A quoi sert la couleur naturelle?

Pigmentssynthétiques are mostly tar dyes, which not only have no nutritional value, but some are also harmful to the human body. Therefore, edible natural colors extracted from plants have recently received widespread attention from scholars at home and abroad, and there is a trend of replacing synthetic pigments. The types, extraction methods and development and application of natural colors are summarized below.

1 Types

Couleurs naturelles come from a wide range of sources, have complex compositions and are highly diverse. They can be divided into four main categories according to the extraction method: liquid or solid pigments extracted from animals and plants by juicing or solvent extraction; powdered pigments obtained by drying and grinding colored animals and plants; pigments that are fermented by microorganisms, the metabolites of which are separated into liquids or further processed into solid powders; and pigments made from natural products by enzymatic action. In addition to the turmeric, beetroot red, sodium copper chlorophyllin, paprika red, red yeast rice pigment, and carotene that were already in use, research has recently led to the development of corn yellow, sorghum pigment, radish red, rose bengal, gardenia yellow, tea pigment, indigo, sorghum red, black rice pigment, and safflower pigment. The development of China&#L’industrie de la couleur naturelle a commencé à prendre forme. La production nationale totale de colorants naturels a atteint plus de 100 000 tonnes, dont les plus représentatives sont la couleur caramel (c’est-à-dire la couleur du sucre), le jaune gardénia, le bleu gardénia, le curcuma, le rouge amarante, le rouge paprika, le pigment de thé, etc. [1].

2 Extraction et séparation

2. 1 méthodes d’extraction

Extraction au solvant: The most commonly used method is to follow the principle of like dissolves like, based on the polarity of the extracted ingredients in the raw material and the different physical and chemical properties of coexisting impurities, so that the mass transfer process of the active ingredients transferring from the solid surface or inside the tissue of the raw material to the solvent. Solvent extraction methods include maceration, percolation, decoction and reflux extraction. Water can be used as a solvent for Natural Colour extraction using the maceration and decoction methods, and organic solvents can be used for extraction using the reflux method. The solvents used for extracting some Natural Colours are shown in Table 1.

Extraction de fluide supercritique:Ceci utilise un fluide entre un gaz et un liquide pour l’extraction. Le fluide doit avoir d’excellentes propriétés de solvant, une faible viscosité, une densité élevée et de bonnes propriétés de fluidité, de transfert de masse, de transfert de chaleur et de solubilité. Le solvant le plus couramment utilisé actuellement, le CO2, est non toxique, ininflammable, chimiquement inerte, peu coûteux, très pur et respectueux de l’environnement. Sous haute pression, le soluté est dissous dans le fluide, puis la pression de la solution fluide est abaissée ou la température est augmentée, provoquant le soluté dissous dans le fluide supercritique de précipitation en raison d’une diminution de la densité et de la solubilité. Comparé aux processus traditionnels, il a les avantages de basse température de fonctionnement, processus simple, rendement élevé et aucune pollution. Rozzi[2] a étudié l’extraction du lycopène des sous-produits de la tomate à des températures de 32 à 86 °C et de 13,7800-48,2686 kPa, et le taux maximal d’extraction de 38. 8% a été obtenu à 86 ℃ et 34. 478 6 kpa.

Extraction ultrasonique:Ultrasonic waves are elastic waves that can generate and transmit powerful energy. They can penetrate deeper into plant tissue cells than electromagnetic waves and remain there for a longer period of time. Ultrasonic waves can cause liquid to be broken into many small cavities that close instantaneously, generating an instantaneous pressure of up to 3,000 Mpa, i.e., cavitation, which causes plant cells to rupture. In addition, ultrasound also has multiple effects such as mechanical vibration, emulsification and dispersion, and crushing, which can transfer, diffuse and extract the effective ingredients in plants. Therefore, using ultrasound to extract pigments is easy and fast, does not require heating, and has high extraction efficiency, speed and effectiveness, without damaging the structure. Li Yunyang et al. [3] used ultrasonic technology to extract brown pigment from chestnut shells and compared it with the conventional method. The results showed that ultrasonic extraction saves time and energy and has a high extraction rate. The optimal process parameters for ultrasonic extraction are a mass ratio of 1:10, an aqueous ethanol solution of 30% as the solvent, and 2 extraction times at 70 °C (1 h each). Wang Zhenyu et al. [4] found that at an ultrasonic frequency of 30 KHz, the highest extraction rate was obtained using dilute H2 So4 as the extracting agent at a mass fraction of 2% for 40 min at 50 °C.

