Comment le colorant alimentaire végétal est-il utilisé dans la transformation des aliments?

La nourriture est la garantie matérielle la plus élémentaire de la survie humaine. Le développement de la nourriture verte est un besodansmotivé par les personnes' S sensibilisation à l’environnement, à la santé et à l’amélioration du niveau de vie. Parmi ceux-ci, les colorants jouent un rôle important dans l’amélioration de l’apparence et de la qualité des aliments. Comparé aux pigments synthétiques, le colorant alimentaire végétal naturel vert et sain est devenu un point chaud pour le développement du marché et l’application dans l’industrie de la santé.

Selon l’analyse dans le «2022-2027 China Natural Food Color Industry Industry Competition Pattern analysis Et en plusDevelopment Prospect Forecast Report» du China Industry Research Institute, la taille du marché mondial des colorants alimentaires synthétiques en 2022 est estimée à environ 590 millions de dollars américains, tandis que le marché des colorants alimentaires naturels devrait atteindre 1,54 milliard de dollars américains dès 2021, et devrait croître à un taux de croissance annuel composé de 7,4%. Bien que les pigments synthétiques aient un avantage sur le plan des coûts et puissent donner aux aliments et aux boissons une couleur saturée et uniforme, les pigments naturels prennent de plus en plus d’importance dans l’industrie alimentaire en raison des réglementations plus strictes dans divers pays et du nombre croissant de consommateurs qui sont préoccupés par la sécurité des pigments synthétiques. En outre, la plupart des colorants alimentaires naturels pour plantes sont bioactifs [1] et peuvent être utilisés pour la prévention et le traitement de diverses maladies. Il est également largement utilisé dans les cosmétiques et les produits de santé.

1 Classification et méthodes d’extractiondes colorants alimentaires pour plantes

Les principauxColorant alimentaire naturel pour plantes used in the food industry are carotenoids, chlorophyll, betalains and anthocyanins. In order to improve the extraction efficiency De laPlant Food Coloring, it is necessary to select an appropriate extraction method. Traditional methods are generally used for the extraction De laplant pigments, such as Soxhlet extraction, solid phase extraction and water steam distillation. Traditional extraction methods are simple, economical and easy to use, but they have problems such as solvent residue and time-consuming. Water, ethanol and methanol are most commonly used to extract polar and Pigments solubles dans l’eau, while non-polar solvents such as hexane, acetone, trichloroethylene and other organic solvents are used to extract lipophilic pigments [2]. Non-traditional extraction methods (commonly referred to as green extraction techniques) have gradually replaced traditional extraction methods. Their advantage lies in the use of less solvent and shorter time. Ultrasonic-assisted extraction, pulse electric field-assisted extraction, microwave-assisted extraction, supercritical fluid extraction [3] [traduction] and so on are effective methods for Plant Food Coloring extraction.

Natural plant food coloring has different solubilities depending on its chemical composition. Lipophilic pigments are mainly carotenoids, chlorophyll and La lutéine; water-soluble pigments are mainly betalain and anthocyanin. Due to the diversity of plant food coloring, plant food coloring can be divided into four pyrrole derivative pigments, tetraterpenoid compounds, benzopyran derivatives, pyridine derivatives. Among them, chlorophyll is the main representative of tetrapyrrole derivative pigments, carotenoids are the main representatives of tetraterpenoids, anthocyanins are the main representatives of benzopyran derivatives, and betalains are the main representatives of pyridine derivatives.

2 Extraction de colorant alimentaire naturel pour plantes

2. 1 Extraction de pigments dérivés du tétrapyrrole

Tetrapyrrole derivative pigments are the most abundant and widely distributed pigments in nature. chlorophylle is a natural Plant Food Coloring with a tetrapyrrole derivative molecular structure. Chlorophyll is a magnesium porphyrin compound, a complex organic molecule. Its molecular structure contains a large four-membered ring (porphyrin ring), with a magnesium atom in the central position that is positively charged and a nitrogen atom connected to it that is negatively charged. The carbon-hydrogen side chain (phycoerythrin chain) connected to the porphyrin ring is a lipophilic fatty chain, which determines the lipophilicity of chlorophyll [4]. The structure of chlorophyll enables it to absorb and convert light energy in a specific wavelength range in the visible spectrum. It mainly absorbs red and blue light, while reflecting or transmitting green light, which is why it appears green. Chlorophyll a and chlorophyll b are the main members of the chlorophyll family. Chlorophyll is chemically unstable and can be degraded by light, temperature, pH, oxidants, etc. Chlorophyll has various uses such as blood production, providing vitamins, detoxification, and disease resistance.

