Étude sur la couleur naturelle de Source végétale

Les couleurs peuvent être divisées en couleurs synthétiques et couleurs naturelles....... Les couleurs naturelles sont des couleurs qui sont extraites d’organismes naturels, puis purifiées et raffinées artificiellement. Les colorants naturels peuvent être divisés en pigments végétaux (également appelés colorants naturels d’origine végétale), pigments animaux, pigments microbiens et pigments minéraux selon leur source[1]. Les pigments animaux et microbiens sont principalement dérivés d’insectes et de micro-organismes. Le pigment animal le plus célèbre est le carmin (un colorant naturel rouge). Le carmin est un pigment obtenu par séchage d’insectes cochenilles femelles qui parasitent les plantes de type cactus. Sa composition chimique est l’acide carminique [2]. La plupart des pigments minéraux sont nocifs pour le corps humain et ne peuvent donc pas être utilisés comme colorants dans l’industrie alimentaire. Les pigments végétaux sont principalement dérivés de tissus végétaux tels que les fleurs, les fruits, les feuilles, les tiges et les graines.Les colorants naturels sont principalement dérivés de tissus végétaux, tels que les fleurs, les fruits, les feuilles, les tiges et les graines....... La plupart des couleurs dites naturelles proviennent de matériaux végétaux [3], et les espèces végétales concernées couvrent de nombreuses familles et genres. Selon des statistiques incomplètes, il existe actuellement plus de 80 colorants naturels connus [4], et plus de 30 plantes ont été utilisées dans le développement et la recherche de colorants naturels [5]. Parce que les colorants naturels d’origine végétale sont sûrs et non toxiques, ils sont souvent utilisés pour améliorer l’apparence et la couleur des aliments, des médicaments, des cosmétiques, etc.

Les colorants synthétiques sont des pigments organiques obtenus par synthèse chimique artificielle. Ils sont généralement fabriqués à partir de produits chimiques tels que le benzène, le toluène et le naphtalène comme matières premières principales, et sont formés par une série de réactions. La plupart des colorants synthétiques sont des pigments synthétiques organiques, dont le carmin, l’indigo et le jaune couchant. Les colorants synthétiques présentent de nombreux avantages. Leurs couleurs sont généralement vives, elles sont stables et elles ne sont pas facilement affectées par des facteurs environnementaux tels que la lumière, la chaleur et l’oxygène. Les pigments synthétiques ont un fort pouvoir colorant et peuvent être utilisés comme colorants ou colorants, qui sont faciles à teindre les aliments ou les textiles. De plus, le procédé de production et le procédé des pigments synthétiques sont faciles à contrôler, et leurs coûts de production industriels sont faibles [6]. Cependant, les pigments synthétiques eux-mêmes n’ont aucune valeur nutritionnelle et la plupart des pigments sont toxiques pour la santé humaine et risquent même de provoquer des effets tératogènes et cancérigènes. Avec l’amélioration des personnes' S et en particulier les divers problèmes de sécurité alimentaire causés par les pigments synthétiques, les personnes et les#La demande en matière de sécurité des additifs alimentaires augmente. Les pigments naturels, avec leurs attributs naturels et sains, sont non toxiques et remplaceront inévitablement les pigments synthétiques, et sont largement utilisés dans l’alimentation, les produits pharmaceutiques et l’industrie légère.

1 histoire et caractéristiques de l’utilisation des colorants naturels d’origine végétale

