トウガラシ赤色色素の抽出と応用に関する研究の進展

 Capsanthin is a tetraterpenoid orange-red pigment present in mature red pepper fruits. It is mainly composed of capsanthin (C40H56O3), capsorubin (C40H56O4) and yellow pigment. It has bright color and high color value. It has strong coloring power and good color retention. Studies have proven that capsicum red pigment also has the effect of regulating body fat metabolism, immunity, anti-radiation and reducing the incidence of certain types of cardiovascular diseases.

 Capsicum red pigment is widely used as a coloring agent and is listed as a Class A pigment by the Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO) and the World Health Organization (WHO). According to my country’s GB 2760-2014 “Standards for the Use of Food Additives”, capsicum red pigment can be used in food, sauces, ice cream, ice cream, biscuits, cooked meat and other products.

Capsicum red pigment extraction

 Appropriate extraction methods can reduce the content of orange and yellow substances and non-pigment components in capsicum pigments, thereby increasing the proportion of capsanthin and capsorubin and increasing the color value. Judging from the current extraction methods of capsicum red pigment, the common ones include solvent extraction, ultrasonic extraction, microwave-assisted extraction and supercritical fluid extraction.

Solvent extraction method

 溶媒抽出は、カプサンチンが有機溶媒に溶けることを利用した、一般的なカプサンチンの抽出方法である。具体的な抽出方法は、成熟した乾燥唐辛子を叩いて粉末にした後、エタノール、アセトンなどの有機溶媒と混合して唐辛子オレオレジンを調製し、蒸留、分離などの一連の手順を経て、最終的にカプサンチン赤色色素を得る。

 溶媒抽出法の大きな利点は、低コストで、実施に高価で高度な設備を必要としないことである。欠点は、抽出されたカプサンチンの純度が十分でなく、有機試薬の残留物が多いことである。現在、トウガラシ赤色素を生産している国内外のメーカーのほとんどがこの方法で抽出しているが、徐々に淘汰される傾向も見られる。

 Ultrasonic extraction method

 The principle of the ultrasonic extraction method is to use ultrasonic waves to crush the peppers more finely, so that the components in the peppers can be better integrated in the extraction solvent, and finally obtain capsicum red pigment with higher purity. Ultrasonic extraction method has similarities with solvent extraction method, but it is faster, more efficient and lower cost than solvent extraction method. The most important thing is that it is natural and environmentally friendly, so it is more popular.

Microwave-assisted extraction

 マイクロ波アシスト抽出は、マイクロ波抽出としても知られ、マイクロ波と伝統的な溶媒抽出法を組み合わせて形成された新技術である。トウガラシ赤色色素のマイクロ波支援抽出は、低炭素、環境に優しく、高い抽出効率を持っています。

supercritical fluid extraction method

 超臨界流体抽出法は、圧力制御と温度制御により、CO2のトウガラシへの溶解効果を高め、最終的にトウガラシの赤色色素を選択的に抽出する。この方法は室温で実施でき、溶媒の残留がなく、抽出されたカプサンチンの純度が高い。現在、トウガラシ赤色色素の理想的な抽出方法である。

Factors affecting the stability of capsicum red pigment

 Capsicum red pigment is protected by cells in the pepper fruit. At this time, it is highly resistant to light and heat. However, after extraction, light, heat, oxygen, pH and metal ions will degrade it. After degradation, the olefin bond will be converted into a single unit. The bond may be broken, causing the conjugated structure to be destroyed, and the reason for fading is that photocatalytic oxidation and hydrolysis rearrangement reactions occur internally.

Effect of light and heat on the stability of capsicum red pigment

 天然カロテノイドは自然界では主にオールトランス型で存在する。80℃以下の温度は、トウガラシ赤色素の安定性にほとんど影響を与えない。高温と加熱時間が色素の損失率に影響する主な要因である。光と熱の条件下で、色素分子はエネルギー準位転移を起こし、シス構造に変化する。電磁スペクトルは2～10nmブルーシフトし、色素分子鎖の酸化と切断を加速させ、スペクトルが紫外線領域に移動し、トウガラシ赤色素の分解と脱色を引き起こす。青色光と紫外線の光照射は一連の酸化、転位、異性化などの分解反応を引き起こし、特に7から8、9から10、8から9の位置でトウガラシ赤色顔料の失色率を高める。炭素-炭素結合が切断され、最終的に色素の退色を引き起こす。

Effect of oxygen on the stability of capsicum red pigment

 酸化物質はトウガラシの赤色を損なう原因となる。ペルオキシダーゼ(POD)とカタラーゼ(CAT)を加えることで、活性酸素によるトウガラシの赤色の損傷を抑えることができる。VE、茶ポリフェノール、パルミチン酸アスコルビルなどの抗酸化物質を添加すると、トウガラシの赤色を保護することができる。同じ酸素含有量の下では、1%カルノシン酸を添加したトウガラシ赤色色素の色保持率が最も高い。

