Étude sur le Pigment naturel

Pigments are inextricably linked to human life. As food additives, they give food an attractive color, and as dyes, they can dye textiles and other materials a beautiful color. Pigments can be divided into natural and synthetic pigments according to their sources. Natural pigments are natural coloring substances obtained by extracting and purifying plant, animal and microbial resources. Synthetic pigments refer to artificially synthesized pigments. It has been found that some synthetic pigments are harmful to human health and carcinogenic. In particular, the carcinogenic effect of some azo compound synthetic pigments is particularly obvious, such as 4-dimethylazobenzene, which can induce liver cancer.

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. Les pigments anthocyaniques et les caroténoïdes 2-1 ont tous deux 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, ces dernières années, la recherche, le développement et l’application de pigments naturels est devenu un sujet d’actualité. Le Japon et l’Inde ont intégré la recherche sur les colorants naturels dans le 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 le remplacement des pigments synthétiques par des 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

Natural pigments are natural coloring substances obtained by extracting and purifying plant, animal, and microbial resources. Natural pigments can be classified in various ways. For example, they can be classified according to their source into three main categories: plant pigments, animal pigments, microbial pigments, which can be divided into three categories according to their sources; according to their chemical structures, they can be divided into pyrrole pigments, carotenoid pigments, anthocyanin pigments, flavonoid pigments, quinone pigments, etc.; according to their solubility, they can be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments, etc.

Cependant, Zhang Shengwan, Liu Shuling7 et d’autres ont d’abord proposé un «système binaire» pour les pigments naturels en se fondant sur 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). 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. En même temps, les pigments aliphatiques se fanent 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. 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 sur les pigments des myrtiles. 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: le pigment rouge de radis, le pigment rouge de tulipe et le pigment jaune de tulipe, ont conclu que parmi ces trois pigments, le pigment de 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 différents types de pigments naturels et leur stabilité, et ont constaté que si les pigments naturels sont divisés en deux catégories: les pigments naturels aliphatiques et les 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

Food additives such as malic acid, succinic acid, Acide ferulique, rutin, naringin, and paraben have a certain effect on improving pigment stability. Among them, the effects of succinic acid, ferulic acid, paraben, and naringin are stronger, and their combined use has a significant effect. Giulia Martellia²¹ and others have confirmed that high concentrations of sugar have good resistance to degradation of phycocyanin at high temperatures, and this property is independent of the type of sugar but is related to the concentration of sugar.

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 férulique et de l’acide 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

Les pigments naturels sont 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 aucun effet secondaire 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 and others found through research on dyeing experiments with 10 natural pigments such as gardenia, turmeric, natural brown, cocoa, tomato, red yeast, sorghum red, paprika red, tea and coffee that they are all ideal pigments for dyeing wool. The direct dyeing of soaping fastness can reach more than level 3. Turmeric and natural brown can be used with aluminum, iron and and natural brown use metals such as aluminum, iron and copper as mordant agents. The washing fastness can be increased to level 4, but the 10 pigments are relatively poor at dyeing silk compared to wool. It can be seen that although silk and wool are both protein fibres, the colouring mechanism of natural pigments on the two is different, resulting in the difference in the colour fastness to soap after the two are dyed. However, there is currently no literature reporting on the different principles of natural pigments for dyeing these two protein fibres, and research in this area will be of great significance for the study of the colouring principles of natural pigments.

Jia Yanmei [et al. ont exploré 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 que le pigment de riz noir est plus stable dans des conditions acides, donc 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 noir de riz, le pigment jaune de gingembre, le pigment d’ombrelle et le pigment de catéchine soient des pigments différents, les résultats de recherche montrent que la teinture des cinq pigments est liée à des facteurs qui affectent leur stabilité. Par conséquent, la recherche pour améliorer la stabilité des pigments naturels est 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.

The modified linen fabric is then dyed with Violet patate douce rouge pigment. The dyed fabric has good rubbing fastness, but the washing fastness is slightly worse2. Yu Fei et al. 2 used cationic groups such as quaternary ammonium salts, reactive tertiary ammonium salts, and reactive groups such as epoxy groups to react with the hydroxyl groups on the cotton fiber macromolecules under alkaline conditions, and used food coloring to dye the modified cotton fabric.  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.

In addition, compared with foreign pigment production, pigment production in China generally has higher costs and lower extraction efficiency. In the development and utilization of pigment resources, many units only focus on development and do not pay attention to protection, resulting in resource depletion. Therefore, the production of natural pigments from microbial resources has shown its advantages. Microbial production of natural pigments can overcome the shortcomings of using plants and animals as raw materials for natural pigments, while also achieving industrialized production to meet market demand. The current situation of microbial production of natural pigments is summarized as follows:

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 de recherches 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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