Étude sur le Pigment naturel

Les Pigments sont inextricablement liés à la vie humaine. En tant queAdditifs alimentaires,,,,,ils donnent à la nourriture une couleur attrayante, et comme teintures, ils peuvent teindre des textiles et d’autres matériaux une belle couleur. Les Pigments peuvent être divisés en Pigments naturels et synthétiques selon leurs sources. Les pigments naturels sont des substances colorantes naturelles obtenues par l’extraction et la purification de ressources végétales, animales et microbiennes.Pigments synthétiquesSe référer aux pigments synthétisés artificiellement. Il a été constaté que certains pigments synthétiques sont nocifs pour la santé humaine et cancérigènes. En particulier, l’effet cancérigène de certains pigments synthétiques composés azoïques est particulièrement évident, comme le 4-diméthylazobenzène, qui peut induire le cancer du foie.

Bien que les pigments naturels présentent des inconvénients tels que l’instabilité et la décomposition sous la lumière et les températures élevées, ce qui limite considérablement leur application, ils sont extraits de plantes et d’animaux, sont sûrs et non toxiques, et ont une bonne activité physiologique. Pigments anthocyanines etcaroténoïdes2-1 les deux ont pour effet de piéger les radicaux libres et d’empêcher l’oxydation. Les anthocyanes ont également l’effet de l’acide ascorbique et améliorent l’activité spontanée et l’apprentissage et la mémoire des souris sur un régime riche en graisses. 5, non seulement les pigments ont une certaine activité physiologique une fois seuls utilisés, mais la combinaison de pigments peut également avoir des effets qu’aucun pigment simple ne peut avoir. La combinaison d’anthocyanes et de lutéine peut protéger le tissu rétinien des diabétiques.

Par conséquent, au cours des dernières années, la recherche, le développement et l’application dePigments naturelsEst devenu un sujet brûlant. Le Japon et l’Inde ont fait des recherches surColorants naturelsFait partie du plan de coopération technique entre pays en développement du pnud (Programme des Nations unies pour le développement). Deux symposiums internationaux ont eu lieu, et les pays européens et américains se sont principalement concentrés sur le développement de nouveaux pigments naturels, les propriétés, la stabilité et l’extraction des pigments naturels. La Chine a également préconisé l’utilisation préférentielle de pigments naturels dans les aliments.

Après plus de 20 ans de développement, le pays a normalisé et amélioré la gestion des pigments naturels comme additifs alimentaires en termes de développement, de production et d’utilisation des réglementations. En 2004, le volume total de production et de vente de pigments naturels s’est élevé à 211.013 millions de tonnes. Le marché mondial des pigments naturels se développe rapidement à deux fois le taux des pigments synthétiques, et leRemplacement des pigments synthétiquesPar les pigments naturels est devenu une tendance majeure dans le développement de l’industrie des pigments. Par conséquent, cet article traite des pigments naturels sous plusieurs aspects, y compris leur classification, les principes de coloration, la stabilité, l’extraction et les applications, dans l’espoir de fournir une base pour mieux établir l’orientation de la recherche sur les pigments naturels à l’avenir.

1. Classification des pigments naturels

Les pigments naturels sont des substances colorantes naturelles obtenues en extrayant et en purifiant des ressources végétales, animales et microbiennes. Les pigments naturels peuvent être classés de différentes façons. Par exemple, ils peuvent être classés selon leur source en trois catégories principales: pigments végétaux, pigments animaux, pigments microbiens, qui peuvent être divisés en trois catégories selon leurs sources; Selon leurs structures chimiques, ils peuvent être divisés en pigments de pyrrole,Pigments caroténoïdes, pigments d’anthocyane, pigments de flavonoïde, pigments de quinone, etc.; Selon leur solubilité, ils peuvent être divisés en pigments solubles dans l’eau et pigments liposolubles, etc.

