Etude sur l’extraction et la stabilité des colorants alimentaires naturels
Les colorants alimentaires naturels désignent les colorants organiques obtenus par le traitement de substances naturelles (y compris les métabolites de plantes, d’animaux ou de micro-organismes). La plupart des colorants naturels à base de plantes sont relativement sûrs et sont considérés comme des additifs alimentaires verts. Actuellement, il existe plus de 40 types de colorants alimentaires naturels autorisés pour l’utilisation en Chine, et les normes nationales correspondantes ont été formulées pour chacun d’entre eux. Ces dernières années, on a découvert que la plupart des pigments synthétiques ont une toxicité chronique et des effets cancérigènes. On s’est rendu compte que les pigments synthétiques constituent une menace de plus en plus grave pour la santé, et leur utilisation a été limitée. Le développement de la coloration naturelle est devenu la tendance générale dans le développement des pigments pratiques dans le monde. Comparé aux pigments synthétiques, la coloration naturelle est un colorant alimentaire dérivé des ressources naturelles, et présente les avantages exceptionnels suivants:
1) la plupart des colorants naturels n’ont aucun effet secondaire toxique et sont fortement sûrs.
2) d’une manière générale,Colorant alimentaire naturelRetient de nombreuses substances naturelles (telles que les vitamines, les acides aminés, les nucléotides, la petite moléculePeptide actifS, substances aromatiques et certains de leurs éléments essentiels, etc.), ou est elle-même un nutriment (comme la riboflavine,β-carotène, etc.), qui a une certaine valeur nutritionnelle et des fonctions de santé.
3) une certaine coloration naturelle a également certains effets pharmacologiques et peut prévenir et traiter certaines maladies.
4) voir aussi:La coloration naturelle a une coloration plus naturelle, plus proche de la couleur des substances naturelles, etc. [1].
Cependant, dans le processus de transformation des aliments, la coloration naturelle est facilement affectée par des conditions extérieures, telles que la lumière et la chaleur, la valeur du pH et de nombreux autres facteurs, et la stabilité de la couleur et le taux d’extraction sont également affectés par le processus d’extraction. Pour les raisons ci-dessus, l’application de colorants naturels est soumise à certaines restrictions. Par conséquent, comment améliorer la stabilité de la coloration naturelle est devenue la clé de la promotion de l’utilisation de la coloration naturelle.
À l’heure actuelle, bien que la Chine soit encore dans un état de coexistence et de développement simultané de pigments synthétiques et de colorants naturels, colorants alimentaires naturels est lié à être la direction principale du développement de colorants alimentaires en Chine. La Chine est riche en ressources naturelles de coloration et en a une grande variété. Les espèces qui peuvent être développées et utilisées sont également diverses. Par conséquent, des colorants plus naturels qui sont bénéfiques pour la santé humaine continueront d’être développés et appliqués.
1. Violet patate douce rouge pigment
Patates douces, également connu sous le nom d’igname, pommes de terre rouges, pommes de terre blanches, pommes de terre, ou patates douces, sont une sorte de culture de céréales largement cultivé dans les régions tropicales et subtropicales à travers le monde. Les tubercules des patates douces existent en différentes couleurs, dont le blanc, le jaune, l’orange et le violet. Il existe environ 500 variétés, qui peuvent toutes être utilisées comme nourriture ou comme matières premières pour la fabrication de l’amidon et de l’alcool. Les variétés oranges sont riches en β-carotène, les variétés jaunes sont riches en pigments flavonoïdes, et les variétés violettes sont riches en anthocyanes rouge vif.
Cependant, comme la teneur est très faible (généralement seulement une valeur de couleur environ), il y a eu très peu de production de pigments rouges de patate douce dans le passé [2]. Le Japon a obtenu une nouvelle variété après hybridation et l’a nommée «Aya Purple». Cette patate douce contient 8 fois la teneur en anthocyane de la variété originale, et en raison des améliorations dans les caractéristiques de culture, le rendement par mu a augmenté de manière significative, de sorte qu’il peut être utilisé commeUne matière première pour la production de colorants alimentaires naturels, ce qui rend possible l’industrialisation du PSPC. En Chine, le rendement des patates douces violettes a toujours été très faible, ce qui rend difficile la production commerciale de PSPC. En 1980, des variétés telles que la «Rose pourpre» ont été introduites de l’étranger. Après croisement et amélioration, on a obtenu une souche à haut rendement et à teneur en pigments, qui peut répondre aux exigences de l’extraction industrielle des pigments [3].
