Extraction par ultrasons des flavonoïdes de la propolis

Extraction par ultrasons des flavonoïdes de la propolis

La propolis est une substance solide collante et gélatineuse formée à partir de résine collectée par les abeilles et des sécrétions de leurs glandes. Les abeilles l'utilisent pour réparer leurs ruches, à la fois pour se défendre contre les ennemis envahisseurs et pour inhiber la croissance des micro-organismes au sein de la ruche. La composition de la propolis est extrêmement complexe, avec plus de 300 composants identifiés dans 20 grandes catégories, dont principalement les flavonoïdes, les acides phénoliques, les terpènes, les esters, les stéroïdes, les acides aminés et les vitamines. La composition de la propolis n’est pas statique ; il est déterminé par des facteurs tels que la région géographique, la saison de collecte, les espèces végétales et la population d'abeilles. La propolis possède un large éventail d'activités pharmacologiques, notamment des effets antibactériens, antifongiques, anti-inflammatoires, antiviraux, antitumoraux, antioxydants et immunomodulateurs. 

Ces dernières années, la propolis a été largement utilisée dans les industries alimentaire, cosmétique et pharmaceutique. Les flavonoïdes sont des substances actives importantes dans la propolis, présentant diverses activités biologiques telles que des effets antioxydants, antimicrobiens, anticancéreux et immunomodulateurs. Par conséquent, l’optimisation du processus d’extraction des flavonoïdes de propolis et l’amélioration du rendement en flavonoïdes de propolis revêtent une grande valeur de référence pour le développement et la recherche sur la propolis et revêtent une grande importance pour le développement industriel et social. 

À l'heure actuelle, il existe de nombreuses méthodes d'extraction des flavonoïdes de propolis, notamment la méthode de macération, la méthode de reflux chauffant, la méthode d'extraction par micro-ondes, la méthode d'extraction par ultrasons, la méthode d'extraction à ultra-haute pression et la méthode d'extraction au CO2 supercritique. La méthode de macération est simple à mettre en œuvre, mais elle est longue et nécessite une grande quantité de solvant ; la méthode de reflux de chauffage utilise moins de solvant, mais elle est difficile à utiliser, prend beaucoup de temps à extraire et a une température d'extraction élevée, ce qui peut facilement détruire les ingrédients actifs ; le procédé d'extraction par micro-ondes est simple à utiliser et présente un temps d'extraction court, mais la température d'extraction élevée peut facilement détruire les ingrédients actifs ; le procédé d'extraction à ultra haute pression et le procédé d'extraction au CO2 supercritique sont courts à fonctionner, ont une faible consommation d'énergie et sont non polluants, mais le coût de l'équipement est élevé. Par rapport aux méthodes d'extraction ci-dessus, la méthode d'extraction par ultrasons présente un équipement simple, une opération simple, une durée courte, un rendement élevé, une faible consommation d'énergie et une petite quantité de solvant. Les ondes ultrasoniques réduisent la taille des particules des matières premières par action mécanique et effet de cavitation, détruisent efficacement la structure cellulaire, améliorent le taux de transfert de masse des substances dissoutes et améliorent ainsi le rendement[4].

L'analyse à l'aide du logiciel Design Expert 8.0.6 a révélé les conditions d'extraction optimales : puissance ultrasonique de 163,38 W, temps d'extraction ultrasonique de 15,89 min et concentration en éthanol de 85,67 %. Dans ces conditions, le rendement d'extraction prévu était de 21,11 %. Pour vérifier davantage la fiabilité et l'exactitude du modèle de régression, une expérience de validation a été menée en utilisant les conditions optimales susmentionnées. Compte tenu de l’opérabilité pratique, les conditions optimales ont été modifiées comme suit : puissance ultrasonique de 150 W, temps d’extraction ultrasonique de 16 min et concentration en éthanol de 86 %. Dans ces conditions, le rendement d'extraction des flavonoïdes de propolis était de 21,10 % ± 0,075 % (n=3 essais), proche de la valeur prédite du modèle, confirmant ainsi l'exactitude et la fiabilité du modèle.

