 산업에서 말린 리치, 말린 장안 [23], 인삼 [24],고 vc 적대일 [25] 등의 생산에 사용됩니다;농업 생산에서는 쌀 [26], 옥수수 [27] 및 기타 곡물의 생산에 사용되며, 색소 건조에 직접 사용되는 연구 결과는 거의 없다.

2.2 천연색 가공시 여러 가지 건조 방법 비교

천연색을 가공하기 위해 건조 기술을 이용한 연구가 많이 이루어지고 있지만, 안료의 추가 가공에 어떤 건조 방법이 더 적합한지는 아직 연구할 가치가 있다.루잉화 등 28명은 뽕나무 색소를 추가 가공하기 위해 동결건조, 분무건조, 열풍건조 3가지 방법을 사용하였고, 건조된 분말의 품질을 비교하였다.감각적, 물리적, 화학적, 위생지표의 비교로부터 진공동결건조가 뽕나무색소의 색상과 생리활성성분을 더 잘 유지할 수 있음을 알 수 있었다.

Table 1 compares the different drying methods for Natural Color. It can be seen that: (1) the inlet air temperature for spray drying is between 120 and 200°C, and the processing is exposed to air, so it is easily oxidized. Although the drying time is very short, it will still affect the yield and quality of the pigment. Seda et al. [19] believe that high inlet and outlet air temperatures will affect the yield of anthocyanins. In addition, after the pigment product is spray-dried and microencapsulated, when it is mixed with other food additives at a later stage, it will affect the color value to a certain extent. (2) The temperature of microwave drying is not as high as that of spray drying (generally 60-100°C), but there are still problems with the thermal stability and oxidation of pigments [21]. This method is suitable for some pigments that are resistant to heat and oxidation, but it is not universal. (3) Vacuum freeze drying has a very low temperature and is carried out under a vacuum, so it is suitable for further processing of the pigment. However, its biggest problem is that it consumes a lot of energy and takes a long time to work. 4) The conditions for low-temperature vacuum drying are low temperature (20-60°C), vacuum, and less freezing than freeze-drying, so the energy consumption is lower and the drying time is shorter.

이상의 비교, 분석 결과를 통해 저온진공건조가 자연색 건조에보다 적합하고 효과적인 방법임을 알 수 있으며 추후 연구할 가치가 있다.

안료의 저온 진공 건조 3

안료의 저온 진공 건조의 메커니즘 3.1

저온 진공 건조시에는 저압 상태에서 물의 상변화 온도가 정상 압력보다 낮기 때문에 [29] 수분 비율이 정상 압력보다 기화할 가능성이 높다.그림 1에서 보듯이 재료를 가열한 후에는 내부 수분이 빠르게 기화하며, 재료 내부와 표면 사이에는 큰 압력 차이가 생긴다.압력 구배는 수분 이동과 같은 방향이며 압력 구배의 작용으로 수분은 빠르게 표면으로 이동하면서 수증기가 주변 환경의 기체 상태로 유입되어 진공 펌프에 의해 뿜어져 나가게 된다.저온 진공 건조의 메커니즘으로부터 진공 건조의 경우 압력 구배가 수분 이동과 같은 방향임을 알 수 있다.재료의 표면이 딱딱해지고 균열이 일어나기가 쉽지 않으며, 진공동결건조에 비해 빠른 건조속도, 짧은 건조시간, [30] 낮은 장비운영비 등의 특징을 가지고 있다.

안료 저온 진공 건조에 대한 모델 연구 3.2

건조기술에서의 수학적 모델 시뮬레이션 3.2.1

건조 기술 연구의 초점 중 하나로서 수학적 모델 시뮬레이션 및 분석은 실험 연구에 비해 다음과 같은 이점이 있습니다:

1) 저가;2) 빨리;3) 상세하고 종합적인 결과 및 정보;4) 이상적인 조건을 모의 할 수 있다;5) 실제 조건을 시뮬레이션할 수도 있다.때문에 건조에 수학적 방법을 응용하는 것은 많은 학자들의 관심을 끌었다.쑤잉 등 (31)은 황조개의 동결건조를 연구하여 황조개에 대한 열 및 물질전달 모델을 확립하였다;존 등 [32]은 포도 씨앗 건조 모델 등을 연구했다.그러나 실험 데이터가 부족하거나 건조 공정 변수를 측정하기 어려운 점은 수학적 모델의 정확도에 직접적인 영향을 줍니다.황리신 등 33명은 건조 분야에서 사용되는 주요 수학적 모델과 분석 방법을 요약하고, 컴퓨터 기술의 발전과 대규모 상용 소프트웨어의 개발 및 적용으로 건조 공정 시뮬레이션 결과의 정확도가 대폭 향상되었다고 지적했다.따라서 건조 기술에서 수학적 모델 시뮬레이션에 대한 연구 작업은 원래의 기초 위에서 더욱 잘 발전할 것입니다.

