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

Black rice is a special type of rice that is rich in nutrients, including various trace elements and anthocyanins. According to the Compendium of Materia Medica, black rice has the effects of nourishing the yin and the kidneys, strengthening the spleen and warming the liver, improving eyesight and promoting blood circulation. In folk culture, black rice has the reputation of being a “precious tribute rice” and “medicine rice” [1]. Modern research has proven that black rice has various biological activities such as anti-oxidation, anti-inflammation, and prevention of cardiovascular and cerebrovascular diseases [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 cyanidine-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

Currently, the main methods for determining black rice extract include spectrophotometry, high-performance liquid chromatography, and liquid chromatography-mass spectrometry tandem methods. The advantage of the liquid chromatography-mass spectrometry tandem method is in separation and identification, with many advantages such as high efficiency, speed, and sensitivity. However, the equipment used in this method is more expensive, and the technical requirements for operation and maintenance are higher. Liquid chromatography and spectrophotometry are more suitable for ordinary enterprises and other 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].

As early as 1982, Osawa used the pH difference method to determine the anthocyanin content in food. Using cyanidin-3-glucoside as the reference substance, he established a method for determining anthocyanin using the fact that the structural transformation of anthocyanin components under different pH conditions is a function of pH, and the absorbance values are different at the same wavelength [8]. Zhou Shukun et al. used this method to determine the pigment content of black rice. Using cyanidin-3-glucoside as the reference substance, they measured the maximum absorbance of black rice extract solutions at pH 1.0 and 4.5, and calculated the pigment concentration of black rice based on the molecular weight and extinction coefficient of cyanidin-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 used isolated and purified black rice pigment extract as the object of study, and proved that the thermal and photodegradation of black rice anthocyanin both conformed to the first-order reaction kinetic equation [13]. Ji Yunqi et al. heated black rice pigment solutions to 70 °C and 100 °C, respectively, for 30 minutes, and found that the absorbance at 510 nm decreased by 7.2% and 20%, respectively [14]. This proves that the higher the temperature and the longer the heating time, the faster the thermal degradation of black rice anthocyanin. Black rice anthocyanin was placed under constant temperature conditions of 24°C and a pH of 3.0, and then exposed to natural indoor light (average light intensity 10001x), strong sunlight (average light intensity 450001x), and dark conditions for 10 days. The degradation rates were 0.01184/h, 0.01639/h and 0.0035/h, with half-lives of 58.54, 42.29 and 197.80 h, respectively [13]. It can be seen that black rice pigment is relatively poor in heat and light resistance, and that low temperatures and dark conditions are conducive to its preservation.

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

Black rice extract shows different colors in different acid-base solutions, and its stability is also different, which is consistent with the nature of anthocyanins. When the pH of the black rice pigment solution is < 4, the pigment is red; when the pH of the black rice pigment solution is 5 to 7, the black rice pigment is purple. Zeng Huiqin and others have demonstrated that under acidic conditions and at a temperature of 40°C, black rice pigment is stable to vitamin C, low concentrations of preservatives and different metal ions Na1+, Mg2+, Ca2+, and Zn2+. Under alkaline conditions, relatively long periods of high temperatures, oxidants such as H2O2, metal Fe3+ ions, high concentrations of benzoic acid, and ultraviolet light all affect the stability of black rice pigment [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. used an ultrasound-assisted extraction method to extract anthocyanin from black rice. The optimal process conditions were determined: ethanol concentration 80%, ultrasound time 50 min, liquid-to-material ratio 1:32, ultrasound power 250 W, and the optimal extraction rate was 4.5%. This is nearly three times higher than the extraction rate of the traditional Soxhlet extraction method [17]. Zhang Zhihui et al. used ultrasound to assist in the extraction of anthocyanin from black rice. The optimal conditions were determined using the anthocyanin content, DPPH free radical scavenging rate, and total antioxidant capacity as evaluation indicators: ultrasonic power 280W, extraction time 20min, ethanol concentration 70%, solid-liquid ratio (mg/mL) 1:20, temperature 50℃, under these conditions the anthocyanin extraction rate was 12.56mg/g, DPPH free radical scavenging rate was 54.41%, and TAC was 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

Enzymatic hydrolysis makes use of the properties of enzymes. The right enzyme can be selected to break down plant tissue under relatively mild conditions. Cellulase is often used to extract the active ingredients of natural products because it can break down plant cell walls and promote the dissolution of target components.

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:

[1] Min Jun. les caractéristiques nutritionnelles du riz noir [J]. Hunan Agriculture. 2013(9): 41.

[2] Yao Shulong. Recherche sur l’effet et le mécanisme des composants de l’anthocyane du riz noir sur l’absorption du cholestérol [D]. East China University of Science and Technology. 2014.