1.1 méthodes d’extraction
L’extraction dePatate douce pourpreLe pigment rouge comprend principalement la méthode au solvant et la méthode de fermentation. Actuellement, la méthode par solvant est la plus utilisée, et les agents d’extraction couramment utilisés sont l’acide acétique, l’acide chlorhydrique, l’acide sulfurique, l’acide formique, l’acide citrique, l’éthanol, etc. [4]. Pour l’extraction du pigment rouge de la patate douce, du méthanol acidifié a été utilisé à l’étranger, tandis que de l’acide citrique à 0,5 %, de l’éthanol ou de l’éthanol acidifié (rapport de volume 85:15) a été utilisé au pays [5]. Lu Guoquan et al. ont constaté que l’effet d’extraction du méthanol acidifié sur les PSPC était le meilleur, suivi de l’acide chlorhydrique dilué et de l’acide citrique dilué [6]. Cependant, le méthanol ne convient pas comme agent d’extraction pour la coloration naturelle, car il est très volatile et toxique. Le conseil des ministresPigments utilisés dans les alimentsExigent un niveau relativement élevé de sécurité, et l’acide citrique est un milieu acide couramment utilisé dans l’industrie alimentaire, de sorte qu’il est plus approprié d’utiliser l’acide citrique comme extractif.
Procédé de base de la méthode de fermentation: une certaine quantité de patate douce pourpre est lavée, cuite à la vapeur, refroidie, broyée, mélangée avec un moût primaire préparé avec une certaine quantité de riz, fermentée pendant quelques jours, un moût secondaire est préparé, le moût secondaire est filtré, et le liquide de pigment est obtenu par concentration sous vide. Le liquide pigmentaire obtenu par cette méthode contient très peu d’amidon et est un liquide pigmentaire clair.
1. 2 etude de stabilité
1. 2. 1 l’effet du chauffage sur la stabilité du pigment
Le pigment rouge pourpre de patate douce a été préparé sous forme de solution de pigment, placé dans un bain-marie à 90°C et chauffé pendant 3 heures. Après élimination, il a été rapidement refroidi à la température ambiante, et l’absorbance a été mesurée à son pic d’absorption caractéristique. On peut voir que le pigment rouge pourpre de patate douce a la stabilité thermique forte. Cependant, si l’on compare l’absorbance initiale après avoir été chauffée à 100 °C pendant 5 heures, on constate qu’elle a diminué d’environ 50%. Par conséquent, plus la température de chauffage est élevée et plus le temps de chauffage est long, plus il est préjudiciable à la stabilité du pigment. De plus, l’effet de la température sur la densité lumineuse semble être lié au pH. lorsque le pH est de 3, le pigment présente une stabilité relative à la chaleur; Lorsque le pH est de 5 et que la température est élevée pendant une longue période, la stabilité du pigment diminue, mais la diminution n’est pas significative, ce qui indique qu’il est relativement résistant à la chaleur. Toutefois, en production réelle, afin de réduire les dommages causés au pigment, il convient d’éviter autant que possible les températures élevées et les longs temps de chauffage.
1. 2. 2 effet de la lumière sur la stabilité du pigment
quandViolet patate douce rouge pigmentA été stocké pendant plusieurs semaines à pH = 3 dans une pièce sombre, dans une pièce à lumière naturelle, à la lumière naturelle à l’extérieur et sous la lumière ultraviolette, le pigment montrait encore une stabilité considérable et le changement de densité optique était minime. Lu Guoquan et al. ont comparé le pigment pourpre de patate douce, le pigment de peau de raisin, le pigment perilla et le pigment de riz noir dans les mêmes conditions de lumière et ont constaté que le pigment pourpre de patate douce avait la meilleure stabilité [7].
