Anthocyane

Lesanthocyanes(dugrec ancien:ἄνθος/ánthos« fleur » etκύανος/kúanos« bleu sombre ») ouanthocyanosides, aussi appeléesanthocyanines, sont des colorants naturels des feuilles, des pétales et des fruits, situés dans les vacuoles des cellules, solubles dans l'eau, allant du rouge orangé au bleu pourpre dans lespectre visible.
Ces composés existent sous forme d'hétérosidesformés par lacondensationd'une molécule non glucidique (appeléeaglycone) et d'oseset souvent, de groupesacyles. L'aglycone qui les caractérise est unanthocyanidolde la classe desflavonoïdes. En 2006, 539 anthocyanosides ont été recensés.
Les anthocyanosides sont présents dans un certain nombre de végétaux tels quemyrtille,mûre,cerise,raisinnoir,orange sanguine,aubergine,pomme de terre vitelotte,prune,bleuet(airelle bleue du Canada, ne pas confondre avec leBleuet des champs),mauve,etc.Ils donnent leur couleur aussi bien aux feuilles d'automnequ'aux fruits rouges. Ils jouent un rôle important dans la pollinisation des fleurs et la dispersion des graines, ainsi que dans la protection des plantes contre les agressions du milieu (froid, lumière, ravageurs, etc...).
Leur fort pouvoir colorant, leur solubilité en milieu aqueux et leur absence de toxicité font des anthocyanosides des colorants naturels susceptibles de remplacer les colorants synthétiques utilisés dans l'industrie agroalimentaire. Enfin, leur activitéanti-oxydantelaisse supposer que leur apport par l'alimentation pourrait jouer un rôle bénéfique dans la santé humaine, notamment dans le domaine des risques cardiovasculaires.
Les anthocyanosides sont leshétérosidesd'anthocyanidines, c'est-à-dire des anthocyanidols portant des sucres. Ils sont principalement basés sur sixanthocyanidols:cyanidine,delphinidine,pélargonidine,péonidine,pétunidineetmalvidine, construits sur le même squelette flavylium responsable de la couleur du composé. Si l'aglycone est le groupementchromophoredu pigment c'est aussi un noyau très réactif auxnucléophilesqui confère une certaine instabilité à ces molécules. Elles sont donc rarement présentes sous cette forme dans les tissus végétaux. Par contre, il suffit de l'addition d'un glucide en position C-3 du cycle central pour les stabiliser.
La partie osidique des anthocyanosides peut être un monosaccharide (glucose,galactose,rhamnose), undiholoside(rutinoseconstitué d'un glucose lié à un rhamnose, xyloglucose) ou parfois un triholoside.
La plupart des anthocyanosides sont des 3-monosides et des 3, 5-diosides d'anthocyanidols. Il existe aussi des diosides liés en 3, 7 et des triosides liés en 3, 5, 3'.
De nombreux anthocyanosides sont en outreacyléspar :
Ces acides estérifient un hydroxyle de sucre, généralement sur leur C-6".
Les anthocyanosides avec une seule liaison glycosidique en position C-3 sont facilement hydrolysables par catalyse acide et redonnent l'aglycone (l'anthocyanidol) d'origine. Les anthocyanosides possédant deux liaisons glycosidiques en position 3 et 5 sont déjà plus résistants à l'hydrolyse acide. Les diglycosides sont donc plus stables que les monoglycosides. Enfin, la présence de groupements acyles liés aux sucres assure une protection supplémentaire du noyaupyrylium(en)contre les attaques nucléophiles (de l'eau en particulier).
De nombreux facteurs peuvent influer la dégradation des anthocyanosides : l'acidité, la température de stockage, la structure chimique, la lumière,etc.
Les anthocyanosides couvrent une large palette de couleurs dépendant de la nature des substitutions (OH, CH3) caractérisant le noyau central de l'aglycone (cf.anthocyanidolqui joue le rôle dechromophore) mais ces couleurs dépendent aussi dupH, de la présence decopigments(en), d'ions métalliques (fer, aluminium), d'alcool,etc.