Cependant, Zhang Shengwan, Liu Shuling7 et d’autres ont d’abord proposé un «système binaire» pour les pigments naturels sur la base d’une étude de leur structure et de leur comportement, c’est-à-dire qu’un type est une classe de pigments gras avec une structure conjuguée à longue chaîne (voir Figure 1).Rouge tomate, et jaune de maïs. L’autre type est un pigment aromatique avec une structure conjuguée (voir Figure 2). Tels que le pigment rouge de peau de raisin, le pigment rouge de peau de sorgho, le pigment jaune de saame, et le pigment rouge de rose, etc., et a souligné que la raison pour laquelle les pigments gras ont la couleur est en raison de leurs longues structures conjuguées, et plus les structures conjuguées il ya, plus la couleur sera foncée, ce qui peut également conduire à un changement rouge du pic d’absorption. Les pigments aromatiques sont principalement absorbés dans le domaine de la lumière visible en raison de leurs structures aromatiques conjuguées stables et de leurs multiples groupes hydroxyle phénoliques. Dans le même temps, les pigments aliphatiques se fanent principalement en raison de l’oxydation photochimique et du réarrangement hydrolytique, tandis que aromatiquesPigments naturelsPrincipalement changer de couleur en raison du réarrangement structurel. Cette méthode de classification classe les pigments structurellement et étudie le mécanisme des pigments naturels ayant la couleur et la décoloration en étudiant la structure. Ceci permet une combinaison de structure et de comportement.

2. Stabilité des pigments naturels

2.1 facteurs affectant la stabilité des pigments naturels

Les pigments naturels présentent les avantages d’une sécurité et d’une valeur nutritive élevées par rapport aux pigments synthétiques, mais ils ont l’inconvénient d’une mauvaise stabilité. Zhu Beipei, Jin Yingshi et d’autres ont étudié les effets de facteurs tels que la température, la lumière, le pH, les agents réducteurs et les oxydants surPigments de myrtille....... Les résultats ont montré que les pigments naturels de myrtilles sont résistants à la chaleur, résistants à la lumière et stables sur le plan de l’oxydation, mais qu’ils sont relativement stables par rapport aux agents réducteurs courants, stables dans des conditions acides et décolorés dans des conditions alcalines. Cependant, Chen Cunshe, Dong Yinmao et d’autres, à travers l’étude de trois pigments:Radis pigment rougeLe pigment rouge de la tulipe et le pigment jaune de la tulipe ont conclu que, parmi ces trois pigments, le pigment de la tulipe a une bonne résistance à la lumière et une faible résistance à la chaleur, tandis que le pigment rouge de radis a une faible résistance à la lumière. Les réducteurs ont un certain effet sur la stabilité des pigments. Le pigment rouge de tulipe a une bonne résistance à l’oxydation et à la réduction, tandis que le pigment rouge de radis et le pigment rouge de tulipe ont les propriétés opposées. L’utilisation des trois pigments naturels n’est pas affectée par les sucres.

Shi Haixiang, Zhong Shanmin 0 et d’autres ont étudié les pigments naturels du pomelo et ont conclu que les différents ions métalliques ont des effets différents sur les pigments, et les effets de la concentration d’ions métalliques diffèrent également. À partir des données de recherche ci-dessus, on peut constater que les recherches actuelles sur la stabilité des pigments naturels se concentrent sur les facteurs qui influent sur la stabilité des pigments individuels, et les facteurs qui influent sur les effets et les résultats des effets diffèrent également selon le pigment. Qiao Hua, Zhang Shengwan et d’autres ont étudié la relation entre la structure moléculaire de 16 types différents de pigments naturels et leur stabilité, et ont constaté que si les pigments naturels sont divisés en deux catégories:Pigments naturels aromatiques, il ya des différences qualitatives dans les trois aspects de leur comportement de performance, mécanisme d’action, et les principaux facteurs affectant la stabilité, il ya des différences qualitatives dans les trois aspects.