1.1 historique de l’utilisation des colorants naturels d’origine végétale

Les couleurs naturelles ont été les premiers pigments utilisés par les humains. Dès le 10ème siècle av. J.-c., les peuples de l’ancienne grande-bretagne fabriquaient des bonbons roses à partir du jus de plantes de garance. C’est le premier enregistrement de l’utilisation de couleurs naturelles par les peuples anciens. Dans l’egypte ancienne, les marchands utilisaient des extraits de plantes naturelles et du vin pour améliorer la couleur des bonbons. En Chine, il existe également une longue histoire d’utilisation de couleurs naturelles, qui sont largement utilisés dans la teinture de tissus, colorants alimentaires, et la production de rouge et de maquillage. Par exemple, le rouge qui était populaire chez les femmes chinoises anciennes depuis la dynastie Shang était fabriqué à partir du pigment dans les pétales de safran. Par exemple, la garance et le gardénie utilisés pour la préparation des teintures étaient déjà cultivés à grande échelle dans la dynastie Zhou orientale (221 av. J.-c.) [8]. En aujourd’hui' S société, les types et la portée d’utilisation de la couleur naturelle ont été continuellement augmentés, et il a de larges perspectives d’application.

1.2 caractéristiques de la couleur naturelle d’origine végétale

Colorants naturels de plantesLes sources sont produites en raison de la croissance naturelle et du métabolisme des tissus végétaux, et ont quelques avantages par rapport aux pigments synthétiques, tels que: ① la plupartLes colorants naturels d’origine végétale ne sont pas toxiquesEt n’ont aucun effet secondaire; Certains colorants naturels dérivés de plantes avec une sécurité élevée peuvent être largement utilisés comme additifs pharmaceutiques ou alimentaires; ② les couleurs naturelles dérivées des plantes reflètent les couleurs des plantes elles-mêmes, de sorte que les nuances sont très naturelles. En tant qu’additifs alimentaires ou colorants, ils peuvent rendre les teintes plus proches des couleurs d’objets naturels, le rendant plus acceptable; ③ :De nombreuses couleurs naturelles comestibles dérivées de plantesContiennent des nutriments essentiels que le corps ne peut synthétiser seul. Ces couleurs naturelles d’origine végétale non seulement améliorent la couleur des aliments, mais complètent également le corps et#39; S nutritifs essentiels et ont même des effets préventifs et thérapeutiques sur certaines maladies. Par exemple,β-carotènePeut être converti en vitamine A dans le corps humain, et la vitamine A A pour effet de traiter la maladie de l’œil sec et de prévenir la cécité nocturne.

Bien que les colorants naturels d’origine végétale aient de nombreux avantages, ils ont encore quelques inconvénients: ① ils sont difficiles à purifier. Les colorants naturels d’origine végétale sont des composés qui existent dans les plantes et qui coexistent souvent avec d’autres substances complexes dans les plantes, ce qui rend le processus d’extraction compliqué. Le conseil des ministresExtraits pigmentairesObtenus contiennent souvent d’autres substances et sont relativement peu pures. En outre, en raison des principaux problèmes actuels dans le processus de production de couleurs naturelles d’origine végétale, tels que les procédés immatures et les équipements moins avancés, le taux d’extraction des couleurs naturelles d’origine végétale est faible et le prix est cher. ② la teinte des couleurs naturelles d’origine végétale est instable et change souvent en raison de facteurs environnementaux externes tels que la lumière, la température, l’oxygène, la valeur du pH et les ions métalliques, ce qui la rend moins stable [10]. De plus, les colorants naturels d’origine végétale sont facilement oxydés, ce qui réduit leur durée de vie. Ils doivent être souvent complétées avec des antioxydants ou des stabilisants pigmentaires, ce qui rend leur utilisation encombrante. ③ il existe de nombreux types de couleurs naturelles d’origine végétale, et leurs propriétés sont complexes. En particulier, leurs propres propriétés physiques et chimiques limitent leur champ d’application et les rendent hautement spécialisés.

2 Classification des colorants naturels d’origine végétale

En plus d’être classés selon leur source, les colorants naturels d’origine végétale peuvent être divisés enPigments liposolubles et pigments hydrosolublesSelon leurs propriétés de solubilité; Et selon leur structure chimique, ils peuvent être divisés en principaux types de pigments suivants: porphyrines, dérivés de pyrrole, quinones et xanthones, pigments de polyène et dérivés de polyphénol [9]. Selon leurs ingrédients fonctionnels, ils peuvent être divisés en anthocyanes, caroténoïdes, flavonoïdes, pyrroles et autres pigments majeurs [10].