La chlorophylle est présente dans tous les organismes capables de photosynthèse. Li Ping [5] a étudié le processus d’extraction et la stabilité de la chlorophylle dans le varech. Les résultats ont montré que l’extraction supercritique du CO2 a une basse température, un taux de transfert de masse rapide, et l’ajout d’éthanol comme entraîneur améliore efficacement l’efficacité d’extraction. L’utilisation d’extraction assistée par ultrasons et micro-ondes, par rapport aux méthodes conventionnelles, a un certain degré d’amélioration de l’efficacité et de la pureté d’extraction, avec une consommation moindre de solvants et une faible consommation d’énergie.

Stabilité de la chlorophylle: les résultats de l’étude montrent que la chlorophylle doit être stockée à l’abri de la lumière et des températures élevées. Et les récipients de stockage ne doivent pas être faits de fer, de cuivre ou d’aluminium. Si ces contenants sont inévitablement utilisés pendant le traitement, l’edta et le diacétate de sodium peuvent être ajoutés pour prévenir l’oxydation de la chlorophylle. La valeur du pH devrait être ajustée à 6-8 avec l’ajout approprié de phosphate pour obtenir l’état le plus stable. L’ajout d’antioxydants tels que TBHQ, BHT, vitamine C et vitamine E peut considérablement améliorer la stabilité de la chlorophylle dans le varesh. Weng Xia [6] a utilisé de l’éthanol anhydre comme agent d’extraction et l’extraction assistée par ultrasons de la chlorophylle des épinards sauvages. L’essai orthogonal a montré que les conditions optimales du procédé pouvaient atteindre une extraction maximale de la chlorophylle de 17,748 mg·g-1. Un système de dispersion de solution aqueuse de chlorophylle A été préparé en mélangeant avec de la poudre de gomme arabique et de la maltodextrine, ce qui peut améliorer la stabilité de la chlorophylle à la lumière.

2. 2 Extraction de pigments en polyène

Les pigments de polyène sont un type de composé terpène, également connu sous le nom de composés tétraterpènes. La structure d’un composé tétraterpène est composée de huit unités d’isoprène reliées entre elles. Ils sont largement présents dans la nature, et le carotène extrait des carottes est le premier composé tétraterpène à être extrait. Comme les molécules des tétraterpénoïdes contiennent toutes un nombre relativement important de doubles liaisons carbone-carbone conjuguées, ce sont toutes des substances colorées.

Les caroténoïdes, également connus sous le nom de pigments de polyène, comprennent l’α-carotène,β-carotène, γ-carotene, lycopene and lutein. Vegetables such as carrots contain a large amount of β-carotene. People usually consume β-carotene in food and health food. It is an orange fat-soluble compound that is the most stable natural pigment widely found in nature [7]. β-Carotene can be converted into vitamin A in the body. Vitamin A is beneficial to eye and skin health. Lutein also plays an important role in delaying eye aging and degeneration. lycopène, the first pigment extracted from tomatoes, has three times the antioxidant effect of β-carotene. It also improves the body' S système immunitaire, combat le cancer et ralentit le processus de vieillissement.

Ren Bingqian et al. [8] ont étudié la production et l’extraction du β-carotène. La méthode traditionnelle d’extraction au solvant organique est mature, à faible investissement et adaptée à la production industrielle de masse. Cependant, il existe des résidus de solvant, le taux d’extraction n’est pas élevé et peut également conduire à l’isomérisation, à l’oxydation et à la dégradation du β-carotène; La méthode de chromatographie sur colonne est complexe; L’extraction supercritique de CO2 est très efficace, n’a aucun résidu de solvant, et est douce sur les conditions de fonctionnement; L’extraction assistée par ultrasons réduit considérablement le temps d’extraction, économise la consommation de solvant, et évite les dommages aux ingrédients actifs provoqués par les températures élevées; L’extraction assistée par micro-ondes peut améliorer l’efficacité de l’extraction et a moins d’impact environnemental.

