Des extraits de catéchines de qualité supérieure grâce aux ultrasons
Extraction des catéchines par ultrasons
L’extraction par ultrasons est une technique non thermique fondée sur l’application de forces purement mécaniques. Des ondes ultrasonores de basse fréquence et de haute intensité sont couplées à un milieu liquide au moyen d’une sonde ultrasonore (sonotrode). Les forces de cisaillement intenses de la cavitation acoustique perforent et désorganisent les membranes cellulaires, améliorent le transfert de matière entre l’intérieur des cellules et le solvant, et libèrent les composés intracellulaires dans le solvant.
Dans leur analyse approfondie des méthodes d’extraction du thé vert (Camellia sinensis), Banerjee et Chatterjee (2015) ont constaté que les appareils à ultrasons à sonde sont nettement plus efficaces que les bains à ultrasons. Les auteurs indiquent également que l’extraction par ultrasons est la méthode privilégiée pour extraire les catéchines du thé, en raison de l’efficacité accrue du processus d’extraction à plus basse température, ce qui évite la dégradation thermique des composés thermosensibles et préserve leur valeur médicinale. L’extraction à haute température entraîne souvent une dégradation des polyphénols et augmente la libération de protéines et de pectines, qui altèrent la qualité organoleptique du thé par la formation d’un trouble crémeux. L’avantage de la sonication réside dans son mécanisme non thermique. Dans leur étude, les chercheurs ont démontré que l’extraction par ultrasons peut augmenter le rendement en polyphénols du thé à 65°C par rapport à l’extraction traditionnelle à 85°C. Toutefois, l’extraction par ultrasons fonctionne également à température ambiante. Dans cette technique d’extraction non thermique, les appareils de sonication appliquent des forces mécaniques pour ouvrir les cellules et libérer dans le solvant les composés bioactifs, tels que les polyphénols et les catéchines, avec une efficacité supérieure.
L’extraction par ultrasons offre un rendement élevé en nutriments de haute qualité. En tant que procédé non thermique, elle évite la perte de nutriments thermosensibles.
L’extraction par ultrasons peut également être réalisée à température ambiante ou dans des liquides refroidis. Cliquez ici pour en savoir plus sur le thé infusé à froid par ultrasons !
- Sans solvant / à base d’eau
- Rendement d’extraction élevé
- Extraits de haute qualité
- Extraits à spectre complet
- Procédé rapide
- Écologique, respectueux de l’environnement
- Utilisation simple et sûre
- Peu d’entretien
- Retour sur investissement rapide
Extracteur à ultrasons UIP2000hdT (2kW) avec réacteur discontinu à agitation continue
Étude de cas sur l’extraction des catéchines par ultrasons
L’extraction par ultrasons peut être réalisée avec divers solvants, notamment l’eau, l’éthanol, un mélange eau : éthanol, l’isopropanol, l’huile végétale, la glycérine, etc.
Dans une étude de 2018, Ayyildiz et al. ont comparé l’extraction par ultrasons utilisant l’eau et l’éthanol comme solvants à la méthode conventionnelle d’extraction à l’eau chaude. Pour cette étude à l’échelle pilote, ils ont utilisé un appareil à ultrasons Hielscher UIP2000hd (2kW, 20kHz) en configuration discontinue et en circulation continue.
Les résultats ont montré que l’extraction par ultrasons avec de l’éthanol était significativement (p < 0,05) plus efficace pour obtenir des rendements plus élevés en EGCG, EGC, ECG et EC que l’extraction conventionnelle à l’eau chaude et l’extraction par ultrasons à base d’eau. Dans des conditions de procédé optimisées, l’extraction par ultrasons avec de l’éthanol a permis d’obtenir une teneur en EGCG supérieure de près de 100% et de 50% à celles obtenues, respectivement, par l’extraction conventionnelle à l’eau chaude et par l’extraction par ultrasons avec de l’eau. Les conditions optimales pour l’extraction de l’EGCG par ultrasons avec de l’éthanol étaient de 66.53ºC, 43,75 min et 67,81% d’éthanol.
L’extraction par ultrasons est la méthode privilégiée pour les catéchines du thé en raison de l’efficacité accrue du processus d’extraction à plus basse température, tout en préservant leur activité antioxydante.
Extracteurs à ultrasons haute performance
Les systèmes d’extraction de Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans le monde entier dans les secteurs alimentaire et pharmaceutique pour la production commerciale d’extraits végétaux de haute qualité destinés aux compléments alimentaires et aux produits pharmaceutiques. Que vous souhaitiez produire de petits lots de thé infusé à froid ou traiter de grandes quantités d’extraits de polyphénols / catéchines de haute qualité, Hielscher Ultrasonics dispose de l’extracteur à ultrasons adapté à vos besoins. Les appareils à ultrasons sont faciles et sûrs à utiliser. Un logiciel intuitif et une commande numérique par écran tactile permettent de contrôler précisément le procédé. La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24/7 en service intensif et dans des environnements exigeants.