Les pigments naturels aliphatiques s’estompent principalement en raison de l’oxydation photochimique et du réarrangement hydrolytique, tandis que les pigments naturels aromatiques changent principalement de couleur en raison du réarrangement structurel et de la réaction avec les ions métalliques pour former des complexes. La lumière, l’oxydation et l’augmentation de la polarité moyenne sont les principaux facteurs qui influent sur la décoloration des pigments naturels aliphatiques. Les pigments naturels aliphatiques ont une faible résistance à la lumière et à l’oxydation. Lorsque la polarité moyenne augmente, la stabilité des pigments naturels aliphatiques diminue significativement. La présence d’ions métalliques et les changements de pH sont les principales causes de la décoloration des pigments aromatiques, tandis que la lumière et l’oxydation ont peu d’effet. Cette recherche fournit une base pour la préservation des pigments naturels. Les précautions de conservation des pigments aliphatiques et aromatiques sont différentes. Tout d’abord, il faut comprendre la structure du pigment à conserver, puis le conserver selon les précautions de conservation des pigments aliphatiques et aromatiques.

2.2 procédés pour améliorer la stabilité des pigments naturels

2.2.1 ajouter des additifs alimentaires

Les additifs alimentaires tels que l’acide malique,Acide succinique, acide ferulique,rutine, naringin, et paraben ont un certain effet sur l’amélioration de la stabilité de pigment. Parmi eux, les effets de l’acide succinique, de l’acide férolique, du paraben et de la naringine sont plus forts, et leur utilisation combinée a un effet significatif. Giulia Martellia²¹ et d’autres ont confirmé que des concentrations élevées de sucre ont une bonne résistance à la dégradation dephycocyanineÀ des températures élevées, et cette propriété est indépendante du type de sucre mais est liée à la concentration de sucre.

2.2.2 formation de complexes ou de composés d’inclusion

La bêta-cyclodextrine peut former des composés d’inclusion avec le pigment aliphatique gardenia yellow, qui protège le pigment gardenia yellow. L’edta peut former des complexes avec des ions métalliques pour éliminer l’effet des ions métalliques sur le pigment. 3. L’acide citrique peut former des composés stables avec certains ions métalliques, tels que des ions de fer, des ions de cuivre et des ions de manganèse, joue indirectement un rôle antioxydant, améliorant ainsi la stabilité du pigment. Le pigment anthocyanin de Persimmon peut se combiner avec des flavonoïdes pour former des complexes, approfondir la couleur du pigment et améliorer la stabilité +.

2.2.3 ajout de pigments auxiliaires

L’addition de methionine, tryptophane, valine, tyrosine et alanine peut tous augmenter l’absorbance des pigments de kamisimmon, et la stabilité des pigments est également améliorée. L’addition de co-pigments hydroxylés acides peut décaler la longueur d’onde maximale d’absorption des pigments de 2 à 5 nm, et lorsque la teneur en co-pigments hydroxylés acides augmente, l’absorbance des pigments de kamikaze augmente également.

2.2.4 autres méthodes

Chen Xuehong 5 et al. ont considérablement amélioré la résistance à la chaleur et à la lumière du pigment par acylation du pigment avec de l’acide ferulique etAcide salicylique....... Cette réaction appartient à la réaction d’acylation des pigments anthocyanes, et les anthocyanes acylées présentent une forte stabilité aux changements de pH, de traitement thermique, de lumière, etc. Il⁶-171. En plus de l’acylation, la technologie de traitement peut également être ajustée. Selon les facteurs affectant la stabilité du pigment, en particulier le pH, la stabilité du pigment peut être assurée en contrôlant le pH de l’environnement dans lequel le pigment est situé. Certaines personnes utilisent également de l’amidon poreux comme adsorbant et microencapsulent la curcumine avec de la gélatine.

Les résultats montrent que la stabilité de la curcumine microencapsulée à la lumière, à la chaleur, au pH, etc. a été considérablement améliorée. 1 8 1.

3. Recherche sur la teinture pigmentaire naturelle

Pigments naturelsSont utilisés dans l’industrie alimentaire et de plus en plus dans l’industrie textile car ils sont biodégradables, la plupart du temps non toxiques et n’ont pas d’effets secondaires et ne polluent pas l’environnement.