Han Hao et al. [9] ont utilisé de la poudre de citrouille comme matière première pour explorer le processus optimal d’extraction du β-carotène par l’éthanol à assistance ultrasonique. Le rendement d’extraction du β-carotène était de 23,811 ± 0,589 mg·g-1. Les résultats du test de stabilité ont montré que le β-carotène devait être stocké dans l’obscurité à basse température, et que le Zn2+ et le Fe3+ avaient le plus grand effet sur le β-carotène de citrouille. Li Weixue et al. [10] ont étudié l’extraction de la lutéine. Les résultats des tests ont montré que l’extraction supercritique du CO2 combinée à l’extraction au solvant est une méthode efficace pour extraire la lutéine des soucis, et que l’effet d’extraction est meilleur que celui de l’extraction au solvant traditionnelle.

Liu Bingxue et al. [11] used Northeast China marigolds as raw material, extracted lutein from marigolds using the ultra-high pressure method, and optimized the extraction process. Under the optimized process, the lutein extraction rate was 68.57 ± 2.31 mg·g-1. Yu Wenjing et al. [12] studied the main active substances in tomatoes. Lycopene has good solubility in supercritical CO2, and the use of supercritical fluid extraction can reduce isomerization and decomposition. Wang Haifeng et al. [13] optimized the supercritical CO2 extraction process, and the purity of lycopene reached more than 90% under the optimal process parameters. Lin Zehua et al. [14] introduced the extraction of lycopene using organic solvent extraction, supercritical CO2 extraction, ultrasonic-assisted extraction, microwave-assisted extraction, ultrasonic-microwave synergistic extraction, ultra-high pressure-assisted extraction, and high-pressure pulsed electric field-assisted extraction. Compared with organic solvent extraction, all these processes can improve the extraction rate. high-pressure pulsed electric field-assisted extraction is especially suitable for the extraction of heat-sensitive substances.

2. 3 Extraction de pigments polyphénoliques

Les pigments polyphénoliques sont représentés par des anthocyanes et des flavonoïdes. La structure moléculaire de ces pigments est caractérisée par la présence de 2-phénylbenzopyran; Les anthocyanines montrent différentes couleurs à différents pHs; Les flavonoïdes sont largement répandus dans le monde végétal et constituent une grande classe de pigments naturels solubles dans l’eau. En raison de la présence de groupes phénoliques hydroxyle dans leur structure, ils sont généralement acides.

Les proanthocyanidines sont actuellement considérées comme les antioxydants naturels les plus efficaces. Les baies de goji noires sont une plante idéale pour extraire les proanthocyanidines. Zhang Rong et al. [15] ont étudié le processus d’extraction et l’activité antioxydante. Les conditions optimales du procédé d’extraction assistée par ultrasons ont été utilisées pour obtenir un rendement en proanthocyanidine de 2,72 %. Les proanthocyanidines des baies noires de goji avaient une capacité réductrice totale plus élevée que la vitamine C, et étaient efficaces pour éliminer les radicaux libres DPPH et les radicaux libres oh. Zhang Huimin et al. [16] ont utilisé des peaux de raisin pourpre comme matière première et ont extrait les anthocyanes à l’aide d’une méthode assistée par ultrasons avec 65% d’éthanol. Les paramètres du procédé ont été optimisés grâce à des expériences à un seul facteur et à des essais de surface de réponse. Le rendement en anthocyanes était de 25,50 mg·g-1 et le coefficient de corrélation entre la valeur théorique et la valeur d’essai vérifiée était de 99,3 %. Afin d’explorer le procédé d’extraction des flavonoïdes et des polyphénols et leur capacité antioxydantes, Li Shengrao et al. [17] ont optimisé les paramètres du procédé pour l’extraction des anthocyanes du bleuet à l’aide d’une méthode d’extraction assistée par champs électriques pulsés à haute tension par surface de réponse. Le rendement d’extraction d’anthocyanes était de 34,20 mg·g-1. Les résultats expérimentaux ont montré que l’extraction assistée par champ électrique pulsé à haute tension était efficace et consommait peu de solvants. Hang Shuyang et al. [18] ont utilisé la peau de rhizome de l’igname chinois comme matière première et ont utilisé une conception orthogonale pour optimiser le processus d’extraction à l’éthanol par ultrasons des flavonoïdes et des polyphénols de la peau de rhizome. Le rendement en flavonoïdes était de 0,929%, et l’extrait brut avait un pouvoir réducteur et un pouvoir antioxydant total.