Effect of irradiation on the stability of capsicum red pigment

 研究の結果、照射量が増えると顔料の変色損失が激しくなることがわかった。エステル化構造はモノマーよりも耐放射線性が強く、赤色顔料の安定性は黄色顔料よりも高い。照射後の色を良好に保つためには、照射線量を4kGy以下にコントロールする必要があります。ピーマンの顔料の70%から80%は主にエステルの形で存在する。黄色系は主に不飽和脂肪酸と結合し、赤色系は飽和脂肪酸と結合する。赤と黄色のトウガラシ色素の安定性の違いは、その特殊な分子構造と脂肪酸に関係していると考えられる。組成、異なるカロテノイドの組み合わせの割合、非カロテノイド物質の含有量は関連している。

Effect of ultrasound on the stability of capsicum red pigment

 Ultrasound, as an auxiliary method for extracting capsanthin from peppers, allows the peppers to fully contact and fuse with the extraction liquid, thereby improving the solvent extraction efficiency. However, ultrasound itself has a degradation effect on the carotenoids in capsicum. The hydroxyl radicals generated by ultrasound can cause the degradation and structural changes of zeaxanthin, resulting in the degradation of zeaxanthin and the blue shift of its spectrum. The impact of the ultrasonic process on β-carotene has two aspects: ① The thermal effect of rising temperature, ② The ultrasonic cavitation effect leads to pigment degradation.

Effects of pH and metal ions on the stability of capsicum red pigment

 研究の結果、カプサンチンは幅広い酸とアルカリに耐性があり、pH4から10の範囲内で安定した化学構造を維持できることがわかった。ソース系の一般的な金属イオンがカプサンチンの色と値に与える影響は6%より小さい。.トウガラシ赤色顔料は、酸性条件下で良好な安定性を有するマイクロエマルジョンに調製される。Cu2+、Fe3+およびFe2+イオンの作用下で、トウガラシ赤色顔料の色調は大きく損なわれる。異なる種類と濃度の金属イオンを単一顔料のアセトン溶液に添加した。金属イオンの濃度が高くなり、作用時間が長くなると、カプサンチンの吸光度は程度の差こそあれ低下した。従って、実際の塗布工程では、カプサイシン赤色顔料への損傷を防ぐために、塗布系中の金属イオン濃度を厳密に制御するか、干渉防止剤を添加する必要がある。

Application of capsicum red pigment

Food industry field

 トウガラシの赤色色素は安定した性質を持ち、着色効果が高く、毒性や副作用がない。体内のカロテノイド化合物を補うことができる。そのため、食品業界の生産分野はトウガラシ赤色色素に強く依存している。トウガラシ赤色色素は主に食品の色を改善し、食欲を高めるために使用されます。それは、肉製品、キャンディー、飲料、ソース、焼き菓子などの日常食用製品に使用することができます。

 鶏のぶつ切りや豚ひき肉にトウガラシ赤色素を加え、色や明るさを調整することで、消費者の視覚体験を高め、製品の官能品質を向上させることができる。カニスティックやエビボールなどのバイオニック食品にトウガラシ赤色素を添加すると、本物の海洋食品の色をシミュレートすることができる。しかし、製品マトリックスの特性の違いや、保存時間、温度などの要因に基づき、カプサイシン赤色色素を含む製品について、保存期間中の一定の製品品質を確保するために、複数の安定性評価を実施する必要がある。

Animal feed field

 動物飼料の生産もまた、トウガラシ赤色素と切っても切れない関係にある。トウガラシ赤色素を飼料に使用できる主な理由は二つある：第一に、トウガラシ赤色素は純粋な天然色素であり、安全で安定した着色である。第二に、動物は自分で色素を合成できないので、飼料は動物の補助色素になる。必要な方法で、トウガラシ赤色色素は豚、牛、羊、魚、エビなどの皮膚の色調を改善し、色素の合成を助け、動物の健康を増進し、外観を改善することができる。そのため、トウガラシ赤色色素は動物飼料にとても人気がある。

 研究によると、100mg/kgのトウガラシ赤色素を金魚と錦鯉の飼料に添加した場合、一定期間給餌した後、体表のa*（赤み）が有意に増加し、血清と肝臓のMDA（マロンジアルデヒド）が低下した。 この結果から、トウガラシ赤色素は魚の体表の赤色を効果的に増強し、体内の抗酸化力を向上させることがわかった。

Medical field

 トウガラシ赤色色素は医療分野で広く使用されている。カプサンチンには安定した着色効果と一定の乾燥効果があるため、医薬品のコーティング剤やカプセル粒子によく使用される。特に子供の薬には、鮮やかなカプサイシン赤色色素が子供の薬に対する恐怖心を軽減し、子供の薬に対する興味を高めることができる。また、近年、カプサンチンに含まれるカロテノイドに動脈硬化の治療効果があることが発見された。この発見により、トウガラシの医療分野での応用価値が向上した。

Cosmetics field

 As a natural pigment, capsicum red pigment has bright colors and can be added to lipstick, blush, eye shadow and other products. It can replace synthetic pigments to make the products safer.However, capsicum red pigment, as a fat-soluble pigment, has many factors that affect its stability. When adding it, you need to consider its form of use and the impact of ingredients on its color.

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