Quelles sont les Sources de couleurs naturelles?

Pigments are divided into two categories: natural colors and synthetic colors. Natural colors have a long history of use. In ancient China, there were already records of Natural Colors being used as dyes for textiles, rice, wine, cosmetics, etc. Since the British chemist Parkin synthesized the first artificial color, aniline violet, in 1856, synthetic colors have played a very important role in people' S vit en raison de leurs couleurs vives, puissance de coloration forte, stabilité et faible coût. Avec le développement continu de la toxicologie et de la chimie analytique, l’homme a progressivement réalisé que la plupart des pigments synthétiques sont plus toxiques, tératogènes et cancérogènes pour le corps humain. Les pays du monde entier ont strictement limité l’utilisation de pigments synthétiques dont la sécurité n’a pas été clarifiée, et de nombreux pigments synthétiques ont été successivement retirés de la liste des utilisations approuvées dans divers pays. Par conséquent, l’utilisation de substances naturelles non toxiques et inoffensives pour extraire des pigments alimentaires, cosmétiques et médicaux est devenue une nouvelle tendance de développement. Les colorants naturels proviennent de substances naturelles et sont maintenant principalement extraits de tissus végétaux, mais ils comprennent également des pigments d’animaux et de micro-organismes. Les colorants naturels sont sûrs et sains, et beaucoup ont également une certaine valeur nutritionnelle et des fonctions pharmacologiques.

1 Extraction de colorants naturels

Les colorants naturels sont produits et obtenus de trois façons principales: l’extraction directe, la synthèse et la biotechnologie [1]. Actuellement, la grande majorité des colorants naturels sont produits par extraction directe. Les méthodes d’extraction des pigments comprennent l’extraction au solvant, l’extraction, les méthodes enzymatiques, le pressage, le broyage, la culture tissulaire, la fermentation microbienne et les méthodes synthétiques. Ce qui suit ne décrit que quelques méthodes d’extraction de colorants naturels couramment utilisées et prometteuses.

1.1 extraction au solvant

Solvent extraction is currently a commonly used method for extracting pigments from plants and animals. Solvent extraction methods include maceration, percolation, decoction and reflux extraction. Natural pigments extracted with water as the solvent can be extracted by maceration or decoction. The former is suitable for raw materials whose active ingredients are soluble in water, stable to moisture and heat, and not easily volatile. Organic solvents can be used for extraction, and reflux extraction can be used. The red pigment of sorghum is extracted by soaking in a 0.1% aqueous solution of hydrochloric acid for 2 hours, removing impurities and discoloration, then extracting with a 7% aqueous solution of ethanol at 40°C, followed by filtration, concentration and drying [2]. The yellow pigment in turmeric is extracted using organic solvents such as methanol, ethanol, acetone, ethyl acetate, etc. [3]. The shrimp shells were soaked in hydrochloric acid for 24 hours and then filtered. The residue was soaked in 95% ethanol, and the extract was concentrated to obtain a crude astaxanthin extract by distillation [4]. In comparison, the organic solvent extraction method is relatively inexpensive, has simple equipment, is easy to operate, and has a high extraction rate. However, the quality of some products extracted using this method is poor, the purity is low, there is an odor or solvent residue, and this affects the scope of application of the product.

1.2 méthode d’extraction par fluide supercritique

À l’heure actuelle, le solvant le plus couramment utilisé dans la technologie d’extraction par fluide supercritique (SFE) est le CO2. L’extraction supercritique par fluide au dioxyde de carbone est un nouveau type de technologie de séparation et de purification des matériaux qui s’est développée au cours des 20 dernières années. Il combine les caractéristiques de faible viscosité, de forte diffusion des gaz et de haute densité et solubilité des fluides [5]. Parce que le processus d’extraction supercritique de CO2 est simple, la consommation d’énergie est faible, l’extracteur est bon marché, et le produit extrait présente les avantages d’une grande pureté, un faible résidu de solvant et aucun effet secondaire toxique, il est de plus en plus évalué. M. Rozzi. T.-n.-l., a étudié l’extraction du lycopène des sous-produits de la tomate à des températures de 32 à 86°C et à des pressions de 13,7800-48,2686 kPa. Les résultats ont montré que le taux maximal d’extraction de 38,8 % a été obtenu à 86°C et 34,4786 kPa [6].

La technologie d’extraction de fluide supercritique au CO2 est un nouveau type de technologie de séparation verte, mais en raison des problèmes de technologie imparfaite, d’équipements complexes et coûteux, et des coûts d’exploitation élevés, le développement et l’application de cette méthode d’extraction dans ce domaine a été limité.

