Extraction d'astaxanthine par ultrasons pour des rendements plus élevés
- L'astaxanthine est un antioxydant très puissant utilisé dans les produits pharmaceutiques et les suppléments nutritionnels.
- Pour produire de l'astaxanthine de haute qualité à partir de sources naturelles telles que les algues, une technique d'extraction très performante est nécessaire.
- L'extraction par ultrasons est un traitement mécanique qui permet d'obtenir des rendements élevés d'astaxanthine dans un temps d'extraction très court.
Sonicateurs haute performance pour des extraits d'astaxanthine de haute qualité
L'extraction ultrasonique est une technique d'extraction très performante qui utilise des ondes ultrasoniques intenses pour extraire l'astaxanthine de sources naturelles, telles que les microalgues, le krill ou les crustacés. L'astaxanthine est un pigment caroténoïde naturel connu pour ses puissantes propriétés antioxydantes et ses divers bienfaits pour la santé. Elle est couramment utilisée comme complément alimentaire et comme colorant alimentaire. Lear comment la sonication permet d'améliorer votre processus d'extraction de l'astaxanthine !
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Extraction ultrasonique d'astaxanthine à partir de microalgues
Astaxanthine pour les compléments alimentaires, qui sont consommés par l'homme et les animaux pour leurs bienfaits pour la santé, l'astaxanthine est obtenue à partir de fruits de mer ou extraite de l'algue H. pluvialis. Haematococcus pluvialis est une microalgue verte, qui produit des teneurs élevées en astaxanthine lorsque des conditions de stress sont appliquées, par exemple une salinité élevée, une carence en azote, une température élevée et la lumière. Avec jusqu'à 9,2 mg/g d'astaxanthine par cellule d'algue (= jusqu'à 3,8% sur le poids sec de H. pluvialis), l'Haematococcus pluvialis accumule une très forte teneur en astaxanthine naturelle et est donc l'organisme préféré pour la production d'astaxanthine.
Afin de libérer l'astaxanthine des microalgues vertes, les cellules des algues doivent être perturbées. L'utilisation des ultrasons est bien établie pour la désintégration des cellules, la lyse et l'isolement des composés bioactifs tels que les lipides, les antioxydants, les polyphénols et les pigments naturels. Les ultrasons à haute performance créent des forces purement mécaniques qui perturbent les parois cellulaires par des forces de cisaillement et provoquent la libération de substances bioactives telles que l'astaxanthine.
Extraction ultrasonique d'astaxanthine à partir de levure
Phaffia rhodozyma est une levure riche en astaxanthine. Cependant, la paroi cellulaire épaisse de P. rhodozyma, qui est principalement composée de glucanes et responsable de la rigidité de la cellule, fait de la désintégration cellulaire et de l'isolement de l'astaxanthine une tâche exigeante. Des chercheurs (Gogate et al. 2015) ont découvert que l'extraction ultrasonique combinée à l'acide lactique intensifie la désintégration cellulaire et fait de l'extraction de l'astaxanthine de P. rhodozyma un processus plus écologique et plus respectueux de l'environnement. Ils ont utilisé l'acide lactique comme milieu de désintégration et l'éthanol comme solvant pour l'extraction. Le rendement maximal d'astaxanthine (90 %) a été obtenu pour l'approche d'extraction assistée par ultrasons basée sur l'utilisation d'acide lactique 3 M et d'un temps de désagrégation de 15 minutes. Des extracteurs ultrasoniques puissants tels que l'UIP4000hd (4kW, voir photo de gauche), combinés à un réacteur à circulation pressurisable, permettent de générer une cavitation très intense. Les forces de cisaillement de la cavitation perturbent les parois cellulaires de la levure et favorisent le transfert de masse entre l'intérieur de la cellule et le solvant.
- Rendement supérieur
- Extraction à grande vitesse – en quelques minutes
- extraits de haute qualité – Doux, non thermique
- Solvants verts (p. ex. eau/éthanol)
- rentable
- Facile à utiliser et sûr
- Faibles coûts d'investissement et d'exploitation
- Fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, sous charge lourde
- Une méthode verte et respectueuse de l'environnement
Extraction d'astaxanthine par ultrasons – en mode batch ou débit continu
L'astaxanthine est un composé lipophile qui peut être dissous dans des solvants (p. ex. 48,0 % d'éthanol dans l'acétate d'éthyle) et des huiles (p. ex. huile de soja).
Batch : Les procédés d'extraction par ultrasons peuvent être utilisés comme de simples procédés par lots ou comme traitement en ligne, où le milieu est alimenté en continu à travers un réacteur à écoulement ultrasonore.
Le traitement par lots est une procédure simple, où l'extraction est effectuée lot par lot. Hielscher Ultrasons propose des processeurs ultrasoniques pour les petites et grandes séries, c'est-à-dire de 1L à 120L.
