[Introduction]

          L'alimentation connaît de nombreuses crises sur la sécurité et l'hygiène de ce que nous mangeons. Après les problèmes de la vache folle, de la dioxine, de la listériose, etc, nous pouvons nous demander s'il est encore possible de manger sans risques.

          Les additifs dont le sujet n'est pas souvent abordé ne sont pas exclus de ces risques. Certains colorants alimentaires sont en effet soupçonnés d'être dangereux pour la santé de l'homme. Mais que sont-ils ? Ce sont des composés chimiques qui ont la propriété de conférer une coloration durable aux aliments avec lesquels ils sont mis en contact.

          Nous étudierons donc leur origine et leur rapport avec l'homme. D'autre part, nous rechercherons d'où leur vient la faculté de colorer les aliments et comment le milieu peut influencer cette coloration. Enfin, nous nous intéresserons à leurs effets sur l'être humain et à leur réglementation.

I ) Les hommes et les colorants :


          L'utilisation de colorants dans l'alimentation est devenue très importante aujourd'hui. Nous rechercherons les raisons pour lesquelles l'homme se sert des colorants alimentaires et leurs origines et leur nature. Enfin nous verrons la place de ces colorants dans l'industrie.



                         1) Pourquoi des colorants alimentaires ?


          Les hommes donnent une grande importance aux colorants alimentaires. Ainsi l'aspect esthétique des aliments affecte, dans une certaine mesure, la vente des produits. Des enquêtes ont montré que la couleur de l'aliment influe fortement sur le goût que perçoit le consommateur. En effet, ceux-ci préfèreront acheter une tomate bien rouge plutôt que légèrement tachetée de vert. Ce qui est vrai même si le goût n'est pas modifié par la couleur des aliments. D'un point de vue nutritionnel, l'usage des colorants alimentaires n'est généralement pas nécessaire.

          En fait, dans certains cas, ils sont utilisés pour abuser le consommateur en donnant une fausse impression de qualité (par exemple, lorsqu'un colorant jaune est ajouté aux pâtes ou aux gâteaux pour faire croire à une plus grande quantité d'œufs qu'il y a véritablement). Les colorants ont pour but d'améliorer l'aspect des aliments. Ils permettent de palier une perte de coloration pendant la production, de colorer des aliments incolores et de renforcer une idée gustative spécifique (comme dans la confiserie, le vert ou le jaune pour le goût citron...). Ils compensent également les variations saisonnières : par exemple, le beurre n'est jaune qu'en été, alors qu'en hivers, il est jugé trop pâle par les industriels qui lui ajoutent un colorant jaune, le ß-carotène.

          L'utilisation de ces colorants alimentaires reflète nos habitudes alimentaires et notre société de consommation : repas rapides sortant du congélateur, désir de consommer des produits "exotiques" en toutes saisons, etc. Habitués à manger du beurre jaune et des glaces à la pistache colorées en vert, les consommateurs sont souvent déconcertés devant des couleurs inhabituelles, même naturelles comme celle des pommes de terres "vitelotte noire" dont la chair est d'un beau violet.



                         2) Nature des colorants :


          On distingue deux grandes familles de colorants :

                    - les colorants naturels (extraits de matières minérales ou organiques).

                     - les colorants issus de la synthèse chimique.



          Jusqu'en 1850, les colorants alimentaires ont été d'origine naturelle. C'était des colorants pour la plupart organiques qui provenaient :

                     - de végétaux comestibles (carotte [orange], betterave [rouge], peau de raisin noir [noir], ...)

                     - d'extraits d'origine animale ou végétale non habituellement consommée (rouge cochenille provenant d'un insecte d'Amérique centrale [Coccus Cacti], stigmate de crocus [safran], ...)

                     - du résultat de la transformation de substances naturelles (caramel [marron], ...).


          Ensuite, à partir de 1856 sont apparus les colorants synthétiques. C'est à cette date que fut découvert par hasard, par William Henry Perkin, le premier colorant de synthèse : la mauvéine (un dérivé des hydrocarbures aromatiques contenu dans le goudron de la houille, obtenue à partir de l'aniline).

