Étude sur le colorant alimentaire bleu naturel en Chine

Les Pigments sont des substances qui peuvent colorer l’objet à teindre. Ils sont également connus sous le nom de colorants et ont un large éventail d’applications dans la production, la vie, et la recherche scientifique. L’histoire du développement et de l’application des pigments dans le monde est également très longue. Depuis que le britannique W. H. Perkins a synthétisé le pigment organique aniline violet pour la première fois dans le monde en 1856, les pigments synthétiques ont dominé le marché des pigments en raison de leur excellente performance, de leur bas prix et de leur facilité d’utilisation. Cependant, depuis que des pays ou des institutions comme le Royaume-Uni (1967), les etats-unis (1973) et l’organisation mondiale de la santé (1984) se sont successivement interrogés sur l’innocuité des pigments synthétiques (pigments de goudron) sur le corps humain, et qu’il y a eu de plus en plus de rapports sur les recherches sur les dangers des polluants tels que l’arsenic et le plomb qui peuvent être introduits lors du processus de synthèse, la variété des produits utilisant ces pigments dans différents pays diminue progressivement. Le nombre de colorants alimentaires synthétiques autorisés en Chine a également été réduit de plus de 30 dans le passé à 10 actuellement, et le développement rapide des pigments naturels sera une tendance inévitable [2].

Les pigments naturels sont généralement des pigments fabriqués à partir de substances présentes dans la nature (comme des matières végétales et animales) ou de métabolites secondaires produits par des méthodes de culture et soumis à certaines transformations. En raison de leurs avantages d’être sûrs et fiables, non toxiques et sans effets secondaires, teintes naturelles et polyvalence, ils ont été largement utilisés avec le développement de l’industrie alimentaire, l’industrie pharmaceutique, l’industrie chimique quotidienne et l’industrie aquacole. Actuellement,43 types de pigments naturelsSont autorisés pour une utilisation dans les aliments en Chine. Les pigments naturels ont déjà dominé laMarché des colorants alimentairesEt croissent à un rythme de 10% par an [3]. Les matières premières utilisées pour le traitement des pigments naturels proviennent de sources très diverses (animaux et plantes, microorganismes, minéraux, etc.), et il en existe de nombreux types (en 2004, il y avait environ 600 types enregistrés [4]).

Cependant, les pigments naturels fabriqués à partir de ces matériaux sont principalement des tons rouges et jaunes, et les pigments bleus sont très rares. Ils sont souvent mentionnés dans la littérature avec des mots tels que «précieux», «très peu» et «rare» [5-7]. Parmi les 56 pigments répertoriés dans China' S GB2760-2007 "normes d’hygiène pour l’utilisation des additifs alimentaires", il n’y a que deux pigments bleus: le pigment bleu gardenia et la phycocyanine (c.-à-d. le pigment blanc d’oeuf bleu d’algues). Le bleu est l’une des trois couleurs primaires et peut être utilisé pour mélanger une variété de teintes. Cependant, les pigments bleus naturels sont en pénurie sur les marchés intérieurs et internationaux en raison de leur rareté. Par conséquent, la recherche et le développement actifs de pigments bleus naturels sont d’une grande importance pratique et ont une perspective de marché attrayante [8].

1 sources naturelles de pigments bleus naturels

Les pigments bleus naturels sont rares parmi les pigments naturels, et leurs sources naturelles sont également très limitées. Les pigments bleus naturels organiques sont principalement dérivés de plantes et de matériaux microbiens. Les feuilles des plantes du genre Indigofera, comme l’indigo, le bleu thé, le bleu cheval, le bleu Wu et le woad, peuvent être utilisées pour fabriquer le colorant indigo [4]. Gardenia blue est fabriqué à partir de glycoside Gardenia dans les fruits de Gardenia jasminoides [8]. Les sources végétales telles que les fruits d’ophiopogon japonicus [9-10], Peristrophe baphica [11], Brassica oleracea [12], et les graines de blé pourpreux et bleus [13] sont utilisées pour produire lesPigments bleus....... Bien qu’il ait été rapporté que le coton génétiquement modifié et les roses génétiquement modifiées peuvent produire des pigments bleus, ces matériaux végétaux génétiquement modifiés ne peuvent pas être utilisés pour produire des pigments bleus naturels à l’heure actuelle en raison de leurs sources rares [14-15]. Algues telles queLa spiruline, les cyanobactéries et les chlamydomonas peuvent être utilisées pour produireAlgin bleu pigments[16-18]. L’algue Haslea ostrearia peut produire le pigment bleu de la malachite, ce qui augmente la valeur économique des huîtres [19]. L’ail (Allium sativum) peut devenir vert après avoir été décapé dans le vinaigre, et le pigment bleu peut être isolé [20-21]. Certains microorganismes tels que Streptomyces sp., Pseudo- monas sp., Pseudoalteromonas sp., Duganella sp., Aureobasidium sp., bactéries violets non sulfurées, etc., peuvent produire différents types de pigments bleus au cours de la croissance en utilisant un milieu de culture. Certaines souches génétiquement modifiées peuvent produire des pigments bleu indigo [22-23].