Analyse comparative des méthodes d'extraction par ultrasons

Généralement, la qualité de la propolis est jugée en fonction de sa teneur en flavonoïdes ; un contenu supérieur à 5 % est considéré comme qualifié, et un contenu supérieur à 15 % est considéré comme supérieur. Le rendement d'extraction des flavonoïdes de la propolis dans cette expérience a atteint 21,10 % dans des conditions optimales d'extraction par ultrasons, donc la propolis utilisée dans cette expérience de Xiaogan, province du Hubei, est de qualité supérieure. La teneur en flavonoïdes de la propolis est directement liée à l'origine géographique de la propolis, avec des différences significatives selon les différentes régions. La propolis utilisée dans cette expérience n'a pas été rapportée dans la littérature existante et sa source diffère de celle de la littérature existante. Par conséquent, juger de la qualité du processus ultrasonique uniquement sur la base du rendement en flavonoïdes est inapproprié ; seules les conditions d’extraction ont été comparées. Cao Xiaoyan et coll. utilisé des ultrasons pour extraire des flavonoïdes de la propolis du Shaanxi et obtenu le processus d'extraction optimal comme suit : durée des ultrasons de 20 minutes, température d'extraction de 50 ℃, rapport matériau-liquide de 1:30, concentration en éthanol de 80 % et rendement en flavonoïdes de 9,60 % ; Li Shuai [6] a optimisé le processus d'extraction par ultrasons des flavonoïdes de propolis de Jilin en utilisant la méthodologie de surface de réponse et a obtenu les conditions d'extraction optimales comme suit : durée des ultrasons de 27 min, température d'extraction de 66 ℃, puissance des ultrasons de 220 W, concentration en éthanol de 73 % et rendement en flavonoïdes de 23,38 % ; An Yanbo et al. a obtenu les paramètres optimaux du processus d'extraction par ultrasons des flavonoïdes de propolis du Shandong grâce aux expériences suivantes : temps d'échographie de 25 minutes, concentration d'éthanol de 72 %, puissance des ultrasons de 82 % et rendement réel en flavonoïdes de 13,07 %. Par rapport aux processus d'extraction par ultrasons des flavonoïdes de propolis déjà signalés, la méthode d'extraction par ultrasons utilisée dans cette expérience présente les avantages d'une faible température d'extraction et d'un temps d'extraction court. 

Conclusion

Cet article optimise le processus d'extraction par ultrasons des flavonoïdes de propolis en utilisant la méthodologie de surface de réponse, et les conclusions suivantes sont tirées :

(1) Le rendement d'extraction des flavonoïdes de propolis augmente d'abord puis diminue avec l'augmentation de la puissance ultrasonique et du temps d'extraction ultrasonique, et augmente d'abord puis reste constant avec l'augmentation de la concentration en éthanol.

(2) Grâce à l'analyse de variance de l'équation de régression, les facteurs principaux et secondaires affectant le rendement d'extraction des flavonoïdes de propolis sont, dans l'ordre, le temps d'extraction par ultrasons, la concentration en éthanol et la puissance des ultrasons.

(3) Grâce à une analyse utilisant la méthodologie de surface de réponse et en considérant la faisabilité du fonctionnement réel, les conditions d'extraction optimales sont : une puissance ultrasonique de 150 W, un temps d'extraction ultrasonique de 16 min et une concentration d'éthanol de 86 %. Dans ces conditions, le rendement d'extraction prévu des flavonoïdes de propolis est de 21,11 %. Des expériences de vérification sur les conditions d'extraction ci-dessus montrent que le rendement d'extraction des flavonoïdes de propolis est de 21,10 % ± 0,075 % (n=3), ce qui est proche de la valeur prédite du modèle, confirmant ainsi l'exactitude et la fiabilité du modèle.

Effets bénéfiques de cette invention : Les méthodes traditionnelles d'extraction à l'éthanol nécessitent beaucoup de temps et ont un faible taux d'extraction. L'extraction Soxhlet, avec sa température d'extraction trop élevée, extrait également d'autres composants, affectant le processus d'extraction et nécessitant un investissement important en équipement. L'extraction par ultrasons, par rapport aux deux méthodes précédentes, améliore considérablement le temps et l'efficacité de l'extraction, extrayant la plupart des substances solubles dans l'alcool de la propolis en seulement 25 minutes, fournissant ainsi une méthode efficace pour extraire les composants fonctionnels de la propolis.

Il est évident que les ultrasons offrent des avantages substantiels en termes de temps et d’efficacité d’extraction, ce qui les rend très efficaces pour accélérer l’extraction de la propolis. Cela démontre le grand potentiel de l’extraction par ultrasons et son adéquation aux applications industrielles.

Les ultrasons accélèrent le transfert de masse, obtenant de bons résultats à des températures plus basses, préservant efficacement la saveur naturelle, la couleur et les substances sensibles à la chaleur de la matière première. De plus, l’effet améliorant des ultrasons sur la propolis est continu ; même après l'arrêt du traitement par ultrasons, son processus d'extraction accéléré se poursuit pendant un certain temps. Elle offre donc de larges perspectives de développement dans l’industrie alimentaire.