L’effet du pH sur l'intensité de la couleur de l'extrait de colorant de betterave

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« Pourquoi avez-vous réalisé ce projet? »

Les colorants alimentaires artificiels sont des substances chimiques dérivées du pétrole, ajoutées aux aliments pour en rehausser la couleur. Ils présentent un lien potentiel avec des troubles neurocomportementaux et des réactions allergiques chez l’enfant. La FDA prévoit de les éliminer de l'alimentation américaine d'ici fin 2027 – signe d'une inquiétude croissante.

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« Qu'est-ce qui ou quoi vous a inspiré pour réaliser ce projet? »

Deux de mes cousins ​​ont commencé à présenter des réactions allergiques après avoir consommé des friandises contenant des colorants artificiels. J'ai voulu rechercher ce sujet et voir s’il existait des substituts pour les enfants sensibles.

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« À quelle question essayez-vous de répondre ou quel problème essayez-vous de résoudre? »

De nombreuses entreprises agroalimentaires canadiennes envisagent une transition des colorants artificiels vers les colorants biologiques; l'étiquette « naturel » attire des consommateurs.

Cette idée se heurte à plusieurs limites, dont la difficulté à reproduire la couleur vive des colorants artificiels. Mon projet propose une méthode efficace pour obtenir des teintes très comparables en contrôlant diverses variables de préparation, et en étudiant les effets des niveaux de pH sur l’intensité des couleurs.

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« Qui pourrait bénéficier de votre projet? »

Ce changement généralisé d'alimentation pourrait améliorer la santé mentale et physique des personnes possiblement affectées par les colorants synthétiques.

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« Comment cela peut-il rendre le monde meilleur? »

De nombreux témoignages, notamment celui de la Dre Rebecca Bevans, font état de changements dans le comportement d'enfants ayant consommé des colorants artificiels. Mon projet permettra d'éviter que d'autres enfants subissent des effets secondaires similaires.

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« Comment avez-vous effectué vos recherches préliminaires? »

J’ai défini un objectif: obtenir 80-90 % de l’intensité du colorant rouge n° 40 à partir de poudre de betterave. Ensuite, j’ai élaboré un protocole en identifiant les variables influençant l'éclat de la couleur.

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« Comment avez-vous identifié des sources d’information pertinentes et fiables? »

J’ai vérifié les extensions de domaine et consulté mon professeure pour valider la crédibilité des sources, et utilisé des mots-clés (pH, bétalaïnes, etc.) pour trouver des revues en sciences alimentaires.

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« Quel a été votre processus expérimental ou de conception? »

Partie 1 - Préparation

J'ai mélangé 20 g de poudre de betterave avec 90 mL d’eau distillée, chauffée à une température de 50℃ pendant 20 minutes, remué par intervalles. Après refroidissement, j'ai filtré puis concentré (réduction de 20% du volume).

Partie 2 - Ajustement du pH

L'extrait a été divisé en 5 portions (pH 4,0-6,0), ajustées avec acide citrique et bicarbonate de sodium.

Partie 3 - Application et analyse

Chaque échantillon a été melangé à du glaçage blanc. La couleur a été laissée 20 minutes, avec la teinte de chaque RVB moyenne mesurée à chaque 5 minutes dans des conditions constantes.

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« Comment avez-vous conçu et testé votre solution ou prototype? »

J'ai comparé la luminosité des couleurs obtenues avec des teintes artificielles moyennes.

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« Quels matériaux avez-vous utilisé? »

cuillère en plastique

ciseaux

feuille d'aluminium

cure-dent

cuisinière / four

thermomètre

filtres à café

récipient en verre résistant à la chaleur

balance

tasses en verre

bicarbonate de soude

pH-mètre

glaçage

appareil photo

lampe

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« Comment avez-vous collecté vos données? »

J'ai calculé les valeurs RVB moyennes de tous les échantillons aux mêmes moments.

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« Combien d’échantillons avez-vous testés? »

5 niveaux de pH, avec trois essais.