2.1 les anthocyanes

Les anthocyanines, également connues sous le nom d’anthocyanidines, sontUn type de pigment soluble dans l’eauQui existent généralement sous forme d’anthocyanes dans les fleurs, les feuilles, les fruits, les tiges et d’autres parties des plantes. Selon des statistiques incomplètes, 27 familles et 72 genres de plantes contiennent des quantités différentes d’anthocyanes [11]. Les anthocyanes affichent différentes couleurs dans différentes conditions de pH, apparaissant rouge dans des conditions acides, violet dans des conditions neutres, et bleu dans des conditions alcalines. Les différentes couleurs de rouge, de violet et de bleu affichées par les plantes sont également le résultat de la coloration des anthocyanes dans différentes conditions de pH dans la vacuole cellulaire. Les anthocyanes ont une activité biologique élevée et sont des donneurs d’hydroxyle qui peuvent être utilisés comme récupérateurs de radicaux libres. Des études ont montré que les anthocyanes ont des effets pharmacologiques tels que l’anti-oxydation et l’anti-vieillissement, les anti-inflammatoires et les anticancéreux, l’amélioration de l’immunité, la protection cardiovasculaire et la prévention des maladies [12]. De nombreuses plantes dans la nature sont riches en anthocyanes. Par exemple, les baies de goji noires ont la teneur en anthocyanes la plus élevée de toutes les plantes découvertes jusqu’à présent. Les patates douces violettes sont une matière première idéale pour l’extraction d’anthocyanes en raison de leur teneur élevée en anthocyanes et de leur rendement élevé.

2.2 caroténoïdes

Caroténoïdes, également connus sous le nom de pigments de polyène, sont une classe de polymères terpénoïdes liposolubles, principalement divisés en carotènes et caroténoïdes. Les caroténoïdes sont largement présents dans les parties des plantes qui apparaissent jaunes, orange-rouge ou rouge. Les caroténoïdes dans les chloroplastes sont principalement le carotène (orange-jaune) etLutéine (jaune), qui jouent un rôle important dans la photosynthèse. La vitamine A (rétinol) est une substance importante pour le maintien d’une fonction visuelle normale et le maintien d’une peau saine. Certains caroténoïdes peuvent être convertis en vitamine A. ils sont appelés provitamine A. le plus commun d’entre eux est le bêta-carotène, qui est converti en vitamine A lorsque le corps en A besoin. Tous les caroténoïdes ne peuvent pas être transformés en vitamine A.Lycopène (trouvé principalement dans les tomates, pastèques et goyaves), par exemple, ne peuvent pas être transformés en vitamine A. certainsCaroténoïdes dérivés de plantesQui ont été testés pour la sécurité peuvent être ajoutés directement aux aliments tels que les pâtisseries, les produits laitiers, les boissons froides et les bonbons comme colorants.

2.3 flavonoïdes

Les flavonoïdes peuvent généralement être divisés en flavones et flavonols, dihydroflavonoïdes et dihydroflavonols. On les trouve largement dans de nombreux tissus végétaux, principalement jaune pâle ou même incolore, et quelques-uns sont orange vif. Parmi eux, les plus répandus dans le monde végétal sont les flavonoïdes et les flavonols, dont plus de 400 ont été découverts jusqu’à présent [13-14]. Les flavonoïdes ont des fonctions physiologiques importantes et jouent un rôle important dans la protection dela santé humaine par anti-oxydation, anti-mutation et retarder le vieillissement. De plus, lorsqu’ils sont utilisés en synergie avec les anthocyanes, les flavonoïdes peuvent réduire l’oxydation des anthocyanes et avoir un certain effet colorant. Le type de flavonoïde le plus courant est la curcumine, un pigment jaune que l’on trouve principalement dans les tubercules de curcuma et de safran. Il est largement utilisé dans la nourriture et la médecine en raison de ses fortes propriétés antioxydantes, anti-inflammatoires, anticancéreuses, colorantes et inhibiteurs de toxines.