          Les colorants synthétiques sont créés industriellement par l'homme et soit ils sont des copies conformes des colorants naturels, soit ils n'existent pas dans la nature. Ils ont pris une place de plus en plus importante et ont fini par supplanter les colorants naturels (dont la plupart sont encore utilisée aujourd'hui). Ceux-ci sont sensibles à la lumière, à l'oxygène ou à l'action des bactéries, c'est à dire qu'ils ne sont pas stables. Ainsi, les colorants de synthèse, plus stables, ont une durée de vie plus longue et ont une coloration plus forte, ce qui permet de réduire leur utilisation à de petite quantité. Un autre avantage, c'est qu'ils sont moins coûteux et peuvent être fabriqués en grande quantité.



                         3) Les colorants dans l'industrie :


          Aujourd'hui, l'industrie des colorants constitue un secteur capital de la chimie moderne. Depuis quelques décennies, l'industrie alimentaire mondiale utilise une quantité de plus en plus importante de colorants naturels ou artificiels (en France, de 100 à 150 tonnes par an) surtout dans les conserves, les confiseries, les boissons, mais aussi dans la charcuterie, les fruits et légumes, les matières grasses (huile, beurre, fromage) et le sucre.




II ) Origine et variation de la couleur :


          Nous avons vu que les colorants alimentaires sont utilisés pour colorer nos aliments. Nous verrons dans cette partie pourquoi les colorants possèdent la particularité de colorer les aliments et comment leur couleur varie en fonction du milieu.



                         1) Généralités sur la couleur :


          La couleur est due aux ondes lumineuses. Ces ondes naissent de sources produisant de la lumière (soleil). Notre œil ne peut percevoir que les ondes dont les longueurs sont comprises entre 400 et 700nm. Les différentes longueurs d'ondes correspondent à des couleurs différentes :


   - de 400 à 425 nm violet

   - de 425 à 490 nm bleu

   - de 490 à 550 nm vert

   - de 550 à 570 nm jaune

   - de 570 à 610 nm orange

   - de 610 à 700 nm rouge

          Il existe cependant des ondes invisibles à l'œil humain. Les ultraviolets ont une longueur d'onde inférieure à 400 nm, les infrarouges a une longueur d'onde supérieure à 700 nm...

          La lumière blanche est composé d'ondes lumineuses de toutes les longueurs. Lorsque le rayon atteint un corps (exemple : colorant alimentaire), il peut se passer plusieurs phénomènes :

                    - si toutes les ondes lumineuses sont absorbées par le corps, celui-ci nous apparaît noir

                    - si elles sont réfléchies, le corps est blanc.

                    - lorsque la lumière est partiellement absorbée indépendamment de la longueur d'onde, le corps est gris.

                    - lorsque le corps absorbe dans une certaine longueur d'onde, le corps est coloré. La couleur du corps sera la couleur complémentaire à celle correspondant à la longueur d'onde absorbée : le violet est complémentaire au jaune, le bleu à l'orange et le vert au rouge et inversement.


          Le noir, le blanc et le gris sont des couleurs achromatiques. Les autres couleurs sont chromatiques.

          L'absorbance d'un colorant peut être étudiée grâce à un spectrophotomètre. Le spectrophotomètre donne l'absorbance du colorant en fonction d'une certaine longueur d'onde, on peut ainsi tracer des courbes d'absorbances (voir fche expérience ).

                         2) Lien entre la structure moléculaire et la couleur :


          Nous avons vu que la couleur est due aux ondes lumineuses projetées par les sources de lumière, nous allons voir maintenant comment un colorant peut absorber ses ondes pour donner une couleur. Pour cela, nous allons étudier leur structure moléculaire.

          C'est le chimiste allemand Witt qui a introduit la théorie du pouvoir colorant. En faisant réagir des composés colorés avec de l'hydrogène, on constate une décoloration du composé. Witt en a déduit que toute molécule colorée renferme des groupes d'atomes insaturés, c'est à dire qu'ils possèdent une ou plusieurs doubles liaisons (l'hydrogénation n'ayant lieu que dans les zones présentant des liaisons multiples). Ces groupes d'atomes responsables de la couleur des colorants sont appelés groupes chromophores. Ces groupes chromophores peuvent renfermer des groupes azoïques (–N=N–), nitrés , nitrosés , carbonylés   , fonctions alcènes     , etc...Ces doubles liaisons doivent être

nombreuses pour que le corps soit coloré.