Les anthocyanosides sont particulièrement sensibles au changement de pH, en passant du rouge en milieu acide (bas pH) au bleu en pH intermédiaire et en devenant incolore puis vert et jaune clair en milieu basique. Ils peuvent donc être utilisés comme de véritablesindicateurs colorés. UnTPse basant sur le jus dechou rougeet modifiant le pH, permet de vérifier facilement ces teintes.
En milieu aqueux, quatre formes coexistent en équilibre(fig. 4) :
L'étude cinétique de ces équilibres a permis d'établir les vitesses de réaction régissant l'équilibre entre ces quatre formes.
En milieu fortement acide (pH 1), le cation flavylium1prédomine largement et contribue à la coloration rouge ou pourpre. Lorsque le pH s'élève plusieurs formes coexistent. Pour un pH compris entre 2 et 4, les bases quinoniques sont prédominantes et tirent la teinte vers le bleu.
Pour un pH entre 5 et 6, deux espèces supplémentaires apparaissent : une pseudobase carbinol,4, incolore et une chalcone,6, jaune clair. Enfin, à pH supérieur à 7, les anthocyanosides sont dégradés.
Les anthocyanosides tendent à créer entre eux ou avec d'autres composés phénoliques des assemblages dits de copigmentationqui améliorent leur pouvoir colorant, leur tonalité et leur stabilité. Les copigments sont généralement incolores mais quand on les mélange avec des anthocyanosides, l'interaction produit un effet hyperchromique. Les copigments peuvent être desflavonoïdes, desalcaloïdes, desacides aminés, des acides organiques, desnucléotides, despolysaccharides, des ions métalliques ou d'autres anthocyanosides.
L'effet le plus manifeste de la copigmentation se manifeste dans un milieu faiblement acide (pH 4-6) quand les anthocyanosides sont sous la forme incolore.
Les anthocyanes sont des pigments présents uniquement dans lavacuoledes plantes, et chez leschampignons, mais ne sont pas trouvés chez les animaux. En effet, labiosynthèsedes anthocyanes passe principalement, comme les autres flavonoïdes, par lavoie métaboliquedesphénylpropanoïdes. En revanche, toutes les plantes terrestres ne contiennent pas d'anthocyane. Chez lesCaryophyllales, lesCactuset lesGalium, ils sont remplacés par lesbêtacyanines.
Les anthocyanes apparaissent principalement dans lesfruitsmais aussi dans lesfeuilleset lesracines. Elles sont principalement localisées dans les cellules des couches extérieures telles que l'épiderme. Les quantités sont assez importantes: un kilogramme demûresen contient par exemple 1,15 gramme, leslégumesrouges et noirs en contiennent environ 20mgpar 100 grammes. Lesglandsdechêneou leschâtaignesse gorgent d'anthocyanes au moment de lagerminationauprintemps. Environ 2 % de tous leshydrocarburesfixés par la photosynthèse sont transformés enflavonoïdeset leurs dérivés tels que les anthocyanes, ce qui fait environ dix milliards de tonnes par an.
Dans le raisin, les anthocyanes se concentrent dans la pellicule. Les anthocyanes de la vigne européenneVitis viniferasont glycosylés uniquement en position 3. Parmi eux, le 3-glucoside de malvidine, un pigment de couleur violacée (alors que par exemple le 3-glucoside de la cyanidine est plus rouge) est le plus abondant.
Les anthocyanes sont présents avec d'autres flavonoïdes et composés chimiques proches tels que lescarotènesetbêtacyanines. Ils sont responsables de la couleur automnale des feuilles quand laphotosynthèses'est arrêtée et que lachlorophyllea disparu.
Sur les jeunes plants ou les nouveaux rameaux, quand la production de chlorophylle n'a pas encore commencé et que la plante est donc sans protection contre lesultra-violets, la production d'anthocyane augmente. Dès que la production de chlorophylle commence, celle d'anthocyanes est réduite. Le taux d'anthocyanes produit dépend du type de la plante, dusubstrat, de la lumière et de la température. Il a également été constaté que la coloration rouge permet de réaliser un camouflage contre lesherbivoresqui sont incapables de voir leslongueurs d'onde rouge. De plus, la synthèse anthocyanique coïncide souvent avec la synthèse des composés phénoliques désagréables au goût.
