Etude sur le développement de Pigments naturels et de colorants naturels

Les pigments naturels et les teintures naturelles proviennent essentiellement des mêmes sources, dont la plupart sont extraits de plantes. Les deux utilisent des pigments extraits comme élément utilisé, et sont naturels, non-toxiques, inoffensifs, respectueux de l’environnement, renouvelables, et n’ont aucune pollution. À l’aube du 21ème siècle, les pigments naturels et les teintures naturelles sont devenus les acteurs dominants sur le marché international, avec une croissance de plus de 10% par an. Avec l’appel croissant pour un retour à la nature, il est impératif de développer des pigments et des colorants naturels sûrs, économiques et efficaces.

1 aperçu des pigments naturels

Colorant alimentaire, également connu comme uncolorant, est un additif alimentaire très important dans les aliments. Il donne non seulement aux aliments une apparence colorée, stimule les sens et augmente l’appétit, mais donne également aux gens un sentiment de beauté et est la base pour évaluer la qualité des aliments. Le colorant alimentaire peut être divisé en colorant naturel et colorant synthétique selon sa source.

1.1 contexte

Comme la quantité de colorant synthétique utilisé augmente et que la société se développe et les gens ' S le niveau de vie s’améliore, de plus en plus de gens se demandent si l’utilisation deColoration synthétique dans les alimentsPeut présenter un risque pour la santé humaine. Dans le même temps, un grand nombre de rapports de recherche ont souligné que presque toutes les colorants synthétiques ne fournissent pas de nutriments au corps, et certains colorants synthétiques peuvent même être nocifs pourSanté humaine....... En conséquence, people&#On a progressivement attiré l’attention sur la question de la sécurité. En conséquence, de nombreux règlements ont été introduits dans les pays du monde entier, comme la forte réduction du nombre de couleurs synthétiques approuvées aux États-Unis de 700 à 7. Cependant, l’adultération des aliments a continué pendant de nombreuses années. Ensemble avec les médias, qui au cours des dernières années a été critique de colorant alimentaire et de la santé, ils ont contribué à des consommateurs et#39; Préoccupation au sujet des additifs colorants alimentaires. La coloration naturelle a commencé à être largement utilisée commercialement il y a 25 ans et a depuis fait de grands progrès. Consommateurs ' L’intérêt pour les produits naturels du point de vue de la santé a entraîné la demande de colorants naturels dans l’industrie alimentaire [1].

1.2 historique

L’histoire de l’ajout de colorants aux aliments remonte à l’egypte ancienne, où les pâtissiers locaux utilisaient des extraits naturels et du vin pour améliorer la couleur de leurs bonbons vers 1500 avant jc. Vers le milieu du xixe siècle, une épice appelée safran a été ajoutée à certains aliments à des fins décoratives. Avec la révolution industrielle, l’industrie alimentaire s’est développée rapidement. Des composés minéraux et métalliques ont également été utilisés comme colorants pour déguiser les aliments de mauvaise qualité et frelacés. D’autres exemples terribles incluent: Pb3O4 et HgS ont été utilisés commeColorants pour le fromage et les bonbons, et le thé noirci pourrait être récupéré avec l’arséniate, puis vendu sur le marché. En 1860, l’utilisation de colorants dans les desserts cause deux décès. Certains produits chimiques toxiques ont également été utilisés comme colorants dans les bonbons et les cornichons. En 1856, Sir w. illian Henry P erkin a inventé la première couleur synthétique (la mauvine). À la fin du 19e siècle et au début du 20e siècle, des additifs colorants non approuvés ont été largement utilisés dans diversAliments populairesSur les marchés européens et américains, y compris le ketchup, la moutarde, la gelée et l’alcool. Plus de 80 couleurs synthétiques sont apparues sur le marché, dont certaines ont été utilisées dans l’industrie textile, et non dans l’industrie alimentaire. De nombreux colorants alimentaires n’ont jamais été testés pour les effets toxicologiques et autres effets négatifs. Depuis 1900, un grand nombre de couleurs synthétiques ont été produites en utilisant l’aniline comme matière première, un produit pétrolier toxique. Initialement, ces couleurs ont été appelées couleurs de goudron de charbon, car la matière première pour la synthèse provenait de charbon contenant de l’asphalte. Les premiers pigments issus de sources végétales, animales et minérales étaient encore utilisés dans l’alimentation au début du xxe siècle, mais ont été progressivement éliminés par les fabricants motivés par des intérêts économiques. Les pigments synthétisés chimiquement sont simples à produire, peu coûteux, ont de très bonnes propriétés colorantes et peuvent être utilisés en petites quantités sans donner une saveur indésirable à l’aliment.

