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Les colorants naturels sont extraits des plantes, des fruits, des arbres, des lichens, des insectes ou des mollusques par des procédés simples comme le chauffage ou le broyage. Le marché des additifs alimentaires a une grande variété de colorants naturels tels que le paprika (E160) qui donne la couleur orange, la riboflavine (E101) la couleur jaune. Les colorants alimentaires naturels sont importants pour notre bien-être. Ils n‘ont pas que des propriétés colorantes mais aussi des propriétés biochimiques. Ils donnent des précurseurs de vitamines telles que vitamine A, B1, B2, K1, K2 que nous ne pouvons pas synthétiser. Par conséquent, pour l‘homme, ils peuvent aussi apporter une valeur en termes biologiques. Ils peuvent être classés selon leur origine.
D’origine végétale : les colorants naturels d’origine végétale peuvent être extraits des feuilles, des fleurs, des fruits, des graines, de l’écorce, du tronc ou de la racine des plantes.
Les micro-organismes tels que les bactéries, les algues et les champignons produisent des pigments stables tels que les caroténoïdes, les flavonoïdes, les quinones, la riboflavine et la prodigiosine. Les pigments sont couramment utilisés comme aliments en raison de leurs activités biologiques telles que le cancer des fourmis et la plupart d’entre eux sont de bonnes sources de vitamines. La source de microbes des colorants met moins de temps à se multiplier et moins de solvant lors de l’extraction, d’où une baisse des coûts de production par rapport aux autres sources [W6, W7]
Caroténoïdes
Les caroténoïdes représentent une famille de pigments naturels largement répandus dans le monde vivant (végétaux, animaux, bactéries et champignons) [10]. Ce sont des molécules lipidiques appartenant à la famille des terpènes, comportant généralement 40 atomes de carbone, structurés en 8 unités isopréniques jointes de façon à ce que la séquence soit inversée au centre. L’organisme humain est incapable de les synthétiser, ils sont fournis par l’alimentation.
Propriétés des caroténoïdes
Biodisponibilité pour la santé
Le principal avantage pour la santé des caroténoïdes est leur fort potentiel antioxydant. Deplus, les caroténoïdes spécifiques peuvent avoir des avantages supplémentaires tels que le βcarotène ayant la capacité d’agir comme une provitamine A. La lutéine et la zéaxanthine peuvent protéger l’œil des rayons UV et sont essentielles au développement du cerveau.
D’autres caroténoïdes peuvent aider à prévenir les maladies cardiaques en bloquant la formation de lipoprotéines de faible densité. Les caroténoïdes, en synergie avec d’autres micronutriments, interviendraient dans de nombreux processus biologiques permettant la propos des caroténoïdes, le terme d’antioxydant ne paraît donc pas approprié, on devrait plutôt parler de pouvoir anti-radicalaire, ou mieux encore, de pouvoir anti-espèces activées [15, 16].
Les caroténoïdes sont particulièrement efficaces contre l’oxydation [17]. L’activité antioxydant dépend du nombre de doubles liaisons, de l’extrémité cyclique ou non et des substituants sur les cycles [18]. Les caroténoïdes n’agissent pas seulement sur l’oxygène mais aussi sur les radicaux NO2, thiol et sulfonyl [19]. En fonction des conditions expérimentales, les auteurs classent la réactivité des caroténoïdes dans l’ordre décroissant suivant : lycopène > β-carotène > zéaxanthine > échinénone, isozéaxanhine > astaxanthine, canthaxanthine [20].
La réaction des caroténoïdes avec les espèces réactives c’est-à-dire leur piégeage peuvent se produire par+ oxydation, réduction, abstraction et réactions d’addition.
Les anthocyanes
Principales caractéristiques des anthocyanes
Les anthocyanes sont caractérisés par le squelette C6-C3-C6. Ce sont des glucosides formés de l’association d’un aglycone appelé anthocyanidine et d’un sucre substitué en position 3. Ces derniers qui sont de type mono, di ou tri-saccharides peuvent être acylés par des acides aliphatiques (acide malonique, succinique, etc.) ou aromatiques (acide coumarique, ferulique, sinapique).
La caractéristique la plus notable des anthocyanes ou anthocyanines est le changement de couleur qu’accompagnent les variations de pH de leur milieu. Lorsque le pH augmente, on opère des changements de structure et de pH résultant de réactions d’hydratation et de transfert de proton. De ce fait, pour un même type d’anthocyane, plusieurs formes et structures résonnantes peuvent coexister dans un milieu complexe. Cela s’explique par la conjugaison de l’ensemble des liaisons π des anneaux A et C [22]. Ces changements de couleur entrainent la limitation de leur utilisation comme colorant alimentaire rouge aux denrées ayant un pH inférieur à 5. En outre elles sont particulièrement sensibles aux traitements que ces denrées pourraient subir par la suite. Dans certaines conditions de pH et de température, les anthocyanes se dégradent en présence d’oxygène, d’ions métalliques, d’enzymes et de lumière [23].