En outre, de bons résultats ont également été obtenus en utilisant les ultrasons pour extraire le pigment rouge de mûrier.

Microwave extraction: Microwave technology has the advantages of rapid temperature rise, easy control, even heating, energy saving, etc. It can strengthen the extraction process, shorten the production cycle, reduce energy consumption, reduce waste, improve yield and extract purity, and has low operating costs and is environmentally friendly, with good development prospects. At present, reports on the use of microwave technology for the extraction of pigments involve alkaloids, flavonoids, tannins and other substances. Li Yu et al. [5] studied the microwave extraction of chamomile Pigments jaunes, using anhydrous ethanol as the extracting agent (the mass ratio of chamomile to anhydrous ethanol was 1:70), microwave power 800 W, extraction time 450 s, and extraction was carried out three times. Compared with the solvent extraction method, the extraction time was reduced from 12 h to 450 s, and the extraction rate increased from 88.6% to 91.1%. Cai Jinxing et al. [6] used a microwave-ultrasonic method to extract strawberry pigments and study their physical and chemical properties. The results showed that the combined treatment of microwave and ultrasound can break the bonds of pigments, break up tissue cells, and improve the extraction rate of strawberry pigments.

Méthode enzymatique: les pigments végétaux sont souvent enfermés dans les parois cellulaires, qui dans la plupart des plantes sont faites de cellulose. L’utilisation de la cellulase peut briser la liaison β-D-glucoside, détruisant la paroi cellulaire de la plante et facilitant l’extraction des ingrédients. Basé sur ce principe, l’utilisation de la cellulase pour digérer avant d’extraire des ingrédients végétaux peut augmenter 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’hydrolyse enzymatique ne détruit pas les composants de la plante.

Méthode d’éclatement à l’air: cette méthode utilise le fait que l’air dans les tissus végétaux est comprimé, et lorsque la pression est soudainement libérée, la forte pression libérée brise les parois cellulaires de la plante et déchire les tissus végétaux, desserrer la structure de la plante et faciliter la pénétration des solvants à l’intérieur de la plante, tout en augmentant considérablement la surface de contact pour extraire les principes actifs. Cette méthode convient à l’extraction des tissus fibreux tels que les racines, les tiges, l’écorce et les feuilles, mais il n’y a pas encore beaucoup de recherche à ce sujet.

2. 2 méthodes de séparation

Solution separation: The most common method is to use the different solubilities of the components of a mixture in a solution to achieve separation. For example, if the distribution coefficients of pigments in different polar solvents are different, select 3 to 4 solvents of different polarities (such as petroleum ether, chloroform, ethyl acetate and n-butanol) and perform stepwise extraction of the extraction solution from low polarity to high polarity to obtain extraction solutions with different polarities. Next, pigments can be separated at different pH values. For example, gradient pH extraction is a classic method for separating free anthraquinone derivatives and is also the most commonly used method for separating flavonoids. In addition, certain solvents or precipitants can be added to the sample solution to precipitate the separated substances in solid form through chemical reactions or by changing the pH or temperature of the solution, such as tannin pigments. For example, the precipitation of tannins with metal salts can be used for separation. Flavonoid pigments can also be separated using the precipitation method with lead salts. Adding a saturated aqueous solution of neutral lead acetate to an ethanol or methanol extract of traditional Chinese medicine causes flavonoids with o-dihydroxy or hydroxy groups to precipitate out.

