L'extraction par ultrasons est la meilleure méthode pour détruire les cellules d'algues efficacement et rapidement. La sonication peut libérer la totalité des composés bioactifs, ce qui rend la technique ultrasonique très efficace.

Comment extraire les protéines, les lipides et les phénols des algues à l'aide des ultrasons

Les espèces d'algues et de microalgues sont riches en composés biologiquement actifs tels que les protéines, les lipides, les caroténoïdes, les pigments (par exemple, les phycocyanines, l'astaxanthine, etc.), les composés phénoliques et les polysaccharides (par exemple, les carraghénanes). Cela en fait une matière naturelle largement utilisée pour produire des extraits pour les aliments et les compléments alimentaires. Les espèces d'algues couramment utilisées pour les compléments alimentaires sont Arthrospira maxima et (également connue sous le nom de spiruline), Chlorella vulgaris, Haematococcus pluvialis, et Ulva spp. Les algues sont connues pour être une bonne source de protéines de haute qualité, de lipides, d'AGPI à longue chaîne (c'est-à-dire oméga-3), de polysaccharides (par exemple alginate, carraghénane, β-glucanes), de vitamines et d'antioxydants.
La spiruline est un type d'algue couramment utilisé, qui est riche en composés bioactifs de grande valeur tels que les protéines (avec 50-70% de poids sec). La spiruline étant approuvée par la FDA (Food Drug Administration des États-Unis) comme GRAS (Generally Recognized As Safe), la spiruline et les extraits de spiruline peuvent être utilisés dans les aliments commercialisés ou comme compléments alimentaires.

Avantages de l'extraction d'algues par ultrasons

L'extraction par ultrasons excelle dans de nombreux domaines, tels que le rendement élevé, la fiabilité, la sécurité, la simplicité et le respect de l'environnement.

Rendement d'extraction complet

Des ultrasonateurs à haute performance ouvrent les cellules des algues et les perturbent de sorte que la matière intracellulaire est libérée. L'extraction par ultrasons libère ainsi tout le spectre des composés bioactifs, tels que les phycobiliprotéines, les caroténoïdes et lipides et les phénols.
Les phycobiliprotéines peuvent être différenciées en trois grands groupes, à savoir les chloro-phycocyanines, les allophycocyanines et les phycoérythrines. La C-Phycocyanine est un pigment bleu naturel, qui est largement utilisé dans les produits alimentaires et pharmaceutiques. L'extraction par ultrasons libère le spectre complet des protéines.

Haute efficacité d'extraction

Duangsee et al. (2009) ont testé deux méthodes différentes d'extraction (extraction par solvant assistée par ultrasons et extraction par congélation et décongélation répétées) de composés bioactifs de la biomasse d'Arthospira et ont constaté que l'extraction par solvant assistée par ultrasons donnait une efficacité d'extraction plus élevée (22,1 %) que la congélation et la décongélation (15,6 %). La comparaison des ruptures cellulaires entre la sonication et la congélation et la décongélation répétées montre que la sonication est plus efficace. La cavitation ultrasonique perturbe rapidement et efficacement les cellules des algues, ce qui entraîne une rupture cellulaire plus importante que les cellules de spiruline traitées par congélation et décongélation répétées.
La sonication était plus efficace pour briser l'enveloppe cellulaire que la congélation et la décongélation répétées. Le rendement d'extraction de la phycocyanine a montré que la température de traitement influençait l'efficacité de l'extraction.

Processus d'extraction rapide

Les systèmes à ultrasons à haute performance peuvent appliquer une puissance ultrasonore élevée via des amplitudes élevées dans la suspension d'algues. Cela fait de l'extraction par ultrasons une méthode de traitement très rapide.

contrôle de la température

L'ultrason est une technique d'extraction non thermique et purement mécanique. La température d'extraction peut être contrôlée avec précision à l'aide d'un capteur de température enfichable, qui est relié à l'ultrasonateur numérique Hielscher. Le logiciel des ultrasonateurs numériques de Hielscher permet de fixer des limites de température, de sorte que l'homogénéisateur à ultrasons s'arrête lorsque la limite de température est atteinte. Le contrôle précis de la température permet d'éviter la dégradation thermique des matériaux thermosensibles tels que les phycobiliprotéines, les vitamines, les polyphénols, les polysaccharides, les lipides et autres composés bioactifs.

Compatible avec divers solvants

L'échographie est compatible avec presque tous les solvants. L'extraction par ultrasons en combinaison avec des solvants verts tels que l'eau ou l'éthanol produit des extraits propres. Ces extraits ultrasoniques peuvent être incorporés sans danger dans les aliments puisque les solvants d'extraction, l'éthanol et l'eau, ont le statut GRAS (Generally Recognized As Safe).

Reproductibilité et normalisation des processus

Les ultrasonateurs numériques de Hielscher sont dotés d'un logiciel intelligent et d'une variété de réglages élaborés pour obtenir les paramètres d'extraction idéaux. Le logiciel enregistre tous les paramètres du processus ultrasonore (par exemple, amplitude, puissance nette, puissance totale, température, pression, heure, date) et écrit les données de sonication dans un fichier CSV sur la carte SD intégrée. Cela vous permet de standardiser votre processus d'extraction et de surveiller étroitement la sonication et la qualité de la sortie. Ces fonctions vous aident à respecter les exigences de stabilisation du processus ainsi que les bonnes pratiques de fabrication (BPF), qui sont toutes deux très importantes lorsque les extraits sont produits pour des suppléments, des produits alimentaires ou pharmaceutiques.

