Qu'il faut savoir

Extraction par ultrasons – principe de fonctionnement

L'extraction par ultrasons est une méthode mécanique permettant de libérer et d'isoler un composé intracellulaire à partir de matrices cellulaires telles que des cellules végétales. Lorsque des ondes ultrasonores de haute puissance sont couplées dans une boue (par exemple constituée de particules végétales macérées dans de l'eau ou un solvant), les ondes ultrasonores hautement énergétiques génèrent une cavitation. Le phénomène de cavitation entraîne localement des températures, des pressions, des taux de chauffage/refroidissement, des différences de pression et des forces de cisaillement élevées dans le milieu. Lorsque les bulles de cavitation implosent à la surface des solides (tels que les particules, les cellules végétales, les tissus, etc.), les micro-jets et les collisions interparticulaires génèrent des effets tels que l'écaillage de la surface, l'érosion et la dégradation des particules. De plus, l'implosion des bulles de cavitation dans un milieu liquide crée des macro-turbulences et des micro-mélanges.
L'irradiation ultrasonique représente un moyen efficace d'améliorer les processus de transfert de masse, puisque la sonication entraîne la cavitation et ses mécanismes connexes tels que les micro-mouvements par jets de liquide, la compression et la décompression dans le matériau avec la rupture consécutive des parois cellulaires, ainsi que des taux de chauffage et de refroidissement élevés.

Extraction ultrasonore à partir de cellules végétales : la coupe transversale microscopique (TS) montre le mécanisme d'action lors de l'extraction ultrasonore à partir de cellules (grossissement 2000x)[ressource : Vilkhu et al. 2011].

Les ultrasons de la matière végétale fragmentent la matrice des cellules végétales et améliorent l'hydratation de celles-ci. Chemat et ses collaborateurs (2015) concluent que l'extraction par ultrasons des composés bioactifs des plantes est le résultat de différents mécanismes indépendants ou combinés, notamment la fragmentation, l'érosion, la capillarité, la déstructuration et la sonoporation. Ces effets perturbent la paroi cellulaire, améliorent le transfert de masse en poussant le solvant dans la cellule et en aspirant le solvant chargé du phyto-composé, et assurent le mouvement du liquide par micro-mélange.

Quels sont les principaux avantages de l'extraction par ultrasons ?

• Processus rapide et rendement élevé
• Faible consommation d'énergie
• Réduction des coûts de traitement
• Technologie non thermique
• Une plus grande pureté
• Technologie verte

La cavitation acoustique et ses effets

Dans le liquide, les ondes ultrasonores créent d'intenses cycles alternés de haute pression et de basse pression, qui entraînent la formation de bulles de cavitation. Sur plusieurs cycles de pression, les bulles de cavitation se développent jusqu'à atteindre une limite, où la bulle ne peut plus absorber d'énergie. À ce stade, la bulle implose violemment. Pendant l'implosion de la bulle, des conditions extrêmes telles que des températures élevées allant jusqu'à 5000K, des pressions allant jusqu'à 2000atm, des taux de chauffage/refroidissement très élevés et des différences de pression se produisent. Comme la dynamique d'effondrement de la bulle est plus rapide que le transfert de masse et de chaleur, l'énergie dans la cavité d'effondrement est confinée à une très petite zone, également appelée "point chaud". L'implosion de la bulle de cavitation entraîne également des microturbulences, des jets de liquide d'une vitesse pouvant atteindre 280 m/s et les forces de cisaillement qui en résultent. Ce phénomène est connu sous le nom de cavitation ultrasonique ou acoustique.

L'extraction par ultrasons est basée sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques.

Catéchines

Le thé vert est connu pour être riche 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 fait du thé vert un aliment santé populaire consommé sous forme de boisson et d'extrait. L'EGCG est une catéchine bien connue, qui est présente en grande quantité dans les feuilles séchées du thé vert (7380 mg pour 100 g), du thé blanc (4245 mg pour 100 g), et en plus petite quantité dans le thé noir (936 mg pour 100 g). Lors de la production de thé noir, les catéchines sont principalement converties en théaflavines et en théarubigines par l'intermédiaire de polyphénols-oxydases.

Les avantages pour la santé du gallate d'épigallocatéchine (EGCG)

Parmi le groupe des catéchines, l'épigallocatéchine gallate (EGCG) est la plus recherchée et la plus prometteuse. De l'effet anticancéreux, antioxydant, anti-inflammatoire, anti-fibrosant, anti-collagénase au renforcement du système immunitaire et aux effets anti-âge, l'EGCG présente de nombreux avantages et est donc consommé sous forme de boisson au thé vert ainsi que sous forme de compléments alimentaires tels que capsules, poudres, comprimés, etc.
Des études de recherche suggèrent que les catéchines comme l'épigallocatéchine gallate (EGCG) pourraient réduire l'inflammation et peuvent prévenir certaines maladies chroniques, telles que les maladies cardiaques, le diabète et certaines formes de cancer.

L'EGCG et ses effets anticancéreux

Le cancer étant une maladie souvent mortelle, les propriétés anticancéreuses de l'EGCG font l'objet de recherches approfondies. Des études suggèrent que l'EGCG peut inhiber la tumorigenèse en réduisant ou en éliminant les effets cancérigènes. Certaines découvertes suggèrent que l'EGCG prévient la tumorigénèse hépatique liée à l'obésité induite par la diéthylnitrosamine en inhibant l'axe IGF/IGF-1R, en améliorant l'hyperinsulinémie et en atténuant l'inflammation chronique. Un autre méchnaïsme de l'effet anticancéreux de l'EGCG est l'inhibition de l'angiogenèse et donc la limitation de la prolifération des tumeurs.

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 anneaux phénoliques de la structure de l'EGCG agissent comme des pièges à électrons et des piégeurs de 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 la maladie, le stress chronique et la pollution de l'environnement. L'organisme réagit à ces facteurs de stress par une inflammation, qui se caractérise par l'agrégation d'un grand nombre de cellules immunitaires sur les sites inflammatoires, la libération de cytokines pro-inflammatoires et d'espèces réactives oxygène/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 se transfèrent du cytoplasme au noyau et régulent à la hausse diverses expressions géniques inflammatoires, qui provoquent ensuite une réaction inflammatoire exacerbée et des lésions tissulaires.
L'EGCG inhibe la transmission de NF-B et AP-1 que l'expression d'iNOS et de COX-2 est régulée à la baisse principalement par l'élimination de l'oxyde nitrique, du peroxynitrite et d'autres ROS/RNS et la production de facteurs inflammatoires est réduite.

L'EGCG et ses effets sur la promotion 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 montre des effets régulateurs sur le métabolisme osseux. L'EGCG peut induire l'apoptose des ostéoclastes et inhiber la formation d'ostéoclastes en bloquant la génération de NF-B et d'IL-1b. En outre, il peut favoriser la formation de nodules osseux minéralisés.
[cf. Chenyu Chu ; Jia Deng ; Yi Man ; Yili Qu (2017) : Extraits de thé vert à l'épigallocatéchine-3-gallate pour différents traitements. BioMed Research International Vol. 2017]