1.3 méthode d’extraction par micro-ondes

Microwave extraction is a method in which the sample and organic solvent are heated with microwaves in a sealed container to extract the substance to be measured from the sample matrix. It can extract multiple sample components in a short time, with a small amount of solvent and good reproducibility of results [7]. At present, there are continuous reports of the use of microwave technology for the extraction of pigments, involving substances such as alkaloids, flavonoids, and tannins. Wang Weihua et al. have studied the optimal process conditions for the extraction of lycopène using microwaves, which achieves an extraction rate of 95% and greatly reduces the extraction time. Compared with supercritical CO2 extraction, it is low in cost, requires less investment and has a high extraction rate [8]. Although the microwave extraction of natural colors technology has achieved some important results in experimental work, its application scope is limited due to its characteristics.

1.4 méthode enzymatique

Dans le processus d’extraction des pigments végétaux, les pigments sont souvent enfermés dans les parois cellulaires, et les parois cellulaires de la plupart des plantes sont composées de cellulose. L’utilisation de la cellulase peut briser la liaison β-D-glucoside, provoquant la rupture de la paroi cellulaire de la plante, ce qui est bénéfique pour l’extraction des ingrédients. Sur la base de ce principe, l’enzymolyse avec la cellulase est effectuée avant d’extraire les ingrédients végétaux, de sorte que la paroi cellulaire de la plante soit décomposée avant l’extraction, ce qui peut améliorer le taux d’extraction des ingrédients actifs. Que des enzymes soient utilisées ou non, la composition de l’extrait est la même, ce qui montre que l’enzylyse ne détruit pas la composition des pigments végétaux.

En résumé, les méthodes traditionnelles d’extraction telles que le broyage, le pressage, l’extraction par solvant organique, le reflux, etc., ont les inconvénients de longs temps d’extraction, une forte intensité de travail, une forte consommation d’énergie dans le prétraitement des matières premières, des composants sensibles à la chaleur qui sont facilement endommagés, la mauvaise pureté des produits pigmentaires produits, les mauvaises saveurs et les résidus de solvant, etc., qui affectent directement le développement et l’application de couleurs naturelles.

Pour la méthode synthétique, en raison de la complexité de la biosynthèse, de nombreuses substances colorantes naturelles sont difficiles à synthétiser chimiquement sous contrôle artificiel. La méthode synthétique ne peut produire qu’un très petit nombre de substances ayant la composition chimique et la structure moléculaire des pigments naturels, tels que le carotène.

Ces dernières années, avec le développement de la biotechnologie, l’utilisation de la biotechnologie pour produire des colorants naturels a ouvert un large éventail de possibilités. La production de divers pigments naturels tels que les pigments bleus et les pigments de levure rouges à l’aide de méthodes de fermentation microbienne est devenue une réalité [10].

2 Classification et application des colorants naturels

Natural Colours can be divided into three main categories according to their source: plant pigments, animal pigments and microbial pigments; they can also be divided into water-soluble pigments and fat-soluble pigments according to their solubility properties;   Les colorants naturels peuvent être classés dans les catégories suivantes en fonction de leurs ingrédients fonctionnels: Flavonoïdes; Les anthocyanes; Chlorophylles; Et d’autres pigments tels que le curcuma, le riz rouge de levure, le rouge de betterave, le rouge d’alizarin, le colorant de laque, et les cyanobactéries. Nous présenterons ici les fonctions physiologiques et les utilisations de quelques colorants naturels représentatifs.

2.1 caroténoïdes

Les caroténoïdes sont des pigments naturels synthétisés par des plantes et des micro-organismes. Ils sont des représentants de la classe des pigments polyènes et sont le nom collectif du carotène et des xanthophylles. Ils sont largement répandus dans le monde vivant et plus de 600 types ont été découverts jusqu’à présent. Les caroténoïdes peuvent être divisés en deux catégories selon leur composition et leur solubilité: les caroténoïdes et les xanthophylles. Les caroténoïdes sont reconnus internationalement comme des antioxydants fonctionnels physiologiquement actifs. Ce sont des extincteurs à l’oxygène uniques efficaces, peuvent éliminer les radicaux hydroxyles, se combinent avec des lipides dans les cellules et les membranes cellulaires, et inhibent efficacement l’oxydation des lipides. Un apport élevé de caroténoïdes peut réduire la prostatose liée à l’âge et la dégénérescence maculaire liée à l’âge de la rétine [11]. Ces dernières années, il a été rapporté que les caroténoïdes ont également de nombreuses nouvelles valeurs fonctionnelles en termes d’effets anticancéreux et anti-âge. Par conséquent, les pigments caroténoïdes sont un type d’additif alimentaire fonctionnel avec des perspectives de développement très larges.