Appareil de sonication à sonde UP100H pour l’extraction des catéchines des feuilles de thé
Standardisation du procédé avec Hielscher Ultrasonics
Les extraits de qualité alimentaire et pharmaceutique doivent être produits conformément aux bonnes pratiques de fabrication (GMP) et selon des spécifications de traitement standardisées. Les systèmes d’extraction numériques de Hielscher Ultrasonics sont équipés d’un logiciel intelligent qui facilite le réglage et le contrôle précis du processus de sonication. L’enregistrement automatique des données consigne tous les paramètres du procédé ultrasonore, tels que l’énergie ultrasonore (énergie totale et nette), l’amplitude, la température et la pression (lorsque des capteurs de température et de pression sont installés), avec la date et l’heure sur la carte SD intégrée. Cela vous permet de vérifier chaque lot traité par ultrasons. La reproductibilité et une qualité constamment élevée du produit sont ainsi assurées.
Le tableau ci-dessous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos appareils à ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Appareils 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 |
| Sans objet | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| Sans objet | supérieur | ensemble de UIP16000 |
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Homogénéisateurs à ultrasons de forte puissance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle pilote et industrielle de production.
Bibliographie / Références
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimisation des paramètres d’extraction du gallate d’épigallocatéchine du thé vert par des méthodes conventionnelles à l’eau chaude et assistées par ultrasons. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
- Banerjee, S., Chatterjee, J. (2015): Stratégies efficaces d’extraction des biomolécules du thé (Camellia sinensis). J. Food Sci. Technol. 52, 2015. 3158–3168.
- Martín-García Beatriz; Pasini, Federica; Verardo, Vito; Díaz-de-Cerio, Elixabet; Tylewicz, Urszula; Gómez-Caravaca, Ana María; Caboni Maria Fiorenza (2019): Optimisation de l’extraction des proanthocyanidines des drêches de brasserie assistée par ultrasons à sonotrode. Antioxidants 2019, 8, 282.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Extraction discontinue et continue des feuilles de boldo (Peumus boldus Mol.) assistée par ultrasons. International journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- K.S. Suslick, K. Othmer, “Encyclopaedia of Chemical Technology”; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, vol. 26, pp. 517-541.
Informations utiles
Extraction par ultrasons – Principe de fonctionnement
L’extraction par ultrasons est une méthode mécanique permettant de libérer et d’isoler les composés intracellulaires de matrices cellulaires telles que les cellules végétales. Lorsque des ondes ultrasonores de forte puissance sont couplées à une suspension (par exemple composée de particules végétales macérées dans de l’eau ou un solvant), ces ondes fortement énergétiques génèrent de la cavitation. Le phénomène de cavitation entraîne localement des températures, des pressions et des vitesses de chauffage/refroidissement extrêmes, des différences de pression et des forces de cisaillement élevées dans le milieu. Lorsque les bulles de cavitation implosent à la surface de solides (tels que des particules, des cellules végétales, des tissus, etc.), les microjets et les collisions entre particules produisent des effets tels que le décapage des surfaces, l’érosion et la fragmentation des particules. De plus, l’implosion des bulles de cavitation dans les milieux liquides crée des macroturbulences et un micromélange.
L’irradiation ultrasonore constitue un moyen efficace d’améliorer les processus de transfert de matière, car la sonication provoque la cavitation et les mécanismes associés, tels que les micromouvements produits par les jets de liquide, la compression et la décompression du matériau entraînant la rupture des parois cellulaires, ainsi que des vitesses élevées de chauffage et de refroidissement.
Extraction par ultrasons à partir de cellules végétales : la coupe transversale microscopique (TS) montre les mécanismes d’action lors de l’extraction cellulaire par ultrasons (grossissement 2000x) [source : Vilkhu et al. 2011]
La sonication du matériel végétal fragmente la matrice des cellules végétales et améliore leur hydratation. Chemat et al. (2015) concluent que l’extraction par ultrasons des composés bioactifs des végétaux résulte de différents mécanismes indépendants ou combinés, notamment la fragmentation, l’érosion, la capillarité, la déstructuration et la sonoporation. Ces effets désorganisent la paroi cellulaire, améliorent le transfert de matière en poussant le solvant dans la cellule et en aspirant vers l’extérieur le solvant chargé de composés végétaux, et assurent le mouvement du liquide par micromélange.
Quels sont les principaux avantages de l’extraction par ultrasons ?
- Procédé rapide et production élevée
- Faible consommation d’énergie
- Coût de traitement réduit
- Technologie non thermique
- Pureté supérieure
- Technologie écologique
La cavitation acoustique et ses effets
Dans le liquide, les ondes ultrasonores créent des cycles intenses alternant haute pression / basse pression, qui entraînent la formation de bulles de cavitation. Au fil de plusieurs cycles de pression, les bulles de cavitation grossissent jusqu’à atteindre une limite à laquelle elles ne peuvent plus absorber d’énergie. La bulle implose alors violemment. Lors de l’implosion, des conditions extrêmes apparaissent, telles que des températures élevées pouvant atteindre 5000K, des pressions pouvant atteindre 2000atm, des vitesses très élevées de chauffage/refroidissement et des différences de pression. Comme la dynamique d’effondrement de la bulle est plus rapide que les transferts de matière et de chaleur, l’énergie de la cavité qui s’effondre est confinée dans une très petite zone, également appelée « point chaud ». L’implosion de la bulle de cavitation produit aussi des microturbulences, des jets de liquide dont la vitesse peut atteindre 280m/s et les forces de cisaillement qui en résultent. Ce phénomène est appelé cavitation ultrasonore ou acoustique.