2 Structure et couleur des pigments bleus naturels

Bien quePigments bleus naturelsSont semblables en teinte, leurs mécanismes de production de couleur sont différents. En fin de compte, les différents mécanismes de production de la couleur sont déterminés par les différences dans la structure chimique ou la structure spatiale des molécules de pigment. Les structures moléculaires dePigments bleus naturelsPréparé à partir de différentes matières premières ou par différentes méthodes peut être différent, et les propriétés physiques et chimiques et le champ d’application des pigments peuvent également différer en conséquence. Les structures et les propriétés connexes des pigments bleus naturels communs sont indiquées dans le tableau 1.

La gamme de pH dans laquelle la rubixanthine devient bleue est très étroite, de sorte qu’il ne peut techniquement pas être considéré comme un pigment bleu naturel.

3 pigments bleus naturels microbiens

Bien que la plupart desPigments bleus naturelsSont encore actuellement produits à partir de matériaux animaux et végétaux, la disponibilité de ces matériaux est limitée par des facteurs tels que la saison, le climat et le lieu d’origine, ce qui rend les pigments bleus naturels très limités dans l’approvisionnement et donc coûteux et difficile à utiliser. Les microorganismes se développent rapidement et il existe une multitude d’espèces dans la nature qui peuvent produire des pigments. L’utilisation de ressources microbiennes pour produire des pigments naturels n’est fondamentalement pas limitée par les ressources, l’environnement, le temps ou l’espace, et présente donc des avantages qui sont inégalés par l’utilisation de matériaux d’origine végétale ou animale pour produire des pigments naturels. L’utilisation de micro-organismes pour produire des pigments naturels finira par devenir la principale source de pigments naturels [24].

L’utilisation de méthodes de fermentation microbienne pour produire une variété de pigments naturels tels quePigments bleusEt les pigments de levure rouge est également devenu une réalité [25]. En effet, la production des principaux pigments bleus naturels sur le marché nécessite actuellement la participation de micro-organismes. Par exemple, la préparation de pigments bleu indigo et pigments bleu gardenia nécessite la participation de micro-organismes dans le processus de fermentation, tandis que les cyanobactéries, spiruline, et chlorelle qui produisent des pigments de phycocyanine sont eux-mêmes des micro-organismes. En outre, il existe encore de nombreux microorganismes dans la nature qui peuvent produirePigments bleus naturels, mais la plupart des travaux sur l’utilisation de la fermentation microbienne pour produire des pigments bleus naturels en sont encore au stade de laboratoire [7]. Il reste encore un long chemin à parcourir avant de réaliser la production industrielle de pigments bleus naturels à l’aide de ces microorganismes en milieu de culture directement fermenté. Le tableau 2 présente les microorganismes produisant des pigments bleus et leurs propriétés liées aux pigments.

La recherche sur l’utilisation de micro-organismes pour produire des pigments bleus comporte principalement plusieurs aspects: 1. Le dépistage et l’identification des microorganismes produisant des pigments bleus; 2. Détermination des propriétés physicochimiques et de certaines propriétés toxicologiques du pigment bleu, comme les effets de la température, de la lumière, du pH, des ions métalliques, de l’oxygène, des composés complexes et des additifs sur la stabilité du pigment; Les propriétés spectroscopiques du pigment bleu, sa capacité antioxydante et réductrice, activité antibactérienne, (cancer) cytotoxicité, et la capacité de récupérer les radicaux libres; 3. Criblage et optimisation des milieux de culture de pigment bleu de fermentation. La structure moléculaire de certains pigments bleus et les mécanismes métaboliques deMicroorganismes producteurs de pigments bleusAux niveaux physiologique, biochimique et moléculaire sont encore incertains. Afin de mieux orienter la production industrielle, de nombreuses recherches approfondies sont nécessaires pour fournir une base théorique pour le développement industriel des pigments bleus de fermentation microbienne.

4 Extraction, séparation et post-traitement de pigments bleus naturels

Le pigment bleu Gardenia et le pigment bleu algues sont les deux pigments bleus dominants sur le marché des colorants alimentaires naturels. Les cyanobactéries et les algues rouges sont les deux principales sources de pigments bleus algaux, la spiruline étant la matière première préférée et la plus rentable pour la production de pigments bleus algaux. Les méthodes de traitement utilisées pour libérer des pigments bleus d’algues à partir des algues sont principalement l’ajout d’inhibiteurs de corrosion, suivi de la congélation et du dégel (ultra) à basse température, puis de l’homogénéisation [17,40], ou l’utilisation d’une combinaison de dissolution d’enzymes et d’homogénéisation à haute pression pour briser les cellules des algues [39]. Pour les algues de plus grande taille comme Nostoc, l’homogénéisation est effectuée à l’aide d’un homogénéisateur tissulaire à grande vitesse, suivi d’une lyse enzymatique (obtenue par fermentation microbienne et autolyse des algues) [18]. Les phycobiliprotéines de l’homogénéat cellulaire peuvent être séparées et purifiées par chromatographie sur colonne sur gel de silice [17] ou en extrayant d’abord les pigments jaunes à l’aide d’un fluide CO2 supercritique, puis en utilisant un extractif aqueux pour séparer et purifier les phycobiliprotéines [41].

