Comment améliorer la stabilité des couleurs naturelles?

Les Colorants peuvent être divisés en deux catégories: les couleurs naturelles Et etles couleurs synthétiques. Les couleurs synthétiques ont les avantages d’être bon marché, stable, etfacile à utiliser, et ont été largement utilisés, occupant une position pivot sur le marché. Cependant, au fur et à mesure que les recherches sur leur utilisation progressaient, il a été constaté que de nombreux colorants synthétiques qui étaient autrefois autorisés à être utilisés peuvent causer des dommages au corps humain [1], comme la diarrhée, le cancer et les mutations[2,3]. Par conséquent, de nombreux colorants synthétiques ont été progressivement interdits d’utilisation dans l’industrie alimentaire et pharmaceutique. Par rapport aux colorants synthétiques,Couleurs naturellesSont issus de la nature et présentent les avantages d’être très sûrs, non toxiques et d’avoir des teintes naturelles. De nombreuses couleurs naturelles ont également un certain degré d’activité biologique et peuvent prévenir et traiter certaines maladies. Par conséquent, le développement et l’application de couleurs naturelles a progressivement attiré de plus en plus d’attention. Cependant, leur stabilité générale est faible, ce qui limite considérablement le développement industriel et l’application de colorants naturels. Cet article passe en revue les principaux facteurs affectant la stabilité des couleurs naturelles et résume et analyse les méthodes pour améliorer la stabilité des couleurs naturelles, dans le but de fournir des références théoriques et méthodologiques pour la recherche sur l’amélioration de la stabilité des couleurs naturelles.

1. Principaux facteurs affectant la stabilité des couleurs naturelles

Les colorants naturels peuvent être divisés en trois grandes catégories selon leur source: pigments végétaux, pigments animaux etPigments microbiens....... Selon leur structure chimique, ils peuvent être divisés en pigments de pyridine, pigments d’anthocyane, pigments de flavonoïde, pigments de caroténoïde, pigments de naphthoquinone, etc. Selon leur solubilité, ils peuvent être divisés en pigments solubles dans l’eau et pigments liposolubles, etc. [4,5]. La littérature complète indique que la plupart des pigments naturels sont relativement instables. Les principaux facteurs affectant la stabilité des couleurs naturelles sont résumés et analysés, y compris le pH, les ions métalliques, la lumière, la température, les oxydants et les réducteurs.

1,1 pH

De nombreuses couleurs naturelles sont sensibles aux changements de pH, et la teinte peut changer considérablement. Par exemple, Fan Chunmei et Al., et al.ont étudié le pigment de curcuma et ont constaté qu’à pH H2, le pigment de curcuma soluble dans l’eau formait un précipité jaune et l’absorbance diminuait considérablement. À pH 3-7, la couleur n’a pEn tant quechangé de façon significative, la couleur était jaune citron, et l’absorbance a très peu changé, ce qui indique que le pigment est relativement stable dans ces conditions; Lorsque le pH est de 8, la couleur est orange-jaune et l’absorbance augmente; Lorsque le pH est ≥9, la couleur est rougeâtre-brun, ce qui indique que le pigment change considérablement dans des conditions alcalines [6]. Chen Jie et al. ont étudié des pigments pourpres de patate douce et ont constaté que le pigment était rouge foncé à pH 2; Il est devenu violet lorsque le pH a augmenté à 6; Et il est graduellement devenu bleu lorsque le pH a augmenté à 9. À mesure que le pH augmentait, la longueur d’onde maximale d’absorption s’est également déplacée vers la direction de l’onde longue, montrant une tendance au décalage bleu [7]. Li Jinxing et al. ont étudié les anthocyanes et ont constaté que lorsque le pH est ≤3, le pigment est plus stable et que le taux de rétention après 10 jours est toujours supérieur à 83%; Lorsque le pH est ≥4, le taux de rétention du pigment tombe en dessous de 80% après 2 jours. Par conséquent, il est proposé d’entreposer les anthocyanes dans des conditions de pH ≤3 [8].

