La méthode d'extraction la plus efficace pour les plantes médicinales
Vous recherchez un système d'extraction puissant et fiable pour produire des extraits botaniques de haute qualité ? Vous trouverez ici une comparaison des techniques d'extraction les plus courantes, notamment l'extraction par ultrasons, l'extraction au CO2 supercritique, l'extraction à l'éthanol et la macération, ainsi que leurs avantages et inconvénients.
Extraction botanique par ultrasons ou par d'autres techniques
L'extraction de plantes médicinales peut être réalisée à l'aide de différentes techniques. Toutefois, l'efficacité, le rendement et la qualité de l'extrait sont fortement influencés par la méthode et le protocole d'extraction utilisés. La macération, l'extraction au CO2 supercritique, la percolation et l'extraction Soxhlet sont des méthodes d'extraction courantes qui donnent souvent des résultats insuffisants.
L'extraction par ultrasons est une technique d'isolation sophistiquée qui surpasse les méthodes d'extraction traditionnelles sur plusieurs points.
L'extraction par ultrasons à l'aide d'une sonde ultrasonique est une méthode très efficace pour extraire des composés de plantes et d'autres matériaux. Comparée à d'autres méthodes telles que la macération, l'extraction au CO2, la percolation et l'extraction par micro-ondes, l'extraction par sonde ultrasonique présente plusieurs avantages :
- Extraction plus rapide : L'extraction par sonde ultrasonique permet d'extraire les composés beaucoup plus rapidement que la macération et la percolation. En effet, les ondes ultrasoniques créent des bulles de cavitation dans le solvant, ce qui provoque des micro-chocs qui contribuent à briser les parois cellulaires et à libérer les composés plus rapidement.
- Rendement plus élevé : L'extraction par sonde ultrasonique permet d'extraire un plus grand nombre de composés que la macération, l'extraction au CO2 et la percolation. Cela s'explique par le fait que les ondes ultrasoniques contribuent à libérer davantage de composés cibles de la matière extraite.
- Plus efficace : L'extraction par sonde ultrasonique est plus efficace que la macération, l'extraction au CO2, la percolation et les extracteurs Soxhlet, car elle nécessite moins de solvant pour extraire la même quantité de composés. En effet, les ondes ultrasoniques contribuent à augmenter la solubilité des composés cibles dans le solvant.
- Polyvalence : L'extraction par sonde ultrasonique peut être utilisée pour extraire une large gamme de composés de divers matériaux, y compris des composés hydrophiles et hydrophobes. Cela signifie que les ultrasons sont également excellents pour la production d'extraits à spectre complet.
- Faible coût : L'extraction par sonde ultrasonique est généralement moins coûteuse que l'extraction au CO2, la percolation, la macération et l'extraction Soxhlet, car elle ne nécessite pas d'équipement à haute pression ni de travail intensif.
- Respectueux de l'environnement : Les sondes ultrasoniques permettent une extraction respectueuse de l'environnement, car elles nécessitent moins de solvant et d'énergie que les autres méthodes, et produisent moins de déchets. Bien que la sonication soit compatible avec tous les solvants, l'efficacité élevée des appareils à ultrasons permet d'éviter la plupart des solvants toxiques. L'éthanol, l'éthanol aqueux et l'eau sont d'excellents solvants pour l'extraction botanique par ultrasons.
Comparée aux techniques traditionnelles d'extraction botanique, l'extraction par sonde ultrasonique offre des avantages significatifs, ce qui explique la large utilisation de l'extraction par ultrasons pour de nombreux composés bioactifs des plantes.
Extraction botanique avec le Ultrasonateur UP400ST
Extraction d'extraits de haute qualité à partir de plantes médicinales
Pour obtenir des extraits botaniques de haute qualité, il est essentiel non seulement de connaître la matière première (le matériel végétal), mais aussi la technique d'extraction utilisée. Les extraits végétaux sont sensibles à la température, ce qui signifie qu'ils sont dégradés par la chaleur. Il est donc essentiel de choisir une méthode d'extraction non thermique.
