Modification de la nuance colorante d'anthocyanes pour l'obtention de substances colorantes

La présente invention est relative à une composition alimentaire colorante comportant des colorants modifiés de la famille des anthocyanes ainsi qu'à un procédé de modification bathochrome de ces colorants.

Cette composition colorante, est utilisable en tant qu'additif ou ingrédient dans des préparations alimentaires.

Un colorant alimentaire est un additif naturel ou synthétique utilisé ou prévu pour être utilisé principalement pour augmenter ou rétablir la couleur d'un aliment.

Les colorants naturels sont de plus en plus utilisés dans les aliments. Ce sont des extraits aqueux ou des oléorésines obtenus généralement à partir des pigments de fruits, légumes, graines ou épices.

Les anthocyanes issues de végétaux naturellement riches en anthocyanes (ex. : carotte pourpre, sureau, chou rouge, hibiscus, cassis, maïs pourpre, pomme de terre pourpre...) ont une structure générale du type

Parmi les colorants naturels, les colorants anthocyaniques disponibles sur le marché ont différentes nuances colorantes en fonction de leur origine, c'est-à-dire en fonction du fruit ou légume dont ils sont issus.

Le Tableau 1 compare les nuances bleues relatives des principales sources disponibles sur le marché.

La notation 1976 CIE La*b* définit un espace colorimétrique dans lequel chaque couleur est définie par trois paramètres (L*, a* et b*).

- le paramètre L* reflète la clarté de la couleur, la valeur L* étant égale à 0 pour le noir et 100 pour le blanc absolu. Plus la valeur de L* est élevée, moins la coloration est intense.

- Le paramètre a* correspond à l'axe du couple antagoniste vert/rouge

- Le paramètre b correspond à l'axe du couple antagoniste bleu/jaune

II est connu en particulier que les anthocyanes et particulièrement leur transformation au cours de la vinification et lors du stockage du vin conduit à des colorations bleuissantes (Brouillard R. et al, Phytochemistry, 64, 2003, 1179-1186, Brouillard R. et al, BioFactors, 6, 1997, 403-410, Bakker J. & Timberlake C. F., J. Agric. Food Chem., 45, 1997, 35-43). Ces transformations chimiques expliquent la formation de tanins ainsi que la bonne stabilité des anthocyanes du vin après vinification. En effet, alors que les anthocyanes du raisin sont relativement peu stables, les vins conservent leurs pigments pendant de longues périodes.

Parmi les transformations chimiques, des réactions de condensation sont occasionnées par la présence dans le vin d'aldéhydes et de polyphénols issus de raisin.

Ces polyphénols appartiennent à la famille des flavanols dont le plus répandu est la catéchine. La structure des flavanols présente le même squelette que celui des anthocyanes et la numérotation des atomes est identique.

Timberlake a décrit la formation d'un pont aldéhydique entre le carbone Cs de l'anthocyane et le carbone Cs du fiavanol (Timberlake C. F. & Bridle P., J Sci. Fd Agric, 28, 1977, 539-544). Cependant, la structure formée ne montre pas de bleuissement. Dans le vin a également été décrite la formation de pyranoanthocyanines : cette structure d'anthocyane est obtenue par la réaction d'acide pyruvique présent dans le raisin sur le carbone C4 de l'anthocyane ce qui forme un nouveau cycle avec l'hydroxyle en C ₅ . La structure vinylique ainsi formée peut réagir avec l'acétaldéhyde puis avec différents fiavanols. Ces nouvelles structures présentent un effet bathochrome important (bleuissement) comparativement aux anthocyanes de départ. De nombreuses structures ont ainsi été déterminées dans le vin.

Cependant, ces réactions sont très lentes et se déroulent sur plusieurs mois, voire plusieurs année.

Les pyranoanthocyanines peuvent également être obtenues par addition nucléophile de vinylphénols sur l'anthocyane. Les pyranoanthocyanines montrent un effet hypsochrome (rougissement) par rapport à l'anthocyane de départ.

Des pyranoanthocyanines naturelles ont été identifiées dans la carotte pourpre (Schwarz M., et al, J Agric. Food Chem., 52, 2004, 5095-5101), et dans l'orange sanguine (Hillebrand S., et al, J Agric. Food Chem., 52, 2004, 7331-7338). Dans les deux cas, la formation des pyranoanthocyanines est observée après une longue période de stockage des jus. Les dérivés formés présentent tous un déplacement hypsochrome de leur λm _ax d'environ une vingtaine de nanomètres, de l'ordre de 530 à 510 nm, correspondant à un rougissement de la nuance.

D'autre réactions de condensations entre une anthocyane et un polyphénol sont connues, par exemple une condensation directe qui se fait entre le C4 de l'anthocyane et le Cs du fiavanol. Cette réaction est très lente et le produit de la réaction montre un effet hypsochrome par rapport à l'anthocyane de départ.

