Quels sont les ingrédients de l’extrait de riz noir?

Le riz noir est un type spécial de riz qui est riche en nutriments, y compris divers oligo-éléments et anthocyanes. Selon le Compendium de Materia Medica, le riz noir a pour effet de nourrir le yin et les reins, de renforcer la rate et de réchauffer le foie, d’améliorer la vue et de favoriser la circulation sanguine. Dans la culture populaire, le riz noir a la réputation d’être un «riz hommage précieux» et un «riz de médecine» [1]. La recherche moderne a prouvé que le riz noir a diverses activités biologiques telles que l’anti-oxydation, l’anti-inflammation et la prévention des maladies cardiovasculaires et cérébrovasculaires [2].

Ces activités fonctionnelles biologiques sont étroitement liées aux composants pigmentaires contenus dans le riz noir. Pendant ce temps, comme les gens accordent plus d’attention à leur santé, le riz noir, qui est souvent consommé par les gens, et les pigments qu’il contient ont également reçu l’attention des chercheurs. À l’heure actuelle, il y a de plus en plus de recherches sur l’identification des composants d’extrait de riz noir, le processus d’extraction, la séparation et la purification, et la stabilité. Par conséquent, cet article passe en revue la recherche sur l’analyse de la composition, l’extraction et le processus de séparation et de purification, et la stabilité des pigments de riz noir, afin d’obtenir une compréhension complète des propriétés des pigments de riz noir et de promouvoir le développement et le traitement en profondeur du riz noir dans les domaines de l’alimentation et des aliments de santé.

1 méthodes de séparation, d’identification et de détermination des composants de l’extrait de riz noir

1.1 séparation et identification des composants de l’extrait de riz noir

La composante principale deExtrait de riz noirEst l’anthocyanine. Étant donné que l’anthocyane est instable à la chaleur, à la lumière et à d’autres conditions, elle rend également sa séparation et son identification plus difficiles. Actuellement, la méthode la plus couramment utilisée pour l’identification des composants de l’extrait de riz noir est la chromatographie liquide et la spectrométrie de masse en tandem.

Sun Wujuan et al. ont utilisé la spectroscopie infrarouge et la spectrométrie de masse tandem de chromatographie liquide à haute performance pour séparer et identifier les composants de pigment dans l’extrait ultrasonique de l’extrait de riz noir. Selon les spectres de masse primaire et secondaire des substances séparées, il a été déterminé que l’extrait contient deux composants anthocyaniques, à savoir la cyanidine-3-glucoside et la peonidine-3-glucoside, avec une fraction massique de 15,20% et 39,60%, respectivement [3]. Park et al. ont utilisé l’extrait de riz noir comme objet de recherche et ont utilisé la chromatographie liquide à haute performance et la spectrophotométrie visible ultraviolette pour identifier les composants pigments du riz noir comme cyanidin-3-glucoside, anthocyanin-3-glucoside, malvinidin-3-glucoside, geraniol-3-glucoside et delphinidin-3-glucoside, parmi lesquels la teneur en centaureidin-3-glucoside était la plus élevée, représentant 95% par teneur relative [4].

Mikihlemori et al. ont utilisé la détection par grappe de chromatographie liquide et de photodiodes à haute performance et la spectrométrie de masse par électropulvérisation pour identifier les composants pigmentés du riz noir, et ont prouvé que les principaux composants étaient le cyanidin-3-glucoside et le cyanidin-3-galactoside, avec des teneurs relatives de 91,13% et 4,74%, respectivement [5]. Zhang Mingwei et al. ont isolé, purifié et identifié quatre anthocyanes du riz noir: malvin, pelargonidine 3,5-diglucoside, cyanidine 3-glucoside et cyanidine 3,5-diglucoside. Dont le géranium -3,5 - diglucoside et le bleuet -3,5 - diglucoside sont des composants qui n’ont pas été identifiés par les générations précédentes [6].

En résumé, la composition pigmentaire du riz noir est composée d’une variété de composants anthocyanes. Le composant identifié par les chercheurs est le bleuet -3- glucoside, qui est également le composant avec la teneur la plus élevée.

