For the development of new natural red pigments as food colorant, the studies on the red pigment of Celosia cristata L. which has very attractive large sized red flowers have been undertaken.
By the 1.2% preparative agarose slab gel electrophoresis, the pigments of Celosia cristata L. were separated into 5 distinct bands with high resolution. Using this method, the major red pigment was purely purified by a simple steps.
With the comparison of the known betacyanin of red beet, Beta Vulgaricus, the characteristics of this purified red pigment were fully investigated like as following chemical and instrumental analyses.
The absorption spectra of the crude pigment of Celosia cristata L. represented two absorption peak, one at 537 nm which is typical of betacyanin, the other at 480 nm characteristic of betaxanthins. However, the purified red pigment showed only one maximal absorption spectrum at 537 nm. The fact that the major functional groups in the red pigment of Celosia cristata L. were the same with those of red beet could be confirmed from the absorption peaks of infrared spectra.
The sugar attached to color backbone was hydrolyzed with 2N-HCl by heating at 80℃ for 1 hr. Using a technique of thin layer chromatography, the sugar component was identified as glucose. Also, from the result of the β-glucosidase enzyme treatment at pH 5.0 for 24 hrs, it was found that the glucose was linkaged to its aglycone with β-glycosidic bond.
The organic acids which were usually bound to sugar portion were cleaved with a treatment of the pigment by 2N-NaOH at room temperature in the absence of oxygen. Analysis of organic acids by gas liquid chromatography revealed that p-coumaric acid an ferulic acid were the components of the red pigment.
Using the high performance liquid chromatography, we detected four components of betacyanin of red beet; betanin, isobetanin, betanidin, and isobetanidin with retention time of 21, 39, 54, 76 min, respectively. The same results were obtained in the purified red pigment of Celosia cristata L. These results showed that the purified red pigment was a betacyanin identified from the red pigment of red beet.
In addition to these structural analyses, the physicochemical stabilities were also carried out.
By the heat treatment, the red color gradually diminished, yielding betalamic acid, and browning substances with the D-values at 70℃ of 4.15 hr and activation energies at 70-80℃ of 12.5 ± 2.0 Kcal/mol. The effect of light and air on the degradation rate of this red pigment which was stored at room temperature for 7 days, showed about 20% higher than the sample stored at the absences of light and air. On the contrary with the other effects, the half-life of the color increased about two-folds from 45 min to 73 min when the water activity decreased from 1.0 to 0.37.
Besides these effects, the influences of food additives or food contaminants, such as, metal cations, organic acids, and antioxidants on its stability were measured. Generally, these factors reduced the color stability about 10-20% compared with no added samples. However, the 0.1M sugar solution helped slightly its stability.
Using this red pigment preparation, typical food products; Jelly-po, sherbert, and candy were prepared. As results of the food adaptability of this red pigment to practical foods, it was found that the pigment showed a very good potential as natural food colorants.
식품 색소로서 새로운 천연 적색 색소를 개발하기 위하여, 우리 나라에서 널리 자생하고 있는 크고 아름다운 적색 꽃을 함유한 Celosia cristata L.맨드라미의 적색 색소에 대하여 연구하였다.
맨드라미의 적색 색소는 1.2% preparative agarose slab gel 전기영동법을 이용하여 5개의 뚜렷하게 분리된 색소 band를 얻었으며, 이중 적색 색소 부위만을 쉽고 용이하게 순수 분리하였다. 레드 비트 (Beta Vulgaricus)로 부터 얻은 표준 베타시아닌과 비교함으로써, 이 순수 분리된 적색 색소의 동정및 특성을 여러가지 물리화학적 혹은 기기적인 방법으로 분석하였다. 이 맨드라미의 조색소는 베타시아닌 의 특징인 537 nm의 peak와 베타산틴의 특유한 흡수 파장인 480 nm 의 2개 흡광도를 나타내었으며, 순수 분리된 적색 색소의 경우는 537 nm 한곳의 peak 만을 나타내었다.
적외선 분광 흡광계의 스펙트럼을 비교하여 본 결과, Celosiacirstata L. 의 적색 색소가 지닌 작용기들과 레드 비트가 지닌 기본 구조는 같다는 사실을 알수 있었다. 색소 기본 구조에 연결된 당분자 는 2N-HCl 를 사용하여 80℃에서 1시간 가열 하므로써 가수분해 시켰으며, 박층 크로마토그래피 방법에 의하여 glucose 임을 밝혀내었고 β-glucosidase $enzyme_o$을 처리한 결과 glucose 가 색소의 aglycone 과 β-glycosidic bond로 연결되어 있음을 알수 있었다. 유기산 분자를 검정하기 위하여 산소가 없는 조건하 에서 2N-NaOH로 처리하여 유기산 분자를 끊어냈으며, 개스크로마토그라피 방법에 의하여 분석한 결과 p-coumaric acid와 ferulic acid 가 당 분자에 연결되어 있다는 것을 알았다.
고성능 액체 크로마토그래피 방법을 이용하여 레드 비트 적색색소가 4가지 이성질체인, betanin, betanidin, isobetanin isobetanidin등으로 구성되어 있으며, 각각의 retention time은 21, 39, 54, 76 분임을 알았고, 같은 방법으로 맨드라미의 적색색소를 분석한 결과 레드 비트와 유사한 retention time에서 같은 4 개의 band 를 얻었다. 이와같은 여러가지 결과로 부터 Celosia cristata L. 의 적색 색소는 레드 비트와 같은 종류의 베타시아닌 임을 알수 있었다.
이와같은 구조적 연구와 함께, 여러가지 물리화학적 안정성을 실험하여 본 결과, 여러가지 온도에서 열을 처리한 경우, 시간이 지남에 따라 적색 색소는 점차 감소되고, betalamic acid와 갈색 물질을 생성시키는 사실을 알수 있었으며 이때 D-값은 70℃ 에서 4.15시간 이었고 70-80℃ 사이의 활성화 에너지는 12.5 ± 2.0 Kcal/ mol 이었다. 이 적색 색소의 파괴 속도에 미치는 빛과 공기의 영향을 조사해 본 결과 상온에서 7일 저장한 시료 용액의 경우 빛과 공기가 차단된 경우의 시료보다 20% 이상의 파괴속도 증가를 보였다. 이러한 사실들과는 반대로 수분 활성도를 1.0 에서 0.37로 낮춤에 따라서 색소의 반감기는 45분에서 73분으로의 약 2배 이상 증가되는 사실을 알수 있었다.
보통 식품 첨가제나 오염물질 들로서 식품내에 많이 존재하는 금속이온, 유기산, 항산화제 등에 대한 안정성을 조사해 본 결과 이들 물질이 존재하지 않는 시료의 경우보다 안정성이 5-10% 정도 감소되는 현상을 보였다.
위와같은 방법으로 제조된 적색 색소를 이용하여 고체, 반고체, soft-food 의 대표적인 Candy, Jelly-po, Sherbert 등을 제조한 후 Hunter-lab 색도계, Lovi-bond 색도계, 가시광선 분광계등을 사용하여 안정성을 조사해 본 결과, 상당히 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 이 Celosia cristata L. 맨드라미의 적색 색소를 수분 활성도가 낮은 식품이나 저온 식품에 응용한다면 아주 좋은 천연 적색 색소원이 될수 있을 것으로 생각한다.