Le choix du solvant d'extraction est un autre facteur important qui influence la qualité de l'extrait. Les solvants tels que l'hexane, le méthanol, le butane et d'autres produits chimiques agressifs peuvent contaminer l'extrait. Même si les solvants sont éliminés après l'extraction, des traces de solvants toxiques peuvent se retrouver dans l'extrait final. L'eau, l'alcool, l'éthanol, la glycérine ou les huiles végétales sont des solvants sûrs, non toxiques et approuvés par la FDA pour la consommation.
Hielscher Ultrasonics est fier d'être partenaire d'Eden Ecosystem, un pionnier du marché des techniques d'extraction innovantes et des extraits de parfums et d'arômes naturels de haute qualité.
Eden Ecosystem est spécialisé dans la production d'extraits botaniques pour les parfums, les arômes, les cosmétiques et les compléments alimentaires.
Comme Eden Ecosystem n'utilise que des techniques d'extraction douces telles que les ultrasons et des solvants non toxiques et respectueux de l'environnement, les extraits obtenus sont à la fois totalement nouveaux et plus riches.
Ayant acquis une expérience extraordinaire dans les applications d'extraction botanique, Eden Ecosystem offre également un service de conseil aux utilisateurs tiers et aux fabricants.
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| extraction par ultrasons | Macération | Extraction du CO2 | Soxhlet | Percolation | |
|---|---|---|---|---|---|
| Solvant | compatible avec presque tous les solvants | eau, solvants aqueux et non aqueux | LE CO2 | eau, solvants aqueux et non aqueux | solvants organiques |
| température | l'extraction non thermique, contrôle précis de la température |
ambiant | sous la chaleur | température ambiante, occasionnellement, la chaleur est appliquée |
au-dessus du seuil critique température de 31°C |
| Pression | les deux, atmosphérique ou possibilité de pression élevée |
atmosphérique | atmosphérique | atmosphérique | très hautes pressions (au-dessus de la pression critique de 74 bars) |
| Délai de traitement | Rapide | très lent | lent | très lent | modéré |
| Quantité de solvant | faible, une charge solide élevée de matériel végétal dans le solvant, en particulier lorsqu'une cellule d'écoulement la configuration est utilisée |
important | modéré | important | de grandes quantités de CO2 supercritique |
| Polarité de l'extrait naturel | dépend du solvant ; pour extraire les substances non polaires et polaires composés, une extraction en deux étapes il est recommandé d'utiliser deux solvants |
en fonction du solvant | en fonction du solvant | en fonction du solvant | en fonction de la pression (sous des pressions plus élevées, plus polaires) |
| Flexibilité / évolutivité | pour l'extraction par lots et en ligne, évolutivité linéaire |
extraction par lots uniquement, évolutivité limitée |
extraction par lots uniquement, évolutivité limitée |
extraction par lots uniquement, évolutivité limitée |
extraction par lots uniquement, une évolutivité linéaire limitée, très cher |
- Rendements élevés
- Qualité supérieure
- Extraits à spectre complet
- processus rapide
- Compatible avec tous les solvants
- Facile et sûr à utiliser
- évolutivité linéaire
- respectueux de l'environnement
- Un retour sur investissement rapide
Protocole d'extraction botanique étape par étape à l'aide d'une sonde ultrasonique
Comment les composés bioactifs sont-ils extraits des plantes à l'aide d'une sonde à ultrasons ? Vous trouverez ci-dessous une instruction étape par étape pour l'extraction de substances phytochimiques et de composés bioactifs à partir de matériel végétal comme les feuilles, les pétales, les fruits, les tiges, les racines ou les rhizomes !
- Tout d'abord, le matériel végétal est broyé ou haché en petits morceaux afin d'augmenter la surface d'extraction.
