Stabilité au stockage et analyse multi-spectroscopie du complexe ternaire induit par l'extrait d'anthocyanine de mûrier interagissant avec l'isolat de protéines de lactosérum et la rutine dans des conditions acides (2023)

Les anthocyanes, un pigment soluble dans l'eau, ont une large gamme de couleurs disponibles et fournissent à la plante diverses couleurs, telles que le rouge, le violet et le bleu (Jiang et al., 2021). De plus, il a été rapporté que les anthocyanes possèdent une variété d'effets sur la santé, y compris des activités antioxydantes, antidiabétiques, anti-inflammatoires et anti-obésité en tant que dérivés flavonoïdes (Chen, Belwal, et al., 2022; He et al., 2022 ). Ces pigments ont fait l'objet d'une attention considérable dans l'industrie alimentaire au cours des dernières décennies, en mettant l'accent sur les produits alimentaires et les boissons industriels. De plus, les produits contenant des anthocyanes comme pigment principal présentent une très large gamme de tons de couleur en raison des variations de la structure chimique des anthocyanes ou parce que la structure chimique des anthocyanes est la même mais que les conditions physiques ou chimiques de la solution (telles que le pH et la température) peuvent entraîner des variations de tons (Chen, Belwal, et al., 2022).

La couleur de la solution d'anthocyanes dépend du pH de la solution. En milieu acide (pH<2), certaines anthocyanes apparaissent rouges car elles se présentent principalement sous forme de cations flavylium ; lorsque le pH augmente à 4,0–6,0, d'autres substances chromogéniques sont produites dans la solution, notamment la chalcone (jaune), la pseudo base de carbinol (incolore) et la base quinoïdale (bleue), entraînant une coloration violette; lorsque le pH est supérieur à 7, l'instabilité de la base quinoïdale dominante dans la solution d'anthocyanes les rend sensibles au clivage oxydatif par une attaque nucléophile, qui aboutit finalement à une coloration bleue (Chen, Belwal, et al., 2022 ; Fenger, Moloney, Robbins, Collins et Dangles, 2019 ; Sousa, Basílio, Oliveira, de Freitas et Pina, 2022). De plus, la température ambiante affecte grandement la stabilité des anthocyanes. Lorsque la température augmente, l'équilibre des anthocyanes tend à favoriser la pseudo base de chalcone et de carbinol, qui présente des teintes jaunes et/ou incolores, tandis que lorsque la température descend à température ambiante ou inférieure, la pseudo base de carbinol peut être reconvertie en cation flavylium. Cependant, du point de vue de la stabilité des anthocyanes, la chalcone ne se convertit pas en cation flavylium (défini comme une dégradabilité irréversible des anthocyanes), et il n'y a pas de relation claire entre la stabilité de leur teneur et la stabilité chimique (Chen, Belwal, et al. , 2022 ; Nie et al., 2022). De plus, comme les anthocyanes sont très sujettes à la dégradation pendant le traitement et le stockage, leurs applications sont limitées, ce qui réduit leur valeur commerciale. Ainsi, la protection des anthocyanes est un sujet de recherche brûlant depuis plusieurs années. Diverses méthodes ont été utilisées pour stabiliser les anthocyanes, notamment l'accumulation moléculaire, la microencapsulation, la complexation de polymères naturels, la copigmentation et la modification structurelle (Cortez, Luna-Vital, Margulis et Gonzalez de Mejia, 2017 ; He, Xu, Zeng, Qin et Chen, 2016b).

Plusieurs études ont rapporté la complexation de polymères naturels tels que les protéines, la pectine et la gomme pour stabiliser les anthocyanes (Chung, Rojanasasithara, Mutilangi et McClements, 2015 ; He et al., 2016 ; Zhao et al., 2021). La complexation avec des protéines implique des interactions entre les anthocyanes et les protéines via des liaisons hydrogène, des forces hydrophobes et des forces électrostatiques, qui peuvent potentiellement induire des changements dans la structure secondaire de la protéine (Chung et al., 2015). Les protéines avec des structures de bobines aléatoires flexibles sont plus susceptibles d'avoir ces liaisons, bien que l'effet protecteur spécifique de la complexation varie en fonction de la structure des protéines, de la composition en acides aminés et d'autres changements environnementaux (pH et température) (Chung, Rojanasasithara, Mutilangi, & McClements, 2017 ; Cortez et al., 2017). De plus, la protéine primaire de l'isolat de protéines de lactosérum (WPI), la β-lactoglobuline (β-LG), présente une excellente complexation en raison de sa structure particulière, et par conséquent, des progrès ont été réalisés en utilisant cette méthodologie dans la stabilisation des anthocyanes (He et al. , 2016).

Les anthocyanes peuvent également être protégées par la copigmentation, qui se produit généralement lorsque les copigments et les anthocyanes forment des complexes. La structure spéciale générée par l'empilement des molécules d'anthocyanes dans les complexes de copigmentation limite l'accessibilité de l'eau au chromophore du cation flavylium, améliorant ainsi la stabilité de la couleur (Kanha, Surawang, Pitchakarn, Regenstein, & Laokuldilok, 2019; Nie et al., 2022). L'effet de copigmentation s'accompagne généralement d'une augmentation de la valeur d'absorbance (effet hyperchrome) ou d'une augmentation de la longueur d'onde d'absorption maximale (effet bathochrome) (Chen, Belwal, et al., 2022). De plus, les effets stabilisants sur les anthocyanes, tant en termes de couleur que de structure, sont le résultat de plusieurs effets de copigmentation des copigments (y compris les acides aminés, les acides phénoliques, les flavonoïdes et les peptides) sur les solutions d'anthocyanes (Bingol, Turkyilmaz, & Ozkan, 2022 ; Chen, Belwal et al., 2022 ; Chung et al., 2017 ; Qian, Liu, Zhao, Cai et Jing, 2017).

Cependant, malgré quelques bons résultats utilisant une seule méthode pour protéger les anthocyanes, le développement et l'application de plusieurs stratégies pour la stabilisation des anthocyanes en combinaison sont rares et leurs mécanismes spécifiques ne sont toujours pas clairs. Notre étude précédente indiquait que l'ajout simultané de WPI et de rutine (Ru) améliorait la stabilité thermique, y compris la couleur et la teneur totale en anthocyanes, de la solution de pigment d'extrait d'anthocyanine de mûrier (MAE) à pH 3,6 (Chen et al., 2022a). Nous émettons l'hypothèse qu'après l'ajout de β-LG et de Ru dans la solution MAE, l'effet de complexation de β-LG et l'effet de copigmentation de Ru sur les anthocyanes, principalement la cyanidine-3-O-glucoside (C3G), peut avoir eu lieu et entraîné la formation du complexe ternaire de β-LG-C3G-Ru. En outre, la présente étude a examiné la stabilité au stockage du système ternaire à pH 3,6 par rapport au système binaire correspondant et a utilisé des techniques d'analyse multispectroscopique pour tester l'hypothèse. Les résultats donnent un aperçu de l'utilisation combinée de plusieurs méthodes de protection des anthocyanes.