1. 2. 3 l’effet des ions métalliques sur la stabilité du pigment
Les ions métalliques communs tels que Fe2+, Al3+, Fe3+, K+, Cu2+, Mg2+, Ca2+, etc. n’ont aucun effet sur le pigment rouge violet de patate douce, ainsi le matériel du conteneur utilisé dans la production réelle peut être ignoré. Cependant, lorsque le Fe3+ est ajouté, la solution devient brun-violet, mais on ne peut pas conclure que le Fe3+ améliore la couleur, car le Fe3+ lui-même a également une couleur, de sorte que son mécanisme doit être étudié plus en détail.
2 pigment rouge framboise
framboisesSont des arbustes vivaces du genre Rubus de la famille des Rosaceae. Des études ont montré que les framboises sont riches en vitamines, en acides aminés, en sucres, en acides organiques et en traces de potassium, de zinc, de fer, de cuivre, de manganèse et d’autres nutriments tels que les cofacteurs enzymiques [8]. En outre, les framboises sont également riches en métabolites secondaires tels que l’acide ellagique, les flavonoïdes, l’acide salicylique, l’acide caféique, les pigments, etc. [9-10], de sorte qu’ils peuvent être largement utilisés dans les industries alimentaires, pharmaceutiques et autres [11].
2.1 méthode d’extraction
Liu Huqi, Chen Tieshan et d’autres ont étudié le solvant d’extraction, la méthode et l’élimination des impuretés du pigment de framboise, et ont choisi la meilleure méthode d’extraction. Le pigment framboise est un pigment soluble dans l’eau. Les chercheurs ont utilisé cinq solvants d’extraction différents, à savoir l’eau, l’éther de pétrole, le chloroforme, l’éther et l’éthanol, pour effectuer des essais comparatifs sur l’extraction des pigments et ont sélectionné le meilleur solvant d’extraction. Les résultats colorimétriques ont montré que l’extrait aqueux avait la couleur la plus foncée, l’extrait éthanol avait une couleur plus claire, et les autres extraits contenaient très peu de composants colorés. L’eau était donc le meilleur solvant pour extraire le pigment de framboise. Le chercheur a également utilisé l’eau comme agent d’extraction pour étudier plus en profondeur l’impact des différentes méthodes d’extraction sur l’effet d’extraction, afin de déterminer la meilleure méthode d’extraction. Les résultats ont montré que les méthodes de percolation, de reflux de chauffage et de distillation à la vapeur d’eau étaient plus efficaces.
Sur la base des expériences ci-dessus, on peut conclure que l’utilisation de l’eau comme solvant d’extraction et l’utilisation de la méthode de percolation, de la méthode de reflux de chauffage et de la méthode de distillation à la vapeur d’eau peut extraire efficacement les composants du pigment. Cependant, étant donné que les framboises sont riches en composants volatils de l’huile, la méthode de distillation à la vapeur d’eau devrait être la méthode préférée et économique. Lors de l’extraction des composants pigmentaires (distribués dans la solution aqueuse), on extrait également les composants d’huile volatiles (distribués dans le distillat), ce qui peut être dit pour tuer deux oiseaux d’une Pierre. En outre, des expériences ont été réalisées pour éliminer les principales impuretés de la solution aqueuse d’extraction pigmentée de framboise, telles que les lipides, les protéines, les sucres, les graisses, les cires et d’autres composants. L’élimination de ces impuretés est principalement basée sur leurs propriétés. 95% d’éthanol est ajouté à l’extrait aqueux concentré. Les lipides, les protéines, les sucres, les graisses, les cires, etc. qui ne se dissolvent pas dans l’éthanol se précipitent graduellement et sont séparés. Pour les impuretés comme les graisses et les cires qui ne sont pas facilement séparées, de l’éther de pétrole peut être ajouté à la solution concentrée pour les éliminer. Après l’élimination des impuretés, la couleur du pigment reste inchangée et la pureté est augmentée.
