Extraction de la pipérine du poivre par ultrasons

• La pipérine est une substance bioactive présente dans les grains de poivre et appréciée pour ses propriétés pharmacologiques.
• L’extraction par ultrasons est une technique efficace, simple et rapide permettant d’isoler une pipérine de haute qualité.
• L’extraction par ultrasons est une méthode fiable et éprouvée, déjà largement utilisée dans les industries pharmaceutique et alimentaire.

Extraction de la pipérine par ultrasons haute performance

La pipérine est un composé bioactif apprécié, connu pour sa capacité potentielle à augmenter l’absorption de la curcumine, du sélénium, de la vitamine B12, du bêta-carotène et d’autres composés. Les industries pharmaceutique et de la nutrition s’intéressent donc vivement à l’extraction rapide et simple d’une pipérine de haute qualité.
L’extraction conventionnelle de la pipérine et de la pipéridine repose sur une extraction longue par solvant utilisant du DMC (dichlorométhane), qui est toxique. L’extraction par ultrasons surpasse l’extraction conventionnelle par solvant grâce à des rendements supérieurs, à l’utilisation de solvants non toxiques (par exemple, l’éthanol) et à un processus d’extraction rapide. Les ultrasons haute performance créent une cavitation dans les liquides. La cavitation acoustique, ou ultrasonore, génère localement des conditions extrêmes, telles que des températures extrêmement élevées et des différences de pression, des jets de liquide et des forces de cisaillement. Ces forces ultrasonores rompent les parois cellulaires et augmentent le transfert de matière entre l’intérieur des cellules et le solvant environnant, permettant ainsi la libération des substances bioactives. L’extraction par ultrasons est une technique éprouvée pour isoler des composés ciblés, comme la pipérine, à partir de poivre moulu (piper nigrum, piper longum).

Conditions d’extraction optimales par sonication

L’un des principaux avantages de l’isolement par ultrasons est le contrôle précis de tous les paramètres du procédé. L’intensité ultrasonore (amplitude, puissance, cycle de service), le temps d’extraction, le solvant, le rapport solide/solvant et la température peuvent être réglés sur des conditions optimales afin d’obtenir le rendement maximal en pipérine de haute qualité.

Exemple de protocole d’extraction de la pipérine par ultrasons

Dans un montage à petite échelle utilisant un bécher, le rendement maximal en pipérine (5,8 mg/g) à partir de Piper longum moulu est obtenu dans des conditions optimisées d’extraction par ultrasons, qui ont été déterminées comme suit :
Sonicateur UP200St ou UP200Ht (200W, 26kHz)
paramètres ultrasonores : amplitude de 100%, cycle de service de 80%
durée de sonication : environ 18 min.
solvant : éthanol
rapport solide/solvant : 1:10
température : 50°C

Des résultats supérieurs

L’extraction par ultrasons présente des avantages considérables par rapport aux méthodes traditionnelles d’extraction par lots et par solvant. Rathod (2014) montre que le temps d’extraction passe de 8h pour l’extraction par solvant en lots et de 4h pour l’extraction Soxhlet à 18 min. pour l’extraction par ultrasons. De plus, l’extraction par ultrasons offre un rendement supérieur en pipérine. Les rendements d’extraction de la pipérine obtenus par extraction Soxhlet et par extraction en lots étaient respectivement de 1,67 mg/g et de 0,98 mg/g, soit des valeurs nettement inférieures au rendement de 5,8mg/g obtenu par ultrasons. Rathod (2014) conclut que l’extraction assistée par ultrasons de phytoconstituants naturels tels que la pipérine atténue les problèmes de faible extractibilité et de longues durées d’extraction rencontrés avec les méthodes traditionnelles.

Les ultrasons sont également utilisés avec succès pour extraire les huiles essentielles du poivre noir. Cliquez ici pour en savoir plus sur l’hydrodistillation des huiles essentielles par ultrasons !

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Hielscher Ultrasonics possède une longue expérience dans la fabrication de systèmes d’extraction par ultrasons haute performance. Notre gamme de produits s’étend de petits et puissants appareils à ultrasons de laboratoire à de robustes systèmes de paillasse et industriels, qui fournissent des ultrasons de haute intensité pour l’extraction et l’isolement efficaces de substances bioactives (par exemple, la pipérine, la 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 commande à distance par navigateur et de nombreuses autres fonctionnalités pratiques. Les sonotrodes et les cellules à circulation (les pièces en contact avec le milieu) peuvent être autoclavées et sont faciles à nettoyer.
Tous nos appareils à ultrasons sont conçus pour fonctionner 24/7, nécessitent peu d’entretien et sont faciles et sûrs à utiliser.