- Le matériel végétal est ensuite mélangé à un solvant (comme l'éthanol ou l'eau) pour extraire les polyphénols.
- Pour faciliter le processus d'extraction, on utilise ensuite des ultrasons de type sonde en appliquant au mélange des ondes ultrasonores de haute intensité et de basse fréquence (environ 20 kHz). Cela provoque une cavitation acoustique et une vibration rapide du solvant, ce qui favorise la désintégration et la rupture des cellules végétales et la libération des substances bioactives telles que les polyphénols, les flavonoïdes et les vitamines.
- Le mélange est ensuite filtré pour séparer la matière végétale solide du liquide contenant les composés bioactifs extraits.
- Le liquide est ensuite évaporé ou soumis à un traitement supplémentaire pour éliminer le solvant et concentrer les molécules bioactives.
- Le produit final est un extrait riche en bioactifs qui peut être utilisé dans diverses applications telles que les compléments alimentaires, les aliments fonctionnels et les cosmétiques.
Remarque : il s'agit d'un aperçu du processus et les conditions spécifiques (solvant, rapport entre le matériel végétal et le solvant, durée de l'extraction, puissance des ultrasons, etc.
Comment fonctionne l'extraction par ultrasons ?
L'extraction par ultrasons est basée sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique ultrasonique et est un traitement purement mécanique. À l'instar d'un mélangeur à haut cisaillement, un ultrasoniseur ne crée que des forces de cisaillement mécaniques dans le milieu de traitement. L'extraction par ultrasons est une technique d'extraction non thermique et sans produits chimiques.
Qu'est-ce que la cavitation acoustique ? – La cavitation acoustique ou ultrasonique se produit lorsque des ondes ultrasoniques de haute puissance et de basse fréquence sont couplées à une boue composée de matière végétale dans un liquide (solvant).
Des ondes ultrasoniques très puissantes sont couplées à la bouillie botanique par l'intermédiaire d'un processeur ultrasonique à sonde. Les ondes ultrasonores très énergétiques se déplacent dans le liquide en créant des cycles alternatifs de haute et de basse pression, ce qui entraîne le phénomène de cavitation acoustique. La cavitation acoustique ou ultrasonique conduit localement à des conditions extrêmes telles que des différentiels de pression très élevés et des forces de cisaillement importantes. Lorsque les bulles de cavitation implosent à la surface de solides (tels que des particules, des cellules végétales, des tissus, etc.), les micro-jets et les collisions inter-particulaires génèrent des effets tels que l'éclatement des particules, la sonoporation (la perforation des parois et des membranes cellulaires) et la dislocation des cellules. En outre, l'implosion des bulles de cavitation dans les milieux liquides crée des turbulences et une agitation qui favorisent le transfert de masse entre l'intérieur de la cellule et le solvant environnant. L'irradiation ultrasonique est un moyen très efficace d'améliorer les processus de transfert de masse, puisque la sonication entraîne la cavitation et ses mécanismes connexes, tels que le micro-mouvement par des jets de liquide, la compression et la décompression dans le matériau avec la rupture subséquente des parois cellulaires.
En fonction de la matière première, le processus d'extraction par ultrasons peut nécessiter des intensités élevées, par exemple pour briser les cellules végétales rigides ou les matériaux contenant une grande quantité de cellulose. Les appareils à ultrasons de type sonde peuvent générer des amplitudes très élevées, ce qui est nécessaire pour produire une cavitation percutante. Hielscher Ultrasonic fabrique des extracteurs à ultrasons très performants, qui peuvent facilement générer des amplitudes de 200 µm en fonctionnement continu 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, Hielscher propose des sonotrodes (sondes) spécifiques à forte amplitude.
Des réacteurs ultrasoniques pressurisables et des cellules d'écoulement sont utilisés pour intensifier la cavitation. Avec l'augmentation de la pression, la cavitation et les forces de cisaillement de la cavitation deviennent plus destructrices et améliorent ainsi les effets de l'extraction par ultrasons.