2.4 Pyrrole

Les pigments de Pyrrole comprennent principalement la chlorophylle et ses sels de cuivre et de sodium, ainsi que le zinc et ses sels de sodium. Ils sont largement présents dans les chloroplastes des plantes vertes, en particulier dans les parties vertes des feuilles et des fruits des plantes supérieures, où ils se combinent avec des protéines pour former des chloroplastes. Ces pigments ont de nombreux effets pharmacologiques en médecine humaine, tels que la protection et la désintoxication antivirales, antiulcères, antibactériennes et hépatiques.

2.5 autres pigments

D’autres pigments comprennent principalement des pigments anthraquinone et des pigments de levure rouge de riz. Les pigments de l’anthraquinone comprennent principalement le carmin et le colorant laque, que l’on trouve dans les tiges et les racines souterraines des plantes et des betterave rouges. Ils ont des effets médicaux tels que l’antibactérien et la désintoxication [15].

3 méthodes d’extraction et de purification des colorants naturels d’origine végétale

Il existe de nombreuses méthodes pour extraire et purifier les colorants naturels d’origine végétale. Les méthodes d’extraction courantes comprennent l’extraction traditionnelle par solvant, l’extraction par fluide supercritique, l’extraction assistée par micro-ondes et l’extraction par solvant sous pression. Les méthodes courantes de purification comprennent la chromatographie sur colonne, la séparation membranaire et la chromatographie liquide. Ce qui suit décrit brièvement plusieurs méthodes pour extraire et purifier les colorants naturels d’origine végétale.

3.1 extraction traditionnelle au solvant

La méthode traditionnelle d’extraction au solvant est principalement utilisée pour extraire des pigments solubles dans l’alcool et dans l’eau. La méthode consiste à sécher et broyer les matières premières, puis à sélectionner un solvant pour extraire les pigments des matières premières en fonction de la solubilité et de la polarité des pigments et des impuretés coexistantes. L’extrait pigmentaire brut est ensuite filtré, concentré sous pression réduite, séché sous vide et raffiné pour obtenir le produit fini. La méthode traditionnelle d’extraction au solvant comprend principalement la méthode de macération, la méthode de décoction et la méthode d’extraction au reflux. La méthode traditionnelle d’extraction au solvant a des exigences relativement simples en matière d’équipement et de processus, mais le temps nécessaire pour l’extraction et la filtration est long, la consommation de solvant est élevée, le rendement et la pureté du produit sont faibles, et il existe un risque d’odeurs ou de résidus de solvant, ce qui affecte la qualité du produit. Par conséquent, les extraits obtenus par la méthode traditionnelle d’extraction au solvant nécessitent une purification supplémentaire.

3.2 extraction par fluide supercritique

L’état supercritique fait référence à l’état où l’interface gaz-liquide disparaît au-dessus d’une certaine température ou pression. Le fluide dans cet état est appelé un fluide supercritique. L’extraction de fluide supercritique (SFE) est une nouvelle technologie de séparation et d’extraction développée au cours des dernières années, qui utilise des fluides supercritiques comme agents d’extraction pour extraire des substances cibles. Le principe d’extraction de fluide supercritique est le suivant: le soluté est d’abord dissous dans le fluide supercritique sous haute pression, puis la pression du système est abaissée ou la température du système est augmentée, provoquant la précipitation du soluté dans le fluide en raison d’une diminution de la densité et de la solubilité. Les fluides supercritiques comprennent principalement le dioxyde de carbone, l’ammoniac, l’éthanol, l’oxyde nitrique, le toluène, le benzène, l’eau, etc.