1.2 méthode de dosage de l’extrait de riz noir

Actuellement, les principales méthodes de détermination de l’extrait de riz noir comprennent la spectrophotométrie, la chromatographie liquide à haute performance et les méthodes tandem de chromatographie liquide et de spectrométrie de masse. L’avantage de la méthode tandem de chromatographie liquide et de spectrométrie de masse est dans la séparation et l’identification, avec de nombreux avantages tels que l’efficacité élevée, la vitesse, et la sensibilité. Cependant, l’équipement utilisé dans cette méthode est plus coûteux et les exigences techniques d’exploitation et d’entretien sont plus élevées. La chromatographie liquide et la spectrophotométrie sont plus appropriées aux entreprises ordinaires et à d’autres institutions.

Ying Longbin et al. ont utilisé la cyanidine-3-glucoside comme substance standard pour établir une méthode de détection des substances anthocyaniques dans le riz noir par chromatographie liquide à haute performance. On a déterminé que la longueur d’onde de détection était de 275 nm et que la phase mobile était le méthanol et l’eau (contenant 1% d’acide formique), éluée dans un gradient. La méthode présente une bonne linéarité (R= 0,9998) dans l’intervalle de concentration massique d’anthocyanes de 0,0052 à 0,052 mg/mL, avec un taux de récupération moyen de 99,72 %, une RSD de 0,9100 et une limite de détection minimale de 0,1 ng/mL [7].

Dès 1982, Osawa utilisait la méthode de la différence de pH pour déterminer la teneur en anthocyanes dans les aliments. En utilisant la cyanidine-3-glucoside comme substance de référence, il a établi une méthode pour déterminer l’anthocyane en utilisant le fait que la transformation structurelle des composants de l’anthocyane dans des conditions de pH différentes est fonction du pH, et les valeurs d’absorbance sont différentes à la même longueur d’onde [8]. Zhou Shukun et al. ont utilisé cette méthode pour déterminer la teneur en pigment du riz noir. En utilisant la cyanidine-3-glucoside comme substance de référence, ils ont mesuré l’absorbance maximale des solutions d’extrait de riz noir aux pH 1,0 et 4,5, et ils ont calculé la concentration de pigment du riz noir en fonction du poids moléculaire et du coefficient d’extinction de la cyanidine-3-glucoside [9].

Lors des processus d’extraction et de purification de l’extrait de riz noir, les chercheurs préfèrent des méthodes de mesure simples et rapides. Zhang Yinliang, Guo Mei et Wu Suping, entre autres, ont utilisé des spectrophotomètres pour déterminer le taux d’extraction des pigments de riz noir. Après dilution appropriée de l’extrait d’échantillon, l’absorbance a été mesurée à sa longueur d’onde d’absorption maximale, et la valeur d’absorbance a été utilisée pour évaluer les résultats d’extraction ou de purification [10-12].

2 stabilité de l’extrait de riz noir

La stabilité des composants de l’anthocyane est sensible à des facteurs tels que la lumière, la température et les oxydants. L’anthocyanine est sensible à la température, et le chauffage prolongé lui fera former une structure incolore de chalconone et se fanent. L’anthocyane peut être convertie de l’état de base à l’état excité par une forte irradiation de la lumière, ce qui la rend plus sujette aux réactions de dégradation [13]. À l’heure actuelle, les composants de l’extrait de riz noir ont été identifiés comme des composants anthocyanes. Par conséquent, les chercheurs ont étudié la stabilité de l’anthocyane de riz noir dans des conditions telles que la lumière et la chaleur pour clarifier les conditions de stockage et d’application des pigments de riz noir.

2.1 l’effet de la chaleur et de la lumière sur la stabilité de l’extrait de riz noir

Jiang Xinlong a utilisé l’extrait de pigment de riz noir isolé et purifié comme objet d’étude, et prouvé que la dégradation thermique et la photodégradation de l’anthocyanine de riz noir étaient toutes deux conformes à l’équation cinétique de réaction de premier ordre [13]. Ji Yunqi et al. ont chauffé des solutions de pigments de riz noir à 70 °C et 100 °C, respectivement, pendant 30 minutes, et ont constaté que l’absorbance à 510 nm diminuait de 7,2 % et de 20%, respectivement [14]. Cela prouve que plus la température est élevée et plus le temps de chauffage est long, plus la dégradation thermique de l’anthocyane de riz noir est rapide. L’anthocyane de riz noir a été placée dans des conditions de température constante de 24°C et un pH de 3,0, puis exposée à une lumière intérieure naturelle (intensité lumineuse moyenne 10001x), à une forte lumière du soleil (intensité lumineuse moyenne 450001x) et à des conditions d’obscurité pendant 10 jours. Les taux de dégradation étaient de 0,01184 /h, 0,01639 /h et 0,0035 /h, avec des demi-vies de 58,54, 42,29 et 197,80 h, respectivement [13]. On peut constater que le pigment de riz noir est relativement pauvre en résistance à la chaleur et à la lumière, et que les basses températures et l’obscurité sont propices à sa conservation.