UIP4000hdT, un puissant processeur ultrasonique de 4kW pour l'extraction botanique
Extraction de composés phytochimiques et bioactifs par sonication
L'extraction par ultrasons est utilisée pour libérer et isoler une grande variété de composés bioactifs (appelés produits phyto-chimiques) à partir de plantes.
La liste ci-dessous vous donne un petit aperçu des produits phyto-chimiques extraits par ultrasons :
- CBD et autres cannabinoïdes du cannabis et du chanvre
- terpènes
- Gingembre
- romarin
- La capsaïcine des piments
- La caféine des grains de café
- Astaxanthine d'algues
- L'allicine de l'ail
- Catéchines (EGEC) du thé
- Propolis
- Ellagitannins de la grenade
- Extraits de plantes ayurvédiques
- La nicotine du tabac
- huiles essentielles
- Phytochimie de l'ortie
- Pectines des écorces d'agrumes
- Polyphénols de l'écorce de mangue
- Taraxacine et Taraxastérol du pissenlit
Solvants pour l'extraction par ultrasons
L'extraction par ultrasons est compatible avec presque tous les solvants. Le plus souvent, l'éthanol, l'eau, le mélange éthanol/eau, la glycérine et les huiles végétales sont utilisés pour l'extraction des composés bioactifs des plantes, car ces solvants sont considérés comme sûrs pour la consommation et faciles à utiliser.
En savoir plus sur les solvants utilisés pour l'extraction par ultrasons !
Les avantages de l'extraction d'éthanol par ultrasons
L'éthanol est l'un des solvants les plus couramment utilisés pour l'extraction par ultrasons en raison de sa sécurité (approuvé par la FDA pour la consommation), de son efficacité et de sa grande solvabilité. L'extraction ultrasonique de l'éthanol surpasse les autres solvants et les autres technologies d'extraction en termes de rentabilité, d'évolutivité linéaire, de simplicité et de sécurité.
L'efficacité supérieure de l'éthanol en tant que solvant est liée à sa composition chimique composée d'une queue d'hydrocarbure et d'un seul groupe hydroxyle. Cette composition chimique permet à l'éthanol de dissoudre et d'extraire un très large éventail de substances, depuis les polyphénols, les flavonoïdes, les terpènes, les cannabinoïdes et les lipides (huiles).
Par exemple, l'extraction des cannabinoïdes par l'éthanol ultrasonique ne nécessite pas d'hivernage (déparaffinage), une étape nécessaire avec d'autres méthodes d'extraction telles que l'extraction au CO2 pour éliminer les cires.
L'extraction de l'éthanol a des effets différents selon la température de l'éthanol. L'éthanol chauffé est souvent utilisé pour produire des extraits à spectre complet, qui sont appréciés pour leur effet d'entourage. En revanche, l'éthanol glacé est de préférence utilisé pour produire des distillats d'herbes ou de cannabis. L'extraction dans l'éthanol glacé ne nécessite pas de filtration ultérieure. L'extraction par ultrasons étant un traitement non thermique, elle peut être utilisée avec de l'éthanol chaud ou refroidi. Les réacteurs à ultrasons à double enveloppe permettent de maintenir la température de traitement souhaitée pendant le traitement. La commande numérique et le logiciel intelligent de l'appareil à ultrasons surveillent la température de traitement grâce à des capteurs de température enfichables et peuvent être programmés pour arrêter ou suspendre le traitement d'extraction lorsque la température du milieu sort d'une certaine plage.
