Xanthophylle est un terme collectif désignant un groupe de pigments jaunes liposolubles que l'on trouve naturellement dans les plantes, en particulier dans les fruits et les légumes.

Il appartient à la classe plus large des pigments caroténoïdes, qui comprend également les carotènes et le lycopène.

Les pigments xanthophylles jouent un rôle essentiel dans le processus de photosynthèse et protègent les plantes contre le stress oxydatif.

A. Structure et propriétés chimiques

Les xanthophylles sont des dérivés des tétraterpènes, constitués de 40 atomes de carbone disposés selon un système alternatif de doubles liaisons.

Ils contiennent des atomes d'oxygène sous forme de groupes hydroxyle (-OH), époxy ou céto, ce qui les distingue des carotènes.

Les pigments xanthophylles les plus courants sont la lutéine, la zéaxanthine, la violaxanthine et la néoxanthine.

Les xanthophylles sont généralement de couleur jaune, orange ou rouge, avec des nuances variables en fonction de leur structure chimique spécifique.

Ce sont des composés lipophiles (solubles dans les graisses), insolubles dans l'eau mais solubles dans des solvants organiques tels que l'hexane, le chloroforme et l'éthanol.

a. Structure chimique

Les xanthophylles sont une classe de pigments caroténoïdes qui possèdent une structure oxygénée, contenant des atomes d'oxygène sous forme de groupes hydroxyle (-OH), époxy ou céto. Le squelette structurel de base des xanthophylles est un tétraterpène, composé de huit unités isoprénoïdes liées entre elles, formant une longue chaîne conjuguée de 40 atomes de carbone. La structure chimique spécifique de chaque xanthophylle varie en fonction du nombre, de la position et du type de groupes fonctionnels oxygénés présents, ainsi que de la présence et de la disposition des doubles liaisons.

Voici quelques exemples courants de structures xanthophylles :

Lutéine : 3R,3'R,6'R-β,ε-carotène-3,3′-diol

Zéaxanthine : 3R,3'R-β,β-carotène-3,3′-diol

Violaxanthine : 5,6,5′,6′-diepoxy-5,6,5′,6′-tétrahydro-β,β-carotène-3,3′-diol.

Néoxanthine : 5′,6′-époxy-6,7-didehydro-5,6,5′,6′-tetrahydro-β,β-carotène-3,5,3′-triol.

b. Propriétés physico-chimiques

Poids moléculaire : Les xanthophylles ont un poids moléculaire relativement élevé, allant généralement de 568 à 616 g/mol, en fonction de leur structure spécifique.

Couleur : les xanthophylles présentent une large gamme de couleurs, dont le jaune, l'orange et le rouge, en raison de leur système unique de double liaison conjuguée et de la présence de groupes fonctionnels oxygénés.

Solubilité : Les xanthophylles sont des composés lipophiles (liposolubles) et sont insolubles dans l'eau, mais solubles dans divers solvants organiques, tels que l'hexane, le chloroforme, l'éthanol et l'acétone.

Absorption de la lumière : Les xanthophylles présentent une forte absorption dans le domaine visible du spectre électromagnétique, généralement entre 400 et 500 nm, ce qui contribue à leurs couleurs vives et à leur rôle dans la photosynthèse.

Isomérisation : Les xanthophylles peuvent exister sous différentes formes géométriques isomériques, telles que les isomères cis et trans, qui peuvent influencer leurs propriétés physicochimiques et leurs activités biologiques.

Stabilité thermique : Les xanthophylles sont généralement stables à des températures modérées, mais une exposition prolongée à des températures élevées ou à la lumière peut entraîner leur dégradation et la perte de leur couleur.

Sensibilité à l'oxydation : Comme les autres caroténoïdes, les xanthophylles sont sensibles à l'oxydation, en particulier en présence de lumière, d'oxygène et de certains pro-oxydants, ce qui peut entraîner la formation de produits d'oxydation et la perte de leurs activités biologiques.

B. Sources et présence :

Les xanthophylles sont largement répandues dans la nature et se trouvent dans diverses plantes, y compris les fruits et les légumes, comme le maïs, les épinards, le chou frisé, les oranges et le jaune d'œuf.

Ils sont également présents dans certaines algues, bactéries et champignons.

Parmi les sources les plus riches en xanthophylles figurent les fleurs de souci, qui sont souvent utilisées pour l'extraction commerciale de ces pigments.

a. Sources végétales

(1) Légumes à feuilles vertes

Les xanthophylles sont abondantes dans les légumes à feuilles vertes comme les épinards, le chou frisé, les feuilles de chou vert et les feuilles de moutarde.