1.3 situation actuelle et perspectives

Les Pigments sont présents en abondance dans les fruits, les légumes, les graines et les racines. Nous consommons chaque jour de grandes quantités de pigments divers dans notre alimentation, notamment les anthocyanes, les caroténoïdes (la nature produit plus d’1 million de tonnes par an, dont la structure de 600 espèces a été confirmée) et la chlorophylle. Les pigments naturels que nous ingérons chaque jour dans notre alimentation ne représentent qu’une très petite partie du total. Les propriétés physiques et chimiques des pigments naturels varient considérablement. Beaucoup sont sensibles à l’oxydation, aux changements de pH et à la lumière, et leur solubilité varie considérablement. Actuellement, 13 colorants naturels sont approuvés pour une utilisation en Europe, tandis que les États-Unis en ont approuvé 26. Les couleurs naturelles étaient initialement considérées comme beaucoup moins stables que les couleurs synthétiques, plus difficiles à utiliser et plus chères.

On estime que 70% du monde et#39; S plantes n’ont pas fait l’objet de recherches approfondies, et seulement 0,5% ont fait l’objet de recherches approfondies. De ce point de vue, nos recherches sur les colorants alimentaires naturels ne font que commencer. Cependant, en réalité, il n’est pas facile de développer de nouvelles couleurs. Avant qu’une nouvelle couleur puisse être approuvée pour une utilisation par la FDA et en Europe, elle doit subir une évaluation de sécurité, ce qui prend beaucoup de temps et d’argent. De nombreuses couleurs non découvertes peuvent se trouver dans les terres et les océans non aménagés, et il est difficile de les développer commercialement. Compte tenu de ces difficultés, les recherches actuelles sur les couleurs naturelles se concentrent sur le développement des couleurs existantes, principalement dans les trois domaines suivants: les procédés de synthèse, les techniques de production et les sources alternatives de couleur. Ces approches se sont avérées très efficaces et ont grandement facilité l’utilisation de colorants naturels dans l’industrie alimentaire et des boissons. Les fabricants d’aliments sont optimistes quant au fait que la plupart des colorants naturels offerts par les fournisseurs de couleurs répondent aux exigences en termes de couleur, de stabilité et de propriétés d’utilisation.

2 aperçu des colorants naturels

2.1 définition

Colorants naturelsColorants obtenus à partir de plantes, d’animaux ou de ressources minérales qui n’ont pas été synthétisés artificiellement et qui ont subi peu ou pas de traitement chimique.

2.2 Classification

(1) les teintures naturelles peuvent être divisées en teintures végétales, teintures animales et teintures minérales selon leurs sources, les teintures végétales étant les principales. Les teintures végétales comprennent la madure, le woad, le sumac, l’indigo, le carthame, la grenade, le gardenia jaune, le thé, le coneflower, le yarrow, le ksimmon, la consoude et le sumac. En raison des différentes structures moléculaires des teintures naturelles, les méthodes de teinture varient également considérablement. Pour les fibres protéiques et les fibres cellulosiques, les méthodes de teinture comprennent principalement la teinture sans mordant, la teinture d’abord puis le mordant, et le mordant d’abord puis la teinture. Pour les fibres synthétiques, elles sont principalement divisées en teinture à pression atmosphérique et teinture à haute température et haute pression. Le meilleur processus de teinture doit être déterminé en fonction de la nature du colorant. En particulier, il est à noter que lorsque le même colorant naturel est teint avec un mordant différent, la fibre teinte a souvent une teinte différente [2].