2.2 influence du champ ultrasonique sur la stabilité de l’extrait de riz noir

Zhou Shukun et al. ont étudié l’effet des ultrasons sur la stabilité de l’extrait de riz noir. Les effets de la concentration initiale, du pH, de la fréquence des ultrasons, de la puissance des ultrasons et de la température de réaction sur la dégradation des pigments de riz noir ont été étudiés. Grâce à l’analyse cinétique de réaction, les réactions chimiques des pigments de riz noir dans les environnements ultrasonores et non ultrasonores sont toutes deux conformes à la loi de réaction de premier ordre. Dans le champ ultrasonique, l’énergie d’activation était de 37697,94 kJ/mol, et le facteur pré-exponentiel était de 3800,55 s-1. Dans un environnement non ultrasonique, l’énergie d’activation est de 39531,41 kJ/mol, et le préfacteur est de 2887,07 s-1. Une comparaison montre que les ultrasons peuvent réduire l’énergie d’activation et augmenter le nombre de collisions moléculaires efficaces, ce qui rend la réaction de dégradation plus susceptible de se produire. On peut voir que le nombre de collisions moléculaires efficaces du pigment de riz noir dans le champ ultrasonique augmente, et l’énergie d’activation diminue, ce qui rend la réaction plus susceptible de se produire [9].

2.3 effet de l’acidité et de l’alcalinité sur la stabilité des pigments

L’extrait de riz noir présente différentes couleurs dans différentes solutions acido-basiques, et sa stabilité est également différente, ce qui est conforme à la nature des anthocyanes. Lorsque le pH de la solution de pigment de riz noir est < 4, le pigment est rouge; Lorsque le pH de la solution de pigment de riz noir est de 5 à 7, le pigment de riz noir est violet. Zeng Huiqin et d’autres ont démontré que dans des conditions acides et à une température de 40°C, le pigment de riz noir est stable à la vitamine C, à de faibles concentrations de conservateurs et à différents ions métalliques Na1+, Mg2+, Ca2+ et Zn2+. Dans des conditions alcalines, des périodes relativement longues de températures élevées, les oxydants tels que le H2O2, les ions métalliques Fe3+, les concentrations élevées d’acide benzoïque et la lumière ultraviolets affectent tous la stabilité du pigment de riz noir [15].

2.4 facteurs affectant les ions métalliques

Les recherches de Mila et d’autres ont montré que les ions métalliques ont un effet sélectif pour améliorer la couleur des pigments de riz noir. Lorsque Zn2+ ou Mg2+ est présent dans la solution, la solution est rouge; Lorsque Fe2+ est présent, la solution est pourpre noirâtre; Lorsque Ca2+ est présent, la solution est rouge noirâtre; Et quand Al3+ est présent, la solution est pourpre. L’effet colorant des ions métalliques sur les pigments est lié à l’hydrolyse des ions et à la chélation des pigments et des ions métalliques. Le mécanisme doit faire l’objet d’une étude plus approfondie.

3 technologie d’extraction et de purification d’extrait de riz noir

3.1 extraction au solvant

La technologie d’extraction au solvant est l’une des techniques d’extraction de produits naturels les plus utilisées. Cette méthode sélectionne principalement un solvant d’extraction approprié basé sur les propriétés chimiques du composant cible dans la matière première et le principe de semblable dissout comme, et évite autant que possible la dissolution des composants non cibles. Les méthodes d’extraction couramment utilisées sont la macération, la décoction et le reflux. L’extraction de l’extrait de riz noir est principalement effectuée par macération, et une solution d’éthanol au pH approprié est principalement utilisée comme solvant d’extraction. Wu Suping et al. ont utilisé l’éthanol comme solvant, ce qui favorise l’extraction de l’anthocyanine de riz noir par la méthode de macération. Les conditions optimales d’extraction ont été obtenues, à savoir: 50% d’éthanol, degré de broyage 50 mesh, rapport liquide/matériau 1:5, temps de macération 30 min, température de macération 80°C et pH 3 [12]. Guo Mei et al. ont utilisé l’éthanol comme solvant et ont appliqué la méthode d’extraction pour extraire l’anthocyanine de riz noir. Par des expériences à facteur unique et des expériences orthogonales, les principaux facteurs affectant le taux d’extraction des pigments de riz noir ont été déterminés: temps d’extraction > Liquide au > de rapport matériel; Température d’extraction > PH d’extraction les conditions optimales du procédé d’extraction étaient: 95% d’éthanol, rapport liquide/matière 1:45 (g:mL), pH d’extraction 3,0, température d’extraction 80°C, temps d’extraction 90 min [11].