2.2 pigments flavonoïdes

Les flavonoïdes sont un type de pigment naturel largement répandu dans les tissus végétaux. La plupart sont jaune clair ou même incolore, et quelques-uns sont jaune orangé brillant. Les flavonoïdes ont longtemps été au centre de l’attention en tant qu’antioxydants et récupérateurs de radicaux libres. De nombreuses études ont montré que les flavonoïdes ont un large éventail d’activités biologiques, telles que antioxydant, anti-mutagène, anti-âge, antitumoral, antibactérien, etc. [12]. Le plus important d’entre eux est l’activité antioxydante des flavonoïdes, qui se manifeste principalement par la réduction de la production de radicaux libres et la récupération des radicaux libres. Parmi les pigments flavonoïdes, les pigments rouge de sorgho, les pigments de cacao et les pigments d’oignon ont une forte activité antioxydante. Wang Li et al. ont isolé et purifié quatre substances flavonoïdes à partir de pigments extraits des feuilles de l’arbre Ufan. La capacité de ces quatre substances à récupérer les radicaux oxygénés actifs a également été étudiée, et il a été constaté que tous les extraits du riz noir avaient une forte capacité à récupérer les radicaux libres, avec la plus forte capacité de récupération de la quercétine et la ci50 des 6#Extrait atteignant environ 519 μg/mL [13].

2.3 pigments anthocyaniques

Les anthocyanes, également connues sous le nom d’anthocyanes, se trouvent dans les vacuoles des cellules dans les fruits, les fleurs, les tiges et les feuilles des plantes. Ils sont un type de pigment hydrosoluble dans les plantes. En raison des différences de structure moléculaire ou de pH des différentes anthocyanes, elles apparaissent dans différentes couleurs telles que le rouge, le violet et le bleu. Les anthocyanes sont non seulement abondantes en ressources et ont une couleur magnifique, mais constituent également la majorité du royaume des pigments. Ils ont également une activité physiologique élevée. Ils sont des donneurs d’hydroxyle et des récupérateurs de radicaux libres [14] et sont efficaces en ophtalmologie et dans le traitement de divers troubles de la circulation sanguine.

2.4 pigments de chlorophylle

This type of pigment mainly includes chlorophyll and its copper and sodium salts and zinc and sodium salts. Chlorophyll is widely found in the leaves, fruits and algae of higher plants. Chlorophyll has the effects of nourishing the blood, promoting blood production, activating cells, and fighting infection and inflammation. In recent years, it has also been found to inhibit the growth of cancer cells, making it a health-promoting food colouring agent. Sodium zinc chlorophylline is used in medicine to treat chronic osteomyelitis, chronic ulcers, skin wounds, leukopenia and other conditions. It is also a good colouring agent and nutritional enhancer in the food industry. In addition to being used as a green pigment and deodorant, sodium copper chlorophyllin also has many physiological functions in medicine. For example, sodium copper chlorophyllin or its derivatives can promote cell metabolism in the body, heal gastrointestinal ulcers and restore liver function. It can be used to treat infectious hepatitis, hemorrhoids, leukemia, uterine disorders, and gastric and duodenal ulcers. It can also enhance hematopoietic function and promote recovery from radiation damage to the body.

2.5 autres pigments

Se référer principalement au pigment de riz de levure rouge, au pigment de curcuma et au pigment d’herbe pourpre.

En plus d’être utilisé dans les aliments pour améliorer la saveur et d’avoir des effets antibactériens, bactériostatiques et prolonger la durée de conservation, le pigment de riz de levure rouge a également des effets antibactériens. En outre, en tant que médecine traditionnelle chinoise, le pigment de riz de levure rouge a également les fonctions d’abaisser les lipides sanguins, la pression artérielle et la glycémie, d’inhibrer les cellules tumorales, et de traiter la dysenterie et les maladies d’estomac.

Pigment jaune curcuma is widely used in food and medicine because of its strong coloring power and its anti-inflammatory, free radical scavenging, toxin-inhibiting and anticancer properties. It is a rare medicinal herb that can be used for both food and medicine, and is also a spice. Its most important physiological function is antioxidant and related physiological functions.

En tant que médecine traditionnelle chinoise, la consoude est utilisée dans la pratique clinique depuis longtemps. Il a les effets de refroidir le sang, de favoriser la circulation sanguine, de détoxifier, de promouvoir l’éruption, et des effets anti-inflammatoires, antibactériens et antiviraux. Le pigment naturel extrait, le pigment de consoude, est un pigment biologique prometteur. Sa couleur rouge vif est utilisée comme additif cosmétique, ce qui peut améliorer de manière significative les effets antibactériens, anti-inflammatoires, émolients et taches de rousseur des cosmétiques. Il peut également être utilisé comme additif alimentaire dans le vin de fruits, les boissons, les collations, et d’autres aliments pour augmenter leurs fonctions d’élimination de la chaleur et de désinfection, anti-inflammatoire et antibactérien, la prévention des maladies et la lutte contre le cancer.