L’extraction par ultrasons repose sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques
Catéchines
Le thé vert est connu pour sa richesse en polyphénols tels que l’acide caféique, l’acide gallique, la catéchine, l’épicatéchine, la gallocatéchine, le gallate de catéchine, le gallate de gallocatéchine, le gallate d’épicatéchine, l’épigallocatéchine et le gallate d’épigallocatéchine (EGCG), ce qui en fait un aliment santé populaire consommé sous forme de boisson et d’extrait. L’EGCG est une catéchine bien connue, présente en grandes quantités dans les feuilles séchées de thé vert (7380 mg pour 100 g) et de thé blanc (4245 mg pour 100 g), et en plus petites quantités dans le thé noir (936 mg pour 100 g). Lors de la production du thé noir, les catéchines sont en grande partie transformées en théaflavines et en théarubigines par les polyphénol oxydases.
Bienfaits du gallate d’épigallocatéchine (EGCG) pour la santé
Parmi les catéchines, le gallate d’épigallocatéchine (EGCG) est le plus étudié et le plus prometteur. Avec ses effets anticancéreux, antioxydants, anti-inflammatoires, antifibrotiques, anticollagénase, ainsi que ses effets de stimulation du système immunitaire et de lutte contre le vieillissement, l’EGCG présente de nombreux bienfaits. Il est donc consommé sous forme de boisson au thé vert ainsi que de compléments alimentaires, tels que des gélules, des poudres, des comprimés, etc.
Des études suggèrent que les catéchines comme le gallate d’épigallocatéchine (EGCG) pourraient réduire l’inflammation et peuvent prévenir certaines affections chroniques, telles que les maladies cardiaques, le diabète et certaines formes de cancer.
L’EGCG et ses effets anticancéreux
Le cancer étant une maladie qui met souvent la vie en danger, les propriétés anticancéreuses de l’EGCG font l’objet de recherches intensives. Des études suggèrent que l’EGCG peut inhiber la tumorigenèse en réduisant ou en éliminant les effets des agents cancérogènes. Certains résultats suggèrent que l’EGCG prévient la tumorigenèse hépatique liée à l’obésité et induite par la diéthylnitrosamine en inhibant l’axe IGF/IGF-1R, en améliorant l’hyperinsulinémie et en atténuant l’inflammation chronique. Un autre mécanisme de l’effet anticancéreux de l’EGCG est l’inhibition de l’angiogenèse, qui freine ainsi la prolifération tumorale.
L’EGCG et ses effets antioxydants
D’innombrables processus antioxydants se produisent dans le corps humain et contribuent à la santé, à la force et au bien-être. L’EGCG est un antioxydant. Les antioxydants peuvent protéger contre les dommages cellulaires en piégeant les radicaux libres et en les neutralisant. Les cycles phénoliques de la structure de l’EGCG agissent comme des pièges à électrons et à radicaux libres, inhibent la formation d’espèces réactives de l’oxygène et réduisent ainsi les dommages causés par le stress oxydatif.
L’EGCG et ses effets anti-inflammatoires
L’inflammation peut être causée par une maladie, le stress chronique et la pollution environnementale. Le corps réagit à ces facteurs de stress par une inflammation caractérisée par l’accumulation d’un grand nombre de cellules immunitaires aux sites inflammatoires, la libération de cytokines pro-inflammatoires et d’espèces réactives de l’oxygène/de l’azote (ROS/RNS). Les ROS/RNS sont liées à l’activation du facteur de transcription NF-B et de la protéine activatrice-(AP-)1. Après activation, NF-jB et AP-1 passent du cytoplasme au noyau et augmentent l’expression de divers gènes inflammatoires, ce qui entraîne ensuite une réponse inflammatoire exacerbée et des lésions tissulaires.
L’EGCG inhibe la transmission de NF-B et d’AP-1, de sorte que l’expression d’iNOS et de COX-2 est réduite principalement par le piégeage du monoxyde d’azote, du peroxynitrite et d’autres ROS/RNS, et que la production de facteurs inflammatoires diminue.
L’EGCG et ses effets sur la stimulation de l’ostéogenèse
L’ostéoporose est une maladie grave caractérisée par la dégénérescence de la matrice osseuse et la perte de densité osseuse. L’EGCG présente des effets régulateurs sur le métabolisme osseux. Il peut induire l’apoptose des ostéoclastes et inhiber leur formation en bloquant la production de NF-B et d’IL-1b. De plus, il peut favoriser la formation de nodules osseux minéralisés.
[cf. Chenyu Chu; Jia Deng; Yi Man; Yili Qu (2017): Green Tea Extracts Epigallocatechin-3-gallate for Different Treatments. BioMed Research International Vol. 2017]