La température supercritique du dioxyde de carbone (31 °C) est proche de la température ambiante, il est non toxique et non polluant, et il ne corrode pas l’équipement. Par conséquent, le dioxyde de carbone est le fluide supercritique le plus courant [16]. Les conditions optimales du procédé d’extraction pour différents types de fluides supercritiques naturels dérivés de plantes varient, mais le procédé d’extraction est généralement de l’ordre de 10 à 50 MPa, de 31 à 80 °C et de 3 à 20 h [17]. Par rapport aux méthodes traditionnelles d’extraction au solvant, l’extraction de fluide supercritique présente de nombreux avantages, tels que la basse température d’extraction, le taux d’extraction élevé, la vitesse rapide, aucun résidu de réactif d’extraction, aucune pollution, et beaucoup d’autres avantages. Cependant, la promotion et l’application de la technologie d’extraction de fluide supercritique sont limitées en raison de son investissement élevé en équipement et de ses coûts d’exploitation et de sa technologie imparfaite.

3.3 extraction assistée par micro-ondes

L’extraction assistée par micro-ondes, également connue sous le nom d’extraction assistée par micro-ondes (MAE en abrégé), est une technique de séparation et d’extraction qui combine le chauffage par micro-ondes, qui peut être utilisé pour chauffer sélectivement, avec la technologie d’extraction par solvant. Le principe de l’extraction assistée par micro-ondes est le suivant: le composant cible est chauffé sélectivement dans un champ micro-ondes, générant une grande quantité de chaleur en peu de temps, ce qui provoque la rupture des liaisons d’hydrogène entre les molécules dans la membrane cellulaire, détruisant ainsi la structure de la membrane cellulaire. Cela accélère la diffusion de la couleur naturelle dans la cellule vers le solvant, qui a une constante diélectrique plus faible et une capacité d’absorption des micro-ondes relativement faible, atteignant ainsi l’objectif d’extraction rapide de la couleur naturelle. L’extraction assistée par micro-ondes (MAE) présente de nombreux avantages pour l’extraction de colorants naturels d’origine végétale. Tout d’abord, il peut accélérer la dissolution des couleurs naturelles d’origine végétale dans le solvant d’extraction, améliorer l’efficacité d’extraction et réduire le temps d’extraction. Deuxièmement, il peut extraire simultanément plusieurs composants de l’échantillon, avec une petite quantité de solvant et une bonne répétabilité des résultats. Par conséquent, l’extraction assistée par micro-ondes présente de bonnes perspectives de développement et un grand potentiel d’application dans le développement et l’utilisation de colorants naturels d’origine végétale.

3.4 chromatographie sur colonne

La méthode de purification la plus courante pour les couleurs naturelles d’origine végétale est la chromatographie sur colonne. La chromatographie sur colonne se rapporte à la méthode de séparation et de purification des couleurs naturelles par filtration d’une solution mixte contenant des couleurs naturelles à travers une colonne contenant différents adsorbants ou des phases stationnaires. Les principales méthodes de chromatographie sur colonne sont la chromatographie sur colonne de résine macroporeuse, la chromatographie sur gel, la chromatographie sur colonne de gel de silice, la méthode de résine échangeuse d’ions, la chromatographie sur colonne de charbon actif et la méthode de polyamide. Parmi celles-ci, les méthodes de purification les plus couramment utilisées sont la chromatographie sur colonne en résine macroporeuse et la chromatographie sur gel.

La chromatographie sur colonne de résine macroporeuse est basée sur le fait que la résine macroporeuse a un bon effet d’adsorption et de crible sur la couleur naturelle, séparant et purifiant ainsi les pigments naturels. Cette méthode peut également éliminer efficacement les impuretés telles que les sels inorganiques, les sucres et le mucus de la couleur naturelle. Le fonctionnement de la chromatographie sur colonne de résine macroporeuse est relativement simple, incluant principalement les processus de chargement, d’élution et de rinçage. La purification des colorants naturels d’origine végétale à l’aide de la chromatographie sur colonne de résine macroporeuse présente de nombreux avantages, y compris une faible consommation de solvant, une capacité d’adsorption élevée, une vitesse d’adsorption rapide, une désorption facile et une réutilisation.