(2) (2)Colorants naturelsOnt une variété de structures chimiques, qui peuvent être divisées en sept catégories selon la composition chimique: caroténoïde, anthraquinone, naphthoquinone, flavonoïde, curcuminoïde, indigo et chlorophylle. Les colorants caroténoïdes sont nommés d’après la carotte, et ont une longue double liaison conjuguée (une double liaison) dans leur structure. Ils sont de couleur orange, et les principales teintures sont l’annatto et le safran. Les colorants rouges contiennent tous une structure anthraquinone, et la plupart d’entre eux sont extraits de plantes, d’insectes ou d’animaux. Ils sont connus pour leur bonne solidité à la lumière. Les flavonoïdes sont des composés organiques incolores. La plupart des colorants jaunes naturels sont des substituants hydroxyle ou méthoxy des flavonoïdes ou flavonols.

(3) la Classification par couleur fait référence à la Classification des teintures naturelles selon la couleur des fibres ou des tissus teints: il y a des teintures rouges, jaunes, bleues, brunes et d’autres teintures naturelles. Parmi les colorants naturels qui ont été comptés, les variétés jaunes et rouges sont les plus communes, tandis que le bleu, le vert et le noir sont les moins communes. Les colorants rouges ne sont pas aussi abondants dans la nature que les colorants jaunes. La plupart des teintures rouges sont cachées dans les racines des plantes, l’écorce des arbres ou le corps gris foncé des insectes. Malgré les sources limitées de colorants rouges, ils sont présents en grande quantité dans les bases colorées d’une plante et sont donc faciles à extraire. Le carmin, le plus beau colorant naturel rouge, se trouve dans le corps du virus du carmin qui parasite les cactus [3], mais les colorants rouges naturels les plus importants et les plus couramment utilisés sont la garance et la laque. Le jaune est la plus vive et la plus abondante de toutes les teintes que l’on trouve dans la nature. Il y a beaucoup plus de plantes qui produisent des teintures jaunes que celles qui produisent des teintures d’autres couleurs. Le colorant de curcuma est un dérivé du curcuma et est l’un des colorants jaunes les plus célèbres et vibrants d’origine naturelle. L’indigo est l’un des colorants bleus les plus couramment utilisés depuis l’antiquité. Il est extrait des feuilles d’une plante qui pousse en asie, en afrique, aux Philippines et aux États-Unis. Le colorant brun catéchu est extrait du bois d’un arbre appelé catéchu, qui pousse principalement en Inde.

2.3 histoire des teintures naturelles

La légende raconte que dès l’époque de l’empereur jaune, il y a plus de 4500 ans, les gens étaient déjà capables d’utiliser des jus de plantes pour teindre. La preuve en est qu’en 1959 des archéologues ont découvert des fils de soie teints dans la tombe de la dynastie Yin à Wangyukou, Anyang, Province du Henan. Cela montre que les gens teignaient déjà il y a au moins 3000 ans sous la dynastie Yin. À cette époque, les gens utilisaient des colorants naturels, principalement des jus de plantes, et certains utilisaient aussi du sang d’insectes pour teindre les choses. Pendant des milliers d’années, les chinois ont largement utilisé les teintures végétales. Ils ont accumulé beaucoup d’expérience, comme l’extrait de curcuma du jus de gingembre, l’extrait de cochenille des insectes de cochenille, et l’extrait de madure de la madure.