          Les molécules ne possédant que des groupes chromophores sont appelés des chromogènes. Bien que colorés, les chromogènes ne sont pas des colorants, pour en devenir, ils doivent posséder des groupes salifiables (c'est à dire des groupes susceptibles de se transformer en sel). Ces groupes appelés groupes auxochromes permettent la fixation des colorants sur les aliments et peuvent modifier la couleur du colorant. Les groupes auxochromes peuvent être acides ( COOH, SO₃H, OH ) ou basiques ( NH₂, NHR, NR₂ ).

          On peut classer les colorants en fonction de la nature de leur groupe chromophore, on distingue ainsi plusieurs familles de colorants :

                    - les nitrosés sont synthétisés par action de l'acide nitreux HNO₂ sur les phénols qui sont des dérivés du benzène de formule brute C₆H₄OH.

                    - les nitrés sont formés par l'action de l'acide nitrique HNO₃ sur les phénols. Ils sont de couleur jaune ou orange.

                    - les stilbéniques sont des dérivés du stilbène (1,2-diphényléthylène), ils sont également jaunes ou orangés.

                    - les azoïques constituent la plus importante famille des colorants de synthèse. Ils possèdent le groupe azoïque (voir ci-dessus ) et forment une gamme étendue de nuances (jaune, bleu, vert et noir).

                    - les quinoléines possèdent le noyau de la quinoléine et possèdent une couleur jaune.

                    - les indophénoliques sont également une structure quinoïde, ils résultent de l'oxydation de paradiamines et d'une amine primaire. Ils possèdent une coloration très dense.

                    - les thiaziniques sont fabriqués par oxydation de diamines aromatiques en présence de H2S, ils vont du jaune au rouge.

                    - etc.



è Etude de diverses molécules de colorants :

          Dans nos expériences, nous avons utilisé cinq colorants différents : la Curcumine, l'Anthocyane, l'Azorubine, la Tartrazine et le Bleu patenté V.

     >La Curcumine est le colorant de la poudre de curry.



Groupes chromophores : groupes carbonylés, fonctions alcènes et cycles benzéniques famille des stilbéniques.

Groupes auxochromes : groupes hydroxyles OH.

     >L'Anthocyane est le colorant du chou rouge :



   Groupes chromophores : cycles benzéniques.

   Groupes auxochromes : groupes hydroxyles.

     >L'Azorubine est le colorant artificiel pâtissier rouge :


Groupes chromophores : groupe azoïque et cycles benzéniques famille des azoïques.

Groupes auxochromes : groupe hydroxyle.

     >La Tartrazine est le colorant artificiel pâtissier jaune :



Groupes chromophores : groupe azoïque et cycles benzéniques famille des azoïques.

Groupes auxochromes : groupe hydroxyle et fonctions amines N.

     >Le Bleu patenté V est le colorant artificiel pâtissier bleu :



Groupes chromophores : cycles benzéniques et noyau quinoïde famille des indophénoliques.

Groupes auxochromes : groupes hydroxyles et fonctions amines.

                         3) Influence du milieu


          Nous avons cherché à savoir si le milieu influait sur la couleur des colorants, nous avons fait pour cela des expériences pour étudier l'influence de la température et du pH (voir fiche expérience température, pH). Nous avons constaté que la température ne faisait pas varier la couleur alors que, en faisant varier le pH, le colorant prend de nombreuses colorations différentes.

          Ces différences de couleur s'expliquent par une modification de la structure moléculaire des colorants lorsque le pH change.


     >Pour un pH acide, le colorant du chou rouge (l'Anthocyane) est rouge, sa formule topologique est alors :

     >Pour un pH neutre, il est bleu, sa formule topologique est :

     >Pour un pH basique, ce colorant est jaune, sa formule est alors :

          On constate que seule la formule rouge possède un cation O⁺ ,elle est la seule à ne pas posséder de groupes chromophores carbonylés. La forme bleue est la seule à posséder un noyau quinoïde. Un milieu basique possède des ions OH- qui réagissent avec les molécules c'est pourquoi on constate que la forme jaune possède de nombreux groupes hydroxyles. On constate donc que lorsque le pH change, la structure moléculaire du colorant est modifiée, et notamment les groupes chromophores et auxochromes, entraînant un changement de couleur.

          Cette propriété des colorants de changer de couleur selon le pH est utilisée pour étudier le pH d'une solution. Les colorants sont alors utilisés en temps qu'indicateurs colorés.