3.1 teinture des fibres protéiques

À l’heure actuelle, la plupart des méthodes de teinture de fibres de protéines comprennent trois types: teinture de laine, teinture de soie, et teinture de cheveux. Prenez la laine comme exemple. Les macromolécules des fibres de laine sont principalement composées de chaînes polypeptidiques formées par des acides aminés αliés par des liaisons peptidiques, qui forment des liaisons de sel, des réticulations disulfure, et des liaisons d’hydrogène. Ces liaisons latérales spatiales se combinent les unes avec les autres par attraction moléculaire, liaisons de sel, liaisons de disulfure, liaisons d’hydrogène, etc., pour former une structure hélicoïdale spatiale relativement stable. Appelée α-kératine. Dans certaines conditions, lorsqu’elle est soumise à la tension, la chaîne macromoléculaire s’étire et se transforme en β-kératine. Après que la tension est enlevée, dans certaines conditions, il revient à son état original plié - α-kératine, et parfois même subit un surrétrécissement.

Yu Boling, Li Qingrong 9 et d’autres trouvés par la recherche sur des expériences de teinture avec 10 pigments naturels tels que gardenia, curcuma, brun naturel, cacao,La tomate, levure rouge, sorgho rouge, paprika rouge, thé et café qui sont tous des pigments idéaux pour la teinture de la laine. La teinture directe de la solidité savonneuse peut atteindre plus que le niveau 3. Le curcuma et le brun naturel peuvent être utilisés avec l’aluminium, le fer et et les métaux naturels d’utilisation brun tels que l’aluminium, le fer et le cuivre comme agents mordants. La résistance au lavage peut être augmentée au niveau 4, mais les 10 pigments sont relativement pauvres pour la teinture de la soie par rapport à la laine. On peut constater que, bien que la soie et la laine soient toutes deux des fibres protéiques, le mécanisme de coloration des pigments naturels sur les deux est différent, ce qui entraîne une différence dans la solidité de la couleur au savon après la teinte des deux. Cependant, il n’existe actuellement aucun rapport sur les différents principes des pigments naturels pour la teinture de ces deux fibres protéiques, et les recherches dans ce domaine seront d’une grande importance pour l’étude des principes colorants des pigments naturels.

Jia Yanmei [et al. ont étudié les effets de la température, du pH, du temps de teinture, du mordant, etc., sur l’effet de la laine de teinture de pigment de riz noir, et ont constaté quePigment de riz noirEst plus stable dans des conditions acides, ainsi il devrait être teint dans des conditions acides. Différents ions métalliques provoqueront pigment de riz noir pour produire différentes couleurs. Prolonger le temps de teinture approfondira la couleur du pigment dans une certaine gamme. L’augmentation de la température est bénéfique pour la teinture, mais une température trop élevée entraînera également la décomposition du pigment. Li Qian 12 a conclu par expérimentation que les conditions optimales de teinture de la soie avec du pigment curcuma sont le pH = 4, la température de teinture 70 degrés, le temps de teinture 60 minutes, le dosage d’électrolyte Na₂SO₄ 2g/L, le dosage de chlorure de terres rares riche en lanthane 2g/L et la méthode post-mordante. Zhang Huan etal. 2 ont également vérifié que le loess naturel (contenant un grand nombre d’ions métalliques tels que Ca²⁴, Fe² et Mg² et aucun ions de métaux lourds tels que le plomb, le cobalt, le chrome et le nickel) est un bon mordant naturel pour la teinture de la laine.

Wang Ru etal. [21 ont découvert par des expériences que l’hématoxyline et la catéchine peuvent colorer les cheveux, et que l’ajout de différents ions métalliques peut produire différentes couleurs. Ils ont également étudié la cinétique d’adsorption et la thermodynamique de l’hématoxyline sur les cheveux pour explorer le mécanisme du processus de teinture des cheveux. Ils ont confirmé que l’adsorption de l’hématoxyline sur les cheveux est spontanée, exothermique, et l’entropie croissante, et que les basses températures sont propices à l’adsorption de l’hématoxyline sur les cheveux. Et quand les cheveux sont tachés avec l’hématoxyline, si le colorant est acide, l’hématoxyline réagit principalement avec les groupes aminés des cheveux, et s’il est alcalin, il réagit avec les groupes carboxyle. Dans des conditions alcalines, la structure de l’interaction entre les cheveux et l’hématoxyline est plus stable. Bien que le pigment de riz noir,Pigment jaune gingembreLes résultats de la recherche montrent que la teinture des cinq pigments est liée à des facteurs qui influent sur leur stabilité. Par conséquent, la recherche visant à améliorer laStabilité des pigments naturelsEst d’une grande importance.