Pour le traitement de lots de 5 à 10L, nous recommandons l'utilisation de la fonction UP400St avec sonotrode S24d22L2D (voir photo à gauche).
Pour le traitement de lots d'environ 120L, nous recommandons l'utilisation de l'outil Sonicator UIP2000hdT avec la sonotrode RS4d40L4.
Le flux d'air : Pour des volumes plus importants et une extraction commerciale à grande échelle, un flux continu de liquide est acheminé à travers un réacteur à ultrasons, où le solvant/bouillie botanique est intensément sonié.
Pour un volume d'env. 8 l/min, nous recommandons l'utilisation de l'outil UIP4000hdT avec sonotrode RS4d40L3 et débitmètre pressurisable FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) pour l'extraction par lots à grande échelle
Ultrasons haute performance pour l'extraction
Hielscher Ultrasonics est spécialisé dans la fabrication de sonicateurs de haute performance pour la production d'extraits de haute qualité à partir de plantes, de levures et de cellules. La large gamme de produits de Hielscher Ultrasonics s'étend des petits et puissants sonificateurs de laboratoire aux systèmes robustes de paillasse et entièrement industriels, qui délivrent des ultrasons de haute intensité pour l'extraction et l'isolation efficaces de composants bioactifs tels que l'astaxanthine, la quercétine, la caféine, la curcumine, les terpènes, etc. Tous les sonicateurs numériques de 200W à 16 000W sont dotés d'un menu intuitif avec des paramètres programmables, d'un écran tactile coloré pour une utilisation confortable, d'une carte SD intégrée pour l'enregistrement automatique des données, d'une télécommande avec navigateur et de nombreuses autres fonctions conviviales. Les sonotrodes et les cellules d'écoulement (les parties en contact avec le milieu) peuvent être stérilisées à l'autoclave et sont faciles à nettoyer. Tous nos ultrasons sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, nécessitent peu d'entretien et sont faciles et sûrs à utiliser.
Un écran couleur numérique permet un contrôle convivial de l'équipement ultrasonique. Nos systèmes sont capables de délivrer des amplitudes faibles à très élevées. Pour l'extraction de composés chimiques tels que l'astaxanthine, nous proposons des sonotrodes ultrasoniques spéciales (également appelées sondes ou cornes ultrasoniques) qui sont optimisées pour l'isolation sensible de substances actives de haute qualité. Hielscher propose des sonotrodes spéciales pour des amplitudes élevées en combinaison avec des cellules d'écoulement pressurisables capables de générer des forces de cisaillement cavitationnelles extrêmes, qui perturbent même les cellules de levure les plus robustes. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher lui permet de fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles et dans des environnements exigeants.
Le contrôle précis des paramètres du processus ultrasonique garantit la reproductibilité et la normalisation du processus. Les systèmes d'extraction par ultrasons automatisés à l'échelle industrielle de Hielscher sont conçus pour des capacités de production élevées d'extraits de qualité supérieure, tout en réduisant la main-d'œuvre, les coûts et l'énergie.
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Littérature / Références
- B. Brands and M. Kleinke (2022): Astaxanthin production in Xanthophyllomyces dendrorhous grown in medium containing watery extracts from vegetable residue streams. IOP Conference Series: Earth Environ. Sci. 1034, 2022.
- Chougle, J.A.; Singha, R.S.; Baik, O.-D.(2014): Recovery of Astaxanthin from Paracoccus NBRC 101723 using Ultrasound-Assisted Three Phase Partitioning (UA-TPP). Separation Science and Technology, 49, 2014.
- Gogate et al. (2015): Ultrasound-assisted Intensification of Extraction of Astaxanthin from Phaffia rhodozyma. Indian Chemical Engineer 2015, 57:3-4, 240-255.
- Zou et al. (2013): Response Surface Methodology for Ultrasound-Assisted Extraction of Astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine Drugs 2013, 11, 1644-1655.
- Farid Chemat, Natacha Rombaut, Anne-Gaëlle Sicaire, Alice Meullemiestre, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier, Maryline Abert-Vian (2017): Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques, combinations, protocols and applications. A review. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 34, 2017. 540-560.
Qu'il faut savoir
Sono-Extraction
L'extraction par ultrasons ou sono-extraction est basée sur le principe de la cavitation acoustique.
Lorsque des ondes ultrasonores intenses sont appliquées à des systèmes liquides, il se produit une cavitation acoustique, qui est le phénomène de génération, de croissance et d'effondrement éventuel des bulles de vide (voir photo ci-dessous). Pendant la propagation des ondes ultrasonores, les bulles de vide oscillent et grossissent jusqu'à ce qu'elles atteignent un point où elles ne peuvent plus absorber d'énergie. Au sommet de la croissance des bulles, elles s'effondrent violemment, ce qui provoque localement des effets thermiques, mécaniques et chimiques. Les effets mécaniques comprennent des pressions élevées allant jusqu'à 1000atm, des turbulences et des forces de cisaillement intenses. Ces forces perturbent les parois cellulaires et favorisent le transfert de masse entre l'intérieur de la cellule et le solvant, libérant des composés bioactifs dans le liquide environnant (c.-à-d. le solvant).
