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Carotènes

Les carotènes sont des composés chimiques très connus, notamment grâce au rôle central qu’ils jouent dans la couleur de nombreux aliments. Ils sont notamment responsables de la couleur orange des carottes.

Quelles sont les spécificités qui les distinguent des autres caroténoïdes ? Quel est leur rôle dans le monde du vivant ? Partons à la découverte de ces pigments aux nombreuses propriétés.

Carotene index nutraceutique

Les carotènes, des pigments hydrophobes

Une découverte historique : le bêta-carotène

En 1831, Wackenroder isole pour la première fois le carotène à partir de la carotte. Cette découverte fut à l’origine du nom donné à cette classe de substances chimiques. Le terme carotène vient effectivement du latin carota, qui signifie carotte. Par la suite, d’autres carotènes ont été identifiés et rassemblés sous le nom générique de caroténoïdes, parmi lesquels on distingue les carotènes et les xanthophylles.

Wackenroder : découverte du beta-carotene
Heinrich Wilhelm Ferdinand Wackenroder.

Un groupe de molécules à l’origine de la couleur orangée

Au-delà de la carotte, les carotènes sont responsables de la couleur de nombreux fruits et légumes de couleur orangée comme la patate douce, les girolles ou le melon Canteloup. La couleur jaune des matières grasses du lait et du beurre est également attribuée à ce sous-groupe de caroténoïdes, présents à des concentrations plus faibles que dans la carotte. Le stockage du carotène issu de l’alimentation est également responsable de la couleur jaune des graisses humaines et animales. Enfin, dans le monde végétal, ces molécules peuvent être à l’origine de la couleur orangée des feuilles sèches à l’automne.

fruits et légumes sources de carotènes
Les carotènes donnent leur couleur jaune-orangée à de nombreux fruits et légumes.

On retrouve ainsi des carotènes dans de nombreuses sources alimentaires à des doses relativement hautes. Voici quelques exemples de teneur en bêta-carotène, selon la base de données Ciqual de l’ANSES.

AlimentsTeneur en bêta-carotène
(en µg/100g)
Patate douce, cuite10500
Carotte, cuite à la vapeur8930
Poivron rouge, cuit7120
Potiron, cuit6020
Épinard, cuit7240
Melon cantaloup, cru2500
Tomate, crue1980
Brocoli, cuit663
Mangue, crue864
Papaye, crue351

De manière assez surprenante, on trouve des carotènes dans des fruits ou légumes de couleur verte, comme dans le brocoli ou les épinards par exemple. Cela s’explique par le fait que la couleur jaune-orangée est masquée par celle de la chlorophylle.

LE SAVIEZ-VOUS ?

Les carotènes sont utilisés dans l’industrie agroalimentaire

Le β-carotène est utilisé dans l’agroalimentaire en tant que colorant alimentaire (E160a) notamment dans la préparation de la margarine, des produits boulangers, des boissons ou des sucreries.

Dans l’agriculture, le β-carotène est un additif alimentaire en partie utilisé pour améliorer la couleur jaune des œufs de poules ainsi que la couleur de leur chair.

Beta-carotène : colorant alimentaire

Des caractéristiques chimiques spécifiques aux carotènes

Les carotènes, comme les xanthophylles, appartiennent à la grande famille des caroténoïdes. L’absence d’atomes d’oxygène est la principale caractéristique chimique qui permet de définir l’appartenance au groupe des carotènes.

Chimiquement parlant, les molécules de ce sous-groupe sont des hydrocarbures polyinsaturés contenant 40 atomes de carbone, un nombre variable d’hydrogène et surtout aucun autre élément (oxygène, azote…).

POUR ALLER PLUS LOIN

Structurellement, les carotènes sont des tétraterpènes, ce qui signifie qu’ils sont synthétisés biochimiquement à partir de 4 unités de terpènes à 10 atomes de carbone.

Dans les plantes, on les trouve sous deux formes primaires désignées par des lettres de l’alphabet grec :

  • l’alpha-carotène (α-carotène),
  • le bêta-carotène (β-carotène).

Il existe également des formes gamma-, delta-, epsilon- et zeta-carotène (γ, δ, ε et ζ-carotène). Le lycopène et le phytoène sont également des caroténoïdes appartenant au groupe des carotènes.

Exemples de carotènes et structures moléculaires.
Exemples de carotènes et structures moléculaires.

L’absence d’atomes d’oxygène rend les carotènes très apolaires. Ce sont donc des molécules chimiques liposolubles et insolubles dans l’eau (hydrophobes), contrairement aux xanthophylles qui sont moins hydrophobes grâce à la présence d’oxygène dans leur squelette chimique.

Des caractéristiques communes à tous les caroténoïdes

Des propriétés optiques exceptionnelles

Comme l’ensemble des caroténoïdes, les carotènes sont des molécules dites conjuguées, c’est-à-dire dans lesquelles il y a une succession de simples et de doubles liaisons alternées.

Beta-carotene : système conjugué
Illustration d’un système conjugué : exemple du bêta-carotène.

Ce système de doubles liaisons conjuguées crée un chromophore et permet ainsi l’absorption de la lumière visible entre 400 nm et 500 nm.

Le degré de conjugaison du chromophore détermine les caractéristiques d’absorption du caroténoïde. Il faut un minimum de 7 doubles liaisons conjuguées à un composé pour absorber la lumière visible (cas du ζ-carotène). Au delà de 7, plus le nombre de doubles liaisons conjuguées est important plus la longueur d’onde d’absorbance maximale du caroténoïde est grande et plus sa couleur tend vers le rouge foncé.

cercle chromatique et longueur onde

Pour en savoir plus sur les propriétés optiques des caroténoïdes, consultez les fiches de l’index nutraceutique :

Propriétés physiologiques des carotènes dans le règne animal et végétal

Chez les végétaux

Les carotènes sont très répandus dans le règne végétal puisqu’ils contribuent à la photosynthèse en captant l’énergie lumineuse dans les longueurs d’onde qui ne sont pas efficacement captées par la chlorophylle. Les carotènes sont donc considérés comme des pigments accessoires de la photosynthèse, ils ne participent pas directement à la photosynthèse :

  • Ils peuvent collecter la lumière et la transférer à la chlorophylle.
  • Ils ont un rôle photoprotecteur en récupérant l’énergie de la chlorophylle en cas d’excès de lumière. En absorbant le trop plein d’énergie de la chlorophylle, ils contribuent à limiter la formation d’espèces réactives de l’oxygène (EROs) responsables de la destruction des feuilles.

Les carotènes sont au cœur des paysages automnaux : à l’automne, la chlorophylle contenue dans les feuilles et responsable de la couleur verte, est l’un des premiers éléments chimiques à se dégrader. Les carotènes alors présents en plus grande quantité par rapport à la chlorophylle confèrent la couleur orange aux feuilles.

Chez les animaux et l’Homme

Les carotènes, et tout particulièrement le β-carotène, sont les précurseurs de la vitamine A (également appelée rétinol).

POUR ALLER PLUS LOIN

L’efficacité relative des différents caroténoïdes pour fournir de la vitamine A est exprimée par rapport au β-carotène. Le 9-cis-β-carotène et le 13-cis-β-carotène, par exemple, libèrent respectivement 32% et 62% de la quantité de vitamine A produite à partir du β-carotène (en quantités égales).

Les caractéristiques structurales des carotènes leur confèrent également des propriétés antioxydantes de poids, qui contribuent à neutraliser les radicaux libres en cas de stress oxydant.

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Rédigé par
Equipe rédactionnelle de Nutrixeal Info

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