La phycocyanine purifiée est concentrée sous vide, puis lyophilisée ou pulvérisée pour obtenir une poudre de pigment sèche. La Microencapsulation avant séchage peut améliorer la résistance thermique du pigment [18]. Il existe actuellement deux procédés pour préparer le pigment bleu de gardenia à partir de poudre de fruits de gardenia: le premier est un processus en une étape dans laquelle le pigment bleu de gardenia est produit par fermentation d’extrait aqueux de poudre de fruits de gardenia avec une souche produisant des enzymes; L’autre est un processus en deux étapes dans lequel gardenoside est d’abord séparé et concentré à partir de l’extrait aqueux de poudre de fruits gardenia, puis le pigment bleu gardenia est produit par réaction enzymatique.

Le premier procédé produit gardenia blue avec une couleur terne et une faible valeur de couleur. Il est difficile de séparer et de purifier le produit à un stade ultérieur et le rendement est faible. Le second processus résout mieux ces problèmes [42-43]. La gardenine se trouve dans le liquide résiduel restant après l’extraction du pigment jaune gardenia de l’infusion d’eau en poudre de fruits gardenia à l’aide d’une colonne de résine d’adsorption macroporeuse (telle que HPD100). Le liquide résiduel est ensuite concentré et enrichi par des techniques telles que la filtration sur membrane (microfiltration (0. 1 μm) clarification et nanofiltration (concentration de 100 Dalton) [44], extraction à deux phases [45], et chromatographie à contre-courant à grande vitesse (HSCCC) [46] pour préparer le pigment de haute qualité gardenia blue. Le pigment préparé est purifié et affiné par des techniques telles que l’ultrafiltration [47], la chromatographie sur colonne dérivée du chitosan [44], ou la chromatographie sur colonne de résine d’adsorption macroporeuse (D301) [48].

En raison des inconvénients communs de la mauvaise stabilité et de la dégradation facile des pigments naturels, la recherche visant à améliorer la stabilité des pigments naturels augmente. Le pigment bleu gardenia soluble dans l’eau a été estérifié avec de l’anhydride acétique pour obtenir un pigment bleu gardenia hydrophobe, qui élargit sa gamme d’application et améliore également sa stabilité dans une certaine mesure [49-50]; La résistance à la chaleur et à la lumière du pigment bleu de chou violet s’est considérablement améliorée après avoir été acylé avec de l’acide férolique et de l’acide salicylique [51], mais en général, il existe encore peu d’études sur la modification des pigments bleus naturels.

5 Les perspectives

Parmi les 43Pigments naturels autorisés pour une utilisation en Chine et#39; SÉdition GB2760-2007 actuelle des normes hygiéniques pourUtilisations des additifs alimentaires, il n’y a que deux sortes de pigments bleus: le pigment bleu gardenia etPigment bleu spiruline....... Chine et#39; S la production de gardénie et de spiruline séchée occupe la première place au monde [16,42], mais la qualité du pigment bleu de gardénie chinois est encore de 20 ans en retard sur celle du Japon, au niveau des années 1980. Gardenia red est sur le marché japonais depuis 25 ans, mais la Chine est toujours vierge [8]. Bien que 98% du pigment bleu de gardénia produit en Chine soit actuellement exporté, la production globale de pigments bleus naturels en Chine n’est pas élevée, et l’approvisionnement de ces pigments en Chine est toujours en pénurie [46].

Face à l’énorme marché des pigments naturels qui croît à un rythme annuel de 10%, le développement des pigments naturels en Chine fait face à des problèmes tels que le manque de variétés de pigments, un manque relatif de sources et des coûts élevés [52]. Dans ce contexte, l’accent devrait être mis à l’avenir sur les domaines suivants: 1. Amélioration des processus de production et des normes techniques, augmentation de la production et de la qualité des pigments bleus, promotion de la transformation des produits bas de gamme en produits haut de gamme, et augmentation de la valeur ajoutée des produits. 2. Utiliser les matières premières existantes pour développerNouveaux pigments naturels, comme gardenia rouge. Troisièmement, une grande importance est accordée à la recherche et à l’utilisation des ressources microbiennes naturelles pour le pigment bleu, et de nouvelles souches de pigment bleu sont mises au point pour saisir l’initiative dans la recherche internationale sur les pigments bleus naturels. Ceci est d’une grande importance pour changer la situation où les pigments bleus naturels produits à partir de matériaux d’origine animale et végétale ne peuvent pas répondre à la demande du marché.

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