La cavitation acoustique, générée par des ultrasons de haute intensité et de basse fréquence, crée des forces de cisaillement intenses et des différentiels de pression et de température localement élevés, qui fournissent l'impact nécessaire à la désintégration des cellules, à un mélange intense et à un transfert de masse. Ces forces de cisaillement ultrasoniques sont appliquées avec succès à l'extraction du cannabis.
L'extraction par ultrasons de composés à partir de plantes médicinales et de tissus cellulaires a fait l'objet de recherches approfondies. L'application d'ondes ultrasonores très intenses favorise considérablement les processus d'extraction. Outre l'intensification des processus – ce qui se traduit par des rendements plus élevés et un temps d'extraction plus court – La dégradation thermique et la perte des composants sensibles à la température sont évitées puisque la sonication est un traitement non thermique. De plus, l'extraction par ultrasons a de faibles coûts d'investissement et d'exploitation, réduit l'utilisation de solvants et/ou permet l'utilisation de solvants plus écologiques, ce qui en fait une technique d'extraction économique et écologique. Surpassant les méthodes d'extraction conventionnelles, l'extraction assistée par ultrasons (EAU) a été adoptée dans l'industrie alimentaire pour produire des composés bioactifs à gains économiques.
De puissantes ondes ultrasonores perturbent la matrice cellulaire des structures biologiques et libèrent les composés bioactifs. Le transfert de masse entre la matière végétale et le solvant est intensifié. Grâce à ces mécanismes, l'extraction par ultrasons est très efficace pour l'extraction du cannabis.
Astaxanthine
L'astaxanthine se distingue par une couleur rouge foncé. C'est un pigment liposoluble que l'on trouve dans les algues (Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), les levures (Phaffia rhodozyma), le saumon, la truite, le krill, les crevettes et les langoustes. L'astaxanthine est considérée comme un super-antioxydant puisque son pouvoir antioxydant est dix à vingt fois plus puissant que celui de nombreux autres caroténoïdes, comme le bêta-carotène, la lutéine et la zéaxanthine, et cent fois plus puissant que l'alpha-tocophérol (vitamine E).
L'astaxanthine (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotène-4,4′-dione) est un céto-carotène et appartient à une classe plus large de composés chimiques appelés terpènes (comme tétraterpénoïde), qui sont composés de cinq précurseurs du carbone, d'isopentényl diphosphate et de diméthylallyl diphosphate. L'astaxanthine est classée comme un type de composés caroténoïdes avec des composants contenant de l'oxygène, à savoir hydroxyle (-OH) ou cétone (C=O), comme la zéaxanthine et la canthaxanthine. L'astaxanthine est un métabolite de la zéaxanthine et/ou de la canthaxanthine, contenant des groupes fonctionnels hydroxyle et cétone. Comme beaucoup de caroténoïdes, l'astaxanthine est un pigment liposoluble et se distingue par sa couleur rouge. Les caroténoïdes, dont l'astaxanthine, sont bien connus pour leur capacité antioxydante.
L'astaxanthine est un pigment rouge qui provient naturellement des microalgues de l'eau de pluie (Haematococcus pluvialis) et de la levure appelée Xanthophyllomyces dendrorhous (aussi appelée Phaffia rhodozyma). L'algue subit un stress par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs conditions allant du manque de nutriments à une salinité accrue, en passant par un ensoleillement excessif pour créer l'astaxanthine. Les espèces qui consomment ces microalgues d'eau douce stressées, comme le saumon, la truite rouge, la dorade rouge, le flamant rose, les crustacés (p. ex. crevette, krill, crabe, homard, langouste), reflètent la pigmentation des teintes rouge-orange dans leur apparence.
Comme supplément, l'astaxanthine est administrée pour ses effets bénéfiques pour la santé et pour le traitement des maladies. L'astaxanthine est un nutraceutique bien établi administré pour améliorer la santé de la peau (p. ex. réduire les rides, les dommages causés par les coups de soleil, etc.)
De plus, l'astaxanthine est de plus en plus utilisée dans le traitement de la maladie d'Alzheimer, de la maladie de Parkinson, des maladies cardio-vasculaires, de l'hypercholestérolémie, des maladies du foie, de la dégénérescence maculaire liée au vieillissement et de la prévention du cancer.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons de haute performance à partir d'une technologie de pointe. laboratoires à taille industrielle.