Protocole d'extraction de la phycocyanine par ultrasons

Mazumder et al. (2017) ont étudié les paramètres de traitement optimaux pour l'extraction ultrasonique de la phycocyanine et des composés phénoliques d'Arthospira platensis. Le rendement maximal de phycocyanine (29,9 mg/g) et de composés phénoliques totaux (2,4 mg/g) a été obtenu à une concentration d'éthanol de 40 %, à une température d'extraction de 34,9 °C, en utilisant l'ultrasonateur UP50H (50 watts, 30 kHz) à une amplitude de 95 % pour un temps d'extraction de 104,7 secondes.

Vernès et al. (2019) ont utilisé un ultrasoniseur UIP1000hdT (1000W, 20kHz) pour extraire les protéines de la spiruline. L'ultrasoniseur était équipé d'une sonotrode BS2d34 et d'un réacteur à flux ultrasonique (voir l'image ci-dessous pour la configuration exacte de l'extraction par ultrasons avec la cellule à flux et la pompe Seepex).

UIP1000hdT – Manothermosonication (MTS) et extraction de protéines de la spiruline à l'échelle du laboratoire
source : Vernes et al. 2019

Les résultats de la recherche montrent que les conditions d'extraction par ultrasons optimisées pour le rendement en protéines impliquent une température et une pression légèrement élevées (appelée manothermosonisation MTS). La MTS favorise le transfert de masse et permet d'obtenir 229 % de protéines en plus (28,42 ± 1,15 g/100 g de poids sec) que le procédé classique sans ultrasons (8,63 ± 1,15 g/100 g de poids sec).
Avec 28,42 g de protéines obtenues pour 100 g de biomasse de spiruline sèche dans l'extrait, un taux de récupération des protéines de 50 % a été atteint en seulement 6 minutes dans un processus de sonication continu. L'imagerie microscopique révèle que la cavitation acoustique affecte les filaments de spiruline par différents mécanismes tels que la fragmentation, la sonoporation, la détexturation. Ces différents effets rendent l'extraction, la libération et la solubilisation des composés bioactifs de la spiruline plus faciles et plus efficaces, ce qui se traduit par un rendement protéique élevé et de grande qualité.
En ce qui concerne la qualité des protéines extraites par ultrasons, les acides aminés n'ont pas été dégradés par le traitement aux ultrasons, mais ils sont présents en plus grande quantité dans le cas de la sonication par rapport à l'extraction conventionnelle.
Lorsque l'on compare la manothermosonication et l'extraction par ultrasons sans pression ni température élevées, la différence de rendement et d'efficacité d'extraction n'est que minime. Par conséquent, les ultrasons seuls sont considérés comme la technique la plus économique et la plus simple pour produire un extrait de haute qualité riche en protéines de spiruline. L'extraction par ultrasons est une technique d'extraction verte, respectueuse de l'environnement, adaptée à l'extraction des protéines de la spiruline à l'échelle du laboratoire, qui peut facilement être transposée à l'échelle pilote et industrielle. (cf. Vernès et al. 2019)

Extracteurs à ultrasons à haute performance

Tous les résultats d'extraction obtenus à petite échelle peuvent être transposés de manière linéaire à des capacités de production plus importantes. La vaste gamme de produits de Hielscher Ultrasons, du laboratoire aux systèmes d'extraction industriels, dispose de l'ultrasonateur le mieux adapté à la capacité du processus envisagé. Notre personnel expérimenté de longue date vous assistera depuis les tests de faisabilité et l'optimisation du processus jusqu'à l'installation de votre système ultrasonore au niveau de la production finale.

Hielscher Ultrasonics – Équipement d'extraction sophistiqué

Le portefeuille de produits de Hielscher Ultrasons couvre la gamme complète des extracteurs à ultrasons haute performance, de la petite à la grande échelle. Des accessoires supplémentaires permettent d'assembler facilement la configuration d'appareils à ultrasons la plus adaptée à votre processus. La configuration ultrasonique optimale dépend de la capacité, du volume, de la matière première, du processus par lot ou en ligne et du calendrier envisagés. La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions de travail difficiles et dans des environnements exigeants. En savoir plus sur la mise à l'échelle linéaire des procédés d'extraction par ultrasons !

Choisissez parmi divers accessoires tels que :

• des sonotrodes de tailles, de diamètres et de formes variés
• sonotrodes pour les hautes amplitudes de 200µm et plus
• des réacteurs à cellules de flux de volumes et de géométries variés
• de nombreuses cornes de rappel pour augmenter ou diminuer les gains
• des installations complètes de sonication telles que la SonoStation, qui comprend un extracteur ultrasonique, un réservoir, un agitateur et une pompe
• des capteurs de température enfichables
• capteurs de pression enfichables

Notre personnel bien formé et expérimenté vous consultera et vous recommandera le système à ultrasons le mieux adapté à vos besoins en matière de processus d'extraction !

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators: