Extraction d'anthocyanine par ultrasons
- Les anthocyanines sont largement utilisées comme colorant naturel et additif nutritionnel dans les produits alimentaires.
- L'extraction par ultrasons favorise la libération d'anthocyanes de haute qualité par les plantes, ce qui se traduit par des rendements plus élevés et un processus rapide.
- La sonication est une technique douce, verte et efficace pour la production industrielle d'anthocyanines de qualité alimentaire/pharma.
anthocyanes
Les anthocyanines sont largement utilisées comme colorants naturels dans l'industrie alimentaire. Ils ont un large spectre de couleurs, allant de l'orange au rouge, en passant par le violet et le bleu, en fonction de la structure moléculaire et du pH. L'intérêt des anthocyanines ne tient pas seulement à leur effet colorant, mais aussi à leurs propriétés bénéfiques pour la santé. En raison des préoccupations croissantes en matière d'environnement et de santé concernant les colorants synthétiques, les colorants naturels sont une excellente alternative comme colorant écologique pour l'industrie alimentaire et pharmaceutique.
Extraction d'anthocyanine améliorée par ultrasons
- Les rendements plus élevés
- Processus d'extraction rapide – en quelques minutes
- extraits de haute qualité – extraction légère, non thermique
- Solvants verts (eau, éthanol, glycérine, huiles végétales, etc.)
- Facile à utiliser et sûr
- Faibles coûts d'investissement et d'exploitation
- Robustesse et maintenance réduite
- Méthode écologique et respectueuse de l'environnement
ultrasonateur UP400St pour l'extraction à grande vitesse de plantes médicinales en lots.
Comment extraire les anthocyyanines par ultrasons ? – Études de cas
Extraction ultrasonique d'anthocyanine du riz pourpre Oryza Sativa L.
Le riz violet de la souche Oryza Sativa (également connu sous le nom de Violet Nori ou riz violet) est extraordinairement riche en composés phénoliques tels que le groupe des anthocyanines. Turrini et al. (2018) ont utilisé l'extraction par ultrasons pour isoler les polyphénols tels que les anthocyanines et les antioxydants du caryopse (sous forme entière, brune et étuvée) et des feuilles de riz violet. L'extraction par ultrasons a été réalisée à l'aide d'un Hielscher UP200St (200W, 26kHz, photo à gauche) et de l'éthanol à 60 % comme solvant.
Afin de préserver l'intégrité des anthocyanes, les extraits ultrasoniques ont été stockés à -20°C, ce qui a permis de les conserver pendant au moins trois mois.
Le glucoside de cyanidine-3 (également connu sous le nom de chrysanthémine) a été de loin la principale anthocyanine détectée dans les cultivars'Violet Nori','Artemide' et'Nerone' étudiés dans l'étude de Turrini et al, tandis que le peonidin-3-glucoside et le cyanidin-3-rutinoside (également antirrhinine) étaient trouvés en quantités inférieures.
Les feuilles violettes d'Oryza Sativa sont une excellente source d'anthocyanines et de contenu phénolique total (TPC). Avec une quantité environ 2 à 3 fois supérieure à celle du riz et de la farine, les feuilles d'oryza constituent une matière première peu coûteuse pour l'extraction des anthocyanines. Un rendement estimé d'environ 4 kg d'anthocyanine par tonne de feuilles fraîches est significativement supérieur à celui de 1 kg d'anthocyanine par tonne de riz, calculé sur la base des quantités moyennes d'anthocyanine détectées dans le riz'Violet Nori' (1300 µg/g de riz, sous forme de cyanidine-3-glucoside) pour un rendement de 68 kg de riz sur un paddy de 100 kg.
Extraction ultrasonique d'anthocyanine du chou rouge
Ravanfar et ses collaborateurs (2015) ont étudié l'efficacité de l'extraction par ultrasons des anthocyanines du chou rouge. Des expériences d'extraction par ultrasons ont été réalisées à l'aide d'un système à ultrasons. UP100H (Ultrasons Hielscher, 30 kHz, 100 W). La sonotrode MS10 (diamètre de l'embout de 10 mm) a été insérée au centre d'un bécher de verre à double paroi à température contrôlée.
Des morceaux de chou rouge fraîchement coupés de 5 mm de diamètre (forme cubique) et 92.11 ± 0.45 % d'humidité ont été utilisés pour cette expérience. Un bécher en verre à double paroi (volume : 200 ml) a été rempli avec 100 ml d'eau distillée et 2 g de morceaux de chou rouge. Le bécher a été recouvert d'une feuille d'aluminium pour éviter la perte de solvant (eau) par évaporation pendant le processus. Dans toutes les expériences, la température dans le bécher a été maintenue à l'aide d'un régulateur thermostatique. Des échantillons ont finalement été prélevés, filtrés et centrifugés à 4000 tr/min et des surnageants ont été utilisés pour déterminer le rendement en anthocyanine. L'extraction au bain-marie a été effectuée comme expérience témoin.
Le rendement optimal en anthocyanine du chou rouge a été déterminé à la puissance de 100 W, au temps de 30 min et à la température de 15°C, ce qui a donné un rendement en anthocyanine de 21 mg/L environ.
En raison de ses changements de couleur sur la valeur du pH et de sa coloration intense, la teinture de chou rouge a été utilisée comme indicateur de pH dans des formulations pharmaceutiques ou comme antioxydant et colorant dans des systèmes alimentaires, respectivement.
Les ultrasons intensifient considérablement l'extraction des anthocyanines des matières végétales.
source : Ravanfar et al. 2015
D'autres études démontrent le succès de l'extraction par ultrasons des anthocyanines des bleuets, mûres, raisins, cerises, fraises et patates douces pourpres, entre autres.
installation de traitement par ultrasons avec UIP1000hdT pour l'extraction de composés bioactifs à partir de plantes médicinales dans un lot. [Petigny et al. 2013]
Processeurs à ultrasons haute puissance de laboratoires pour piloter et échelle industrielle.
Extracteurs à ultrasons à haute performance
Hielscher Ultrasons est spécialisée dans la fabrication de processeurs à ultrasons de haute performance pour la production d'extraits de plantes de haute qualité.
La large gamme de produits Hielscher s'étend des petits et puissants ultrasons de laboratoire aux systèmes robustes de laboratoire et entièrement industriels, qui fournissent des ultrasons de haute intensité pour l'extraction et l'isolation efficaces de substances bioactives (par exemple, les anthocyanines, gingérol, pipérine, Curcumine etc.). Tous les appareils à ultrasons de 200W à 16,000W disposent d'un écran couleur pour la commande numérique, d'une carte SD intégrée pour l'enregistrement automatique des données, d'une télécommande du navigateur et de nombreuses autres fonctions plus conviviales. Les sonotrodes et les cellules d'écoulement (les pièces en contact avec le fluide) sont autoclavables et faciles à nettoyer.
Les processeurs à ultrasons robustes de Hielscher sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge, nécessitent peu d'entretien et sont faciles et sûrs à utiliser. Un écran couleur numérique permet une commande conviviale de l'ultrasoniseur.
Nos systèmes sont capables de fournir de faibles à très grandes amplitudes. Pour l'extraction des cannabinoïdes et des terpènes, nous proposons des sonotrodes ultrasoniques spéciales (également appelées sondes ultrasoniques ou cornes) qui sont optimisées pour l'isolement sensible de substances actives de haute qualité. Tous nos systèmes peuvent être utilisés pour l'extraction et l'émulsification ultérieure de cannabinoïdes. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher permet un fonctionnement continu (24 heures sur 24, 7 jours sur 7) dans des environnements difficiles et exigeants.
Le contrôle précis des paramètres du processus ultrasonique assure la reproductibilité et la standardisation du processus.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:
| lot Volume | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500 ml | 10 à 200 ml / min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400 ml / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 20L | 00,2 à 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 à 100l | 2 à 10 L / min | UIP4000hdT |
| n / a. | 10 à 100 litres / min | UIP16000 |
| n / a. | plus grand | groupe de UIP16000 |
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Processeur ultrasonique UIP4000hdT (4kW) pour l'extraction
Littérature / Références
- Chemat, Farid; Rombaut, Natacha; Sicaire, Anne-Gaëlle; Meullemiestre, Alice; Fabiano-Tixier, Anne-Sylvie; Abert-Vian, Maryline (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry 34 (2017) 540–560.
- Ravanfar, Raheleh; Tamadon, Ali Mohammad, Niakousari, Mehrdad (2015): Optimization of ultrasound assisted extraction of anthocyanins from red cabbage using Taguchi design method. J Food Sci Technol. 2015 Dec; 52(12): 8140–8147.
- Turrini, Federica; Boggia, Raffaella; Leardi, Riccardo; Borriello, Matilde; Zunin, Paola (2018): Optimization of the Ultrasonic-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Oryza Sativa L. ‘Violet Nori’ and Determination of the Antioxidant Properties of its Caryopses and Leaves. Molecules 2018, 23, 844.
Qu'il faut savoir
Comment fonctionne l'extraction assistée par ultrasons ?
L'application d'ondes ultrasonores intenses à un milieu liquide entraîne la cavitation. Le phénomène de cavitation conduit localement à des températures extrêmes, des pressions, des vitesses de chauffage/refroidissement, des différences de pression et des forces de cisaillement élevées dans le fluide. Lorsque les bulles de cavitation implosent à la surface des solides (particules, cellules végétales, tissus, etc.), les micro-jets et les collisions interparticulaires produisent des effets tels que l'écaillage de surface, l'érosion et la dégradation des particules. De plus, l'implosion des bulles de cavitation dans les milieux liquides crée des macro-turbulences et des micro-mixages.
L'irraditation ultrasonique du matériel végétal fragmente la matrice des cellules végétales et améliore l'hydratation de celles-ci. Chemat et ses collaborateurs (2015) concluent que l'extraction par ultrasons de composés bioactifs à partir de plantes médicinales est le résultat de différents mécanismes indépendants ou combinés, notamment la fragmentation, l'érosion, la capillarité, la détexturation 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 en phyto-composant, et assurent le mouvement du liquide par micromélange.