          On peut aussi obtenir de nouvelles couleurs en mélangeant les colorants, nous avons ainsi pu faire un colorant orange grâce à du jaune et du rouge. Nous avons aussi montré grâce à une chromatographie qu'un colorant artificiel pâtissier vert etait en fait formé de Tartrazine de couleur jaune et de Bleu patenté V. Nous avons donc monté que la couleur d'un colorant est directement liée à sa structure moléculaire. En effet, si celle-ci est modifiée, la couleur change.

III ) Impact des colorants alimentaires sur la santé et réglementation :


          Après avoir étudié certaines propriétés chimiques des colorants alimentaires, intéressons-nous maintenant à leurs effets sur la santé et à leur réglementation, leurs dangers étant souvent ignorés des consommateurs.



                         1) Les effets des colorants alimentaires sur la santé :



è Des effets néfastes :

          Parmi tous les aliments, rares sont ceux qui ne contiennent pas de colorants (naturels ou synthétiques). Or, l'absorption de ceux-ci n'est pas toujours sans conséquences pour notre santé. En effet, certains sont responsables d'intolérances. Seule le rouge de la cochenille E124 provoque ,dans quelques rares cas, des allergies. Il met ainsi en jeu le système immunologique contrairement à l'intolérance. Plus grave , d'autres sont mutagènes et gènotoxiques ou encore provoquent des cancers de la thyroïde voire même des tumeurs des glandes surrénales et des reins chez les animaux. Ces derniers effets sont cependant rarissimes et ne surviennent que si l'on en ingère de fortes doses.

          Les colorants alimentaires que l'on peut considérer comme toxiques pour l'être humain et à éviter sont la Tartrazine E102 et l'Amarante E123 (interdit aux Etats-Unis et très réglementé en France). Ces additifs sont entre autre suspectés de jouer un rôle dans le syndrome d'hyperactivité et pourraient contenir des substances cancérigènes. Ceci dit, les réactions d'intolérance liées aux colorants alimentaires en général ne sont pas de même nature. Voici la liste de celles le plus fréquemment observées :

                         - Action sur le système nerveux central : interférence avec la neurotransmission de type GABA-ergique ; synthèse excessive d'acétylcholine (composant du neurotransmetteur) ou encore présence d'amines biogènes.

                         - Action sur le système nerveux dit 'périphérique' : effet excitant (tels l'Amarante et la Tartrazine) et anomalie des récepteurs neuroniques.

                         - Inhibition ou déficit de certaines enzymes.

                         - Augmentation de la perméabilité intestinale



è Des effets 'bénéfiques' :

          Heureusement pour le consommateur, tous les colorants alimentaires ne sont pas dangereux pour la santé. C'est le cas du Lycopène E160d et du ß-carotène E160a. Ces deux colorants appartiennent à une même famille : les caroténoïdes que l'on retrouve dans presque tous les fruits et légumes.


                   Le Lycopène :

          Le Lycopène est un antioxydant qui, une fois absorbé par l'organisme, aide à protéger et à réparer les cellules endommagées. Les antioxydants ont démontré leur capacité à empêcher l'oxydation de l'ADN, laquelle serait à l'origine des cancers. Selon de récentes études il préviendrait l'apparition de certains cancers (de la prostate, du poumon, du sein, de l'appareil digestif), de maladies cardio-vasculaires ainsi que la dégénérescence maculaire.

          L'organisme ne produit pas de Lycopène. On le trouve alors dans le pamplemousse, la goyave et le melon d'eau mais c'est la tomate la plus grande source de Lycopène. De surcroît, il a été démontré qu' il est mieux absorbé par le corps et encore plus concentré s'il provient de produits industriels comme le coulis de tomate plutôt que de tomates fraîches.


                    Le ß-carotène :

          Le rôle du ß-carotène est similaire à celui de la vitamine A. D'ailleurs il est aussi appelé 'provitamine A'. Il doit en effet être digéré avant d'être transformé en vitamine. Dans les cellules de la paroi intestinale, le ß-carotène est transformé en rétinol (proche de la vitamine A) et couvre ainsi les besoins indispensables de l'organisme. Il joue lui aussi un rôle très important dans la prévention des cancers et il est recommandé dans le cas de vieillissement prématuré et de troubles de la vision. Il est présent dans les épinards, la betterave, les carottes, les abricots, les melons...

          Ces substances que sont le Lycopène et le ß-carotène ne font paradoxalement pas partie des éléments qualifiés de nutritifs par les autorités de la santé. Prises à fortes doses, elles peuvent être toxiques (surtout le rétinol) et il faudra attendre des études de plus grandes envergures pour définir véritablement leurs bienfaits direct sur la santé.