Séparation des membranes: il s’agit de l’utilisation de membranes polymères naturelles ou synthétiques pour séparer, classifier, purifier et concentrer des mélanges en utilisant de l’énergie externe ou une différence de potentiel chimique comme force motrice. Dans la séparation des pigments, la différence de taille moléculaire entre le pigment et les impuretés est utilisée. L’utilisation d’une membrane fibreuse d’ultrafiltration et d’une membrane d’osmose inverse peut retenir diverses macromolécules insolubles (telles que des polysaccharides et des protéines). Cette méthode est simple et très efficace et peut être utilisée pour séparer les pigments de cacao et les pigments de levure rouge. Il est également possible d’éliminer dans un premier temps plus de 90% des substances macromoléculaires telles que la pectine à travers une membrane d’ultrafiltration, puis d’utiliser une membrane d’osmose inverse pour la concentrer à plus de 20% de solides. Fonctionnant à la température ambiante peut amener la membrane à 100% retenir le pigment. La séparation des anthocyanines est effectuée par extraction avec de l’eau contenant de l’acide sulfureux, puis élimination sélective des sucres ou d’autres substances à faible moléculaire à l’aide d’une membrane d’ultrafiltration, ce qui peut augmenter le rendement de 2 fois [7].

Column chromatography: refers to the use of different adsorbents or stationary phases to separate and purify pigments by column chromatography. For example, ion exchange resin column chromatography can be used to purify grape skin pigments and remove impurities such as sugars and organic acids; polyamide column chromatography is suitable for the separation of flavonoids, quinones, and phenolic pigments, such as safflower yellow pigments and red pigments; silica gel column chromatography is suitable for the separation of small molecule fat-soluble pigments; activated carbon column chromatography is used to separate water-soluble components, such as benzopyran pigments (anthocyanins, alizarin, and genipin, etc.). Macroporous adsorption resin has a strong adsorption effect on pigments and has a good adsorption and purification effect on a variety of Natural Colour. The adsorption and screening effect of the proposed separation substance using macroporous adsorption resin can achieve the purpose of separation. Most Natural Colors prepared using traditional processes have strong hygroscopicity. However, after being treated with a macroporous adsorption resin column chromatography, hygroscopic components such as sugars, inorganic salts, and mucus in the aqueous or alcoholic extract can be effectively removed, enhancing the stability of the product. Shen Yonggen et al. [8] found that X-5 resin has strong adsorption capacity at a pH of 4 and a flow rate of 2.0 mL/min. At room temperature and a desorption flow rate of 1.5 mL/min, the elution effect is best when 60% ethanol is used as the desorbent. Purification of purple sweet potato pigment with it can obtain a high purity pigment. Rukye Musa [9] used AB-8 macroporous adsorption resin column chromatography to enrich and purify the purple sweet potato extract, obtaining high-quality, high-purity anthocyanin-based Natural Colour.

Chromatographie en couche mince (TLC): le principe est fondamentalement similaire à celui de la chromatographie sur colonne, la principale différence étant que la TLC nécessite une granulometrie plus fine de l’adsorbant, généralement supérieure à 250 mailles, et une granulometrie uniforme. La méthode TLC peut être utilisée pour l’analyse d’un individu ou d’une classe de pigments, y compris les anthocyanes, les flavonoïdes, les caroténoïdes, etc. Certaines personnes ont utilisé la TLC pour analyser les pigments du radis à cœur rouge [10], en étudiant les effets de la quantité de pigment, de l’éluent, du temps d’élution et d’autres facteurs sur la séparation des pigments. Fu Zhengsheng et al. [11] ont choisi un diluant avec du gel de silice G comme phase ststaire (le rapport entre la quantité de pigment dans le liquide visqueux pigmentaire et l’eau était de 1:1), le mélange [éthanol-eau anhydre (5:1)] ou [éthanol-eau-pétrole anhydre (6:1:1)] comme agent de développement, le temps de développement était de 80-100 min, et la distance de développement était de 6-10 cm. Dans ces conditions, les pigments étaient complètement séparés et les taches étaient claires et concentrées.

