Extraction du marc par ultrasons – récupération durable de composés bioactifs

Les sous-produits de la transformation des fruits, en particulier le marc, représentent un réservoir inexploité de composés bioactifs aux applications potentielles dans les nutraceutiques, l’enrichissement des aliments et les produits pharmaceutiques. Pourtant, la récupération efficace et durable de ces composés reste un défi technique. Parmi les technologies émergentes d’extraction verte, l’extraction assistée par ultrasons à l’aide de sonicateurs à sonde atteint des rendements de récupération remarquables. L’ultrasonication permet une extraction rapide et économe en solvant des composés phénoliques, des acides triterpéniques et d’autres composés bioactifs à partir de matrices végétales telles que le marc de pomme.

Valorisation efficace des sous-produits de fruits par extraction aux ultrasons

L’extraction du marc par ultrasons est un moyen efficace de valoriser le sous-produit de la production de jus, de vin et de cidre – c’est une solution scientifiquement validée, industriellement évolutive et déjà adoptée, ainsi qu’économique, pour la valorisation des déchets de fruits. La sonication étant efficace et polyvalente, elle offre une stratégie d’extraction verte permettant d’exploiter le potentiel des sous-produits agroalimentaires tels que le marc de pomme.
Comme le montrent des recherches récentes, la combinaison de temps de sonication courts, de concentrations modérées en éthanol et d’une amplitude contrôlée permet une récupération sélective et efficace de composés bénéfiques pour la santé.
Dans la recherche de circularité, la sonication n’est pas un simple outil – la sonication est synonyme d’intensification et d’efficacité des procédés.

Valorisation du marc par extraction aux ultrasons

Le marc de fruits, sous-produit de la production de jus et de vin, se compose de peaux, de pulpe, de pépins et de tiges. Traditionnellement sous-exploité ou relégué à des applications de faible valeur comme l’alimentation du bétail ou la biomasse, le marc est aujourd’hui reconnu comme une source précieuse de polyphénols (p. ex. glycosides de quercétine, phloridzine), de flavonoïdes, de dihydrochalcones et d’acides triterpéniques (notamment l’acide ursolique). Ces molécules sont associées à des propriétés antioxydantes, anti-inflammatoires et antimicrobiennes.
L’extraction par ultrasons offre une approche transformatrice de la valorisation du marc en permettant la libération efficace de ces composés bioactifs. Par rapport aux méthodes d’extraction conventionnelles, l’extraction par ultrasons offre :

• Des temps de traitement plus courts
• Une consommation de solvant réduite
• Des rendements plus élevés
• Des conditions d’extraction plus douces, préservant les composés thermosensibles

Ce que dit la science sur l’extraction du marc par ultrasons

Deux études exemplaires démontrent scientifiquement les avantages de l’extraction assistée par ultrasons (UAE) pour le marc de pomme.

Étude 1 : Pando Bedriñana et al., 2024
À l’aide d’un plan composite centré, des chercheurs ont optimisé l’extraction simultanée des polyphénols totaux et de l’acide ursolique à partir de marc issu de l’industrie cidricole au moyen d’un sonicateur Hielscher UP200Ht. Dans les conditions optimisées (5,1 min, 68 % d’éthanol, 90 % d’amplitude), le marc de pomme entier a fourni :

• ~1300 µg/g de flavonols
• ~1200 µg/g de dihydrochalcones
• ~4200 µg/g d’acide ursolique

Fait notable, la fraction de peau de pomme présentait des concentrations encore plus élevées, l’acide ursolique atteignant 8500 µg/g de matière sèche. L’activité antioxydante des extraits était fortement corrélée à la teneur en polyphénols, et la modélisation mathématique a confirmé l’efficacité de l’extraction.

Étude 2 : Razola-Díaz et al., 2022
Ces travaux portaient sur l’optimisation de l’extraction de la phlorétine et de la phloridzine – deux dihydrochalcones aux puissantes propriétés antioxydantes. À l’aide d’un sonicateur à sonde Hielscher UP400St, les chercheurs ont obtenu les rendements d’extraction suivants :

• ~13 µg/g de phlorétine
• ~67 µg/g de phloridzine
• ~1878 µg/g de poids sec de composés phénoliques totaux
• Activité antioxydante (FRAP) : jusqu’à 3,58 mg TE/g

Polyvalence – la sonication pour le marc, les jus et les smoothies

L’extraction par ultrasons ne se limite pas au marc de pomme ; elle a été appliquée avec succès à un large éventail de matrices fruitières. Dans la pulpe de fruits comme l’orange, la sonication favorise la libération de polyphénols, de flavonoïdes et d’antioxydants tout en préservant leur intégrité fonctionnelle. De même, les écorces d’agrumes – notamment le pamplemousse, le citron et l’orange – sont riches en pectines et en composés phénoliques, qui peuvent être libérés efficacement grâce à la rupture des parois cellulaires induite par la cavitation. Même les pépins de raisin, connus pour leur teneur élevée en polyphénols (p. ex. catéchines et proanthocyanidines), réagissent bien au traitement par ultrasons et fournissent de fortes concentrations d’antioxydants. Cette polyvalence à travers les tissus végétaux fait de la sonication un outil robuste pour l’extraction verte de composés bioactifs à partir de divers sous-produits agro-industriels.