Il est possible également de faire une condensation en présence d'aldéhyde. Dans ce cas, l'aldéhyde forme un pont entre le Cs de l'anthocyane et le Cs du fiavanol et la structure formée ne montre pas de bleuissement.

Il est connu un colorant bleu dérivé d' anthocyanes (WO03/010240). Le procédé d'obtention de la couleur bleue dans ce cas résulte de la complexation des anthocyanes avec de l'aluminium, ce qui permet de stabiliser la forme quino nique du

chromophore, donnant un effet bathochrome. La quantité d'aluminium introduit dans le milieu pour obtenir l'effet bathochrome n'est cependant pas négligeable et l'impact néfaste en terme de santé publique est à prendre en considération.

Par ailleurs, d'autres métaux lourds comme le molybdène ou le tungstène permettent également d'obtenir un effet bathochrome mais, ici encore, les quantités nécessaires sont rédhibitoires à une utilisation alimentaire.

Il subsiste un besoin en colorants naturels qui puissent remplacer des colorants synthétiques dans certaines applications alimentaires.

La demanderesse a mis au point une nouvelle composition colorante présentant une nuance bleue, qui constitue l'objet de l'invention.

L'invention a également pour objet le procédé d'obtention de cette composition colorante.

Un autre objet est constitué par les applications de cette composition colorante comme additif ou ingrédient lors de la fabrication de produits alimentaires.

D'autres objets apparaîtront à la lecture de la description et des exemples qui suivent.

La composition colorante conforme à l'invention comprend des colorants modifiés de la famille des anthocyanes présents dans un produit naturel d'origine végétale.

Par colorants modifiés, on entend des substances capables de colorer les aliments une fois ajoutés aux produits alimentaires, confiseries, boissons et autres produits similaires destinés à être ingérés.

Il y a de nombreux végétaux naturellement riches en anthocyanes (ex. : carotte pourpre, sureau, chou rouge, hibiscus, cassis, maïs pourpre, pomme de terre pourpre...).

De préférence, le produit naturel d'origine végétale utilisé est du chou rouge, de la carotte pourpre ou du sureau.

Pour pouvoir comparer la nuance de différentes sources d'anthocyanes en solution, il est nécessaire de normaliser la mesure des La*b* dans le système CIE

L*a*b* (figure 1, représentant la sphère d'intégration). La lecture se fait dans une solution aqueuse tamponnée à pH 3,00 ± 0,05 à 20 ⁰ C et la valeur de L est arbitrairement fixée à 65 ± 0,5.

La mesure de la couleur est effectuée avec un spectrocolorimètre La*b* : la couleur est ainsi définie par 3 coordonnées reportées sur une sphère (figure 1).

Le chou rouge a traditionnellement une valeur de b* dans le système modèle "1976 CIE L*a*b*" autour de -15. Dans le cas du chou rouge, la composition colorante à nuance bleue selon l'invention est telle que la valeur de b* dans le modèle "1976 CIE L*a*b*" est inférieure à -25 pour les pH et valeur de L précédemment fixés. De préférence, cette valeur est inférieure à -30. Plus préférentiellement, elle est inférieure à -35 et encore plus préférentiellement, elle est inférieure à -40 pour les pH et valeur de L précédemment fixés.

La carotte pourpre (Daucus carota) a une valeur de b* dans le système modèle "1976 CIE L*a*b*" de 7 à 10. La composition colorante de l'invention à base de carotte pourpre est telle que la valeur de b* dans le modèle "1976 CIE L*a*b*" est inférieure à 4, pour les pH et valeur de L précédemment fixés. De préférence, cette valeur est inférieure à 2. Plus préférentiellement, elle est inférieure à 0 et encore plus préférentiellement, elle est inférieure à -2 pour les pH et valeur de L précédemment fixés.

Le sureau a une valeur de b* dans le système modèle "1976 CIE L*a*b*" de 10 à 20. Dans le cas du sureau, la composition colorante de l'invention est telle que la valeur de b* dans le modèle "1976 CIE L*a*b*" est inférieure à 5, pour les pH et valeur de L précédemment fixés. De préférence, cette valeur est inférieure à 3. Plus préférentiellement, elle est inférieure à 1 et encore plus préférentiellement, elle est inférieure à -1 pour les pH et valeur de L précédemment fixés.

Le procédé de modification bathochrome des colorants de la famille des anthocyanes présents dans un produit naturel d'origine végétale est caractérisé par le fait que l'on fait réagir ces anthocyanes avec au moins un aldéhyde.