Depuis que W. P erkin a inventé les pigments synthétiques en 1856,Colorants naturelsOnt progressivement perdu leur importance en tant que teintures textiles parce qu’elles sont longues et laborieuses à utiliser et ne peuvent pas être prépréparées en tant que produits prêts à l’emploi. De nos jours, la plupart des colorants utilisés sur le marché sont des colorants synthétiques. Certains colorants synthétiques constituent une menace pour la santé humaine. Parmi les colorants synthétiques, certains colorants azoïques peuvent se décomposer en amines aromatiques toxiques, le pentachlorophénol, et certains colorants sont susceptibles de causer des allergies cutanées. Si des teintures inappropriées sont utilisées au début du processus de production des vêtements, cela peut poser un risque cancérogène pour le porteur. Les pays de l’ue ont commencé à légiférer sur l’interdiction des colorants azoïques et les textiles exportés sont soumis à des inspections strictes de certification environnementale. L’allemagne a interdit certains colorants azoïques en 1996, après avoir constaté qu’ils étaient cancérigènes, tératogènes et allergènes. Par conséquent, les gens se sont tournés vers les colorants «respectueux de l’environnement». La réintroduction de colorants naturels respectueux de l’environnement a ouvert des opportunités commerciales à l’industrie textile pour utiliser ces colorants pour ouvrir de nouveaux marchés pour les produits teints naturellement.

Les colorants naturels de plantes ne sont pas seulement non toxiques et inoffensifs, ils sont vraiment des produits respectueux de l’environnement. Ils ont également un large éventail d’avantages de soins de santé, restauration pour le consommateur moderne et#39; S psychologie du retour à la nature et du maintien d’une bonne santé. Les teintures végétales sont fabriquées à partir de matières premières telles que la phytothérapie chinoise, les fleurs, le thé et les fruits, qui sont uniques à la Chine. Ils sont raffinés par de nombreux procédés tels que le broyage, le trempage et la cuisson, et sont des teintures végétales naturelles pures. Ils ne contiennent aucun produit chimique, sont non toxiques et inoffensifs, et les textiles et les vêtements teints avec eux ne causeront aucun dommage à la santé humaine.

2.4 avantages des colorants naturels

Les caractéristiques de la teinture naturelle sont qu’en plus de la teinte naturelle, certaines plantes comme la garance et l’indigo, etc., ont des effets répulsifs et antibactériens lorsqu’ils sont utilisés pour teindre des tissus avec des teintures naturelles extraites de ces tissus. Couplés au parfum naturel des tissus teints en teintures naturelles, ils sont très populaires auprès des consommateurs. Bien que les colorants naturels ne puissent pas remplacer complètement les colorants synthétiques, ils ont une place sur le marché et sont de plus en plus appréciés par les gens, avec de larges perspectives de développement. Le marché des produits textiles naturels est également un vaste marché qui doit encore être pleinement développé. La pleine utilisation de ces ressources naturelles nécessite les efforts concertés de nombreuses parties pour mettre au point les technologies, les procédés et les produits correspondants.

Les principaux avantages des colorants naturels sont qu’ils sont non toxiques et inoffensifs, non allergènes et non cancérigènes pour la peau, et ont une bonne biodégradabilité et la compatibilité environnementale. Leurs couleurs sont douces, naturelles et distinctives, et ils ont de larges perspectives de développement dans les domaines des produits de soie haut de gamme, des sous-vêtements de santé, des produits textiles à la maison, des produits décoratifs et d’autres domaines. Au cours des 10 dernières années, le gouvernement coréen a dépensé près d’un million de dollars américains en recherche et développement de projets de teinture naturelle pour promouvoir le développement de nouvelles technologies écologiques de teinture et de finition. À l’heure actuelle, de grands progrès ont été réalisés dans la recherche de la technologie d’extraction naturelle de colorant, de la teinture de niveau et de l’amélioration de la solidité à la lumière, et certainsExtraction de colorants naturelsLes procédés ont été industrialisés. Le développement de teintures naturelles est non seulement bénéfique pour la protection des ressources naturelles et de l’environnement écologique, mais offre également de larges perspectives de développement pour le développement de certains textiles à haute valeur ajoutée [4-6].

2.5 perspectives

Chine et#39; S la recherche et l’application de teintures naturelles sont similaires au niveau international, contrairement à d’autres domaines industriels où il existe un écart important. La valeur fondamentale de l’application de colorants naturels est sa sécurité et sa biocompatibilité. Bien qu’il soit actuellement irréaliste de commercialiser et de remplacer complètement les teintures synthétiques, il est nécessaire d’injecter de nouvelles technologies dans l’acquisition et la teinture de teintures naturelles, d’adopter des équipements modernes et d’accélérer le rythme de l’industrialisation. On pense que les teintures naturelles rendront le monde plus coloré [7].