3.2 extraction par ultrasons

La technologie d’extraction ultrasonique emploie «l’effet de cavitation», l’effet mécanique et l’effet thermique de l’ultrason pour accélérer la diffusion et la libération des composants efficaces et pour réaliser l’extraction des composants de cible. Cette méthode a été appliquée à l’extraction de divers produits naturels, tels que les flavonoïdes, les polyphénols et d’autres ingrédients efficaces. Cette méthode présente les avantages d’une basse température d’extraction, d’un rendement élevé et d’une courte durée.

Zhang Jixiang et al. ont utilisé une méthode d’extraction assistée par ultrasons pour extraire l’anthocyane du riz noir. Les conditions optimales du procédé ont été déterminées: concentration d’éthanol de 80%, temps d’ultrason de 50 minutes, rapport liquide/matériau de 1:32, puissance ultrason de 250 W et taux d’extraction optimal de 4,5 %. C’est près de trois fois plus élevé que le taux d’extraction de la méthode traditionnelle d’extraction Soxhlet [17]. Zhang Zhihui et al. ont utilisé des ultrasons pour aider à l’extraction de l’anthocyanine du riz noir. Les conditions optimales ont été déterminées en utilisant la teneur en anthocyanes, le taux de récupération des radicaux libres DPPH et la capacité antioxydant totale comme indicateurs d’évaluation: puissance ultrasonique 280W, temps d’extraction 20min, concentration d’éthanol 70%, rapport solide-liquide (mg/mL) 1:20, température 50℃, dans ces conditions, le taux d’extraction des anthocyanes était de 12,56mg /g, le taux de récupération des radicaux libres DPPH était de 54,41%, et le TAC était de 52,38 u/mL [18].

3.3 méthode d’extraction par micro-ondes

La technologie d’extraction à micro-ondes utilise l’énergie du rayonnement à micro-ondes pour chauffer le solvant d’extraction, tout en faisant en sorte que les composants cibles diffusent et se dissolvent de l’échantillon dans le solvant. Cette méthode présente les avantages d’un chauffage uniforme, d’une bonne sélectivité, d’une conservation des solvants, d’un fonctionnement simple, d’une bonne reproductibilité, d’une conservation de l’énergie et d’une protection de l’environnement. Ces dernières années, la technologie d’extraction par micro-ondes a été largement utilisée dans l’extraction de composants efficaces à partir de produits naturels et a également montré certains avantages.

Ma Ping et al. ont optimisé le procédé d’extraction assistée par micro-ondes de l’extrait de riz noir. En utilisant une conception orthogonale à deux facteurs et à deux niveaux d’expériences, il a été démontré que la concentration d’éthanol et le rapport liquide/matière avaient un effet significatif sur le taux d’extraction.

Les conditions optimales d’extraction ont été déterminées comme étant une concentration d’éthanol de 80%, un rapport liquide/matière de 1:18 (m:V), un temps d’extraction micro-ondes de 94s et un rendement en anthocyanes de riz noir de 4,97% [19]. Wang Hui a étudié l’extraction assistée par micro-ondes des composants du pigment de riz noir en utilisant la valeur d’absorbance de l’extrait d’anthocyane de riz noir comme indice d’évaluation. Les résultats ont montré que, dans le cadre de l’expérience, la puissance des micro-ondes, le rapport liquide-matière et la concentration d’éthanol ont eu une forte influence sur l’absorbance de l’extrait d’anthocyanine de riz noir. Le temps d’action des micro-ondes a eu un faible effet sur l’absorbance de l’extrait d’anthocyane de riz noir, et le taux d’extraction de l’anthocyane de riz noir a été positivement corrélé avec la puissance des micro-ondes et le rapport liquide/matière, et négativement corrélé avec la concentration d’éthanol [20].