Les anthocyanes modifiées issues du produit d'origine végétale sont de formule générale :

dans laquelle R ₃ , R ₄ et R ₅ sont indépendamment H, OH, ou OCH ₃ et R ₃ et R ₅ sont indépendamment H ou un glycoside acétylé ou non. Le procédé de modification bathochrome permet d'obtenir une diminution de b* d'au moins 5 unités dans les anthocyanes modifiées par rapport aux anthocyanes non modifiées, dans un système modèle "1976 CIE L*a*b*", L étant fixé à 65± 0,5 et les mesures étant effectuées dans une solution aqueuse tamponnée à pH 3,00 ± 0,05 à 20 ⁰ C. De préférence, le ou les aldéhyde(s) sont choisis dans le groupe constitué des aldéhydes de formule (II) R ₆ -CHO avec R ₆ étant un alkyle ou alkényle en Ci à C ₈ , ou R5 étant COOH-R7 ou CHO-R7 avec R ₇ étant un alkyle ou alkényle en Co à C ₈ , ou R5 étant un cycle hydrocarboné saturé ou insaturé, comprenant éventuellement au moins un hétéroatome N, O, ou S.

De préférence, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait qu'au moins un aldéhyde est choisi parmi l'acétaldéhyde, le butyraldéhyde, le valéraldéhyde, le propionaldéhyde, l'isovaléraldéhyde, l'isobutaraldéhyde, le salicylaldéhyde, le benzaldéhyde, le 2,3-dihydroxybenzaldéhyde, le furaldéhyde, le t-cinnamaldéhyde, le glutaraldéhyde, l'acide glyoxylique, le glyoxal.

Plus préférentiellement, au moins un aldéhyde est choisi parmi l'acide glyoxylique ou le furaldéhyde.

L'aldéhyde peut être ajouté dans la solution d' anthocyanes ou produit in situ par une étape de fermentation. II est possible d'ajouter au moins un polyphénol de la famille des flavonoïdes, des acides cinnamiques ou des phloro tannins. Préférentiellement, le flavonoïde est un flavanol, un flavonol, une chalcone, une flavone ou une isoflavone.

Selon le procédé de l'invention, le produit naturel d'origine végétale est broyé avant de subir une étape de séparation solide/liquide, de préférence à un pH inférieur à 7 et encore, plus préférentiellement, à un pH inférieur à 5.

De préférence, le produit naturel d'origine végétale est du chou rouge, de la carotte pourpre ou du sureau.

Dans un mode de réalisation du procédé selon l'invention, le ou les aldéhydes sont ajoutés en quantité telle que le rapport molaire aldéhyde/anthocyane soit compris entre 1/10 et 2/1 par rapport à la quantité d'anthocyanes présentes dans le produit naturel d'origine végétale. Ensuite, après agitation à une température supérieure à 0 ⁰ C, on clarifie le jus obtenu avant de le concentrer pour donner un produit hydrosoluble. Préférentiellement, l'étape d'agitation s'effectue à une température supérieure à 10 ⁰ C.

Dans un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, le ou les aldéhydes sont ajoutés en un rapport molaire aldéhyde/anthocyanes strictement supérieur à 2/1 par rapport à la quantité d'anthocyanes présentes dans le produit naturel d'origine végétale. Ensuite, après agitation à une température supérieure à

0 ⁰ C, on procède à une séparation liquide/solide des deux phases obtenues.

Préférentiellement, l'étape d'agitation s'effectue à une température supérieure à

10 ⁰ C. Il est possible ensuite de concentrer la phase liquide pour donner un produit hydrosoluble, et de sécher la phase solide pour donner un produit non hydrosoluble.

Un autre objet de l'invention est constitué par l'utilisation d'une composition selon l'invention en tant qu'additif ou ingrédient lors de la fabrication d'un produit alimentaire.

En effet, pour les utilisations de telles compositions dans des produits liquides, (par exemple des boissons), une différence de nuance est détectable pour l'œil humain pour un δEab >4, dans lequel δEab = (δa* ² +δb* ² +δL ² ) ^1/2 .

Pour les utilisations de telles compositions colorantes dans des produits solides (par exemple des yaourts), une différence de nuance est détectable pour l'œil humain pour un δEab >2, où δEab = (δa* ² +δb* ² +δL ² ) ^1/2 . Ces valeurs sont mesurées avec un spectrocolorimètre en mode transmission pour les liquides et en mode réflexion pour les solides.

Les compositions selon l'invention peuvent être utilisées en particulier pour la coloration de fourrage de gâteaux et biscuits, la coloration de produits laitiers, de boissons, de confiseries.

