천연색의 원천은 무엇인가?

Pigments are divided into two categories: natural colors and synthetic colors. Natural colors have a long history of use. In ancient China, there were already records of Natural Colors being used as dyes for textiles, rice, wine, cosmetics, etc. Since the British chemist Parkin synthesized the first artificial color, aniline violet, in 1856, synthetic colors have played a very important role in people'의 밝은 색상, 강한 착색력, 안정성 및 낮은 비용으로 인해 생명.독성학과 분석화학이 부단히 발전함에 따라 인류는 점차 대부분의 합성색소가 인체에 독성과 기형성, 발암성이 더 강하다는것을 인식하게 되였다.세계 각국은 안전성이 명확히 밝혀지지 않은 합성안료의 사용을 엄격히 제한하고 있으며, 여러 국가에서 승인된 사용 목록에서 많은 합성안료가 연속적으로 삭제되었다.때문에 무독성, 무해한 천연물질을 리용하여 식품, 미용, 의료용 색소를 추출해내는것은 새로운 발전추세로 되였다.천연색소는 천연물질에서 오며 지금은 주로 식물조직에서 추출하지만 동물과 미생물의 색소도 일부 포함한다.천연색은 안전하고 건강하며 많은 것들은 또한 일정한 영양가치와 약리학적 기능을 가지고 있다.

천연색 추출법 1

천연색은 직접 추출, 합성, 생명공학 [1]의 크게 세 가지 방법으로 생산되고 얻어진다.현재 대다수의 천연색들은 직접 추출을 이용하여 생성되고 있다.색소 추출방법에는 용매추출, 추출, 효소법, 압착, 분쇄, 조직배양, 미생물발효, 합성법 등이 있다.다음은 일반적으로 사용되고 유망한 몇 가지 천연색 추출 방법만을 설명한다.

1.1 용매 추출

Solvent extraction is currently a commonly used method for extracting pigments from plants and animals. Solvent extraction methods include maceration, percolation, decoction and reflux extraction. Natural pigments extracted with water as the solvent can be extracted by maceration or decoction. The former is suitable for raw materials whose active ingredients are soluble in water, stable to moisture and heat, and not easily volatile. Organic solvents can be used for extraction, and reflux extraction can be used. The red pigment of sorghum is extracted by soaking in a 0.1% aqueous solution of hydrochloric acid for 2 hours, removing impurities and discoloration, then extracting with a 7% aqueous solution of ethanol at 40°C, followed by filtration, concentration and drying [2]. The yellow pigment in turmeric is extracted using organic solvents such as methanol, ethanol, acetone, ethyl acetate, etc. [3]. The shrimp shells were soaked in hydrochloric acid for 24 hours and then filtered. The residue was soaked in 95% ethanol, and the extract was concentrated to obtain a crude astaxanthin extract by distillation [4]. In comparison, the organic solvent extraction method is relatively inexpensive, has simple equipment, is easy to operate, and has a high extraction rate. However, the quality of some products extracted using this method is poor, the purity is low, there is an odor or solvent residue, and this affects the scope of application of the product.

초임계 유체 추출법 1.2

현재 초임계 유체 추출 (SFE) 기술에서 가장 보편적으로 사용되는 용매는 CO2이다.초임계 이산화탄소액 추출은 지난 20년간 발전해온 새로운 형태의 물질 분리 · 정제 기술이다.저점도, 기체의 확산이 많고 유체의 밀도와 용해도가 높다는 특성을 겸비하고 있다 [5].초임계 CO2 추출 공정이 간단하고 에너지 소모가 적으며 추출제가 저렴하고 추출된 산물이 순도가 높고 용매 잔류가 적으며 독성 부작용이 없는 장점이 있기 때문에 점점 그 가치가 높아지고 있다.Rozzi다.NL은 32-86 °C의 온도와 13.7800-48.2686 kPa의 압력에서 토마토 부산물로부터 리코펜의 추출을 연구하였다.그 결과 86°C, 34.4786 kPa [6]에서 38.8%의 최대 추출율을 얻었다.

초임계 CO2 유체 추출 기술은 새로운 형태의 친환경 분리 기술이지만, 불완전한 기술, 복잡하고 비싼 장비, 높은 운영비용 등의 문제로 인해이 분야에서이 추출법의 개발 및 적용은 제한적이다.

1.3 마이크로파 추출법

Microwave extraction is a method in which the sample and organic solvent are heated with microwaves in a sealed container to extract the substance to be measured from the sample matrix. It can extract multiple sample components in a short time, with a small amount of solvent and good reproducibility of results [7]. At present, there are continuous reports of the use of microwave technology for the extraction of pigments, involving substances such as alkaloids, flavonoids, and tannins. Wang Weihua et al. have studied the optimal process conditions for the extraction of 리코 펜 using microwaves, which achieves an extraction rate of 95% and greatly reduces the extraction time. Compared with supercritical CO2 extraction, it is low in cost, requires less investment and has a high extraction rate [8]. Although the microwave extraction of natural colors technology has achieved some important results in experimental work, its application scope is limited due to its characteristics.