Par ailleurs, la polyvalence des sonicateurs Hielscher s’étend à divers produits et applications :

• Extraction en phase liquide dans les jus et les purées
• Homogénéisation de boissons et d’émulsions d’origine végétale
• Inactivation microbienne et enzymatique pour prolonger la durée de conservation sans dommages thermiques

Dans la production de jus et de smoothies, une sonication haute performance assure :

• Une dispersion stable des fibres et des solides
• Une sensation en bouche améliorée
• Une biodisponibilité accrue des composés phénoliques
• La préservation des propriétés sensorielles et nutritionnelles

L’utilisation polyvalente des sonicateurs Hielscher fait facilement le lien entre le traitement du marc et celui des jus – en permettant l’extraction, l’homogénéisation et la pasteurisation avec le même équipement à ultrasons.

Focus sur la durabilité

L’ultrasonication contribue de manière significative à la durabilité en permettant la récupération à haute valeur ajoutée de composés bioactifs issus de sous-produits de la transformation des fruits qui, autrement, alimenteraient le gaspillage alimentaire mondial. Dans le contexte de l’industrie des jus, où jusqu’à 25 % des fruits et légumes sont écartés après la récolte ou pendant la transformation, la sonication offre une solution ciblée et efficace. Par exemple, il a été démontré que le traitement par ultrasons de mélanges pulpe–écorce d’orange améliore des propriétés clés des fibres alimentaires, favorisant leur réutilisation comme nouveaux ingrédients alimentaires. Cette voie de valorisation réduit non seulement l’impact environnemental des déchets agroalimentaires, mais s’inscrit également dans l’Objectif de développement durable 12 de l’ONU – promouvoir une consommation et une production responsables.
Point important, la sonication est une technologie verte et économe en énergie – elle nécessite une faible consommation d’énergie et réduit l’utilisation de solvants d’extraction agressifs, car elle fonctionne avec de l’eau, de l’éthanol aqueux et des NADES.
En transformant des flux de déchets en ingrédients fonctionnels, la sonication contribue à une économie circulaire et améliore la durabilité tant écologique qu’économique du secteur de la transformation alimentaire.

Améliorez votre procédé de traitement du marc avec les sonicateurs Hielscher

Hielscher Ultrasonics est un fabricant de premier plan de systèmes à ultrasons haute performance conçus pour les applications de laboratoire comme industrielles. Ses sonicateurs industriels – tels que les UIP2000hdT, UIP4000hdT, UIP6000hdT et UIP16000hdT – offrent :

• Une capacité de traitement évolutive (de quelques litres à plusieurs tonnes par heure)
• Un contrôle précis de l’amplitude
• Un fonctionnement 24/7 dans des environnements exigeants
• Des réacteurs à ultrasons pressurisables
• Une compatibilité avec le traitement continu en ligne
• Une intégration simple dans des lignes de production (existantes)

Les sonicateurs Hielscher sont déjà validés dans des travaux de recherche publiés pour l’extraction de polyphénols, d’antioxydants et d’autres composés bioactifs, avec une efficacité et une reproductibilité éprouvées.

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

Conception, fabrication et conseil – qualité Made in Germany

Les ultrasonicateurs Hielscher sont réputés pour leurs normes de qualité et de conception les plus élevées. Leur robustesse et leur facilité d’utilisation permettent une intégration fluide de nos ultrasonicateurs dans les installations industrielles. Les ultrasonicateurs Hielscher maîtrisent facilement les conditions difficiles et les environnements exigeants.

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO qui accorde une importance particulière aux ultrasonicateurs haute performance alliant technologie de pointe et convivialité. Bien entendu, les ultrasonicateurs Hielscher sont conformes CE et répondent aux exigences UL, CSA et RoHs.

Bibliographie / Références

• Razola-Díaz, M.d.C.; Aznar-Ramos, M.J.; Guerra-Hernández, E.J.; García-Villanova, B.; Gómez-Caravaca, A.M.; Verardo, V. (2022): Establishment of a Sonotrode Ultrasound-Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Apple Pomace. Foods 2022, 11, 3809.
• Pando Bedriñana, R.; Rodríguez Madrera, R.; Loureiro Rodríguez, M.D.; López-Benítez, K.; Picinelli Lobo, A. (2024): Green Extraction of Bioactive Compounds from Apple Pomace from the Cider Industry. Antioxidants 2024, 13, 1230.
• Dalmau, E.; Rosselló, C.; Eim, V.; Ratti, C.; Simal, S. (2020): Ultrasound-Assisted Aqueous Extraction of Biocompounds from Orange Byproduct: Experimental Kinetics and Modeling. Antioxidants 2020, 9, 352.
• Razola-Díaz, M.d.C.; Guerra-Hernández, E.J.; Rodríguez-Pérez, C.; Gómez-Caravaca, A.M.; García-Villanova, B.; Verardo, V. (2021): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction via Sonotrode of Phenolic Compounds from Orange By-Products. Foods 2021, 10, 1120.