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Les systèmes d'extraction haute performance de Hielscher Ultrasonics sont disponibles à toutes les échelles, du petit laboratoire à la production industrielle de plusieurs tonnes par heure, en passant par l'échelle pilote de taille moyenne. En fonction du débit, les extracteurs à ultrasons Hielscher peuvent être utilisés en mode batch ou en mode continu en ligne. Le choix du solvant est libre, car les extracteurs à ultrasons Hielscher peuvent être utilisés avec n'importe quel solvant. Tous les appareils d'extraction par ultrasons sont simples et sûrs à utiliser. En fonction de votre matière première, de vos capacités de traitement et de votre objectif de rendement, Hielscher vous propose l'ultrasoniseur le plus adapté.
Les procédés d'extraction par ultrasons sont influencés par la matière première, le solvant et le débit. Divers accessoires, tels que des sonotrodes (sondes) de tailles et de formes variées, des cornets d'amplification, des cellules d'écoulement de volumes et de géométries différents, des capteurs de température et de pression enfichables et bien d'autres gadgets sont disponibles pour assembler la configuration ultrasonique idéale pour votre processus d'extraction.
Le contrôle du processus est essentiel pour obtenir des résultats reproductibles. C'est pourquoi tous les modèles numériques sont équipés d'un logiciel intelligent qui permet d'ajuster, de surveiller et de réviser les paramètres d'extraction. Le contrôle précis de l'amplitude, du temps de sonication et des cycles de travail permet d'obtenir des résultats optimaux, tels qu'un rendement supérieur et une qualité d'extrait optimale. L'enregistrement automatique des données du processus de sonication constitue la base de la normalisation du processus et de la reproductibilité / répétabilité, qui sont requises pour les bonnes pratiques de fabrication (BPF).
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Homogénéisateur à ultrasons UIP2000hdT (2kW) avec réacteur discontinu à agitation continue
Faits divers à connaître
Que sont les extraits botaniques ?
Les plantes telles que les feuilles, les pétales, les fleurs, les tiges, les racines et les écorces contiennent de puissants composés bioactifs (produits phyto-chimiques) qui sont utilisés dans les aliments et les boissons, les compléments alimentaires, les produits thérapeutiques et pharmaceutiques ainsi que dans les produits cosmétiques. Parmi les principaux exemples d'extraits botaniques, on peut citer les antioxydants, les vitamines (par exemple les vitamines A, C, E, K, les vitamines B), les protéines (par exemple le chanvre, le soja), les polyphénols, les flavonoïdes, les terpènes, les cannabinoïdes (par exemple le CBD, le CBG, le THC), les oligosaccharides et les lipides (par exemple les oméga-3 des graines de lin ou des graines de chanvre).
Les antioxydants agissent comme un puissant mécanisme de défense qui empêche les cellules de l'organisme d'être endommagées par le vieillissement, le stress, l'inflammation et les maladies. La recherche montre également que les antioxydants peuvent contribuer à renforcer le système immunitaire et présentent des propriétés anticancéreuses. En outre, les antioxydants empêchent l'oxydation des produits et augmentent ainsi leur stabilité et leur durée de conservation. C'est pourquoi les antioxydants sont ajoutés à de nombreux aliments et boissons, compléments alimentaires, produits thérapeutiques et cosmétiques. La vitamine E (α-tocophérol), la vitamine C (acide ascorbique), le bêta-carotène et le glutathion sont des exemples très courants d'antioxydants.
Les antioxydants et autres composés bioactifs peuvent être extraits de matières naturelles telles que les plantes ou les algues, ou synthétisés artificiellement. Les composés bioactifs extraits d'une source naturelle présentent une biodisponibilité et une bioaccessibilité plus élevées et donc une puissance accrue. C'est pourquoi les compléments de haute qualité utilisent des produits phyto-chimiques extraits naturellement.
Comment le CO2 fonctionne-t-il comme solvant ?
Le CO2 chauffé à plus de 90 degrés Fahrenheit et à une pression de 1000 livres par pouce carré est considéré comme supercritique. Le CO2 supercritique agit comme un solvant qui dissout les huiles.
Qu'est-ce que l'hivernage des extraits de cannabis ?