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

Bibliographie/Références

• Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): Potentiel antioxydant et anti-glycation du poivre vert (Piper nigrum) : Optimisation de l’extraction à base de β-cyclodextrine par la méthodologie de la surface de réponse. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
• Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): Extraction assistée par ultrasons de la pipérine du poivre blanc à partir de liquides ioniques. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47-51.
• Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): Extraction de la pipérine de Piper longum à l’aide d’ultrasons. Industrial Crops and Products Vol. 58, 2014. 259-264.
• Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimisation de l’extraction des composés phénoliques du jujube (Ziziphus Jujube) à l’aide d’une méthode d’extraction assistée par ultrasons.
• Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction et caractérisation des protéines de la fleur de banane (Musa Sapientum L) et évaluation des activités antimicrobiennes. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
• Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimisation des paramètres d’extraction de l’épigallocatéchine gallate à l’aide de méthodes conventionnelles à l’eau chaude et assistées par ultrasons à partir du thé vert. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.

Informations utiles

Extraction par ultrasons

L’extraction par ultrasons de substances bioactives à partir de végétaux repose sur le principe de la cavitation acoustique. La cavitation acoustique se produit lorsque des ondes ultrasonores de très haute intensité (par exemple, de fortes amplitudes de 100µm, générées par des ultrasons à 20–26kHz) sont couplées à un liquide. Les forces de cisaillement dues à la cavitation perforent et rompent les parois cellulaires de la matière végétale et font entrer et sortir le solvant environnant de l’intérieur des cellules. Après le processus d’extraction, le solvant contient les molécules ciblées, qui peuvent ensuite être séparées (par exemple, par centrifugation). L’extraction par ultrasons est réputée pour fournir des rendements élevés en extraits végétaux intacts.

Extraction par ultrasons à partir de cellules : la coupe transversale (TS) microscopique de la tige apicale de menthe (Mentha piperita) montre le mécanisme d’action lors de l’extraction par ultrasons à partir de cellules (grossissement 2000x) [source : Vilkhu et al. 2011]

Pipérine

La pipérine (1-piperyol-piperidine) est le principal composé responsable du caractère piquant du poivre (piper nigrum / piper longum, Piperaceae). La saveur du poivre, son caractère piquant et, par conséquent, sa qualité sont corrélés à sa teneur en pipérine. Cette caractéristique de qualité peut être modifiée par hydrolyse de la pipérine, de sorte que le cycle pipéridinique est scindé.
La pipérine est connue pour divers effets pharmacologiques, notamment des activités antifongiques, antidiarrhéiques, anti-inflammatoires et inhibitrices de la 5-lipoxygénase et de la cyclooxygénase-1. De plus, la pipérine augmente la biodisponibilité de la curcumine de 2000%. La pipérine est donc une substance couramment utilisée dans les formulations de compléments alimentaires (par exemple, BioPerine®).
La pipérine peut être extraite de Piper nigrum et de Piper longum.
La pipéridine est une amine secondaire cyclique, une structure moléculaire présente dans de nombreux alcaloïdes végétaux. La pipéridine résulte de l’hydrolyse de la pipérine. La pipéridine et ses dérivés sont des éléments de base omniprésents dans la synthèse de produits pharmaceutiques et de produits chimiques fins.

Poivre

Piper nigrum, le poivrier noir, est une liane à fleurs de la famille des Piperaceae. Il est cultivé pour ses fruits, les grains de poivre, qui sont généralement séchés et utilisés comme épice et assaisonnement. Les grains de poivre noirs, verts et blancs proviennent tous du poivrier noir. Leurs différentes couleurs résultent du traitement et de la préparation des grains de poivre. Les grains de poivre noirs sont obtenus en faisant bouillir les drupes immatures dans de l’eau chaude, puis en les séchant. Le poivre blanc est récolté sous forme de baies pleinement mûres du poivrier ; la peau sombre des fruits mûrs est ensuite retirée par rouissage. Les grains de poivre verts sont obtenus à partir de drupes immatures, traitées au dioxyde de soufre, mises en conserve ou lyophilisées afin de préserver leurs pigments verts.

Piper longum Linn, également appelé poivre long indien (pipli), est une espèce étroitement apparentée à Piper nigrum et possède une saveur similaire, mais plus piquante que celle de Piper nigrum.
Les fruits de Piper longum contiennent environ 1% d’huiles volatiles, de la résine, les alcaloïdes pipérine et pipérlonguminine, un alcaloïde cireux, Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide, et une substance terpénoïde. La pipérine, un alcaloïde pipéridinique, est responsable du goût épicé et piquant des baies de poivre. La pipérlongumine est une substance pharmacologiquement active qui présente une activité contre de nombreux cancers, notamment ceux de la prostate, du sein, du poumon, du côlon, les lymphomes, les leucémies, les tumeurs cérébrales primitives et le cancer gastrique.
En outre, les baies de poivre contiennent les quantités suivantes de minéraux : 1230mg/100g de calcium, 190mg/100g de phosphore et 62,1mg/100g de fer. Les racines contiennent de la pipérine, de la pipérlongumine ou piplartine, ainsi que du dihydrostigmastérol.