1.4 효소법

식물색소를 추출하는 과정에 색소는 흔히 세포벽에 에워싸여있는데 대부분 식물의 세포벽은 셀룰로오스로 구성되여있다.사용 cellulase을 깰 수 있 β-D-glucoside 본드, 식물 세포 벽을 허물을 유발하 는데,은 재료의 추출에 대한 이롭다.이 원리에 근거하여 식물성분을 추출하기전에 셀루라아제를 이용한 효소분해를 진행하면 추출하기전에 식물세포벽이 분해되여 활성성분의 추출률을 높일수 있다.효소를 사용하든 사용하지 않든 추출물의 조성은 동일한데 이는 효소를 분해해도 식물색소의 조성이 파괴되지 않는다는것을 보여준다.

요약하면, 분쇄, 압착, 유기용매 추출, 역류 등과 같은 전통적인 추출 방법은 추출 시간이 길고, 노동 강도가 높으며, 원료 전처리시 에너지 소비가 많고, 쉽게 손상되는 열에 민감한 성분, 생산된 색소 산물의 순도 저하, 향 외, 용매 잔류 등의 단점이 있어 천연색 개발 및 응용에 직접적인 영향을 미친다.

합성 방법의 경우, 생합성의 복잡성으로 인해, 많은 천연색 물질은 인위적인 통제로는 화학적으로 합성하기 어렵다.합성방법은 카로틴과 같은 천연안료의 화학조성과 분자구조를 가진 극소수의 물질밖에 만들어낼수 없다.

최근 생명공학의 발달과 함께 생명공학을 이용하여 천연색을 연출하는 것은 다양한 가능성을 열어주고 있다.미생물 발효 방법을 이용한 청색 색소, 적색 효모 색소 등의 다양한 천연 색소의 생산이 현실이 되었다 [10].

천연색의 분류 및 적용 2

Natural Colours can be divided into three main categories according to their source: plant pigments, animal pigments and microbial pigments; they can also be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments according to their solubility properties;   천연색은 기능성 성분에 따라 다음과 같은 범주로 나눌 수 있다:카로티노이드;플 라보 노이 드;안 토시아 닌;chlorophylls;그리고 강황, 적색효모벼, 비트적색, 알리자린적색, 락염료, 시아노박테리아 등 기타 색소들도 있다.여기서는 대표적인 몇 가지 천연색만 가지고 생리적인 기능과 쓰임새를 소개하겠다.

2. 1 카로 티 노이 드

카로티노이드는 식물과 미생물이 합성한 천연 색소다.그들은 폴리엔 색소류의 대표자이며 카로틴과 크산토필의 집합적 명칭이다.그들은 생활계에 널리 분포되여있고 지금까지 600여종이 발견되였다.카로티노이드는 그 조성과 용해도에 따라 두 가지로 나눌 수 있는데, 카로티노이드와 크산토필이다.카로티노이드는 생리적으로 활성 기능성 항산화제로 국제적으로 인정받고 있다.그들은 효과적인 singlet 산소 quenchers 이며, hydroxyl 라디칼을 제거하고, 세포 및 세포막의 지질과 결합하며, 지질 산화를 효과적으로 억제합니다.카로티노이드를 많이 섭취하면 노화와 관련된 전립선증과 망막의 노화관련 황반변성을 줄일 수 있다 [11].최근에는 카로티노이드도 항암 및 항노화 효과 측면에서 많은 새로운 기능적 가치를 가지고 있음이 보고되고 있다.그러므로 카로티노이드색소는 매우 넓은 발전전망을 가진 기능성식품첨가물의 일종이다.

2.2 플라보노이드 색소

플라보노이드 색소는 식물 조직에 널리 분포하는 천연 색소의 일종이다.대부분은 연한 노란색이거나 심지어 무색이고, 몇몇은 밝은 주황색입니다.플라보노이드는 항산화제와 활성산소 제거제로 오랫동안 관심의 대상이었다.수많은 연구에 따르면 플라보노이드는 항산화, 항돌연변이, 항노화, 항종양, 항균 등과 같은 다양한 생물학적 활성을 가지고 있다 [12].이 중 가장 중요한 것은 플라보노이드의 항산화 활성이며, 플라보노이드는 주로 활성 라디칼 생성 감소 및 활성 산소 제거에서 나타납니다.플라보노이드 색소 중 수수 붉은 색소, 코코아 색소, 양파 색소는 항산화 작용이 강하다.Wang Li 등은 우판나무의 잎에서 추출한 색소로부터 4가지 플라보노이드 물질을 분리, 정제하였다.이들 4가지 물질의 활성산소 제거능력에 대해서도 연구하였는데, 흑미나무 추출물 모두 활성산소 제거능력이 강하였으며, quercetin과 6가지 물질 중 IC50의 제거능력이 가장 강한 것으로 나타났다#추출에 대해 도달 519 μ g/mL [13].