1.2 ions métalliques

De nombreux ions métalliques peuvent également affecter la stabilité des couleurs naturelles, dont certains peuvent protéger la couleur, tandis que d’autres peuvent causer la décoloration du pigment. Yu Wei et al. ont étudié la lutéine et ont constaté que différents ions métalliques à une concentration de 0,5 g/L Lavaient chacun une certaine différence dans leur effet sur la stabilité de la lutéine. Na+ et Zn2+ ont eu un effet plus faible sur la stabilité du pigment, tandis que Cu2+ et Fe3+ ont eu un effet plus important. L’ajout de ces deux ions métalliques a entraîné une diminution significative du taux de rétention du pigment[9]. Li Jinxing et al. ont étudié les anthocyanes et ont constaté qu’à des concentrations d’ions métalliques inférieures à 0,1 mol/L, différentes concentrations de Na+, de K+, de Ca2+ et de Cu2+ n’avaient aucun effet significatif sur la stabilité du pigment. Le Mg2+ à des concentrations inférieures à 0,05 mol/L a donné lieu à un taux de conservation plus élevé que le groupe témoin, tandis que le Mg2+ à des concentrations allant jusqu’à 0,1 mol/L a donné lieu à un taux de conservation plus faible, ce qui indique que de faibles concentrations de Mg2+ ont un effet protecteur sur le pigment. Par rapport au groupe témoin, la conservation des anthocyanines avec addition de Fe3+ 1 mol/L Mg2+ Réduit le taux de rétention du pigment, indiquant que de faibles concentrations de Mg2+ Ont un effet protecteur sur le pigment. Par rapport au groupe de contrôle, le taux de rétention de l’anthocyanine avec ajout de Fe3+ a été réduit. Diminué de manière significative, et l’effet néfaste de Fe3+ Sur la stabilité du pigment augmentait avec l’augmentation de la concentration.

1.3 lumière

De nombreuses couleurs naturelles s’estompent en présence de la lumière. Ces couleurs naturelles sont photo-instables. Qiao Hua a découvert que la teneur en pigment rouge de levure de riz diminue sous la lumière naturelle ou la lumière ultraviolette, et la lumière peut favoriser l’apparition de la réaction de décoloration [10]. Chen Guanlin' la recherche a révélé que la lumière naturelle extérieure et la lumière diffuse intérieure peuvent accélérer la dégradation du pigment rouge dans le fruit du dragon, et plus l’intensité lumineuse est forte, moins le pigment est stable [11]. Li Yuekun et al. ont étudié la lutéine et ont constaté que sous la lumière naturelle, ce pigment se décompose rapidement; Cependant, dans des conditions d’entreposage à l’abri de la lumière, le taux de dégradation de ce pigment ralentit considérablement. Par conséquent, il est proposé que la lutéine soit stockée dans l’obscurité [12].

1.4 température

quandCouleurs naturellesSont utilisés pour la coloration alimentaire, beaucoup nécessitent un traitement thermique, donc une attention doit être accordée à l’effet des températures élevées sur la stabilité des pigments. De nombreux pigments naturels peuvent s’estomper à haute température et sont donc thermiquement instables. Chen Jie et al. ont étudié des pigments de patate douce violette et ont constaté que les taux de rétention des pigments après avoir été traités à 40, 60, 80 et 100 °C CCpendant 6 heures étaient respectivement de 91,47 %, 84,65 %, 59,23 % et 43,23 %, ce qui indique que le taux de rétention du pigment diminuait avec l’augmentation de la température. 23%, ce qui indique que lorsque la température augmente, le taux de rétention du pigment diminue également en conséquence. Lorsque la température de traitement dépasse 80 °C, la température exerce une plus grande influence sur le pigment. Gao Yurong et al. ont étudié le pigment rouge de la levure de riz rouge et ont constaté qu’après avoir été réfrigéré pendant 7 jours, le taux de rétention était toujours supérieur à 90%. Cependant, le traitement à haute température a eu un effet significatif sur le pigment. Traitement à 100 °C pour 0. 5h, le taux de rétention n’était que de 61,8%. Des températures élevées peuvent réduire la stabilité de ce pigment[13].

1.5 oxydants et réducteurs

Les oxydants, les réducteurs et d’autres facteurs peuvent également affecter la stabilité de nombreux colorants naturels [14]. Li Wei et al. ont étudié la mélanine et ont constaté qu’avec une augmentation de la concentration massique de peroxyde d’hydrogène, l’absorbance de la solution de pigment montrait une tendance à la baisse significative, et l’oxydant avait un certain effet dommageable sur le pigment. Avec l’augmentation de la concentration massique de l’acide ascorbique, l’absorbance de la solution de pigment a montré une tendance à la baisse significative, et les Les agentsréducteurs puissants ont également eu un certain effet dommageable sur le pigment [15]. Niu Shiquan et al. ont étudié la production de pigments bleus et ont constaté qu’après l’ajout de peroxyde d’hydrogène, l’absorbance de la solution pigmentée baissait brusquement puis se stabilisait, ce qui indique que les oxydants ont un fort effet destructeur sur le pigment [16]. Wang Xiaoting et al. ont étudié le pigment de la peau verte de noix et ont constaté que lorsque la concentration de peroxyde d’hydrogène augmentait, l’absorbance de la solution de pigment diminuait et la couleur s’éclaircit graduellement, ce qui indique que les oxydants ont un certain effet destructeur sur le pigment [17].