Yang Wanzheng, Liu Haiqing et d’autres ont également réalisé des expériences pour extraire des pigments de framboise. En recueillant les framboises mûres, en enlevant les tiges, en les lavant, en les séchant puis en les écrasant, et en utilisant de l’eau comme solvant, les fruits ont été extraits à température ambiante. L’extrait a ensuite été filtré pour éliminer la matière solide insoluble, et le filtrat a été concentré pour obtenir un concentré visqueux rouge violacé. Le concentré a ensuite été lavé avec de l’éther de pétrole pour éliminer les substances liposolubles, puis séché sous vide pour obtenir un solide brun d’extraction, principalement des anthocyanes, avec un rendement de 32,5 %. Ici, il est rappelé que tout le personnel en contact avec des matières premières framboises doit utiliser de l’acier inoxydable, des produits céramiques ou verriers résistants aux acides et aux alcalis, et l’eau solvant doit également être de l’eau désionisée pour empêcher les ions métalliques de contaminer le produit.
2. 2 etude de stabilité
2. 2. 1 effet de l’acidité sur la stabilité des pigments
Liu Huqi, Chen Tieshan et d’autres ont étudié la stabilité acide et alcalin des pigments de framboise en mesurant la couleur des solutions aqueuses de pigment de framboise à différentes valeurs de pH. Les résultats ont montré qu’à pH 2 à 5, la solution pigmentaire était rouge; À pH 5 à 8, la solution de pigment était rouge clair à rouge orange; Et à pH 9 à 11, la solution de pigment était pourpre. Les chercheurs croient que pH = 4 est la valeur optimale du pH pour le pigment de framboise, lorsque le pigment est un rouge vif. Yang Wanzheng, Liu Haiqing et d’autres ont également confirmé cette conclusion dans leurs recherches, et ont analysé et expliqué la raison de la modification de la couleur du pigment de framboise avec la valeur du pH, c’est-à-dire la modification de la structure moléculaire de l’anthocyanine à différentes valeurs de pH. Puisque l’atome d’oxygène dans l’anneau pyran de la molécule d’anthocyanine est quatre valence, il est fondamental et peut accepter des protons; Et le groupe phénolique hydroxyle dans la molécule peut se dissocier, donnant un proton et étant acide, ce qui donne à ce type de substance la caractéristique de changer de structure avec les changements du pH du milieu.
2. 2. 2 l’effet de la température sur la stabilité du pigment
Liu Huqi, Chen Tieshan et d’autres ont étudié la stabilité thermique du pigment de framboise en observant le changement de la valeur d’extinction (540 nm) de la solution de pigment de framboise après traitement à différentes températures et valeurs de pH. Les résultats de l’expérience montrent qu’à moins de 100 °C et dans une plage de pH de 2 à 5, la valeur d’extinction diminue légèrement, ce qui indique que le pigment de framboise est fondamentalement stable. Lorsque la température dépasse 100 °C, la stabilité du pigment de framboise diminue, mais dans l’ensemble il a encore un certain degré de résistance à haute température. Yang Wanzheng, Liu Haiqing et d’autres ont également étudié la stabilité thermique du pigment de framboise à pH = 4. L’extrait pigmentaire a été placé dans un bain d’eau chaude à température constante à différentes températures et chauffé pendant 1 h. Après refroidissement, l’absorbance a été mesurée à 510 nm. Les résultats ont montré que lorsque la température de chauffage est passée de la température ambiante à 100°C, la valeur d’absorbance a diminué de 0,169 à 0,162, un changement de seulement 0,007, indiquant que le pigment de framboise a une bonne stabilité thermique.
2.2.3 effet de la lumière sur la stabilité des pigments
Zhang Cunli, Zhang Hongchang et d’autres ont étudié la stabilité à la lumière des pigments de framboise en observant le changement de la valeur d’extinction après avoir traité les pigments avec des temps de lumière différents. L’expérience a choisi des temps d’exposition à la lumière de 0 à 70 jours, et a mesuré les valeurs d’extinction correspondantes, qui sont passées de 0,54 à 0,41, soit une diminution de seulement 0,13. On peut constater que les pigments de framboise sont assez stables dans des conditions d’exposition à la lumière et ont une meilleure stabilité à la lumière que les autres pigments.