Les anthocyanes, en plus de leur effet sur la physiologie de la plante, ont de multiples fonctions quant aux relations plantes/animaux. Elles attirent les pollinisateurs des plantes, les frugivores et elles piègent les victimes desplantes carnivores. De nombreuses hypothèses sont proposées quant à leurs fonctions protectrices lorsqu'elles s'accumulent dans les tissus photosynthétiques: elles repoussent certains herbivores (fonctionaposématiquedes fruits leur signalant qu'ils contiennent des composés toxiques ou sont non comestibles, fonctionmimétiquedu feuillage qui se fait passer pour desfeuilles mortesou ensénescence), ou qui attire moins en automne les pucerons que les couleurs vertes des feuilles estivales (ces insectes pondant moins sur les feuilles automnales). Elles ont un rôle dans l'inhibition de l'homochromiede certains insectes (réduisant leur camouflage) et même dans le mimétisme de certaines structures. Leur biosynthèse peut également être stimulée par unstress abiotique. Des réactions anthocyanées se produisent en réponse à des stress nutritifs tels que des carences en azote et en phosphore, l'accumulation d'anthocyanes aidant les plantes à maintenir l'intégrité de leurs fonctions cellulaires en favorisant la mobilisation et l'acquisition de nutriments. Composés osmotiquement actifs, leur présence peut améliorer l’état hydrique des plantes en cas destress hydriqueou lutter contre le froid en cas de températures basses (« coup de froid »). Les anthocyanes ont un rôlephotoprotecteur: en absorbant les UV, elles réduisent laphotoinhibitionet laphoto-oxydation, agissant en bouclier pour l'ADNet les composants cellulaires (comme le bronzage qui correspond à une augmentation de lamélanineépidermique). Cet effet photoprotecteur est fréquent chez les feuillesjuvénilesqui synthétisent des anthocyanes de jeunesse, pigments bloquant les rayons ultraviolets néfastes sur les feuilles à la cuticule encore mince, mais aussi chez les jeunes tiges. Les anthocyanes ont un effet « désherbant » qui limite la concurrence pour le développement des graines des plantes qui en produisent. Elles ont également un rôle de protection au niveau de la tige (notamment de la base teintée de rouge) ou au niveau desentre-nœuds, en absorbant l'excès de lumière et empêchant ainsi la dégradation de molécules photolabiles fabriquées par la plante et qui servent de composé de défenseantifongiqueetantibactérien.
L'absorption des anthocyanosides s'effectue principalement au niveau de l'estomacet dujéjunum.
Lors du passage dans l'appareil digestif du rat les anthocyanosides sont légèrement dégradés et une fraction est ensuite rapidement absorbée puis éliminée dans la bile et l'urine sous forme de glucosides intacts ou bien sous formesméthyléesouglucuronidées.
Chez les humains, on observe aussi une métabolisation de la cyanidine-3-glucoside en formes méthylée et glucuronidée. L'analyse de l'urine après l'ingestion par des sujets humains de 200gdefraises, riches en pélargonine-3-glucoside (Pe-3-gluc), révèle en plus de la Pe-3-gluc, trois monoglucuronides depélargonine, un sulfoconjugué de pélargonine et la pélargonine elle-même. La totalité des métabolites d'anthocyanosides de fraises excrétés dans l'urine représente 1,80 % de la Pe-3-gluc ingérée. Une absorption plus faible a été trouvée pour les anthocyanosides de framboises. Moins de 0,1 % des trois principaux anthocyanosides de la framboise sont excrétés dans l'urine et de grandes quantités passent directement de l'intestin grêle au gros intestin sans avoir subi de biotransformations. Lemicrobiote du gros intestintransforme ensuite les anthocyanosides enacide protocatéchique.
Une étude sur l'absorption d'anthocyanosides de jus decannebergepar 15 patients a donné des taux de récupération urinaire très variables suivant les individus, allant de 0,078 à 3,2 %.