2. 4 Extraction de pigments dérivés de la pyridine

Les pigments dérivés de la Pyridine sont principalement des bétalains et de la bétaxanthine dans les betteraves rouges. Le principal composant des bétalains est la bétaïne, qui est un colorant alimentaire naturel soluble dans l’eau [19]. Yin D. etal. [20] ont optimisé la méthode d’extraction du bétalin des betteraves rouges, en utilisant l’extraction assistée par ultrasons. L’erreur relative entre la teneur réelle en bétaline et la valeur prédite était de 1,96 %. Tang Ling et al. [21] ont résumé la recherche sur la technologie d’extraction et de purification de la bétaxanthine au cours des dernières années dans la littérature nationale. Les techniques traditionnelles d’extraction telles que l’extraction au solvant ont une faible efficacité d’extraction et polluent l’environnement. Les technologies émergentes telles que les ultrasons, les micro-ondes et d’autres technologies auxiliaires, la technologie d’extraction assistée par champ électrique pulsé à haute pression, combinées avec des processus de purification tels que l’adsorption de résine macroporeuse et la séparation de membrane, améliorent effectivement le taux d’extraction de la bétaxanthine et ont de bonnes perspectives de développement.

3 colorant alimentaire végétal: perspectives d’application dans la transformation des aliments

With people becoming more health and environmentally conscious, the nutritional value and safety of food has become a major theme in food processing and development. Compared to artificial synthetic pigments, natural Plant Food Coloring is safer, more environmentally friendly as it is biodegradable, and has gradually replaced artificial synthetic pigments as a food coloring agent. In addition, natural Plant Food Coloring, as an ingredient in food, has a variety of physiological benefits in itself. For example, anthocyanins, which are powerful antioxidants, have always been a hot research topic in the fields of botany, food science and nutrition. The length of human life directly depends on the strength of people' S capacité à résister à l’oxydation et aux radicaux libres. La découverte des anthocyanes a trouvé un moyen efficace de lutter contre le vieillissement.

Lycopene also has a powerful effect in scavenging free radicals in the human body. Its rate constant for quenching singlet oxygen is 100 times that of vitamin E. In addition, lycopene is a hypocholesterolemic agent that can regulate the body' S métabolisme du cholestérol. Huang Ruoan et al. [22] ont constaté que le lycopène a un certain effet inhibiteur sur les cancers du tube digestif, du col de l’utérus, du sein, de la peau et de la vessie. Les traitements traditionnels contre le cancer comprennent la chimiothérapie et la radiothérapie, qui ont des effets secondaires importants. Le lycopène inhibe le développement des cellules cancéreuses en réduisant la production de produits oxydatifs, en abaissant le contenu des facteurs inflammatoires et en régulant les voies des signaux.

"Médecine de protection des yeux" la lutéine est le composant principal du pigment dans la macula de l’œil humain et#39; S rétine, et peut améliorer la rétinopathie diabétique. Xiao Yiqin et al. [23] ont observé les changements de concentration chez les patients diabétiques de type 2 après l’administration orale de lutéine, et ont montré que la concentration sanguine de lutéine augmentait de façon significative et restait stable. Aucun événement indésirable grave n’a été observé, fournissant une base pour étudier l’innocuité de l’application clinique de ce médicament. La vie moderne est stressante et rapide, et les émotions et les modes de vie malsains peuvent conduire à des maladies cardiovasculaires et cérébrovasculaires. Liu Yaxin et al. [24] ont résumé et analysé la recherche sur la bétaxanthine dans les maladies cardiovasculaires, la neuroprotection, la protection cellulaire, l’anti-inflammation, etc. L’étude a révélé que la bétaxanthine peut réduire les lipoprotéines de basse densité dans le sang, augmenter les lipoprotéines de haute densité et la vasodilatation; Pour le traitement des maladies neurodégénératives chroniques telles que l’alzheimer&#La bétaxanthine présente également un certain potentiel de développement. Des études ont révélé que la bétaxanthine peut inhiber l’agrégation de Aβ, qui provoque l’alzheimer' S maladie.