3 pigment rouge fraise
Les fraises appartiennent à la famille des Rosaceae. Ce sont des baies vivaces etPigments anthocyaniques....... Le composant principal est le glucoside de pelargonidine 232. En outre, quatre autres glycosides de pelargonidine et deux dérivés de glycosides de cyanidine ont été trouvés. Le glucoside de Pelargonium 232 est plus stable que les autres anthocyanes car il contient un groupe hydroxyle phénolique au 4' Position de l’anneau β. Les fraises sont sucrées, légèrement acides et fraîches dans la nature. Ils étanchent la soif, dynamisent l’estomac et favorisent la digestion, et sont utilisés pour traiter la soif, la perte d’appétit et l’indigestion [12]. Le pigment rouge naturel de fraise extrait des fraises est un colorant alimentaire sûr et non toxique, avec une certaine valeur nutritionnelle et des avantages pour la santé. C’est un colorant alimentaire naturel avec un grand potentiel de développement [13].
3.1 méthode d’extraction
Luo Kai, Hu Tingzhang et d’autres ont mené des recherches expérimentales sur l’extraction des pigments de fraise, y compris le criblage des solvants d’extraction et la détermination des conditions optimales d’extraction, telles que la concentration et la valeur du pH de l’agent d’extraction, la température et le temps d’extraction. Dans le cadre de l’expérience de criblage au solvant d’extraction, on a choisi des solvants couramment utilisés, notamment l’éther de pétrole, l’éther, l’eau, l’acétone, l’éthanol à 95% et l’éthanol à 50%, eton a procédé à l’extraction par immersion des pigments. Les résultats ont montré que le pigment était presque insoluble dans l’éther de pétrole, légèrement soluble dans l’éther et plus soluble dans l’eau, l’acétone, l’éthanol à 95% et l’éthanol à 50%. Cependant, l’extrait d’acétone était légèrement trouble, de sorte qu’il ne convenait pas à la recherche.
Compte tenu du prix et de la comestibilité, l’eau et l’éthanol ont été choisis comme solvants d’extraction les plus appropriés. L’expérience des conditions optimales d’extraction montre que l’agent d’extraction éthanol a le meilleur effet à une concentration de 50%; Le pH de l’agent d’extraction a un plus grand effet sur le taux d’extraction du pigment, et le taux d’extraction du pigment augmente avec une diminution du pH. plus le pH est grand, plus le pigment rouge est instable, il est donc approprié d’extraire dans des conditions acides; L’expérience de température d’extraction montre que le pigment rouge est plus stable lorsqu’il est extrait dans la gamme de 20-80°C, cependant, compte tenu de la production industrielle et des économies d’énergie, il est plus pratique d’extraire à 20-40°C. Le temps d’extraction s’est avéré optimal entre 1,5 et 2,0 h. En résumé, les conditions optimales d’extraction sont: 50% d’éthanol à pH = 4, extrait à 20-40°C pendant 1,5 à 2,0 h.
Yang Peirong, Kang Jianbiao et d’autres ont également étudié les conditions optimales pour l’extraction des pigments de fraise. Ils ont choisi l’éther anhydre, l’acétone, le trichlorométhane, l’eau, l’éthanol et l’acide chlorhydrique comme agents d’extraction. Les résultats ont montré que les pigments de fraise sont facilement solubles dans l’eau, l’éthanol et l’acide chlorhydrique, insolubles dans l’éther anhydre, l’acétone et le trichlorométhane, légèrement solubles dans une solution de NaOH à 0,4%, de sorte que l’acide chlorhydrique (1,5 mol/L) - l’éthanol (97,5%) solution et l’eau ont été choisis comme agent d’extraction pour déterminer le meilleur procédé. Les essais de température d’extraction ont montré que la température optimale d’extraction était de 50°C. Plus la température est basse, moins l’extraction du pigment est complète, mais si la température est trop élevée, le pigment se décompose facilement et l’absorbance diminue. Les expériences sur le temps d’extraction montrent que le taux d’extraction du pigment augmente avec la prolongation du temps d’extraction, mais l’augmentation est lente après 2 heures, il est donc plus approprié de choisir un temps d’extraction de 1,5 à 2 heures.