La xanthophylle prédominante dans ces sources est la lutéine, avec des quantités moindres de zéaxanthine et de néoxanthine.

(2) Maïs et produits à base de maïs

Le maïs et les produits à base de maïs, tels que l'huile de maïs, la farine de maïs et le pop-corn, sont de riches sources de xanthophylles, en particulier de lutéine et de zéaxanthine.

La teneur en xanthophylle peut varier en fonction de la variété, des conditions de culture et des méthodes de transformation.

(3) Fruits et légumes

Divers fruits et légumes contiennent des niveaux variables de xanthophylles, notamment les oranges, les poivrons, les tomates, les citrouilles, les courges et les melons.

Le profil spécifique des xanthophylles peut varier, certaines sources étant plus riches en lutéine, tandis que d'autres contiennent des niveaux plus élevés de zéaxanthine ou d'autres pigments xanthophylles.

(4) Jaune d'œuf

Le jaune d'œuf est une excellente source de xanthophylles, principalement de lutéine et de zéaxanthine, qui se déposent dans le jaune d'œuf en raison de l'alimentation des poules.

La teneur en xanthophylle des jaunes d'œufs peut varier en fonction de la composition de l'alimentation et de la race de la poule.

b. Sources algales et microbiennes

(1) Microalgues

Certaines espèces de microalgues, comme Haematococcus pluvialis et Chlorella, sont connues pour produire des niveaux élevés de xanthophylles, en particulier d'astaxanthine et de lutéine.

Ces sources algales sont souvent utilisées pour la production commerciale de xanthophylles pour diverses applications.

(2) Bactéries et champignons

On a découvert que certaines bactéries et certains champignons produisaient des pigments xanthophylles, bien que leur exploitation commerciale soit limitée par rapport aux sources végétales et algales.

Les espèces bactériennes Bradyrhizobium et le champignon Xanthophyllomyces dendrorhous, qui peuvent produire respectivement de la zéaxanthine et de l'astaxanthine, en sont des exemples.

c. Sources commerciales

(1) Fleurs de souci

Les fleurs de souci (Tagetes erecta) sont l'une des principales sources commerciales pour l'extraction des xanthophylles, en particulier la lutéine et la zéaxanthine.

L'oléorésine de souci, obtenue à partir des pétales, est une riche source de ces pigments et est largement utilisée dans l'industrie alimentaire, l'industrie des aliments pour animaux et l'industrie des compléments alimentaires.

(2) Paprika et poivre rouge

Le paprika et le poivron rouge (Capsicum annuum) sont également exploités commercialement pour l'extraction de pigments xanthophylles, principalement la capsanthine et la capsorubine.

Ces extraits riches en xanthophylle sont utilisés comme colorants alimentaires naturels et comme antioxydants.

C. Fonctions biologiques

Chez les plantes, les xanthophylles jouent un rôle crucial dans le processus de photosynthèse en participant aux complexes de récolte de la lumière et en protégeant l'appareil photosynthétique des dommages oxydatifs.

Ils agissent également comme des antioxydants, en piégeant les radicaux libres et en protégeant les cellules du stress oxydatif.

Chez l'homme et l'animal, les xanthophylles comme la lutéine et la zéaxanthine sont importantes pour la santé des yeux et sont censées protéger la macula et la rétine des dommages causés par la lumière bleue et le stress oxydatif.

a. Fonction de la photosynthèse

Les xanthophylles jouent un rôle crucial dans le processus de photosynthèse chez les plantes, les algues et certaines bactéries photosynthétiques. Elles sont des composants du complexe de récolte de la lumière (LHC) de la membrane des vésicules dans les chloroplastes et agissent comme des pigments accessoires avec la chlorophylle. Les chlorophylles absorbent l'énergie lumineuse dans les régions bleue et verte du spectre visible, qui est ensuite transférée aux chlorophylles pour initier la chaîne de transport d'électrons de la photosynthèse.

