Partitionnement en trois phases amélioré par ultrasons
- Le partitionnement en trois phases (TPP) est une technique permettant d’extraire, de séparer et de purifier des composants, par exemple des lipides, des enzymes, des polysaccharides et d’autres biomolécules, à partir de matériel biologique.
- Le partitionnement en trois phases assisté par ultrasons surpasse le partitionnement en trois phases conventionnel grâce à un rendement supérieur, une pureté accrue et une rapidité exceptionnelle.
- Le partitionnement en trois phases par ultrasons convient aux petits comme aux grands volumes et peut facilement être transposé à la production industrielle.
Partitionnement en trois phases par ultrasons
Partitionnement en trois phases
Le partitionnement en trois phases (TPP) est un procédé simple et efficace en une seule étape permettant de séparer, de purifier et de concentrer des biomolécules telles que les enzymes, les lipides, les polysaccharides, etc., à partir de mélanges complexes.
Le TPP est réalisé par l’ajout successif d’une quantité suffisante de sel (généralement du sulfate d’ammonium) et d’un solvant organique (principalement du t-butanol/tert-butanol). Des sels tels que le sulfate d’ammonium sont utilisés à un certain degré de saturation pour précipiter les protéines. Un solvant organique tel que le t-butanol est ajouté pour former trois phases superposées et éliminer les composés de faible masse moléculaire tels que les lipides, les composés phénoliques et certains détergents. Comme le t-butanol possède un point d’ébullition élevé, tout en étant moins inflammable que l’éthanol et le méthanol, le t-butanol est le solvant privilégié pour le TPP.
Après le traitement de l’extrait brut et la décantation, le mélange se sépare en trois phases distinctes : la phase supérieure de solvant (t-butanol) contient des composés apolaires, séparés de la phase aqueuse inférieure (contenant des composés polaires) par un précipité protéique à l’interface. Les protéines recherchées se répartissent sélectivement dans une phase, tandis que les autres protéines contaminantes se répartissent dans l’autre phase. Cela entraîne une purification partielle et une concentration des protéines. Le processus d’extraction combine plusieurs mécanismes de précipitation des protéines : précipitation kosmotrope, relargage, précipitation par cosolvant isotonique et précipitation osmolytique.
Partitionnement en trois phases amélioré par ultrasons
La sonication intensifie considérablement le procédé de TPP. Le partitionnement en trois phases assisté par ultrasons est utilisé avec succès pour séparer et purifier des biomolécules. Un large éventail de biomolécules a ainsi été isolé plus efficacement et en moins de temps. Par exemple, des enzymes provenant de plantes (par exemple la bromélaïne, la papaïne, l’invertase, la polyphénol oxydase et les inhibiteurs de la trypsine), d’animaux (par exemple la trypsine, l’α-chymotrypsine, la chymosine, la pepsine et la luciférase) et de micro-organismes (par exemple la lipase, l’α-amylase, l’α-galactosidase, la serratiopeptidase, la cyclodextrine glycosyltransférase et les enzymes fibrinolytiques) ont été purifiées par TPP par ultrasons. Un autre avantage du partitionnement en trois phases par ultrasons est l’augmentation de l’activité de diverses enzymes, qui se traduit par des rendements apparents supérieurs (d’environ 100%), l’enzyme ou la protéine ciblée précipitant dans la couche intermédiaire entre les phases organique et aqueuse.
Le partitionnement en trois phases par ultrasons peut être utilisé efficacement avec des échantillons bruts et peut facilement être mis à l’échelle.
La sonication améliore considérablement le partitionnement en trois phases et permet d’obtenir un rendement et une pureté supérieurs avec un temps de traitement nettement plus court.
- rendement supérieur
- récupération rapide
- pureté élevée
- gain de temps
- peu coûteux
- facile à mettre en œuvre
- respectueux de l’environnement
- pour le laboratoire et l’industrie
Exemples de partitionnement en trois phases par ultrasons (US-TPP)
TPP par ultrasons pour l’extraction de l’astaxanthine
Pour l’extraction de l’astaxanthine (AX), le traitement combinant le TPP et la sonication avec le sonicateur Hielscher UP400S est une technique à la fois simple, facile à appliquer et très efficace pour isoler l’AX à partir de la biomasse bactérienne de Paracoccus NBRC 101723. Les variables opératoires de la sonication peuvent être optimisées afin d’obtenir des résultats d’extraction optimaux. Les paramètres du traitement par ultrasons, tels que l’amplitude, la durée, la température et le récipient d’extraction (taille, forme), ainsi que la taille des particules de la biomasse, influencent considérablement la libération de l’AX à partir de la biomasse sous l’effet des ultrasons. Pour une extraction rapide et efficace de l’AX, la sonication de la biomasse humide donne de meilleurs résultats que le TPP par ultrasons de la biomasse séchée. Le TPP par ultrasons permet une récupération de l’AX supérieure de 37% à celle obtenue par extraction conventionnelle au solvant. (cf. Chougle et al. 2013)
TPP par ultrasons pour la séparation de l’andrographolide à partir d’Andrographis paniculata
L’andrographolide est un diterpénoïde de type labdane, apprécié pour ses puissants effets anti-inflammatoires, antioxydants, hépatoprotecteurs, anticancéreux et antidiabétiques. Des études comparatives montrent que le TPP par ultrasons augmente non seulement le rendement en andrographolide, mais améliore également son activité antioxydante par rapport au TPP conventionnel.