3.2 etude de stabilité
3.2.1 effet du pH sur la stabilité du pigment
Yang Peirong, Kang Jianbiao et d’autres ont dissous le pigment de fraise dans des solutions aqueuses de différentes valeurs de pH, les ont laissés pendant 0,5 h, puis ont observé le changement de couleur pour examiner sa stabilité au pH. Les résultats ont montré que lorsque le pH augmentait, la couleur rouge du pigment de fraise s’est graduellement affaiblie et la couleur jaune s’est graduellement intensifiée. Lorsque le pH est de 1, 2 ou 3, la solution est rougeâtre-orange; Lorsque le pH est de 4, la solution est rose; Lorsque le pH est de 7, 8 ou 9, la solution est brun-violet; Et lorsque le pH est de 12, la solution est jaune. Cela indique que la structure moléculaire du pigment a changé [14-15]. L’absorbance de chaque solution de pigment avec un pH de 1 à 6 a été mesurée à une longueur d’onde de 501 nm après avoir été laissée à la température ambiante pendant 1, 2 ou 3 jours. Les résultats ont montré que dans des conditions acides avec un pH ≤ 2, l’absorbance du pigment de fraise est passée de 0,581 à 0,535 après avoir été laissé pendant 3 jours. Le pigment ne s’est fondamentalement pas dégradé, et la couleur est fondamentalement restée stable. Cependant, lorsque le pH est ≥4, la solution de pigment devient trouble ou précipite après la position debout.
3. 2. 2 effet de la température sur la stabilité du pigment
Yang Peirong et Kang Jianbiao ont dissous le pigment de fraise dans un solvant pH = 2 et l’ont placé dans un bain d’eau à température ambiante et à différentes températures pendant 1 h. L’absorbance a été mesurée à une longueur d’onde de 501 nm pour examiner la stabilité thermique. Les résultats expérimentaux montrent que l’absorbance du pigment de fraise diminue avec l’augmentation de la température. Il est relativement stable au-dessous de 60°C, mais si la température est supérieure à 70°C, la couleur devient graduellement plus claire, ce qui montre que la haute température a un certain effet dégradant sur le pigment.
3. 2. 3 l’effet des ions métalliques sur la stabilité des pigments
Les chercheurs ont étudié la stabilité des solutions de pigments de fraise en ajoutant des solutions contenant différents ions métalliques. Les concentrations des solutions contenant divers ions métalliques étaient respectivement de 0,005, 0,05 et 0,1 mol/L. On a prélevé 5 mL de la solution mère de pigment et ajouté 5 mL de chaque solution d’ions métalliques, et les solutions ont été placées dans les mêmes conditions pendant respectivement 1, 2 et 3 heures. L’absorbance a été mesurée à une longueur d’onde de 501 nm. L’expérience montre que lorsque Cu2+, Fe2+, Fe3+ et Al3+ sont ajoutés, la concentration en ions plus élevée et le temps de contact plus long entraîneront la dégradation du pigment, entraînant une diminution de l’absorbance du pigment et même de la turbidité. Il est clair que l’addition de ces quatre ions métalliques affecte la stabilité du pigment. Cependant, en présence des ions Zn2+, Mg2+, K+, Na+, et Ca2+, les pigments sont très stables et conservent leur couleur brillante, ce qui indique que ces cinq derniers ions métalliques n’ont aucun effet sur la stabilité des pigments de fraise.
3. 2. 4 l’effet des oxydants et des réducteurs sur la stabilité des pigments
Yang Peirong, Kang Jianbiao et d’autres ont étudié l’effet des oxydants et des réducteurs sur la stabilité du pigment en observant le changement d’absorbance après l’ajout d’oxydants ou de réducteurs à la solution de base de pigment de fraise. Méthode spécifique: prendre 5 mL de chaque solution de pigment et ajouter 5% de peroxyde d’hydrogène (oxydant), 5% de sulfite de sodium (réducteur) et 5% de VC (réducteur) respectivement. Ajouter 5 mL d’eau distillée au groupe témoin et mesurer l’absorbance à 501 nm. Les résultats montrent que le peroxyde d’hydrogène, le sulfite de sodium et le VC peuvent tous changer la couleur de la peau.Pigment du rouge au incolore, et l’absorbance diminue significativement par rapport au groupe témoin. Comme le pigment de fraise a une structure polyphénolique et est très oxydable, il peut causer la dégradation du pigment de fraise [16]. On constate que les oxydants ou réducteurs peuvent avoir un effet significatif sur la stabilité du pigment de la fraise en lui faisant perdre sa couleur.
Références:
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