Chromatographie liquide haute performance (CLHP): la CLHP est utilisée pour la séparation et l’analyse d’échantillons inconnus. Il en existe principalement quatre types: la chromatographie par adsorption, la chromatographie par distribution, la chromatographie par ions et la chromatographie par exclusion moléculaire. L’analyse HPLC peut être utilisée pour identifier des composants inconnus dans un échantillon, en particulier lorsqu’elle est utilisée en conjoncture avec la spectrométrie de masse ou la résonance magnétique nucléaire. Il peut également être utilisé pour déterminer la teneur exacte d’un composant dans un échantillon en fonction de la hauteur ou de la surface d’un pic chromatographique en relation avec la quantité de composant mesurée dans des conditions définies. Il peut également être utilisé pour déterminer rapidement la structure de quantités traces de composés inconnus. Liu Xiaoling et al. [12] ont utilisé la chromatographie liquide et la spectrométrie de masse (HPLC-MS) pour séparer les différents composants des pigments du fruit du dragon et identifier les structures des composants séparés. Les résultats ont montré que les pigments de la chair et de l’écorce du fruit du dragon étaient tous deux des pigments de bétaïne, et quatre pigments de bétaïne ont été isolés de la chair.

Chromatographie à contre-courant rapide (HSCCC): un nouveau type de technique de chromatographie par séparation liquide-liquide qui s’est rapidement développée au cours des dernières années. Il se base sur la directivité du tube serpentine de tétrafluoroéthylène et la force centrifuge générée par une rotation planétaire spécifique à grande vitesse pour maintenir de manière stable la phase stationnaire sans support dans le tube serpentine et passer la phase mobile à travers la phase stationnaire dans une direction à basse vitesse, réalisant ainsi le but d’extraire et de séparer continuellement les substances. Les avantages sont qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser un support pour éliminer l’adsorption irréversible, la dénaturation et la contamination des échantillons, ainsi que la détérioration anormale des pics chromatographiques. L’échantillon peut être quantitativement récupéré, et il convient à la séparation des composants non polaires et polaires. Cette méthode a été utilisée pour séparer les anthocyanes du vin rouge et les caroténoïdes du gardénia.

Chromatographie liquide centrifuge: une amélioration importante par rapport à la chromatographie classique sur colonne. Un disque en forme de plat est utilisé au lieu d’une colonne, avec l’adsorbant étalé sur le disque. L’échantillon est ensuite ajouté et élué, et les composants sont séparés en séquence par l’action de la force centrifuge et recueillis en segments par le détecteur. L’opération est entièrement automatisée. Cette méthode présente les avantages de cycles de séparation courts et de fonctionnement simple. Les composants peuvent être rassemblés selon la bande de couleur. En plus du gel de silice et de l’alumine utilisés dans la chromatographie en couche mince ordinaire, des résines échangeuses d’ions et des gels de dextran peuvent également être utilisés comme adsorbants.

3 Application

Pigment de la peau de raisin:Le composant principal est la malvinidine, qui est généralement extraite des peaux de raisin utilisées dans la production de vin avec de l’acide sulfureux. Le pH peut influer sur le changement de teinte, et plus la solution est acide, plus la couleur rouge est vive. Il est stable dans un environnement acide, mais pas très stable à la lumière et à la chaleur. Lorsqu’il est utilisé dans les boissons, il peut améliorer la couleur et empêcher la dégradation de la qualité dans une certaine mesure.

Pigment d’hibiscus: l’hibiscus est une plante boisée originaire d’afrique qui est une plante annuelle droite largement répandue dans les régions tropicales et subtropicales. Le calice de l’hibiscus est rouge violacé, et son pigment est un type d’anthocyane. Le composant principal est la delphinidine, suivie par la cyanidine. Son extrait aqueux a un goût aigre caractéristique, et l’extrait de dépectine peut également être utilisé comme acidulant naturel. Le pigment est de nature similaire à celui de la peau de raisin. Lorsqu’il est utilisé pour colorer les boissons, il est susceptible de brunir si conservé pendant une longue période.