3.4 hydrolyse enzymatique

L’hydrolyse enzymatique utilise les propriétés des enzymes. La bonne enzyme peut être choisie pour décomposer les tissus végétaux dans des conditions relativement douces. La Cellulase est souvent utilisée pour extraire les ingrédients actifs des produits naturels, car elle peut briser les parois cellulaires des plantes et favoriser la dissolution des composants cibles.

Liu Yongji et al. ont utilisé la cellulase pour extraire l’anthocyane du son de riz noir, et ont optimisé le processus d’extraction par des expériences à facteur unique et des méthodes de surface de réponse. Les conditions optimales du procédé étaient: une quantité d’addition d’enzymes de 2,0 %, une température d’hydrolyse enzymatique de 38,7 °C, un temps d’hydrolyse enzymatique de 128,8 minutes, un rapport matière/liquide de 1:10, un temps d’extraction de 40 minutes, une température d’extraction de 50 °C, une concentration de la solution d’extraction d’éthanol de 80% et, dans ces conditions, le taux d’extraction de l’anthocyane dans le son de riz noir pouvait atteindre 21,9 mg/g (valeur théorique) [21].

3.5 recherches sur le procédé de purification de l’extrait de riz noir

Les techniques de purification les plus recherchées pour l’extrait de riz noir sont la séparation de résine macroporeuse et la technologie de purification et la technologie de séparation de membrane. Hou Zhaohua a comparé ADS-5, ADS-7, ADS-F8, ADS-17, NKA-9, AB-8, S-8, D4020 et NKA 9 types de résine d’adsorption macroporous pour la purification des pigments de riz noir. En comparant les capacités d’adsorption et de désorption, il a été déterminé que la résine macroporeuse AB-8 est une résine idéale pour purifier l’anthocyanine de riz noir. Les conditions de purification les plus appropriées sont: solvant d’élution 80% d’éthanol, débit de charge de l’échantillon 1.0BV/h, débit de désorption 2.0BV/h. Après purification par la résine, la teneur en anthocyanes de l’extrait est de 22,59%, ce qui est supérieur à la teneur en anthocyanes de l’extrait brut (3,448%) [22]. Han Hao et al. ont utilisé la technologie de séparation de membrane pour purifier l’anthocyanine de riz noir.

Dans un premier temps, une membrane en céramique avec un poids moléculaire de 1000 kD a été utilisée pour enlever les composants liposolubles de l’extrait de riz noir, puis une membrane de nanofiltration à spirale de 100D a été utilisée pour concentrer l’extrait dégraissé. Séparation sur Membrane et purification du concentré d’anthocyanes de riz noir la teneur en matière sèche du concentré obtenu par séparation sur Membrane et purification était de 6,46 g/100 mL, et la teneur en matière sèche du concentré obtenu par la technologie d’évaporation traditionnelle était de 6,56 g/100 mL. Les valeurs de couleur étaient de 2,71 et 1,93, respectivement, la teneur en matières grasses était de 0,30 et 0,28 g/100 mL, respectivement. On peut voir que la séparation de membrane et la technologie de purification peuvent améliorer la pureté et la qualité de l’anthocyanine de riz noir. Après la séparation de la membrane, il n’y a pas de perte de valeur de couleur, et en même temps, il a l’effet de dégraissage et de dessalement, ce qui démontre que la technologie de séparation de la membrane peut être utilisée pour la purification de l’anthocyane de riz noir [23].

4 Les perspectives

Le riz noir est un riz précieux en Chine, et l’extrait de riz noir est un bon additif alimentaire naturel qui peut être utilisé comme ingrédient alimentaire, colorant alimentaire, antioxydant, etc., pour développer une variété d’aliments bénéfiques pour la santé, tels que les boissons et le pain, qui sont les aliments les plus consommés par les gens. Deng Wenhui et al. ont utilisé un concentré d’extrait de riz noir comme matière première, combiné au saccharose, à l’acide citrique, etc., pour développer une boisson pigment de riz noir [24]. Cependant, il ya peu de recherches actuellement sur l’application de l’extrait d’anthocyane de riz noir et des produits de purification, ou sur l’utilisation continue des résidus après l’extraction des pigments. Si ces deux questions peuvent être mieux abordées, l’utilisation des extraits de riz noir et la transformation ultérieure du riz noir seront encore développées.

Références:

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