Ainsi, après consommation, les anthocyanosides existent dans la circulation sanguine et l'urine, soit sous forme intacte soit sous forme méthylée, glucuronidée ou sulfoconjuguée. Le pic de concentration dans le plasma est atteint entre 1 et 3 heures après la consommation, durée variable suivant le type de composé et la matrice alimentaire. Les métabolites persistent dans l'urine durant 24 heures.
Les anthocyanosides et leurs aglycones, comme tous les polyphénols, possèdent des groupes hydroxyles phénoliques, Ar-OH, pouvant fournir auxradicaux libresdes H capables de les neutraliser.
Il n'existe pas une valeur absolue de l'activité antioxydante mais différentes méthodes d'analyse basées sur différents mécanismes.
En comparant la capacitéin vitroà piéger les radicaux libres du DPPH(2,2-diphényl 1-picrylhydrazyl)par les anthocyanidols et leur 3-glucosides, Azevedoet al.(2010) ont montré que l'activité antiradicalaire était la plus grande pour la delphinidine Dp (et son 3-glucoside Dp-3-gluc) puis venait la cyanidine Cy et la malvidine Mv (et leur 3-glucosides) :
Le potentiel de piégeage des radicaux libres semble lié au nombre de groupes hydroxyles -OH sur le cycle B puisque la delphinidine en possède trois, la cyanidine deux et la malvidine un seul.
Une autre méthode basée sur le potentiel de réduction du fer (FRAP) a donné un ordre semblable. La capacité réductrice augmente avec le nombre de groupements hydroxyles sur le cycle B conformément à l'ordre : Mv < Cy, Dp.
Une troisième méthode utilisée par Azevedo et ses collaborateurs consiste à évaluer la capacité des pigments à contrer l'oxydation desliposomesPC du soja induite par un générateur de radicaux libres nommé AAPH. L'étude a montré que les anthocyanidols (Mv, Cy, Dp) et leurs 3-glucosides piégeaient efficacement les radicauxperoxylesgénérés dans la phase aqueuse. Il n'y a pas de différence significative entre Mv, Cy et Dp pour ralentir laperoxydation des lipidesmais leurs glucosides sont un peu moins efficaces.
La comparaison de la capacité antioxydante des anthocyanosides avec d'autres polyphénols présents dans levin rougea été effectuée par Fauconneauet al.. Ils ont testé les composés par trois méthodes : la capacité à prévenir laperoxydationdes microsomes (une membrane riche en acides gras polyinsaturés), duLDLet le piégeage direct des radicaux libres DPPH. Les trois méthodes ont donné une plus grande activité à la(+)-catéchineet à l'(-)-épicatéchine suivies par les deux anthocyanosides testés (malvidine-3-glucoside et péonidine-3-glucoside) et enfin le trans-resveratrol :
L'activité de piégeage duperoxynitritedonne à peu près la même activité antioxydanteaux 3-glucosides de malvidine et de delphinidine qu'aux flavanols ((+)-catéchine, épicatéchine) mais moins qu'à leurs dimères ou trimères (destanins condensés) :
La concentration des anthocyanosides dans la circulation sanguine semble un peu faible pour influer efficacement sur l'extinction desdérivés réactifs de l'oxygènemais pourrait être suffisante pour améliorer les fonctions endothéliales en influençant le niveau demonoxyde d'azoteNO.
L'endothélium, la couche interne des vaisseaux, régule la vasomotricité en contrôlant la production dumonoxyde d'azoteNO. En effet, l'oxyde nitrique synthase(eNOS) produit par les cellules endothéliales catalyse la synthèse d'oxyde d'azote NO (ou oxyde nitrique) lequel agit sur les cellules musculaires lisses vasculaires  commevasodilatateur. Les effets potentiels du NO sont une diminution de lapression artérielle(antihypertensif), une entrave aux dépôts graisseux (athéromes) sur les parois artérielles (anti-athérogène) et une activitéantithrombotique.