Sonicateurs haute performance pour le partitionnement en trois phases
Hielscher Ultrasonics est spécialisé dans la conception et la fabrication de systèmes à ultrasons de forte puissance destinés à l’extraction ainsi qu’à de nombreux autres procédés.
Notre gamme comprend de petits sonicateurs de laboratoire puissants, des homogénéisateurs de paillasse robustes et des systèmes industriels à ultrasons haute performance. Les nombreux accessoires permettent d’adapter idéalement le système à ultrasons aux exigences spécifiques de votre procédé. Tous les sonicateurs Hielscher sont conçus pour fonctionner 24/7 à pleine charge.
Notre longue expérience du traitement par ultrasons nous permet de conseiller nos clients dès leurs premiers essais avec les ultrasons, puis tout au long de l’optimisation du procédé et de sa mise en œuvre à l’échelle industrielle.
Utilisez le formulaire ci-dessous pour nous présenter votre procédé ! Nous serons heureux de vous conseiller et de discuter des possibilités et des avantages de la sonication pour votre application.
Homogénéisateur à ultrasons UP400St pour l’intensification du partitionnement en trois phases
Bibliographie/Références
- Chougle, J.A: et al. (2013): Partitionnement en trois phases assisté par ultrasons (UATPP) : une nouvelle technique mise au point pour l’extraction de l’astaxanthine à partir de Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Conférence annuelle, University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Phase partitioning for enzyme separation: An overview and recent applications. International Food Research Journal 24(1), 2017. 1-24.
- Varakumar, S. et al. (2017) : Extraction améliorée de l’oléorésine de la poudre de rhizome de gingembre (Zingiber officinale) à l’aide d’un partitionnement triphasé assisté par enzyme. Food Chemistry 216, 2017. 27-36.
- Yan J.-K. et al. (2018) : Ultrasons en synergie avec le partitionnement en trois phases pour l’extraction et la séparation des polysaccharides de Corbicula fluminea et mécanismes pertinents possibles. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128-134.
Informations utiles
Partitionnement en trois phases (TPP)
Le TPP est une technique de bioséparation fondée sur la répartition des constituants polaires, des protéines et des constituants hydrophobes dans trois phases comprenant de l’eau, du sulfate d’ammonium et du t-butanol.
De nombreuses enzymes importantes pour les applications thérapeutiques et industrielles (par exemple l’α-galactocidase, les inhibiteurs de l’α-amylase et la protéase) ainsi que des composés naturels (par exemple des diterpènes tels que la forskoline et l’andrographolide) sont purifiés par partitionnement en trois phases. Les pigments, les lipides et les inhibiteurs enzymatiques s’accumulent dans la phase supérieure de solvant, séparée de la phase aqueuse inférieure, dans laquelle s’accumulent les composants polaires tels que les saccharides, par une couche intermédiaire de protéines précipitées. Comme le t-butanol se lie aux protéines précipitées par TPP, présentes sous forme de coprécipités protéine-t-butanol, il flotte entre les couches organique et aqueuse et peut être facilement séparé et purifié. En général, les biomolécules sont récupérées sous forme purifiée à l’interface, tandis que les contaminants se répartissent principalement dans le t-butanol (phase supérieure) et dans la phase aqueuse (phase inférieure).
Astaxanthine
L’astaxanthine (3, 3´-dihydroxy-ß, ß-carotène 4, 4´-dione) est un cétocaroténoïde appartenant à la classe des terpènes. En tant que tétraterpénoïde, elle est constituée à partir de précurseurs à cinq atomes de carbone, le diphosphate d’isopentényle et le diphosphate de diméthylallyle. L’astaxanthine est un pigment végétal jaune orangé et est donc classée parmi les xanthophylles. Elle est principalement présente dans les microalgues, les levures, les salmonidés, les truites, le krill, les crevettes, les écrevisses et les crustacés. Grâce à ses propriétés de piégeur très puissant des radicaux libres, de protecteur cutané, d’agent anticancéreux et de stimulant du système immunitaire, l’astaxanthine est utilisée comme complément et comme additif dans les aliments, les produits pharmaceutiques et les cosmétiques. Le TPP par ultrasons améliore le processus d’extraction et de séparation de l’astaxanthine à partir de sources naturelles et permet sa production économique à l’échelle industrielle.
UIP1000hdT – sonicateur industriel de 1kW