Pour faire passer un extrait brut à l'hiver, l'extrait brut de cannabis est mélangé à de l'éthanol. La solution est ensuite placée dans un congélateur pour la refroidir. Le froid permet de séparer les composés en fonction de leurs points de fusion et de précipitation. Au cours du processus de refroidissement, les graisses et les cires dont les points de fusion sont plus élevés précipitent et peuvent ensuite être éliminées par filtration, centrifugation, décantation ou d'autres processus de séparation. Enfin, l'éthanol doit être retiré de la solution. Cela se fait par ébullition. L'éthanol bout à 78,5°C sous pression atmosphérique. Au final, on obtient un extrait d'huile de cannabis liquide et pur.
Les avantages nutritionnels des antioxydants
Les antioxydants agissent comme un puissant mécanisme de défense qui empêche les cellules de l'organisme d'être endommagées par le vieillissement, le stress, l'inflammation et les maladies. La recherche montre également que les antioxydants peuvent contribuer à renforcer le système immunitaire et présentent des propriétés anticancéreuses.
Les antioxydants sont des molécules qui capturent les radicaux libres. Les radicaux libres et autres espèces réactives de l'oxygène (ROS) proviennent soit de processus métaboliques réguliers et essentiels dans le corps humain, soit de sources externes telles que l'exposition aux rayons X, à l'ozone, au tabagisme, aux polluants atmosphériques et aux produits chimiques toxiques. Les radicaux libres sont produits dans de nombreuses réactions chimiques en chaîne dans l'organisme à la suite du métabolisme aérobie. La formation et l'exposition aux radicaux libres font partie de nombreux processus métaboliques et ne peuvent être évitées. Un organisme sain peut faire face à la formation normale de radicaux libres, les éliminer et les transformer en molécules inoffensives. Toutefois, en cas de stress ou de conditions environnementales néfastes, la charge en radicaux libres augmente et contribue à l'inflammation et au vieillissement. Une alimentation saine et de qualité fournit des antioxydants qui désarment les radicaux libres oxydants.
On distingue deux catégories d'antioxydants : les enzymes antioxydantes (superoxyde dismutase, catalase, glutathion peroxydase) et les nutriments antioxydants, qui comprennent les vitamines, les minéraux et divers composés phytochimiques. Quelques catégories de nutriments antioxydants sont énumérées ci-dessous :
- vitamine E (α-tocophérol), vitamine C (acide ascorbique), bêta-carotène
- le glutathion, l'ubiquinol et l'acide urique
- sélénium
- les flavonoïdes (pigments polyphénoliques)
La vitamine C, l'acide urique, la bilirubine, l'albumine et les thiols sont des antioxydants hydrophiles qui éliminent les radicaux, tandis que la vitamine E et l'ubiquinol sont des antioxydants lipophiles qui éliminent les radicaux.
Valeur ORAC de divers aliments
Le pouvoir antioxydant des aliments est mesuré par la valeur ORAC (Oxygen Radical Absobance Capacity). Selon l'USDA, les aliments suivants ont les valeurs ORAC les plus élevées et donc le meilleur pouvoir antioxydant :
-
- Pruneaux : 5770
- Raisins secs : 2830
- Myrtilles : 2400
- Mûres : 2036
- Chou frisé : 1770
- Fraises : 1540
- Épinards : 1260
- Framboises : 1220
- Choux de Bruxelles : 980
- Prunes : 949
- Germes de luzerne : 930
- Fleurs de brocoli : 890
- Betteraves : 840
- Oranges : 750
- Raisins rouges : 739
- Poivron rouge : 710
- Cerises : 670
- Kiwi : 602
- Pamplemousse : 483
- Oignon : 450
Littérature / Références
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk (2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- V. Lobo, A. Patil,A. Phatak, N. Chandra (2010): Free radicals, antioxidants and functional foods: Impact on human health. Pharmacognosy Reviews 2010 Jul-Dec; 4(8): 118–126.
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