Les effets physiologiques sains de la coloration naturelle des aliments végétaux combinés à la psychologie des couleurs sont largement utilisés dans les aliments fonctionnels. Le marché des aliments fonctionnels n’a cessé de croître ces dernières années. Cependant, l’utilisation généralisée de colorants alimentaires végétaux dans l’industrie alimentaire est encore limitée par le rendement, les coûts de production, l’approbation réglementaire, les caractéristiques des pigments et la tolérance aux facteurs environnementaux tels que la température, la lumière et le pH. par conséquent, l’industrie doit relever le défi de maintenir la disponibilité et la stabilité de ces aliments fonctionnels, ce qui peut réellement promouvoir la santé humaine. Lorsque des pigments naturels sont utilisés dans les aliments, il faut veiller, lors de l’extraction des pigments naturels, à assurer la sécurité du processus d’extraction et la qualité des pigments naturels, en utilisant des solvants non toxiques et des techniques d’extraction respectueuses de l’environnement.

After the addition of natural pigments, food industrial processing can lead to changes, degradation, and even loss of natural Plant Food Coloring. During processing, attention should be paid to controlling the factors that affect the stability of natural pigments, such as pH, temperature, water activity, oxygen, metals, solvents, the presence of enzymes, and ionic radiation. The storage of natural pigments is also a challenge facing the food industry. The stability of natural pigments after extraction is mainly solved by effective encapsulation [25]. Encapsulation mainly enhances the stability, bioavailability, bioaccessibility, digestibility and controlled release of plant food coloring. In food formulations with added natural pigments, efficient encapsulation techniques are required to contrôledegradation and maintain bioavailability in the final product.

La microencapsulation par pulvérisation est une technique qui utilise des biopolymères pour piéger les pigments naturels afin de les protéger contre la transformation des aliments et les facteurs environnementaux [26]. Quoc-Duy Nguyen et al. [27] ont étudié les effets de la température d’entrée et du rapport entre les anthocyanes et la maltodextrine sur les phénols, les anthocyanes, l’activité antioxydantes et certaines propriétés physiques du pollen d’hibiscus séché par pulvérisation. Le taux d’encapsulation des différents échantillons a également été mesuré et comparé. La maltodextrine a été utilisée comme support pour microencapsuler les anthocyanines par séchage par pulvérisation (température d’entrée 170°C). Le taux d’encapsulation était supérieur à 85%, ce qui a augmenté la teneur totale en phénoliques et la solubilité (94,91%) et n’a eu aucun effet significatif sur la couleur du produit. L’encapsulation de colorant alimentaire pour plantes peut également être effectuée en utilisant d’autres techniques, telles que la microémulsification, la lyophilisation, l’encapsulation de fluide supercritique, la technologie d’encapsulation de cyclodextrine et la technologie de support lipides [28].

4 Conclusion

L’innovation et le développement de colorants alimentaires végétaux est une tendance inévitable pour répondre à la demande croissante des consommateurs pour des aliments naturels et sains. Étant donné que les pigments naturels sont très sensibles aux facteurs environnementaux, l’ajout de pigments naturels aux aliments fait encore face à certains défis. La recherche sur les pigments naturels s’est concentrée sur l’identification de sources nouvelles et renouvelables, l’analyse structurelle, les méthodes d’extraction et de séparation, la bioactivité, la biodisponibilité, les facteurs affectant la stabilité, les applications industrielles, la production à haut rendement et les méthodes de traitement stables. Le développement de nouvelles technologies, de méthodes rentables et de l’industrialisation pour l’extraction des pigments naturels constitue également un énorme défi. En outre, des recherches supplémentaires devraient être effectuées sur la sécurité, la santé et l’efficacité des pigments naturels dans le corps humain, et pas seulement des études In vitro.

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