3 la connexion et la différence entre les pigments naturels et les colorants naturels

Les pigments naturels et les teintures naturelles proviennent essentiellement de la même source, principalement des plantes. Les deux sont des pigments extraits utilisés comme éléments, et sont naturels. Ils sont non toxiques, inoffensifs et respectueux de l’environnement. Ils peuvent être régénérés et sont sans pollution. La différence réside dans les différents objets d’application et les exigences, ce qui entraîne une différence significative entre les deux. Les pigments naturels sont principalement utilisés dans l’industrie alimentaire, où des exigences de sécurité élevées sont nécessaires. Certains pigments végétaux ne peuvent pas être utilisés dans l’industrie alimentaire ou l’industrie cosmétique, comme la gourde blanche d’eau, la coquille de châtaignier et la limonade. Les teintures naturelles sont principalement utilisées pour la teinture des textiles, et exigent la lavabilité, la solidité au frottement, et la solidité au lavage et au savon. Certains pigments naturels ne répondent pas à ces exigences. Par exemple, le carotène etl’anthocyane, qui sont largement trouvés dansLégumes colorésEt les fruits, sont des pigments naturels, mais ils n’adhèrent pas bien aux textiles. Une fois lavés, les pigments ont disparu, de sorte qu’ils ne répondent pas aux exigences des colorants naturels [8]. Les pigments naturels peuvent être directement incorporés dans les aliments pour obtenir la coloration. Cependant, de nombreux colorants naturels ne sont pas facilement teints directement et nécessitent l’aide de mordants pour obtenir l’effet désiré.

4 problèmes dans le processus de demande et solutions possibles

Bien que les pigments naturels (teintures) aient de larges perspectives de développement, il est actuellement irréaliste de les commercialiser et de remplacer complètement les pigments synthétiques (teintures), car leur application pose de nombreux problèmes.

4.1 problèmes d’approvisionnement en matières premières

Les teintures naturelles sont pour la plupart dérivées d’animaux et de plantes, ce qui rend difficile leur production de manière standardisée. Prenez les teintures végétales comme exemple. Même pour une même plante, le lieu d’origine, les conditions climatiques et le moment de la collecte affecteront la composition et la couleur du pigment. Cela conduira inévitablement à une mauvaise reproductibilité de la teinture. Les teintures naturelles sont difficiles à produire en grande quantité. Comme la teneur en pigments des plantes est relativement faible, un grand nombre de plantes doivent être cueillies ou coupées pour obtenir suffisamment de colorant. Cela nuira à l’environnement écologique, ce qui va à l’encontre de l’intention initiale d’utiliser des teintures naturelles pour la teinture, qui est écologique et écologique. Beaucoup deTeintures naturelles de plantesSont aussiRessources sur la phytothérapie chinoiseÀ haute valeur médicinale et économique. Il n’est pas non plus économique de les utiliser pour l’extraction de colorants en grandes quantités.

Une façon de résoudre le problème de l’approvisionnement en matières premières est d’utiliser des méthodes de bioingénierie pour cultiver des plantes. Actuellement, en utilisant des méthodes de bioingénierie, diverses plantes telles que la consoude et la garance ont été cultivées artificiellement. Puisque la méthode de culture biologique peut considérablement accélérer la croissance cellulaire, la production de colorants naturels peut être indépendante des plantes dans la nature, et la production peut être considérablement augmentée. Deuxièmement, le développement d’analogues naturels de colorants est également d’une grande valeur. Ce colorant a la même structure qu’un certain colorant naturel et est un isomère. Dans le même temps, il est produit par synthèse chimique, qui a une grande pureté, des performances stables, des matières premières abondantes, ne rivalise pas avec la nourriture pour la terre, et peut être produit à grande échelle. Tant qu’il ne contient pas d’impuretés nocives telles que les métaux lourds, sa sécurité n’est pas un problème, et le coût est beaucoup plus faible que celui des colorants extraits naturellement. Par conséquent, il vaut la peine d’étudier les variétés de colorants naturels avec d’excellentes performances, de déterminer leurs structures, puis de rechercher leurs méthodes de synthèse, en réalisant progressivement une production industrielle à grande échelle, afin de remplacer la culture et l’extraction de colorants naturels et de colorants synthétiques avec une sécurité douteuse.