3.2 teinture de fibres de cellulose

Les fibres de Cellulose, par exemple les fibres de lin, se trouvent dans les libats de la plante de lin. Dans la section transversale de la tige de lin, 30 à 50 fibres individuelles sont collées ensemble avec un mucilage pour former un faisceau de fibres. Les fibres se chevauchent pour former une structure en réseau dans le libère. A partir de la structure moléculaire du lin, il est possible d’effectuer au moins les deux types de réactions chimiques suivants: l’un est lié à la liaison glycosidique reliant le résidu de glucose à la structure moléculaire du lin, qui est principalement l’interaction de l’agent hydrolytique avec la liaison glycosidique, qui, dans certaines conditions, provoque la rupture de la liaison glycosidique, réduisant le poids moléculaire; L’autre type est lié aux trois groupes hydroxyle libres sur le résidu de glucose dans la structure moléculaire du lin. Certaines personnes utilisent la technologie de modification cationique pour relier chimiquement des modificateurs d’ions réactifs aux groupes hydroxyle sur la fibre, ce qui provoque la surface de la fibre à devenir positivement chargée.

Le tissu de lin modifié est ensuite teint avecPatate douce pourprePigment rouge. Le tissu teint a une bonne solidité au frottement, mais la solidité au lavage est légèrement moins2. Yu Fei et al. 2 ont utilisé des groupes cationiques tels que des sels d’ammonium quaternaire, des sels d’ammonium tertiaire réactifs, et des groupes réactifs tels que des groupes époxy pour réagir avec les groupes hydroxyle sur les macromolécules de fibres de coton dans des conditions alcalines, et ont utilisé des colorants alimentaires pour teindre le tissu de coton modifié. Les résultats montrent que la profondeur de teinture est élevée, le réactif est sûr, le processus est simple et le taux de teinture élevé facilite également la purification du liquide résiduel de teinture. C’est un processus de teinture efficace, économiseur d’énergie et respectueux de l’environnement. Il a également été constaté que son mécanisme de teinture est similaire à celui des colorants acides sur la laine - la fibre est reliée au modificateur par une liaison éther, et le modificateur est relié au colorant par une liaison ionique, ce qui donne une grande solidité.

3.3 teinture des fibres synthétiques

Étant donné que de nombreux colorants naturels ont de nombreux groupes hydroxyle et sont fortement hydrophiles, alors que les fibres synthétiques comme le nylon et le polyester sont fortement hydrophobes, il y a eu peu de rapports d’utilisation de colorants naturels sur les fibres synthétiques. Zeng Ke, Wang Xiangrong125 et d’autres ont étudié la teinture du polyamide avec des pigments de coquille de châtaigne, et ont montré que les pigments de coquille de châtaigne pour la teinture des tissus de polyamide ont une bonne résistance au frottement, au lavage et à la lumière, avec des nuances généralement autour de 4. Il y a aussi un certain changement dans l’ombre du tissu teint après la teinture au charbon.

4. Extraction de pigments naturels

Les pigments naturels sont maintenant principalement obtenus à partir de matières végétales et animales, principalement par des méthodes conventionnelles telles que le trempage, le filtrage et le filtrage, la lixiviation avec des solvants organiques, l’extraction par ultrasons, l’extraction par micro-ondes, les méthodes enzymatiques, l’extraction supercritique de CO₂, et seulement ces dernières années, la méthode de chromatographie à contre-courant à grande vitesse. Méthode d’émulsion 126]. La chromatographie 127 à contre-courant rapide est basée sur la distribution d’un échantillon entre deux solvants miscibles complémentaires. Les différents composants du soluté sont séparés selon leurs différents coefficients de distribution au cours du processus de passage à travers les deux phases du solvant. Par rapport à d’autres chromatographies sur colonne, la chromatographie à contre-courant rapide ne présente pas les problèmes de perte d’adsorption causée par les supports solides, la déaturation de l’échantillon, la contamination et la déformation de la forme chromatographique du pic. Par conséquent, ces dernières années, la chromatographie à contre-courant à grande vitesse a été largement utilisée dans la séparation et la préparation de produits naturels.