안토시아닌 색소 2.3

안토시아닌이라고도 하는 안토시아닌은 식물의 열매, 꽃, 줄기, 잎에 있는 세포의 액포 속에서 발견된다.그것들은 식물에 있는 수용성 색소의 한 종류입니다.다양한 안토시아닌의 분자구조나 pH의 차이 때문에 빨강, 보라, 파랑 같은 다른 색으로 나타난다.안토시아닌은 자원이 풍부하고 화려한 색상을 갖고있을뿐만아니라 색소왕국의 대부분을 이루고있다.그들은 또한 높은 생리활성을 가지고 있다.이들은 하이드록시기 공여자이자 활성산소 제거제 [14] 이며 안과 및 각종 혈액 순환 장애 치료에 효과적이다.

엽록소 안료 2.4

This type of pigment mainly includes chlorophyll and its copper and sodium salts and zinc and sodium salts. Chlorophyll is widely found in the leaves, fruits and algae of higher plants. Chlorophyll has the effects of nourishing the blood, promoting blood production, activating cells, and fighting infection and inflammation. In recent years, it has also been found to inhibit the growth of cancer cells, making it a health-promoting food colouring agent. Sodium 아연 chlorophyllin is used in medicine to treat chronic osteomyelitis, chronic ulcers, skin wounds, leukopenia and other conditions. It is also a good colouring agent and nutritional enhancer in the food industry. In addition to being used as a green pigment and deodorant, sodium copper chlorophyllin also has many physiological functions in medicine. For example, sodium copper chlorophyllin or its derivatives can promote cell metabolism in the body, heal gastrointestinal ulcers and restore liver function. It can be used to treat infectious hepatitis, hemorrhoids, leukemia, uterine disorders, and gastric and duodenal ulcers. It can also enhance hematopoietic function and promote recovery from radiation damage to the body.

2.5기타 안료

주로 붉은 효모쌀색소, 강황색소, 자색풀색소를 가리킨다.

붉은효모벼색소는 맛을 돋구고 항균, 세균성, 유통기한 연장효과가 있는 식품에 사용될뿐만아니라 항균효과도 있다.이밖에 적색효모벼색소는 중국의 전통의학으로서 또 혈중지질, 혈압, 혈당을 낮추고 종양세포를 억제하며 이질과 위병을 치료하는 기능도 있다.

강황 색소 is widely used in food and medicine because of its strong coloring power and its anti-inflammatory, free radical scavenging, toxin-inhibiting and anticancer properties. It is a rare medicinal herb that can be used for both food and medicine, and is also a spice. Its most important physiological function is antioxidant and related physiological functions.

컴프리는 전통적인 한약으로서 오랫동안 임상에서 사용되어 왔습니다.혈액을 냉각시키는 효과, 혈액순환 촉진, 해독, 분출 촉진, 항염증, 항균, 항바이러스 효과가 있다.그로부터 추출한 천연 색소인 컴프리 색소는 유망한 생물학적 색소다.그 선홍색은 화장품 첨가제로 사용되어 화장품의 항균, 항염증, 유백, 주근깨 제거 효과를 대폭 향상시킬 수 있다.또 과일주, 음료, 과자 등에 식품첨가물로 사용되여 열을 없애고 살균, 항염과 항균, 질병예방과 항암 등 기능을 높일수 있다.

천연색 개발의 문제점 및 연구방향 3

Compared with synthetic pigments, natural colors also have some shortcomings that need to be improved: (1) most natural colors are sensitive to light, heat, oxygen, metals, etc., and have poor stability; (2) most natural colors have poor dyeing power and are not easily dyed evenly; (3) natural colors are very sensitive to changes in pH, the hue will change greatly accordingly; (4) there are many types of natural pigments with complex properties. For a single type of natural color, it is relatively specific in application and has a narrow scope of application. Another problem is that many undiscovered pigments may be located in undeveloped land and oceans, and it is difficult to commercially develop them. In view of these difficulties, current research on natural colors is mainly focused on the following three areas: synthesis processes, production techniques and alternative pigment sources. In addition to researching and developing new edible natural colors, it is also necessary to strengthen research on the stability of natural colors and the stabilization techniques for pigments during use.

자연에서 미생물이 만들어내는 색소는 매우 다양하며, 자원, 환경, 공간의 제한을 받지 않는 장점이 있다.따라서 이들은 발전 및 활용 가능성이 매우 크다고 할 수 있다.특히 대량의 미생물을 배양하여 천연색제품을 얻을수 있어 생산원가를 크게 절감함과 동시에 환경과 생태균형을 보호하고 자원부족의 모순을 해결하며 지속가능한 개발과 이용의 장점을 갖고있다.이렇게 생산된 안료는 천연색의 특징을 갖고있어 식품, 제약, 화장품 등 공업에 리용될수 있다.미생물 색소 역시 천연색 개발의 주요한 방향이 될 것이다.

참조

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