Cette fonction de récolte de la lumière des xanthophylles améliore l'efficacité globale de la photosynthèse, en particulier dans des conditions de faible luminosité.

b. Photoprotection

La lutéine est photoprotectrice et protège l'appareil photosynthétique des dommages oxydatifs causés par l'excès d'énergie lumineuse. Dans des conditions de forte luminosité, la lutéine est impliquée dans le cycle de la xanthophylle, un processus qui dissipe l'énergie excédentaire sous forme de chaleur, empêchant ainsi la formation d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) et le stress oxydatif. Le cycle de la xanthophylle, qui comprend l'interconversion des petites xanthophylles, des xanthophylles du phloème et de la zéaxanthine, contribue à réguler le flux d'énergie et à protéger la machinerie photosynthétique de la photoinhibition et des dommages causés par la lumière.

c. Activité antioxydante

La lutéine possède de fortes propriétés antioxydantes, car elle neutralise les espèces réactives de l'oxygène (ROS) et les radicaux libres. Le système de double liaison conjuguée et la présence de groupes fonctionnels contenant de l'oxygène dans les molécules de lutéine leur permettent de piéger et de neutraliser une variété d'espèces réactives de l'oxygène telles que les espèces monolinéaires de l'oxygène, les radicaux superoxydes et les radicaux peroxyles. Cette activité antioxydante contribue à protéger les cellules et les tissus contre les dommages induits par le stress oxydatif qui ont été associés à diverses maladies et au processus de vieillissement.

d. Santé des yeux et vision

Deux pigments spécifiques de la lutéine, la lutéine et la zéaxanthine, sont particulièrement importants pour la santé des yeux et la vision.

Ces pigments sont concentrés dans la macula, la zone centrale de la rétine responsable de la vision à haute résolution. La lutéine et la zéaxanthine agissent comme des filtres de lumière bleue, protégeant les cellules maculaires et rétiniennes des dommages oxydatifs causés par la lumière bleue à haute énergie et les rayons UV. On pense qu'elles jouent un rôle dans la réduction du risque de dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA), qui est la principale cause de perte de vision chez les personnes âgées.

e. Autres avantages potentiels pour la santé

Les effets bénéfiques potentiels de la lutéine sur la santé ont été étudiés dans divers domaines, notamment

Santé cardiovasculaire : Certaines études suggèrent qu'en réduisant le stress oxydatif et l'inflammation, la lutéine pourrait avoir un effet protecteur contre les maladies cardiovasculaires.

Fonction cognitive : Des recherches préliminaires suggèrent que la lutéine, en particulier la lutéine et la zéaxanthine, pourrait avoir un effet positif sur la fonction cognitive et réduire le risque de déclin cognitif lié à l'âge.

PRÉVENTION DU CANCER : Le rôle potentiel des propriétés antioxydantes et anti-inflammatoires de la lutéine dans la prévention du cancer a été exploré, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires dans ce domaine.

D. Applications

a. Colorants et additifs alimentaires

Les xanthophylles sont largement utilisées comme colorants alimentaires naturels pour donner une gamme de tons jaunes, orange et rouges à une variété d'aliments.

Les applications courantes sont les suivantes

Produits laitiers (par exemple, fromage, beurre, yaourt)

Produits de boulangerie (p. ex. pain, pâtisseries, biscuits)

Boissons (par exemple, jus de fruits, boissons non alcoolisées, boissons alcoolisées)

Confiserie (par exemple, bonbons, fudge)

Sauces et condiments

Les xanthophylles sont souvent préférées aux colorants alimentaires synthétiques en raison de leur origine naturelle et de leurs effets bénéfiques sur la santé.

Les pigments xanthophylles spécifiques utilisés comme colorants alimentaires comprennent la lutéine, la zéaxanthine, la capsaïcine et les xanthophylles du safran.

b. Additifs pour l'alimentation animale

Les xanthophylles, en particulier la lutéine et la zéaxanthine, sont ajoutées aux aliments pour animaux, principalement pour la volaille et l'aquaculture.

Ces pigments rehaussent la couleur des jaunes d'œuf, de la peau des poulets de chair et de la viande de poisson, ce qui les rend plus attrayants pour les consommateurs. Les xanthophylles contenues dans les aliments pour animaux améliorent également les performances de reproduction et la santé générale des animaux. Les sources commerciales de xanthophylles utilisées dans les additifs alimentaires comprennent les extraits de souci, les sources algales (par exemple, l'hématocoque) et les formes synthétiques.

c. Compléments nutritionnels et aliments de santé

Les suppléments de lutéine, en particulier ceux qui contiennent de la lutéine et de la zéaxanthine, sont commercialisés en tant que nutraceutiques pour leurs bienfaits potentiels sur la santé des yeux et le soutien de la vision. Ces compléments sont souvent destinés aux personnes présentant un risque de dégénérescence maculaire liée à l'âge (DMLA) ou cherchant à conserver une vision saine. Les suppléments de xanthophylle peuvent également être commercialisés pour leurs propriétés antioxydantes et leurs effets bénéfiques potentiels sur la santé cardiovasculaire et les fonctions cognitives.

d. Cosmétiques et produits de soins personnels

Les xanthophylles sont utilisées dans une variété de produits cosmétiques et de soins personnels pour leurs propriétés colorantes et antioxydantes.