Curcumine:Un pigment relativement stable avec une couleur vive et un éclat exceptionnel. Il est résistant à la chaleur et à la lumière et est principalement utilisé comme aColorant alimentaire jaune. It has the functions of clearing away heat, stimulating the appetite and strengthening the spleen, promoting digestion, and coloring. It is mostly used in the production of pastries, candies, canned goods, soft drinks, pickles, etc., and has particularly high medicinal value. It has been widely used in the pharmaceutical industry. Curcuminoids are the main active ingredients in the Chinese herb turmeric, which contains about 3% to 6% of them, including curcumin, demethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin. The similar structures of these three phenolic pigments (interconversion between the benzene ring diketone structure and enone, phenolic hydroxyl group on the benzene ring) give them similar pharmacological effects in many ways, such as anti-inflammatory, antioxidant and free radical scavenging, and regulation of blood lipids. In particular, their antimutagenic and anticancer effects have become a research hotspot, but the slight structural differences mean that the three curcuminoids have very different abilities in terms of anticancer and antioxidant effects. For example, demethoxycurcumin is best at inhibiting tumor cell proliferation caused by TPA, followed by curcumin; and demethoxycurcumin is best at preventing the formation of lipid peroxides in cells, followed by demethoxycurcumin. Therefore, extracting a purer mixture of the three curcuminoids from turmeric and further separating them can provide a good guide and practical value for actual drug production.

Lycopène: found in ripe tomatoes, as well as in watermelons, grapes and some other fruits and vegetables. 1 kg of fresh, ripe tomatoes contains 0.02 g of lycopene. Studies have shown that lycopene accounts for about 50% of the carotenoids in human serum and is most easily absorbed, metabolized and utilized by the body. It is also found in high concentrations in the testicles, adrenal glands and prostate. Since mammals cannot synthesize carotenoids (including lycopene) in the body, lycopene in the human body mainly comes from fruits and vegetables, especially tomatoes and tomato products. Epidemiological studies have shown that lycopene can reduce the risk of lung cancer, stomach cancer, prostate cancer, pancreatic cancer, colon cancer, esophageal cancer, oral cancer and uterine cancer. The 1997 report of the American Cancer Research Conference and the American Cancer Society Annual Meeting ranked tomatoes as the top anti-cancer food. At present, the world&#Le développement et la production du lycopène sont principalement extraits de la tomate végétale, de la synthèse chimique et d’autres méthodes, Israël, le Japon, la russie et d’autres pays, ainsi que des sociétés multinationales telles que Roche et BASF sont en première position.

Pigment jaune safran:Il est relativement stable à la lumière et à la chaleur et n’est pas affecté par le pH. des études antérieures ont montré que les principes actifs du carthame qui favorisent la circulation sanguine sont principalement concentrés dans le pigment jaune de carthame soluble dans l’eau. Le pigment jaune safran est un composé chalconoïde ayant une variété d’effets pharmacologiques, tels que la dilatation de l’artère coronaire, l’anti-oxydation, la protection myocardique, la réduction de la pression artérielle, l’immunosuppression et la protection cérébrale. La teneur en pigment jaune de carthame est l’un des principaux indicateurs pour évaluer l’efficacité du carthame. Des études ont montré que le pigment jaune de carthame est la composante pharmacologique de la phytothérapie chinoise carthame, qui n’a pas d’effets secondaires toxiques. Il peut inhiber l’agrégation et la libération plaquettaires induites par le facteur d’activation des plaquettes, et peut inhiber de façon concurrentielle la liaison du facteur d’activation des plaquettes aux récepteurs plaquettaires. Il peut être directement utilisé dans la médecine, aussi bien que dans les produits de santé, la nourriture, les cosmétiques et la coloration textile.

Oléorésine de Paprika:Une couleur naturelle contenue dans les piments mûrs. Ses principaux ingrédients sont le β-carotène et la capsanthine et la capsorubin, qui appartiennent à la famille des xanthophylles. C’est un point chaud dans la recherche de couleurs naturelles et a un large marché national et international et une valeur d’application élevée. Le pigment en poudre issu de l’extraction et de la torréfication du paprika est facilement soluble dans l’eau, résistant à la chaleur, au sel, aux acides, aux métaux et aux microbes. Il a un fort pouvoir de coloration et est bon dans la dispersion et le pouvoir de cacher. C’est une couleur naturelle de haute qualité qui peut être largement utilisée dans la production d’aliments, de médicaments et de cosmétiques. Comparé aux pigments naturels généraux, il est non seulement vendu à un prix plus élevé, mais a également un coût de production inférieur.

