Extraction ultrasonique de l'astaxanthine pour des rendements plus élevés
- L'astaxanthine est un antioxydant très puissant utilisé dans les produits pharmaceutiques et les compléments alimentaires.
- Pour produire de l'astaxanthine de haute qualité à partir de sources naturelles telles que les algues, une technique d'extraction 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
L'astaxanthine pour les compléments alimentaires, qui sont consommés par les humains et les animaux pour leurs effets bénéfiques sur la santé, 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 et une lumière élevées. Avec jusqu'à 9,2 mg/g d'astaxanthine par cellule d'algue (= jusqu'à 3,8 % du poids sec de H. pluvialis), Haematococcus pluvialis accumule une teneur très élevée 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 levures
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 (par exemple eau/éthanol)
- Rentabilité
- Fonctionnement simple et sûr
- Faibles coûts d'investissement et d'exploitation
- Fonctionnement 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans des conditions difficiles
- Méthode verte et écologique
Extraction ultrasonique d'astaxanthine – en mode discontinu ou continu
L'astaxanthine est un composé lipophile qui peut être dissous dans des solvants (par exemple 48,0 % d'éthanol dans l'acétate d'éthyle) et des huiles (par exemple l'huile de soja).
Lot : Les procédés d'extraction par ultrasons peuvent être utilisés comme de simples procédés discontinus ou comme des traitements en ligne, où le milieu est alimenté en continu à travers un réacteur ultrasonique à écoulement continu.
Le traitement par lots est une procédure simple, dans laquelle l'extraction est effectuée lot par lot. Hielscher Ultrasonics propose des processeurs à ultrasons pour les petits et les grands lots, c'est-à-dire de 1L à 120L.
Pour le traitement de lots de 5 à 10 litres, nous recommandons l'utilisation de l'appareil UP400St avec la sonotrode S24d22L2D (voir image de gauche).
Pour le traitement de lots d'environ 120 litres, nous recommandons l'utilisation de l'appareil de traitement des eaux usées. Sonicateur UIP2000hdT avec la sonotrode RS4d40L4.
Passage de l'eau : Pour les volumes plus importants et l'extraction commerciale à grande échelle, un flux liquide continu est introduit dans un réacteur à ultrasons, où la boue de solvant/botanique est intensément soniquée.
Pour un volume d'environ 8L/min, nous recommandons l'option UIP4000hdT avec sonotrode RS4d40L3 et cellule d'écoulement pressurisable FC130L4-3G0
UIP2000hdT (2kW) pour l'extraction par lots à grande échelle
Ultrasons à 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 connues sous le nom de sondes ou de 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, la cavitation acoustique se produit, c'est-à-dire le phénomène de génération, de croissance et finalement d'effondrement des bulles de vide (voir l'image 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 point culminant 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 pouvant atteindre 1 000 atm, 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'est-à-dire 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 des composés des plantes et des tissus cellulaires a fait l'objet de nombreuses recherches. L'application d'ondes ultrasoniques très intenses favorise considérablement les processus d'extraction. Outre l'intensification du processus – ce qui permet d'obtenir des rendements plus élevés et des temps d'extraction plus courts – la dégradation thermique et la perte de constituants sensibles à la température sont évitées puisque la sonication est un traitement non thermique. En outre, l'extraction par ultrasons présente 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 respectueuse de l'environnement. Plus performante que les méthodes d'extraction conventionnelles, l'extraction assistée par ultrasons a été adoptée par l'industrie alimentaire pour produire des composés bioactifs avec des 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 sa couleur rouge foncé. Il s'agit d'un pigment liposoluble que l'on trouve dans les algues (par exemple Haematococcus pluvialis, Chlorella zofingiensis, Chlorococcum), la levure (par exemple Phaffia rhodozyma), le saumon, la truite, le krill, les crevettes et les écrevisses. L'astaxanthine est considérée comme un super-antioxydant, car son pouvoir antioxydant est dix à vingt fois supérieur à celui de nombreux autres caroténoïdes, tels que le bêta-carotène, la lutéine et la zéaxanthine, et cent fois supérieur à celui de l'alpha-tocophérol (vitamine E).
L'astaxanthine (3,3′-dihydroxy-β, β′-carotène-4,4′-dione) est un céto-caroténoïde et appartient à une classe plus large de composés chimiques connus sous le nom de terpènes (en tant que tétraterpénoïde), qui sont composés de précurseurs à cinq carbones, de diphosphate d'isopentényle et de diphosphate de diméthylallyle. L'astaxanthine est classée comme un type de composés caroténoïdes avec des composants contenant de l'oxygène, à savoir l'hydroxyle (-OH) ou la cétone (C=O), comme la zéaxanthine et la canthaxanthine. L'astaxanthine est un métabolite de la zéaxanthine et/ou de la canthaxanthine, contenant à la fois des groupes fonctionnels hydroxyle et cétone. Comme de nombreux caroténoïdes, l'astaxanthine est un pigment liposoluble qui 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 d'eau de pluie (Haematococcus pluvialis) et de la levure Xanthophyllomyces dendrorhous (également connue sous le nom de Phaffia rhodozyma). Les algues subissent un stress par le biais d'une ou d'une combinaison de conditions allant du manque de nutriments à l'augmentation de la salinité, en passant par un ensoleillement excessif, afin de créer de l'astaxanthine. Les espèces qui consomment ces microalgues d'eau douce stressées, telles que le saumon, la truite rouge, la dorade rouge, le flamant rose, les crustacés (par exemple, les crevettes, le krill, le crabe, le homard, les écrevisses), reflètent la pigmentation des teintes rouge-orange dans leur apparence.
L'astaxanthine est administrée sous forme de supplément pour ses effets bénéfiques sur la santé et le traitement des maladies. L'astaxanthine est un produit nutraceutique bien connu, administré pour améliorer la santé de la peau (par exemple, réduire les rides, les dommages causés par les brûlures du soleil, etc.)
En outre, l'astaxanthine fait l'objet d'une attention croissante pour son utilisation 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 à l'âge et dans la prévention du cancer.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.