[3] Sun Wujuan, Jin Lingxia, Zhao Caibin, et al. Chromatographie liquide haute performance — spectrométrie de masse tandem pour la composition et l’analyse structurelle des pigments de riz noir [J]. Physical and Chemical inspection — Chemical Edition. 2012, 48(9): 1023-1026.

[4] Park Y S, Kim S J, Chang H I. isolement de l’anthocyanine du riz noir (Heugjinjubyeo) et dépistage de son activité antioxydante [J]. Korean Journal of Microbiology and Biotechnology. 2008, 36(1): 55-60.

[5]Mikihlemori,Eunmikoh,Alysone M. Influence de la cuisson sur les anthocyanes du riz noir (Oryza sativa L.japonica var.SBR) [J]. Journal de chimie agricole et alimentaire. 2009,57 (5):1908-1914.

[6] Zhang Mingwei, Guo Baojiang, Zhang Ruifen, et al. Séparation, purification et identification structurelle des ingrédients actifs antioxydants dans le riz noir [J]. Chinese Agricultural Science, 2006, 39(1): 153-160.

[7] Ying Longbin, Yu Sangang, Liu Cuiping, et al. Détermination des composants anthocyanes dans le riz noir par chromatographie liquide haute performance [J]. Journal of Hangzhou Normal University (édition des sciences naturelles), 2012, 11(1): 28-32.

[8] Osawa Y. anthocyanines comme colorants alimentaires [M]. New York: Academic Press, 1982. P. 85-85.

[9] Zhou SK, Cao YP, Huang ZH. Etude de la stabilité du pigment de riz noir dans un champ ultrasonique [J]. China Food Additives, 2015(3): 71-76.

[10] Zhang Yinliang, Zhou Wenquan, Zheng Jianqiang, et al. Etude sur l’extraction de l’anthocyane du riz noir par ultrasons et ses propriétés antioxydantes [J]. Journal of Zhengzhou University of Light Industry (édition des sciences naturelles), 2013, 28(1): 16-20.

[11] Guo Mei, Shi Yunxia. Etude du procédé d’extraction du pigment de riz noir par la méthode soluble dans l’alcool [J]. Food Research and Development, 2015, 36(8): 58-60.

[12] Wu Suping. Etude sur l’extraction et la stabilité du pigment de riz noir [J]. Chinese Condiments, 2011, 36(12): 106-110.

[13] Jiang Xinlong. Recherche sur les caractéristiques de dégradation des anthocyanes du riz noir [J]. Chinese Journal of Cereals, Oils and Foodstuffs, 2013, 28(4): 27-31.

[14] Ji Y Q, Xu C Y, Zhang S P. étude sur l’optimisation du processus d’extraction et la stabilité des pigments de riz noir [J]. Grain Processing, 2012, 37(2): 33-35.

[15] Zeng H Q, Zhang Y M, Jin H. étude sur la stabilité des pigments de riz noir [J]. Food Research and Development, 2014, 35(19): 17-20.

[16] Mi, L., Xu, H., Li, J., et al. Extraction et stabilité de l’anthocyanine de riz noir. Journal of Inner Mongolia Agricultural University, 2011, 32(2): 263-265.

[17] Zhang, J., Zhao, W., Bai, X., et al. Optimisation de l’extraction assistée par ultrasons des pigments noirs du riz noir par méthode orthogonale. Food Science, 2010, 31(4): 39-41.

[18] Zhang Zhihui, Yu Guoping. Extraction assistée par ultrasons de substances antioxydantes du riz noir [J]. Food Industry Science and Technology, 2001(12): 338-342.

[19] Ma Ping, Guo Xijuan, Guo Zengwang. Optimisation du procédé d’extraction assistée par micro-ondes de la mélanine du riz noir [J]. Food and Machinery, 2014, 30(5): 229-231.

[20] Wang Hui. Recherche sur les facteurs d’influence de l’extraction assistée par micro-ondes de la mélanine du riz noir [J]. Guangdong Agricultural Science, 2013(7): 92-94.

[21] Liu Yongji, Liu Guoling, Huang Qiandi et autres. Recherche sur l’optimisation de l’extraction assistée par cellulase de l’anthocyanine du riz noir par la méthodologie de la surface de réponse [J]. Food Research and Development, 2014, 35(10): 24-27.

[22] Hou Zhaohua, Zhai Huqu, Wan Jianmin. Extraction et purification des anthocyanines de riz noir [J]. Food Science. 2010, 31(10): 53-59.

[23] Han Hao, Li Xinsheng, Zhang Zhijian et al. Application de la technologie membranaire dans le dégraissage et la concentration des pigments d’anthocyanes de riz noir [J]. Food Science, 2012, 33(6): 297-300.

[24] Deng Wenhui, Li Xinsheng, Wu Sanqiao et al. Recherche sur la purification des pigments de riz noir et la formulation des boissons sportives [J]. Food Science and Technology, 2013, 38(6): 109-113.