L'extraction par ultrasons est basée sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques.
L'irraditation ultrasonique du matériel végétal fragmente la matrice des cellules végétales et améliore l'hydratation de celles-ci. Chemat et ses collaborateurs (2015) concluent que l'extraction par ultrasons de composés bioactifs à partir de plantes médicinales est le résultat de différents mécanismes indépendants ou combinés, notamment la fragmentation, l'érosion, la capillarité, la détexturation 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 en phyto-composant, et assurent le mouvement du liquide par micromélange.
L'extraction par ultrasons permet d'isoler très rapidement les composés, ce qui surpasse les méthodes d'extraction conventionnelles en réduisant le temps de traitement, en augmentant le rendement et en abaissant la température. En tant que traitement mécanique doux, l'extraction assistée par ultrasons évite la dégradation thermique des composants bioactifs et excelle par rapport à d'autres techniques telles que l'extraction par solvant conventionnelle, l'hydrodistillation ou l'extraction Soxhlet, qui sont connues pour détruire les molécules thermosensibles. En raison de ces avantages, l'extraction par ultrasons est la technique préférée pour la libération de composés bioactifs sensibles à la température des plantes.
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].
Anthocyanine – Pigment végétal précieux
Les anthocyanines sont des pigments végétaux vacuolaires, qui peuvent apparaître rouges, violets, bleus ou noirs. L'expression de la couleur des pigments anthocyaniques hydrosolubles dépend de leur pH. Les anthocyanines se trouvent dans la vacuole cellulaire, principalement dans les fleurs et les fruits, mais aussi dans les feuilles, les tiges et les racines, où elles se trouvent surtout dans les couches cellulaires externes comme l'épiderme et les cellules périphériques mésophiles.
Les glycosides de cyanidine, delphinidine, malvidine, pélargonidine, peonidine et petunidine sont les plus fréquents dans la nature.
Parmi les principaux exemples de plantes riches en anthocyanines, mentionnons les espèces de vaccinium comme le bleuet, la canneberge et la myrtille ; les baies de Rubus, dont la framboise noire, la framboise rouge et la mûre ; le cassis, la cerise, l'aubergine, le riz noir, l'ube, la patate douce d'Okinawa, le raisin Concord, la muscadine, le chou rouge et la violette. Les pêches et les pommes à chair rouge contiennent des anthocyanines. Les anthocyanines sont moins abondantes dans la banane, l'asperge, le pois, le fenouil, la poire et la pomme de terre, et peuvent être totalement absentes dans certains cultivars de groseilles à maquereau.
Structure des principales anthocyanines
Les anthocyanines sont une excellente alternative pour remplacer les colorants synthétiques dans les produits alimentaires. Les anthocyanines sont autorisées comme colorants alimentaires dans l'Union européenne, en Australie et en Nouvelle-Zélande, sous le code de colorant E163. Les anthocyanines se trouvent dans les fruits et légumes et peuvent être décrites comme un type de pigments végétaux hydrosolubles. Chimiquement, les anthocyanines sont des glycosides d'anthocyanidines à base de la structure 2-phénylbenzophyrylium (flavylium). Il existe plus de 200 phytochimiques distincts qui entrent dans la catégorie des anthocyanines. En tant que pigment de couleur principale des fruits sauvages et des baies, il existe de nombreuses sources d'où l'on peut extraire les anthocyanines. La peau du raisin est une source importante d'anthocyanines. Les pigments anthocyaniques de la peau du raisin sont principalement constitués de di-glucosides, mono-glucosides, monoglucosides acylés ainsi que de di-glucosides acylés de péonidine, malvidine, cyanidine, petunidine et delphinidine. La teneur en anthocyanine du raisin varie de 30 à 750 mg/100 g.
Les anthocyanines les plus importantes sont la cyanidine, la delphinidine, la pélargonidine, la péonidine, la malvidine et la petunidine.
Par exemple, les anthocyanines peonidin-3-caféoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside, peonidin-3-(6″-caffeoyl-6‴-feruloyl sophoroside)-5-glucoside et cyanidin-3-caffeoyl-p-hydroxybenzoyl sophoroside-5-glucoside se retrouvent dans la patate douce violette.
anthocyanes – Avantages pour la santé
En plus de leur grande capacité à fonctionner comme colorant alimentaire naturel, les anthocyanines sont très appréciées pour leurs effets antioxydants. Par conséquent, les anthocyanines ont de nombreux effets positifs sur la santé. La recherche a montré que les anthocyanines peuvent inhiber les lésions de l'ADN dans les cellules cancéreuses, inhiber les enzymes digestives, induire la production d'insuline dans les cellules pancréatiques isolées, réduire les réponses inflammatoires, protéger contre le déclin lié au vieillissement des fonctions cérébrales, améliorer l'étanchéité des vaisseaux capillaires et prévenir les agrégations de thrombocytes.