박층 건조 모델 시뮬레이션 3.2.2

저온 진공 건조는 일반적으로 건조할 안료 용액을 가열된 판 위에 얇은 층으로 올린 후, 판 전체를 고진공 하에 놓아 전체 용액의 건조를 완료한다.따라서 저온 진공 디스크 건조도 박층 건조의 일종이다 [34].현재, 박층 건조의 수학적 시뮬레이션 프로세스는 일반적으로 다음 단계를 포함합니다:1) 일반적으로 사용되는 몇 가지 수학적 모델을 선택;2) 실험을 통한 자료 확보;3) 실험에서 얻은 데이터를 공학수학적 방법을 통하여 실험 결과에 가장 잘 맞는 모델을 결정;4) 모형식을 검증한다.

박층 건조 모델에 관하여 Sharma 등 [35]은보다 포괄적인 반 이론적인 경험적 모델을 제시하였으며 표 2에 기재되어 있다.N ew ton 모델은 L ewis 모델로도 알려져 있으며, N ew ton&를 기반으로 하는 수분 이동 모델입니다#39;s 냉각법;P age 모형은 순수하게 경험적인 모형인 N ew ton 모형을 바탕으로 시간에 지수를 더한다.예를 들면 이동언 외 [36]의 저온 쌀 모델, 오춘옌 외 [37]의 적외선 건조 키틴 모델;헨더슨과 파비스 (Henderson and Pabis)는 단일 확산 모형 (single-diffusion model) 이라고도 하며, Fick&에 기반을 두고 있다#39;의 제2 법칙.

국내외의 많은 연구자들도 이러한 박층 건조 모델을 이용하여 장리빈 외 [38]&와 같은 많은 연구를 해왔다#39;의 뜨거운 공기 건조은 잉어 모델, 고열 외 [39]'s는 자두의 박층건조를 위한 수학적 모델이며, Debabandya 등 [40]'s 밀 모델.그러나 이러한 모형들은 일반적으로 현실과 크게 다른 가정을 바탕으로하고 있어 모형의 결함이 발생한다.또한 일부 모델은 초기 수분함량이 건조속도에 미치는 영향을 무시하며, [41] 긴 예열 시간이 필요한 수분함량이 높은 재료의 건조 특성에는 적합하지 않다.

왕지원 등 42)은 진공건조에 대한 1차원 이론모델을 연구하였고, 쉬트유사형 및 구대칭형 재료에 대한 진공건조이론을 도입하였으며, 열 및 물질전달 문제의 미분방정식을 도출하였고, 이론적 해석을 통하여 재료의 시간에 따른 수분함량특성을 구하고 건조말기를 추정하였다.그러나 열 확산도를 상수로 설정하는 등 이론 모델의 가정으로 인해 일부 오차가 발생됩니다.

이들 모델의 대부분은 재료의 내부 수분 이동 과정을 정확하게 반영할 수 없는 반 이론적인 경험적 모델이며, 건조 시간에 따른 재료의 내부 수분 확산계수의 변화를 구체적으로 설명하지도 않는다.따라서 박층이론 모형은 더 많은 연구가 필요하다.

4 전망

Today, with the rapid development of the food industry, the prospects for the development of natural colors are very broad. However, how to overcome problems such as the oxidation and decomposition of pigments is still an important research and application topic in the processing and refining of natural colors. The role of drying technology in the deep processing of natural colors is beyond doubt, but how to further change its limitations is also the direction of future research.

분석 결과는 분무 건조, 마이크로 웨이브 건조, 진공 동결 건조 등 안료 가공에 사용되어 온 일부 방법들이 여전히 단점을 가지고 있음을 보여준다.동시에 저온진공건조는 자연색을 건조하기에 매우 적합한 것으로 나타났다.국내외에서이 분야에 대한 연구가 거의 이루어지지 않았기 때문에, 더 깊이 있는 연구와 탐구의 가치가 있다.

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