Une autre méthode courante pour purifier les colorants naturels d’origine végétale est la chromatographie sur gel. Les gels couramment utilisés pour cette méthode sont le gel de polyacrylamide, le gel d’agarose et le gel de dextran. Le principe de la chromatographie sur gel est que lorsqu’un extrait de pigment naturel passe à travers des particules de gel avec une structure poreuse et fortement réticulée, les substances macromoléculaires peuvent facilement se déplacer vers le bas avec l’éluent à travers les espaces entre les particules de gel, tandis que de petites molécules pénètrent à l’intérieur des particules de gel par la taille des pores. Puisque l’entrée à l’intérieur des particules de gel provoque les petites molécules à voyager un long chemin et se déplacer lentement, le but de séparer la couleur naturelle est atteint en utilisant la taille moléculaire. Par rapport à d’autres méthodes de purification, la chromatographie sur gel est facile à utiliser, nécessite un équipement simple, ne nécessite pas de régénération après chaque chromatographie et préserve pleinement l’activité biologique des substances séparées. Par conséquent, la chromatographie sur gel est largement utilisée dans le processus de purification des couleurs naturelles d’origine végétale.

4 problèmes et perspectives

La plupart des colorants naturels sont généralement sûrs et non toxiques pour le corps humain, et ceux qui ont été consommés depuis longtemps sont relativement sûrs. Cependant, certains colorants naturels sont toujours toxiques (par exemple, la très toxique garcinia). Par conséquent, la sécurité des colorants naturels ne doit pas être ignorée. Par conséquent, la sécurité alimentaire est devenue la question principale dans le développement et l’utilisation des colorants naturels. En particulier, avec le développement ultérieur de la technologie, certains colorants naturels issus de plantes qui étaient auparavant considérés comme sûrs et dont l’utilisation avait été approuvée ont été révélés avoir certains effets mutagènes lors d’essais toxicologiques ultérieurs, comme le rose bengale. On constate qu’il existe un problème de retard dans l’évaluation toxicologique de la recherche sur les colorants naturels d’origine végétale. Par conséquent, il est nécessaire de se concentrer sur le développement de la recherche toxicologique sur les colorants naturels d’origine végétale et de renforcer l’évaluation toxicologique ultérieure des colorants naturels.

La Chine est un vaste pays avec de nombreuses ressources végétales riches en couleurs naturelles. Cela fournit une source riche de matériaux pigmentaires pour le développement et l’utilisation de couleurs naturelles d’origine végétale. Par conséquent, il est nécessaire d’utiliser pleinement cet avantage des ressources végétales, d’explorer davantage les ressources végétales caractéristiques qui peuvent être utilisées pour l’extraction et l’utilisation des couleurs naturelles, et d’améliorer continuellement l’équipement et les processus de production pour augmenter le rendement des couleurs naturelles et réduire les coûts de production. De plus, les déchets et les sous-produits de certaines cultures peuvent être pleinement utilisés comme matières premières pour l’extraction de colorants naturels, comme l’utilisation de la peau d’orange pour extraire l’hespéridine et l’utilisation de coques de sorgho pour extraire le pigment rouge du sorgho, etc., en empruntant une voie verte et respectueuse de l’environnement pour transformer les déchets en trésor et utiliser les ressources de manière globale.

Bien qu’il soit actuellement irréaliste de remplacer complètement les pigments synthétiques par des couleurs naturelles d’origine végétale, avec l’amélioration continue des personnes et#39; S niveau de vie et la sensibilisation à la santé, la demande pour les couleurs naturelles est en constante augmentation. Couplé avec la maturité continue de la technologie naturelle de purification des couleurs et le développement continu de la recherche toxicologique, on pense que dans un proche avenir, les couleurs naturelles d’origine végétale peuvent surmonter les nombreuses lacunes des pigments synthétiques et être largement utilisés comme colorants etAdditifs dans les aliments, pharmaceutique, etIndustrie cosmétique.

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