Biodisponibilité pour la santé
Ils sont étudiés pour les effets positifs de leur consommation sur la santé. Ces effets sont généralement attribués à leur pouvoir antioxydant qui leur permettrait de protéger les tissus contre les dégâts causés par les radicaux libres. Ils peuvent ainsi avoir un effet préventif en réduisant les dommages que pourrait provoquer l’accumulation de radicaux libres. On associe leur consommation à l’amélioration de l’acuité visuelle. On leur reconnait par leurs propriétés anti cancérigène, anti inflammatoires et la capacité de réduire les risques d’être atteints par des maladies cardiovasculaires. On considérait en revanche qu’ils pouvaient avoir un effet local en participant à la protection des muqueuses gastro-intestinales contre les effets des radicaux libres. Ils retardaient de ce fait la survenue de maladies qui y étaient associées telles que les cancers de l’estomac ou du côlon.
Stabilité et propriétés antioxydantes des anthocyanes
Les différences de structures entrainent une réactivité différente chez les anthocyanes d’où une stabilité majeure que l’on observe généralement chez les anthocyanes plus complexes.
Les substitutions influent sur la stabilité des anthocyanes essentiellement par un phénomène appelé Co pigmentation. Il a lieu lorsque les substituants d’un anthocyane acylé ou des molécules présentes dans le milieu contribuent à produire un environnement hydrophobe protecteur autour du noyau flavylium. La diminution de l’activité de l’eau exerce un effet stabilisateur. La stabilité des anthocyanes est généralement bonne dans des produits secs ou à forte teneur en sucres tels que les sirops et confitures. La présence de sucre diminue la disponibilité de l’eau dont la présence est nécessaire à la dégradation des anthocyanes. La présence d’oxygène entraine une dégradation des anthocyanes par un mécanisme qui peut être une oxydation chimique ou une réaction enzymatique en présence de polyphénol oxydase.
Cette dernière est une enzyme endogène responsable du phénomène de brunissement des fruits. Elle oxyde les polyphénols en quinones et s’associent aux anthocyanes pour former des composés bruns.Un traitement thermique à 50°C permet de réduire significativement l’effet de cette enzyme. L’oxydation chimique se fait également par l’intermédiaire de quinones composées instables dont la formation est catalysée par des ions métalliques [24].
Les colorants de synthèse du rouge au jaune
Classification chimique des colorants de synthèse
Les colorants de synthèse peuvent être classés selon différents critères. Dans cette partie, nous allons présenter un classement en se basant sur la structure chimique (la nature du groupement Chromophore).
Colorants azoïques
Les colorants azoïques sont caractérisés par la présence au sein de la molécule d’un groupement azoïque (-N=N-) reliant deux noyaux benzéniques. Cette catégorie de colorants est actuellement la plus répandue sur le plan de l’application puisqu’ils représentent plus de 50% de la production mondiale de matières colorantes. Un exemple de colorant azoïque est donné ci-dessous:
Les colorants anthraquinoniques
Les colorants anthraquinoniques représentent après les colorants azoïques le plus important groupe de matières colorantes. Leur formule générale dérivée de l’anthracène montre que le chromophore est un noyau quinonique sur lequel peuvent s’attacher des groupes hydroxyles ou amino [25].
Les colorants indigoïdes
Un colorant indigoïde est celui dont la coloration est une variante de l’indigo (bleu violet). Les colorants indigoïdes sont utilisés dans la teinture des textiles, comme additifs en produits pharmaceutiques, ainsi que dans les diagnostiques des médecins. Le squelette suivant en est un exemple:
Les colorants xanthènes
Les colorants xanthènes sont dotés d’une intense fluorescence. Le composé le plus connu est la fluorescéine. Ces colorants sont utilisés comme marqueurs lors d’accidents maritimes ou de traceurs d’écoulement pour des rivières souterraines.
Colorant de synthèse à usage alimentaire
Les colorants de synthèse destinés à l’alimentation doivent satisfaire à des critères très sévères de pureté et d’absence de toxicité. Ils sont en effet soumis à de nombreux tests sur de petitsanimaux avant d’être répertoriés comme colorants alimentaires. Cette réglementation varie beaucoup d’un pays à l’autre. Parmi ces 15 colorants de synthèse, neuf sont des composés azoïques: trois jaunes, un orangé, quatre rouges et un noir. Il vient ensuite six colorants appartenant à d’autres familles chimiques [28] : II.2.3 Structure chimique de quelques colorants azoïques du rouge au jaune à usage alimentaire.
Jaune solide (ou Jaune acide R)
Ce colorant n’est pas généralement employé, mais il souille le jaune de collagène, contrairement au cytoplasme rouge.
Tartrazine (ou Jaune tartrique)
La tartrazine est souvent employée saturée dans le cellosolve (éthanol 2ethoxy) pour différencier d’autres colorants rouge acides tout en souillant le tissu dont le couleur a été jaune. La méthode de tartrazine du phloxine de Lendrum pour des granules de cellules de Paneth est un bon exemple. Elle est rarement utilisée pour d’autres buts bien qu’elle contraste très bien comme tache de fond avec des noyaux souillés par le rouge rapide nucléaire.
Azorubine (ou Carmoisine ou encre Nacarat, rouge)
Il est obtenu par copulation du diazo de l’acide naphtionique avec l’acide de NevileWinther. Ce colorant est à usage alimentaire quand il est purifié.
Amarante (ou Bordeaux S)
C’est un colorant azoïque synthétique rouge pourpre utilisé dans les produits alimentaires (E103) et dans la confection du rouge à lèvres.
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