                         1) Leur réglementation :


          La réglementation touchant les colorants alimentaires, ou plutôt les additifs alimentaires en général, est régie sur trois niveaux :

                         - Au niveau international par la FAO (Food and Agriculture Organization), l'OMS (Organisation Mondiale de la Santé) ou encore la WHO (World Health Organization).

                         - Au niveau européen selon un protocole strict : 'codex alimentarius' qui regroupe une multitude d'établissements.

                         - Au niveau national par le Conseil Supérieur d'Hygiène publique de France et l'Académie de Médecine.


          L'utilisation de ceux-ci est strictement réglementée selon le principe dit de 'liste positive', ce qui signifie que tout ce qui n'est pas expressément autorisé est interdit. Les colorants alimentaires autorisés en Europe sont dotés d'un numéro de code précédé de la lettre E et composé de trois chiffres dont celui des centaines est le 1. Celui des dizaines correspond à leur couleur : 0 Û jaune ; 1 Û orange ; 2 Û rouge ; 3 Û bleu ; 4 Û vert ; 5 Û brun et 6 Û noir.

          Ainsi, avant de pouvoir mettre un nouveau colorant alimentaire sur le marché, l'industriel doit obligatoirement passer par un organisme public de contrôle. Toute demande doit fournir des preuves convaincantes que le colorant proposé est utile et satisfait son but prévu. S'il est autorisé, il lui sera remis un nom de code (voir précédemment) et un domaine d'utilisation spécifique. Des études sur animaux sont ensuite réalisées à court et à long terme pour déterminer si OUI ou NON l'additif est sans danger pour l'homme. La sécurité absolue d'une substance n'est jamais prouvée, c'est pourquoi la législation peut être modifiée en fonction de l'évolution des connaissances. Si la substance est dangereuse à fortes doses (ce qui concerne pas moins de 80 % des cas), une D.J.A (Dose Journalière Admissible) est fixée. Son unité se mesure en milligramme par kilogramme de masse corporel.

          Cette façon de procéder présente cependant d'importantes lacunes. D'une part, l'être humain ne réagit pas comme les animaux. Difficile alors de transposer des résultats obtenus sur l'animal à l'homme sans risque d'erreurs. D'autre part, les études consistent en une analyse de substances prises isolément. Or, notre alimentation contient un 'mélange' de produits de toute sorte qui peuvent, comme on le sait aujourd'hui, se combiner et ainsi développer des effets synergiques. C'est le cas inverse de celui du chou. En effet, presque chaque composant de celui-ci se révèle toxique si on l'isole alors que le chou lui-même est inoffensif ! Il préviendrait aussi les cancers et autres maladies...



          En conclusion, on peut dire que les colorants alimentaires ne sont dangereux que consommés à forte dose. Seule une minorité est admise sans D.J.A. Les études menées à l'heure actuelle ne permettent en aucun cas de conclure quant à leurs effets sur la santé. La législation évolue en fonction deses connaissances. Ainsi, depuis le début du siècle, où les colorants qui servaient à teindre les vêtements se retrouvaient aussi dans les aliments, de nombreuses substances ont été retirées de la circulation, grâce à la mise en place progressive d'institutions telle la FDA (Food and Drug Act, ex-FAO) en 1906 qui contrôlèrent et réglementèrent peu à peu leur utilisation.



Ce tableau regroupent les cartes d'identités des 29 principaux colorants utilisés à l'heure actuelle. Les colorants les plus toxiques sont en gras.

     [Conclusion]

          En conclusion, nous avons vu que les colorants alimentaires occupaient une place très importante dans l'alimentation depuis quelques décennies. Les colorants étaient d'abord d'origine naturelle puis les hommes ont appris à créer des colorants de synthèse. La couleur de ces additifs est conférée par leur structure moléculaire qui peut varier en fonction de facteurs tel que le pH.

          Les colorants favorisent les ventes en apportant une meilleure apparence aux produits. Quelques rares colorants ont des effets positifs. Mais la plupart posent quelques inconvénients pour l'homme puisqu'ils peuvent être nocifs (cancérigènes, à l'origine d'intolérances). C'est pourquoi il existe une réglementation les concernant. 

          Et finissons par cette citation de Goethe :

" Les hommes éprouvent une grande joie à la vue de couleur, l’œil en a besoin comme il a besoin de lumière. "