Leurs applications sont les suivantes

Rouges à lèvres, gloss et autres produits pour les lèvres (disponibles dans les tons jaune, orange ou rouge)

Produits de soins de la peau (par exemple, crèmes, lotions, sérums) ayant des propriétés antioxydantes et photoprotectrices

Produits de soins capillaires (par exemple, shampooings, après-shampooings) qui rehaussent la couleur des cheveux blonds ou blancs

E. Statut réglementaire et sécurité :

Les xanthophylles sont généralement reconnues comme sûres (GRAS) par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis pour être utilisées comme additifs et colorants alimentaires.

Leur utilisation dans divers produits alimentaires et cosmétiques est approuvée dans de nombreux pays, sous réserve des directives réglementaires et des limites spécifiées.

Les xanthophylles sont considérées comme sûres pour la consommation humaine dans les limites de l'apport alimentaire recommandé, mais des doses élevées peuvent entraîner des effets secondaires tels que la caroténodermie (jaunissement de la peau).

a. Statut réglementaire

(1) Applications dans le domaine de l'alimentation humaine et animale

Aux États-Unis, la Food and Drug Administration (FDA) considère généralement que les xanthophylles sont sûres (GRAS) pour être utilisées comme additifs et ingrédients alimentaires. La FDA a établi des réglementations et des lignes directrices spécifiques pour l'utilisation de la lutéine dans les aliments, y compris des niveaux maximums autorisés et des exigences en matière d'étiquetage. L'utilisation des xanthophylles en tant qu'additifs alimentaires pour les animaux est également approuvée, avec des réglementations spécifiques pour l'utilisation chez les différentes espèces animales.

(2) Compléments alimentaires

Aux États-Unis, les suppléments de lutéine sont réglementés en tant qu'ingrédients alimentaires en vertu de la loi sur les suppléments alimentaires, la santé et l'éducation (Dietary Supplement Health and Education Act - DSHEA). Les fabricants de suppléments de lutéophylle doivent se conformer aux bonnes pratiques de fabrication (BPF) et aux exigences d'étiquetage fixées par la FDA. Dans l'Union européenne, les suppléments de lutéine sont réglementés par la directive sur les compléments alimentaires, qui établit des directives en matière de sécurité, de qualité et d'étiquetage pour les suppléments de lutéine.

(3) Cosmétiques et produits de soins personnels

L'utilisation des xanthophylles dans les cosmétiques et les produits de soins personnels est autorisée dans diverses juridictions, notamment aux États-Unis, dans l'Union européenne et dans d'autres pays. Les organismes de réglementation, tels que le Cosmetic Ingredient Review (CIR) aux États-Unis et le Scientific Committee on Consumer Safety (SCCS) dans l'Union européenne, évaluent la sécurité des xanthophylles destinées à être utilisées dans les produits cosmétiques et fournissent des conseils sur leurs concentrations et applications sûres.

b. Considérations relatives à la sécurité et à la toxicologie :

(1) Toxicité et effets indésirables

Il est généralement admis que la lutéine peut être consommée en toute sécurité par l'homme dans les limites de l'apport alimentaire recommandé.

Toutefois, une consommation excessive de xanthophylles, en particulier dans les compléments alimentaires, peut entraîner une dermatose caroténoïde, une affection inoffensive caractérisée par un jaunissement de la peau dû au dépôt de pigments caroténoïdes. Les réactions allergiques aux xanthophylles sont très rares, mais ont été signalées chez certaines personnes.

(2) Interactions et contre-indications

Les xanthophylles peuvent interagir avec certains médicaments, tels que les hypocholestérolémiants (statines) et les anticoagulants, en modifiant éventuellement leur absorption ou leur efficacité.

Les personnes souffrant de certains troubles médicaux (tels qu'une maladie du foie ou des reins) doivent consulter un professionnel de la santé avant de prendre des compléments alimentaires à base de xanthophylle.

(3) Restrictions et lignes directrices réglementaires

Les agences réglementaires ont établi des limites maximales autorisées pour l'utilisation de la lutéine dans les denrées alimentaires, les aliments pour animaux et les compléments alimentaires. Ces limites sont basées sur des évaluations de sécurité et des évaluations des risques menées par des agences réglementaires et des organismes scientifiques. Ces limites sont basées sur des évaluations de sécurité et des évaluations des risques menées par des agences réglementaires et des organismes scientifiques.

Les fabricants et les formulateurs doivent suivre ces lignes directrices pour garantir une utilisation sûre de la lutéine dans leurs produits.