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« Comment avez-vous contrôlé les variables? »

Les variables étaient contrôlées en suivant rigoureusement le protocole, quoique quelques écarts mineurs (pertes de colorant, variations de température) __________________________________________________________________________________

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"Quels sont les principaux résultats de votre projet?"

En définitive, les résultats ont montré qu'un pH compris entre 5,0 et 5,5 était optimal pour obtenir une intensité de couleur maximale. Ces couleurs étaient nettement plus vives qu'à d'autres niveaux de pH, ce qui indique que l'acidité et la basicité sont des variables cruciales pour produire des couleurs éclatantes. Ces résultats sont chimiquement cohérents, car les pigments de bétalaïne sont plus stables en milieu légèrement acide; ils absorbent donc mieux la lumière autour d'un pH de 5,0 à 6,0, ce qui se traduit directement par des couleurs plus vives.

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"Discutez de vos résultats."

Les valeurs colorimétriques recueillies dans mon jeu de données ont été comparées à la teinte moyenne du colorant rouge n° 40. L’intensité moyenne des colorants aux pH de 5,0 et de 5,5 était de 80 % de celle des colorants artificiels, ce qui correspond exactement à mon objectif. Cela prouve que, même dans des conditions réelles imparfaites (comme une usine de production de masse de colorants naturels ou une cuisine ordinaire), des couleurs très vives sont réalistes et réalisables en suivant ma procédure.

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« Quelles conclusions pouvez-vous tirer de vos résultats? »

Je peux affirmer que les couleurs vives ne sont pas totalement exclues pour les colorants naturels, même produits dans des conditions imparfaites. Il n’est pas nécessaire d’ajuster chaque molécule avec précision (comme c’est le cas pour les colorants synthétiques) pour obtenir des teintes vives et attrayantes à partir d’une source organique. La couleur peut être très similaire, pratiquement identique, pour le consommateur moyen. De plus, les teintes présentant le même pH étaient toujours très homogènes, et la cohérence des couleurs est une qualité essentielle dans l’industrie alimentaire.

Ces résultats ne tiennent pas pleinement compte de toutes les autres limitations liées à l’utilisation des colorants naturels; des facteurs tels que le prix, la durée de conservation et d’autres encore constituent des obstacles importants qu’il convient également de prendre en considération. Cependant, les résultats de cette expérience représentent un pas dans la bonne direction: ils permettent de cibler un problème précis et de trouver une solution novatrice, réalisable et fonctionnelle.

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« Qu’avez-vous appris de vos résultats? »

L'étude des sources existantes et l'apprentissage pratique ont été très efficaces pour mieux comprendre l'influence du pH sur la stabilité des pigments au niveau moléculaire. Par tâtonnements, j'ai optimisé mon protocole afin de préserver au mieux les pigments. Ce faisant, j'ai beaucoup appris et observé précisément l'impact de mes méthodes (modification du pH, filtration, etc.) sur l'intensité des couleurs. Mes résultats m'ont permis de constater les effets de ces différents procédés.

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Qu'auriez-vous pu faire différemment?

Trouver une méthode pour surveiller l'exposition du colorant à l'oxygène et à la lumière.

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Comment pourriez-vous améliorer votre projet?

Compenser les pertes de colorant dues au transfert pour effectuer des mesures précises.

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Quelles sont les prochaines étapes?

Avec davantage de ressources et de soutien, j'aimerais explorer différentes méthodes pour préserver l'éclat des couleurs. Le colorant en poudre de betterave conserve ses teints pendant une période limitée a ce point; il faudrait qu'il reste intact et sans ternissement pendant des mois. La dégradation des couleurs constitue un frein important à l'application concrète de ce projet.

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Je tiens à remercier ma professeure de sciences, Mme Jeffrey, qui a relu mon travail et m'a accompagnée à chaque étape de la démarche scientifique. Je remercie également tous les membres du jury qui ont perçu le potentiel de mon travail et m'ont donné l'opportunité de partager mes recherches avec d'autres a l'Expo-sciences pancanadienne.

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The Effects Of Artificial Food Dyes | Dr. Rebecca Bevans | TEDxCarsonCity. (le 26 mai, 2016). YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=nQzOHAwCfXs

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