Méthode d’émulsion [28] par polymérisation d’émulsion d’acide acrylique, d’acrylate de butyle, de styrène, de n-butanol, d’eau distillée, d’hydroxyde de sodium et de persulfate de potassium, une sorte de surfactant polymère a été synthétisée, puis une série de pigments naturels liposolubles ont été extraits. Cette méthode évite non seulement les inconvénients de l’extraction au solvant organique, tels qu’une forte toxicité, une forte pollution et un prix élevé, mais garantit également que le taux d’extraction n’est pas inférieur à celui de l’extraction au solvant organique. Bien que la technologie d’extraction des pigments des plantes et des animaux soit bien développée, la croissance et la reproduction des matières végétales et animales sont affectées par des facteurs tels que la saison, le climat et le lieu d’origine, ce qui entraîne une pénurie de matières premières et des prix élevés.

En outre, par rapport à la production de pigments étrangers, la production de pigments en Chine a généralement des coûts plus élevés et une efficacité d’extraction plus faible. Dans le développement et l’utilisation des ressources en pigments, de nombreuses unités se concentrent uniquement sur le développement et ne prêtent pas attention à la protection, ce qui entraîne l’épuisement des ressources. Ainsi, la production de pigments naturels à partir de ressources microbiennes a montré ses avantages. La production microbienne de pigments naturels peut combler les lacunes de l’utilisation de plantes et d’animaux comme matières premières pour les pigments naturels, tout en réalisant une production industrialisée pour répondre à la demande du marché. La situation actuelle de la production microbienne de pigments naturels est résumée comme suit:

Pigments bleus....... Le pigment jaune est plus stable que le pigment bleu, et des recherches préliminaires ont conclu que les deux pigments sont non-toxiques. Li Yiwei 30 a découvert une souche qui produit du pigment bleu. Grâce à l’analyse de la morphologie, des caractéristiques de culture et des propriétés physiologiques et biochimiques de la souche, il a été déterminé que la souche appartient au genre Streptomyces et a été nommée Streptomyces zhuhaiensis. Le pigment bleu produit est soluble dans l’eau et stable à la température, à la lumière du soleil, à la plupart des ions métalliques, à l’acide ascorbique et aux régulateurs d’acidité. Il n’a pas d’effets secondaires toxiques.

Wang Xiaodong a étudié les pigments naturels dans la mycélie des souches RCEF4585, isolées de Cordyceps sinensis, RCEF4337, isolées de Cordyceps bisporus, et RCEF4022, isolées de Cordyceps coralina. Il a été constaté que les extraits bruts de méthanol des souches RCEF4585 et RCEF4337 peuvent produire un pigment d’hydroxyanthraquinone. Le principal composé pigment de l’extrait d’acétate d’éthyle brut de RCEF4337 est C₃OH fines O fines. On estime provisoirement que ce composé est un nouveau composé. L’extrait de mycélium de la souche RCEF4022 est une substance anthraquinone. Lou Zhihua (321) a analysé le liquide de Phellinus linteus et a d’abord identifié le pigment produit par le liquide comme un pigment d’anthraquinone grâce à des techniques telles que le développement de colorants chimiques réactifs.

5. Conclusion Conclusion

Bien qu’il existe actuellement un large éventail deRecherche sur les pigments naturels, étant donné la grande variété de pigments naturels, la plupart des recherches actuelles se limitent à l’étude d’un seul pigment. Les recherches sur la cinétique sont moins nombreuses et se limitent à la recherche qualitative. La structure chimique et le processus de réaction ne sont pas liés et le problème ne peut pas être résolu fondamentalement. Il y a également un manque de recherches approfondies sur une classe de pigments. Par conséquent, ces aspects devraient être au centre des recherches futures.

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