Hielscher – Technologie Ultrasons

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.

Ultrasons de haute performance pour l'astaxanthine de haute qualité

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.
Pour libérer l'astaxanthine des microalgues vertes, les cellules des algues doivent être perturbées. L'ultrasonication est bien établie pour la désintégration cellulaire, la lyse et l'isolement des composés bioactifs tels que les lipides, les antioxydants, les polyphénols et les pigments naturels. Les ultrasons de haute performance créent des forces purement mécaniques qui perturbent les parois cellulaires par des forces de cisaillement et provoquent la libération de substances bioactives comme l'astaxanthine.

Extraction ultrasonique d'astaxanthine à partir de levure

UIP4000hdT 4kW puissant processeur ultrasonique pour l'extractionPhaffia rhodozyma est une levure riche en astaxanthine. Cependant, la paroi cellulaire épaisse de P. rhodozyma, qui est principalement composée de glucane et responsable de la rigidité cellulaire, rend la désintégration cellulaire et l'isolement de l'astaxanthine une tâche difficile. Des chercheurs (Gogate et al. 2015) ont découvert que l'extraction par ultrasons en combinaison avec l'acide lactique intensifie la rupture cellulaire et fait de l'extraction de l'astaxanthine de P. rhodozyma un processus plus écologique et plus respectueux de l'environnement. Ils utilisaient l'acide lactique comme milieu de perturbation et l'éthanol comme solvant d'extraction. Le rendement maximal en astaxanthine (90%) a été obtenu pour l'approche d'extraction assistée par ultrasons basée sur l'utilisation d'acide lactique 3 M, temps de rupture de 15 minutes. Puissants processeurs à ultrasons tels que le UIP4000hdT (4kW, voir photo de gauche) en combinaison avec un réacteur à circulation d'air pressurisable permettent de générer une cavitation très intense. Les forces de cisaillement cavitationnelles perturbent les parois cellulaires de la levure et favorisent le transfert de masse entre l'intérieur de la cellule et le solvant.

Avantages de l'extraction d'astaxanthine par ultrasons

  • 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

UP400St agité 8L extraction setupL'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 UIP2000hdT avec sonotrode RS4d40L4 (voir photo en haut à droite).

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

Extraction par ultrasons avec système 2kW UIP2000hdT

UIP2000hdT (2kW) pour l'extraction par lots à grande échelle

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Ultrasons haute performance pour l'extraction

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 vaste gamme de produits Hielscher s'étend des petits et puissants ultrasoniseurs de laboratoire aux systèmes robustes de table et entièrement industriels, qui fournissent des ultrasons de haute intensité pour l'extraction et l'isolation efficaces de composants bioactifs (par ex. quercétine, caféine, Curcumine, terpènes 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. Tous nos ultrasoniseurs sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, nécessitent peu d'entretien et sont faciles et sûrs à utiliser.
Colored touch display of the new hdT series of Hielscher's industrial ultrasonicatorsUn écran couleur numérique permet un contrôle convivial de l'équipement ultrasonique. Nos systèmes sont capables de fournir de faibles à très grandes amplitudes. Pour l'extraction de composés chimiques tels que l'astaxanthine, nous proposons des sonotrodes ultrasoniques spéciales (également appelées sondes ultrasoniques ou cornes) qui sont optimisées pour l'isolation sensible de substances actives de haute qualité. Les sonotrodes spéciales de Hielscher pour des amplitudes élevées en combinaison avec des cellules d'écoulement pressurisables génèrent des forces de cisaillement cavitationnelles extrêmes, qui perturbent même les cellules de levure les plus robustes. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher permet un fonctionnement 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. Les systèmes d'extraction par ultrasons automatisés à l'échelle industrielle de Hielscher sont conçus pour des capacités de production élevées et des extraits de qualité supérieure, tout en réduisant le travail, les coûts et l'énergie.

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Hielscher Ultrasons fabrique des ultrasons de haute performance pour des applications sonochimiques.

Des processeurs à ultrasons de haute puissance, du laboratoire au pilote et à l'échelle industrielle.

Littérature / Références

  • 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.


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 ultrasonore / acoustique crée des forces très intenses qui ouvrent les parois cellulaires connues sous le nom de lyse (Cliquez pour agrandir !)

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

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.

Les perturbateurs ultrasoniques sont utilisés pour les extractions à partir de sources phyto (par ex. plantes, algues, champignons).

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].

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.