2 méthodes pour améliorer la stabilité des couleurs naturelles

La stabilité générale des couleurs naturelles est relativement faible, ce qui limite considérablement le développement et l’application de pigments naturels. Prendre certaines mesures pour améliorer la stabilité des couleurs naturelles peut élargir considérablement la portée de leur application et obtenir de bons avantages économiques. En analysant et en résumant les rapports de la littérature, les méthodes actuelles pour améliorer la stabilité comprennent principalement l’ajout de stabilisants, la microencapsulation, la modification de la structure moléculaire du pigment, et l’amélioration de l’environnement de traitement et de stockage du pigment.

2.1 ajout de stabilisants

Selon de nombreux rapports dela littérature, l’ajout d’une certaine quantité de substances chimiques spéciales pendant le traitement et le stockage des couleurs naturelles peut retarder la décoloration des couleurs naturelles et améliorer leur stabilité. À l’heure actuelle, les substances chimiques qui peuvent être utilisées sont des antioxydants et des conservateurs.

Antioxydants tels queβ-carotène, l’acide ascorbique et l’acide érythorbique peuvent tous retarder la décoloration des colorants naturels et améliorer leur stabilité, les rendant ainsi plus faciles à préserver. Sun Hong, mâle, et d’autres ont constaté que le bêta-carotène et l’érythorbate de sodium ont un effet protecteur sur le pigment rouge de levure de riz rouge, avec l’effet protecteur du bêta-carotène > Érythorbate de sodium [18]. Il a également été rapporté que l’ajout de la bonne quantité d’acide ascorbique peut améliorer la stabilité de la bétaxanthine [19]; De même, l’ajout d’acide isocitrique peut également améliorer la stabilité de la bétaxanthine, mais l’acide ascorbique a un meilleur effet stabilisateur sur le pigment que l’acide isocitrique.

En outre, différents stabilisants peuvent également être utilisés en combinaison pour former un agent de protection des couleurs complexe pour améliorer la stabilité des couleurs naturelles. Xu Chengjian et al. ont découvert que la combinaison stabilisante d’ascorbate de sodium + acide citrique + vitamine B peut améliorer la stabilité des colorants naturels du blé coloré. Après un chauffage de 1 h, le taux de rétention du pigment atteint 96,3 % et la solution de pigment présente une bonne stabilité [20]. Le D-isoascorbate de Sodium et le benzoate de Sodium peuvent tous deux améliorer la stabilité du bétalain. Lorsque les deux sont mélangés dans des proportions différentes pour former un agent de protection de couleur complexe, il peut également 3%, et la solution de pigment était stable [20]. L’érythorbate de Sodium et le benzoate de Sodium peuvent tous deux améliorer la stabilité du bétalain. Lorsque les deux sont mélangés dans des proportions différentes pour former un agent de protection de couleur complexe, la stabilité du bétalain peut également être considérablement améliorée. Parmi eux, la combinaison de 0,5% d’érythorbate de sodium et 0. Le benzoate de sodium à 0,05% est la meilleure combinaison, et le taux de rétention des couleurs est 60% plus élevé qu’en l’absence d’additifs, ce qui est un résultat significatif [21].

2.2 Microencapsulation

Les Microcapsules sont de minuscules contenants à membrane polymère. La technologie de Microencapsulation consiste à incorporer et encapsuler un solide ou un liquide spécifique dans une microcapsule pour former un produit particulaire solide. Cette technologie isole la substance incorporée de l’environnement externe, ce qui peut causer de l’instabilité, et ne la rejette que dans certaines conditions, améliorant ainsi la stabilité de la substance[22]. En termes d’amélioration de la stabilité des couleurs naturelles, la technologie de microencapsulation présente les avantages de réduire la diffusion des pigments dans l’environnement, d’affaiblir l’influence de l’environnement externe sur les pigments et d’améliorer la solubilité des pigments peu solubles [23]. Ces caractéristiques peuvent effectivement améliorer la stabilité des couleurs naturelles et élargir la portée de leur application.