Zein et alcool Zein:Peut être très utilisé dans les industries pharmaceutiques, alimentaires et d’emballage. La zéine est un pigment caroténoïde extrait du sous-produit de la production de l’amidon de maïs (zéine de maïs), et c’est un colorant naturel qui peut être utilisé pour colorer les aliments et les cosmétiques. L’alcool de Zein est une sorte de protéine comestible qui a de bonnes propriétés filmogènes, adhésives et résistantes à l’humidité. Il peut être utilisé pour fabriquer des revêtements extérieurs étanches à l’humidité pour les produits pharmaceutiques et des revêtements rafraîchissants pour les produits alimentaires. Zein est une protéine comestible avec d’excellentes propriétés pelliculaires, adhésives et étanches à l’humidité. Il est utilisé dans l’industrie pharmaceutique pour les revêtements extérieurs étanches à l’humidité et dans l’industrie alimentaire pour les revêtements rafraîchissants.

Gardénia jaune:Il a attiré beaucoup d’attention ces dernières années en raison de ses avantages d’être sûr et non toxique, favorisant la fonction de la vésicule biliaire et la désintoxication, et fournissant une couleur naturelle et éclatante. Les chinois ont longtemps utilisé gardenia comme pigment pour la teinture des aliments et des objets. Le pigment jaune Gardenia a une excellente capacité de teinture pour les amidons, les protéines, etc., et est largement utilisé dans divers aliments tels que les pâtisseries, les pâtes, les boissons et les bonbons. Il est également utilisé dans les domaines de la médecine et des cosmétiques. Il est très sûr, a une bonne stabilité, est non-toxique et n’a aucun effet secondaire. Par conséquent, la demande pour elle dans le pays et à l’étranger augmente d’année en année.

Pigment rouge amarante:Amaranth stems and leaves are purple or green in color, rich in nutrients, and the seeds can be used as a topping. The purple stems and leaves contain bright pigments that can be used as food dyes or to color medicinal liquids. They are non-toxic, harmless, and stable. Natural amaranth red pigment is made from red amaranth (mature period is June to August), obtained by physical extraction and refinement. Its main components are amaranthine and betaine. It is a dark purple-red dry powder that is highly soluble in water and soluble in low-grade ethanol. Its solution is a clear purple-red color in the pH range of 2 to 7, with a soft and natural hue. Its physical and chemical properties are similar to those of the internationally-used Pigment rouge de betterave, and it is suitable for coloring frozen foods and beverages that are stored for a short period of time.

Pigment de noyer:Le noyer est une plante du genre Juglans de la famille des Juglandaceae. C’est une culture de rente spéciale qui combine les fonctions des herbes médicinales, des colorants et de l’huile. La peau de noix verte a non seulement des effets antifongiques et antitumoraux médicinaux, mais peut également être utilisée comme couleur et colorant naturels, et est largement utilisée dans les aliments, les cosmétiques, etc. [13-14].

4 perspectives

À l’heure actuelle, la Chine a développé et utilisé relativement peu de variétés de colorants alimentaires naturels. La plupart sont limitées par les conditions de production et les saisons, avec des sources de matières premières instables. De plus, les matières premières ont des compositions complexes, une faible teneur en pigments et des coûts de production élevés, qui ne favorisent pas une promotion généralisée. Cependant, les progrès technologiques ont rendu possible leur généralisation. La première couleur naturelle utilisée commercialement était simplement un extrait de plante. Il est prévu qu’à l’avenir, les gens seront en mesure de produire des produits de haute qualité avec des normes uniformes et une durée de conservation plus longue, ce qui augmentera encore la demande de colorants naturels. De plus en plus d’entreprises de transformation des aliments et des boissons remplaceront les couleurs synthétiques par des couleurs naturelles, encourageant ainsi plus de clients à adopter un mode de vie naturel et sain. Par conséquent, l’accélération du développement et de l’utilisation de la couleur naturelle a une importance positive et de grande portée pour la protection des personnes et#39; S la santé et l’amélioration de la valeur économique des produits agricoles et annexes.

Références:

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