4.2 questions relatives à l’extraction et à la préparation

Les méthodes traditionnelles de préparation des pigments naturels (colorants) comprennent l’extraction de l’eau, la distillation et la chromatographie sur colonne. Les inconvénients de ces méthodes traditionnelles sont que les particules de pigment (colorant) obtenues sont grandes et la solidité des couleurs n’est pas bonne. Afin d’améliorer l’efficacité de l’extraction des pigments, les chercheurs ont utilisé de l’éthanol au lieu de l’eau comme solvant. Une fois la plante écrasée, elle a été placée dans un récipient hermétique, on y a versé 95% d’éthanol en volume et on a laissé macérer le mélange pendant 24 heures. Après 24 heures, la solution a été versée, et le même éthanol a été utilisé pour macérer pendant encore 6 heures, répétant le processus deux fois. Enfin, toutes les solutions ont été mélangées, filtrées et la solution résultante a été utilisée comme liqueur de colorant. Cette méthode est très appropriée pour malColorants solubles....... L’effet de teinture peut être amélioré en traitant la solution de teinture avec des ultrasons et des micro-ondes [9-11]. Il est prouvé que des expériences par ultrasons et micro-ondes sur la teinture de tissus de coton avec des teintures naturelles en présence de mordants ont montré que les oscillations par ultrasons et par micro-ondes accélèrent la pénétration du colorant et améliorent la profondeur de teinture. En outre, l’application de la technologie de séparation de membrane combinant l’ultrafiltration et la nanofiltration à la purification des pigments naturels (colorants) peut également améliorer l’effet de teinture.

4.3 limites de la modification des performances des applications

Pigments naturels (colorants)Ont très peu d’affinité pour les fibres textiles, ce qui conduit à une mauvaise solidité de teinture, et il est difficile de répondre aux exigences même avec l’utilisation de divers mordants, en particulier la solidité à la lumière et la solidité au savon [12-14]. Les méthodes traditionnelles de teinture naturelle ont également des problèmes comme un faible rendement en couleur et de longs temps de teinture. De plus, la plupart des colorants naturels nécessitent l’utilisation de mordants lors de la teinture, et la plupart des mordants traditionnels contiennent des ions de métaux lourds, dont beaucoup figurent sur la liste des substances interdites pour les textiles écologiques. Pour cette raison, les teintures chinoises ont utilisé des complexes rares d’acide terre-citrique comme mordants pour les colorants naturels pour teindre les fibres de ramie. Les ions de terres rares peuvent être des ions colorants complexes comme des ions centraux et des ligands. En outre, ila également un effet électrolytique similaire et favorise la teinture. Après traitement, la surface de la fibre de cellulose a des pores de différentes tailles, de sorte que les ions de terres rares peuvent entrer dans la région non cristalline de la fibre et même le bord de la région cristalline, formant un complexe multi-composants avec les molécules de colorant et de cellulose, améliorant ainsi la solidité de la teinture. La formation de ce système complexe multi-composants permet au colorant de résister aux changements de couleur causés par les fluctuations du pH de la solution [15-20].

5 Conclusion

Les pigments naturels (teintures) sont appréciés par les gens partout dans le monde pour leurs teintes naturelles, leurs propriétés insectifuges et antibactériennes et leurs arômes naturels. Ils ont un bel avenir. Cependant, il est encore irréaliste de les commercialiser et de remplacer complètement les colorants synthétiques. Il faut utiliser de nouvelles technologies pour extraire et teindre les pigments naturels (teintures), utiliser des équipements modernes et accélérer l’industrialisation. On pense que les pigments naturels (teintures) rendront le monde plus coloré.

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