Zhou Danhong et al. ont étudié le pigment rouge d’amarante et ont constaté que l’utilisation de la gomme arabique, de la β-cyclodextrine et du saccharose (1:1:1) comme matériau composite de paroi et la microencapsulation du pigment peuvent améliorer la stabilité du pigment et prolonger le temps de stockage [24]. Zhaofang Liu et d’autres ont constaté que la microencapsulation du pigment avec de l’amidon microporeux et de la gélatine comme matériau de paroi, avec du pigment de peau d’orange comme matériau de noyau, peut améliorer la stabilité du pigment à la lumière, la température, le pH, etc. [25]. Aizhi Han et d’autres ont constaté que l’utilisation de la gomme arabique et de la β-cyclodextrine comme matériau de paroi et le séchage par pulvérisation pour encapsuler les anthocyanes, ce qui peut réduire l’impact des conditions externes sur les anthocyanes et améliorer leur stabilité [26]. Ravichandran et al. ont constaté que la microencapsulation du bétalain à l’aide de gomme xanthane comme matériau d’encapsulation et le séchage par pulvérisation peuvent améliorer la stabilité du pigment[27]. Hu Tingting et al. ont constaté que la microencapsulation améliore la stabilité de l’astaxanthine dans les solutions aqueuses et n’affecte pEn tant quel’activité biologique du pigment [28]. De plus, lors de la microencapsulation de pigments naturels, certains antioxydants peuvent être ajoutés pour améliorer la stabilité des pigments [29].

Les études ci-dessus montrent que la technologie de microencapsulation est une méthode relativement efficace pour améliorer la stabilité des couleurs naturelles.

En outre, la technologie d’encapsulation peut également améliorer la stabilité des pigments dans une certaine mesure. La technologie d’encapsulation fait référence à l’encapsulation complète ou partielle d’une molécule dans une autre pour former une capsule moléculaire. En raison de sa structure spéciale «hydrophile externe et hydrophobe interne» et de ses excellentes propriétés non-toxiques, la cyclodextrine peut être utilisée pour encapsuler une variété d’objets. Par conséquent, l’utilisation de méthodes appropriées pour préparer le complexe d’inclusion peut améliorer certaines des propriétés de l’objet. Par exemple, Stella et al. ont étudié bétalain et ont constaté que l’encapsulation du pigment avec de la cyclodextrine pour former un complexe peut améliorer la stabilité du pigment [30].

2.3 Modification de la structure moléculaire du pigment

La modification structurelle des groupes instables de molécules de couleurs naturelles peut effectivement améliorer la stabilité, le pouvoir de coloration et la solubilité des couleurs naturelles, et a de bonnes perspectives d’application. Yang Yun a employé la modification d’ion métallique pour convertir le rutinoside en son sel métallique, améliorant effectivement la valeur colorimétrique et la stabilité du pigment [31]. Wang Xiaoshan a constaté que la modification de la structure de la chlorophylle en remplaçant l’atome central de magnésium par du cuivre et l’hydrolyse du groupe ester en un groupe carboxyle libre pour former de la chlorophylle de cuivre peut effectivement améliorer la stabilité de la chlorophylle [32]. En outre, Donald K et d’autres ont constaté que la modification par acylation des colorants naturels, comme l’utilisation de cellules de carotte pour la culture des anthocyanes, et l’ajout d’acide de styrène et d’autres acides aromatiques au cours du processus de culture, a donné lieu à de nouvelles anthocyanes monoacylées. Le groupe acyle de l’anthocyane acylée a une meilleure interaction avec le chromophore, améliorant ainsi la stabilité de l’anthocyane [33].

La stabilité des pigments est étroitement liée à leur structure chimique. Pour améliorer la stabilité des couleurs naturelles, il est préférable de commencer par la relation entre la stabilité et la structure des couleurs naturelles et de modifier la structure moléculaire des couleurs naturelles pour atteindre l’objectif d’améliorer la stabilité des couleurs naturelles. Cependant, à l’heure actuelle, les recherches sur la structure chimique de nombreux pigments naturels et le mécanisme de décoloration et de décoloration des couleurs naturelles ne sont pas très claires, il y a donc encore de nombreuses limitations sur la promotion et l’application de cette méthode.