Les compositions colorantes selon l'invention permettent de remplacer des colorants synthétiques par des colorants naturels dans certaines applications comme par exemple la coloration de la pulpe d'orange sanguine dans l'Orangina™ "Orange sanguine", ou la coloration de morceau de fruits dans des yaourts. De plus, en raison de leur structure différente de celle des anthocyanes classiques, certaines anthocyanes formées par la réaction de bleuissement deviennent insolubles dans l'eau, vraisemblablement suite à des polymérisations. Cette fraction insoluble permet de colorer des solides en évitant la diffusion de la couleur dans la matrice environnante dans l'application finale (ex. : morceau de fruits rouges dans les yaourts). Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter aucunement.

Exemple 1 modification des anthocvanes de carotte pourpre par le procédé bathochrome de l'invention Les anthocyanes de carotte pourpre sont extraites du végétal par des étapes de lavage, de broyage, de pressage, de clarification puis de concentration du jus obtenu.

La solution aqueuse d' anthocyanes obtenue par extraction des anthocyanes naturelles d'origine végétale est concentrée de façon à avoir une solution faisant environ 40°brix.

L'acide glyoxylique pur est ajouté en quantité telle que le rapport molaire aldéhyde/anthocyanes soit voisin de 1. La nuance obtenue est dépendante de ce rapport molaire aldéhyde/anthocyanes. La solution est ensuite agitée à l'aide d'une pale d'agitation ayant une vitesse de rotation de 15 tours par minute à température ambiante et dans un réacteur fermé pendant 12 à 24 heures. Après cette étape d'agitation, la réaction entre les aldéhydes et les anthocyanes est terminée. La nuance de la solution est plus bleue que la solution initiale d'anthocyanes.

Les figures 2 et 3 représentent des profils HPLC obtenus avant et après la réaction de bleuissement. La figure 2 présente un profil HPLC d'un concentré de carotte pourpre standard (enregistré à 525 irai). La figure 3 présente un profil HPLC du concentré de carotte pourpre après la réaction de bleuissement (enregistré à

525 nm)

Le profil HPLC caractéristique d'un produit ayant une nuance plus bleue que sont homologue de départ présente un massif en fin de profil (Figure 2). L'importance

relative de ce massif est directement proportionnelle au bleuissement obtenu. Plus le bleuissement est important, plus la surface du massif est importante relativement aux pics caractéristiques du produit de départ.

Exemple 2 modification de la valeur de b* en fonction de la quantité d'aldéhyde dans la carotte pourpre

Une solution aqueuse d'acide glyoxylique à 100 g/L est préparée. Cette solution est ajoutée à la solution d'anthocyanes de carotte pourpre à 40°brix de l'exemple 1 ci-dessus, de façon à avoir un rapport massique acide glyoxylique/concentré de carotte pourpre compris entre 0 et 1%. Cette solution est ensuite agitée à l'aide d'une pale d'agitation ayant une vitesse de rotation de 15 tours par minute à température ambiante et dans un réacteur fermé pendant 24 heures.

La figure 4 montre le b* obtenu après 24h de réaction entre l'acide glyoxylique et les anthocyanes de carotte pourpre. Le pourcentage d'acide glyoxylique ajouté est exprimé en fonction de la quantité de concentré de carotte pourpre. En ajoutant 1% d'acide glyoxylique au concentré de carotte pourpre, on obtient une diminution de b* qui passe de b*=l 1 à b*=-4 en 24 heures.

Exemple 3 : Coloration d'une boisson. L'ajout de concentré de carotte pourpre de nuance standard (b*=8,5) dans une boisson sans autre colorant permet d'obtenir une boisson colorée dont la valeur de b* est comprise entre 8 et 8,5. La même expérience a été effectuée avec la composition à nuance bleue selon l'invention, et ayant un b*=0, la valeur de b* de la boisson mesurée est comprise entre 0 et -0,5. Le concentré peut être incorporé dans la boisson à des teneurs allant de 0,5 à

30 %.

Exemple 4 : Coloration d'un yaourt.

L'ajout de concentré de carotte pourpre de nuance standard (b*=8,5) dans un yaourt sans autre colorant permet d'obtenir un yaourt colorée dont le b* est compris entre 8 et 8,5.

La même composition d'anthocyanes à nuance bleue que précédemment a été utilisée, et dans ce cas, le b* du yaourt mesuré est compris entre 0 et -0,5. La quantité de concentré de carotte pourpre incorporée au yaourt est de 1%.

Exemple 5 : Coloration d'un fourrage de gâteau.

L'ajout de concentré de carotte pourpre de nuance standard (b*=8,5) dans un fourrage de biscuit sans autre colorant permet d'obtenir un fourrage coloré dont le b* est compris entre 8 et 8,5. La même composition d'anthocyanes à nuance bleue que précédemment a été utilisée, et dans ce cas, la valeur de b* du yaourt mesurée est comprise entre 0 et -0,5.

Le concentré de carotte pourpre est incorporé au fourrage à une teneur de 1%.