Une étude portant sur trois fruits riches en pigments anthocyanosidiques, l'aronia, lamyrtilleet la baie desureau, a montré que les deux premiers avaient une action vasoprotective pour les artères coronaires. En mesurantin vitrola relaxation des artères coronaires de cochons soumis à des doses variables d'extraits de pigments, on observe une vasorelaxation dépendante de la dose d'extraits d'aronie et de myrtilles mais pas de sureau. L'étude a montré par ailleurs que l'action résultait de la production de NO par l'endothélium.
Pour élucider le mécanisme d'action des anthocyanosides, plusieurs équipes de recherche ont cherché à voir si l'augmentation de production de NO ne passait pas par un accroissement de l'expression de l'oxyde nitrique synthaseeNOS. Ainsi, Xuet al.ont montré que le traitement des cellules endothéliales bovines par la cyanidine-3-glucoside (Cy-3-gluc) durant 8 heures renforçait l'expression de la protéine eNOS d'une manière dépendante de la dose. Des études semblables sur les polyphénols du vin rouge ont montré qu'ils pouvaient renforcer la formation de NO par l'endothélium via une phosphorylation de eNOS. Il se pourrait donc que le métabolisme d'eNOS plutôt que l'activité antioxydante générale soit l'activité biologique majeure des flavonoïdes.
Des études épidémiologiques ont examiné le lien entre la consommation des diverses classes de flavonoïdes et les maladies cardiovasculaires. Une étude d'une durée de 16 ans portant sur 34 486 femmes ménopausées de l'Iowa a montréune association inverse entre la consommation d'anthocyanosides et la mortalité totale, la mortalité parmaladie coronarienne(MC) et parmaladies cardiovasculaires(MCV). Ainsi, la consommation de fraises au moins une fois par semaine est associée à une diminution de la mortalité par maladies cardiovasculaires.
De nombreuses études épidémiologiques ont montré que la mortalité par maladie cardiovasculaire pouvait être diminuée par une consommation modérée de vin rouge. Une méta-analyse (de 26 études) portant sur la relation entre la consommation de vin et la survenue de maladies cardiovasculaires suggère un effet préventif significatif dépendant de la dose pour une consommation modérée. On sait que la composition phénolique des vins rouges est très variable et qu'elle varie fortement suivant les cépages, les années et les pratiques d'élaboration et que sur la quarantaine de polyphénols remarquables qu'ils contiennent, la part des anthocyanosides est importante puisqu'on en discerne sept principaux, représentant environ 35 % du poids. La comparaison des valeurs de l'activité antioxydante totale avec celle de leur fraction anthocyanosidique montre une contribution importante de ces pigments au pouvoir antioxydant, puisqu'elle peut expliquer aux environs de 50 % de ce pouvoir.
Les anthocyanes pourrait diminuer le risque demaladie de Parkinson.
Les débuts de la compréhension de biochimie des anthocyanidols remonte à 1913 quandWillstätteret ses collègues ont montré que les pigments d'une grande variété de plantes dérivaient tous de trois anthocyanidols : la pélargonidine, la cyanidine et la delphinidine. Après 1960, à la description biochimique des multiples étapes de la biosynthèse a pu être associée la description de gènes codant les enzymes impliquées dans les réactions.
La description des 6 anthocyanidols principaux est de première importance puisqu'ils sont présents dans 90 % des anthocyanosides identifiés. Ils sont tous hydroxylés en 3, 5, 7. Il convient de distinguer ceux dont le cycle B ne comporte que des hydroxyles (pélargonidineavec un OH,cyanidineavec deux OH etdelphinidineavec trois OH) des trois autres dont le cycle B est methoxylé.  Les glucosides de ces derniers s'obtiennent par dérivation des glucosides des trois premiers.
Ainsi la biosynthèse comporte une voie commune puis 3 voies parallèles aboutissant à la pélargonidine, la cyanidine et la delphinidine.
L'anthocyane est aussi souvent utilisée en poudre. Cette dernière, hydrosoluble et soluble dans l'alcool donne lieu à diverses applications possibles. Il existe une poudre d'anthocyanes colorante E163 qui provient de marc de raisin. Ce colorant en poudre est utilisé notamment dans les confiseries, dans les produits laitiers, dans les boissons, les sirops ou encore les glaces et les sorbets. Les teintes obtenues vont du rouge au bleu.