2.4 améliorer l’environnement de traitement et de stockage des pigments

De nombreux rapports ont montré queCouleurs naturellesSont très stables dans des environnements tels que l’obscurité, la basse température, et l’emballage sous vide. Par conséquent, lors de la transformation et de l’entreposage des couleurs naturelles, des méthodes telles que l’emballage sombre, à basse température et sous vide devraient être utilisées autant que possible [34]. Wu Jingping a étudié le pigment rouge fraise et a constaté qu’il est relativement stable à basse température, alors que des températures élevées favorisent sa dégradation [35]. Zhao Zhenzhen a étudié le pigment rouge du fruit du dragon et a constaté qu’il est relativement stable dans l’obscurité, alors que la lumière du soleil ou la lumière naturelle à l’intérieur peut le faire disparaître [36].

Les oxydants, les ions métalliques, etc. peuvent également affecter la stabilité de nombreuses couleurs naturelles, de sorte que le contact avec ces substances doit également être évité pendant le traitement et le stockage de ces couleurs naturelles. Les oxydants tels que H 2 O2 peuvent causer la décoloration naturelle aliphatique rapidement, ce qui montre que les colorants naturels aliphatiques ont une capacité antioxydante très faible. Le Contact avec les substances comburantes devrait être évité pendant leur traitement [37]. Les pigments rouges de betterave sont sensibles aux ions métalliques. Les ions métalliques comme Cu2+ et Fe3+ peuvent changer la couleur du pigment, décolorer la solution ou provoquer la décoloration du pigment [38]. Par conséquent, le contact avec ces ions métalliques doit être évité pendant le traitement et le stockage du pigment.

Les colorants naturels aromatiques et les colorants naturels aliphatiques diffèrent par leur mode d’action, leur comportement et leurs principaux facteurs d’influence. Par exemple, la perte de couleur des colorants naturels aromatiques est principalement causée par un réarrangement structurel ou une réaction avec des ions métalliques pour former des complexes, tandis que la perte de couleur des colorants naturels aliphatiques est principalement causée par un réarrangement hydrolytique ou une oxydation photochimique. Les facteurs d’influence de la stabilité de ces deux types de couleurs naturelles sont différents. Les colorants naturels aromatiques sont sensibles à des facteurs tels que le pH et les ions métalliques, tandis que les colorants naturels aliphatiques sont sensibles à des facteurs tels que la lumière et l’oxygène. Par conséquent, les précautions à prendre lors du traitement, du transport et du stockage sont également différentes. Les propriétés complémentaires des colorants naturels aromatiques et des colorants naturels aliphatiques peuvent également être utilisées de manière coordonnée pour améliorer la stabilité des deux. En outre, l’instabilité de différents pigments peut parfois se manifester de manière très différente dans les mêmes circonstances. Profiter de ces différences peut également améliorer la stabilité des pigments. Par exemple, le mélange de rutinosides et d’anthocyanes peut synthétiser des pigments avec une plus grande stabilité.

En outre, des mesures telles que la circulation à basse température, le chauffage à basse température et le développement de matériaux d’emballage spéciaux peuvent être prises pour éliminer l’impact de divers facteurs externes négatifs sur la stabilité des pigments naturels.

3 perspectives

Les colorants naturels présentent les avantages d’une sécurité élevée et d’un large éventail de sources. Avec une attention de plus en plus grande accordée à la santé, le développement et l’utilisation des colorants naturels et l’amélioration de leur stabilité sont progressivement devenus des points chauds de la recherche.

À l’heure actuelle, de nombreux types de colorants naturels font l’objet de recherches et de développement, mais il existe très peu d’études sur les méthodes permettant d’améliorer la stabilité des colorants naturels. En général, la stabilité des colorants naturels est améliorée en améliorant l’environnement de traitement, de stockage et de transport, en ajoutant des stabilisants et la microencapsulation. La recherche se limite à l’impact des conditions extérieures sur la stabilité des colorants naturels, mais elle implique rarement l’étude de la cinétique chimique, et elle ne relie pas la structure chimique des pigments naturels à leurs processus de réaction. Cela ne résout pas le problème à la racine et n’améliore donc pas la stabilité des colorants naturels. Par conséquent, dans le cadre de recherches ultérieures, la composition et la structure chimique des pigments naturels devraient être analysées aussi clairement que possible, et les causes de l’instabilité des pigments devraient être explorées fondamentalement et des améliorations ciblées devraient être apportées, afin d’améliorer la stabilité des colorants naturels et d’élargir leur champ d’application.

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