3 problèmes et orientations de recherche dans le développement des couleurs naturelles

(1) la plupart des couleurs naturelles sont sensibles à la lumière, à la chaleur, à l’oxygène, aux métaux, etc., et ont une faible stabilité; (2) la plupart des couleurs naturelles ont un faible pouvoir de teinture et ne sont pas facilement teints uniformément; (3) les couleurs naturelles sont très sensibles aux changements de pH, la teinte changera considérablement en conséquence; (4) il existe de nombreux types de pigments naturels aux propriétés complexes. Pour un seul type de couleur naturelle, il est relativement spécifique dans l’application et a une portée d’application étroite. Un autre problème est que de nombreux pigments non découverts peuvent se trouver dans les terres et les océans non développés, et il est difficile de les développer commercialement. Compte tenu de ces difficultés, les recherches actuelles sur les colorants naturels se concentrent principalement sur les trois domaines suivants: les procédés de synthèse, les techniques de production et les sources colorantes alternatives. En plus de la recherche et du développement de nouvelles couleurs naturelles comestibles, il est également nécessaire de renforcer la recherche sur la stabilité des couleurs naturelles et les techniques de stabilisation des pigments lors de l’utilisation.

Il existe une grande variété de pigments produits par des micro-organismes dans la nature, et ils ont l’avantage de ne pas être limités par les ressources, l’environnement ou l’espace. Par conséquent, ils ont un grand potentiel de développement et d’utilisation. En particulier, les colorants naturels peuvent être obtenus en cultivant un grand nombre de micro-organismes, ce qui réduit considérablement les coûts de production, tout en protégeant l’environnement et l’équilibre écologique, en résolvant la contradiction de la pénurie de ressources, et en ayant l’avantage d’un développement et d’une utilisation durables. Les pigments produits ont les caractéristiques des colorants naturels et peuvent être utilisés dans les industries alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. Les pigments microbiens constitueront également une orientation majeure pour le développement des colorants naturels.

Références:

[1] Deng Xiangyuan, Wang Shujun, Li Fuchao, Qin Song. Ressources et applications des couleurs naturelles [J]. Chinese Condiments, 2006(10): 49-53.

[2] Zhang Zhaojun, Xiao Lijuan. Développement et application de colorants naturels sorgho rouge [J]. Céréales, huiles et graisses, 2005(5): 40-41.

[3] Liu Shuxing, Hu Xiaojun. Progrès de la recherche sur le pigment curcuma [J]. Journal of Shaanxi University of Science and Technology, 2003.21 (4): 37-39.

[4] Ding Chunmei, Tao Tingxian, Wu Zhichuan. Utilisation complète des coquilles de homard (1) Extraction et propriétés du pigment rouge des coquilles de crevettes [J]. Chemical World, 1999, (8): 444-445, 434.

[5] Hawthorne SB, DJ Miller. Comparaison directe des rendements d’extraction de soxhlet et de CO2 supercritique à basse et haute température des matières organiques des solides de l’environnement [J]. Anal Chem. , 1994, 66(22) : 4005- 4012.

[6] Rozzi N L. extraction fluide supercritique du lgcopène à partir de sous-produits de traitement de la tomate [J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2002 (9): 2638- 2643.

[7] Cheez K.K. Wong MK. Lee H.K. technique d’élution au solvant assistée par micro-ondes pour l’extraction des polluants organiques dans l’eau [J]. Anal. Chem. Chem. Acta, 1996, 330: 217.

[8] Wang Weihua, Yu Guoping, Zhang Lidong. Recherche sur les conditions de procédé d’extraction au lycopène par micro-ondes [J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2004, 35 (5): 564-567.

[10] Liu Yi, Ning Zhengxiang. Les pigments de Monascus et leur application dans les produits carnés [J]. Food and Machinery, 1999, (1): 28.

[11] Yang Ge, Li Ya. Etude des conditions de production de la fermentation caroténoïde [J]. Food Science, 1998, (8): 20.

[12] Pei Lingpeng, Hui Baodi, Jin Zonglian et al. Progrès de la recherche sur l’activité physiologique et la technologie de préparation des flavonoïdes [J]. Food Science, 2004, (2): 203-207.

[13] Wang Li, Yao Huiyuan, Tao Guanjun et al. Activité antioxydante des pigments flavonoïdes dans les feuilles de l’ébène [J]. Journal of Food and Biotechnology, 2006, 25(4): 81-88.

[14] Howard MM. J. Agric. Nourriture Chem. , 2000, 48(3): 577-599.