Brevet FR2751001A1 — publié le 19980116

La présente invention concerne, de façon générale, un procédé pour extraire de l'huile à pigment à partir de Phaffia rhodozyma, une levure qui produit de l'astaxanthine, une catégorie de pigment naturel et, plus particulièrement, l'utilisation d'éthanol lors de l'extraction du pigment dans des conditions appropriées. L'astaxanthine est un caroténoide, dont le béta-carotène, un précurseur de la vitamine A, est représentatif. Elle est largement répandue dans la nature et, en particulier, on la trouve intensément dans les Crustacés, la truite et le saumon. Ce pigment attire l'attention des consommateurs en raison de sa couleur écarlate, si on l'utilise dans des produits commerciaux, en plus de fournir un bon parfum. Les pigments caroténoides jouent des rôles importants dans le métabolisme de l'homme de même que dans celui des animaux. Par exemple, ils agissent comme précurseurs de la vitamine A, activent les fonctions immunologiques, piègent les radicaux oxygénés et préviennent le vieillissement et le cancer. Il a été démontré que l'astaxanthine montrait un meilleur effet d'antioxygénation que d'autres pigments caroténoides ou le tocophérol. De ce fait, on s'attend à ce que l'astaxanthine joue un rôle important en médecine en tant qu'anti-oxydant de même que dans l'utilisation en tant que pigment comestible. Phaffia rhodozyma, une espèce de levure, a été trouvé au Japon, en Alaska et dans l'ancienne Union Soviétique par Herman Phaff dans les années 1970. On a également trouvé que Phaffia contient beaucoup d'astaxanthine comme pigment principal caroténoide. Johnson a suggéré que la levure Phaffia soit utilisée comme nourriture afin de donner de l'astaxanthine aux volailles. Des résultats ont montré que la nourriture à base de levure Phaffia n'est pas nutritionnellement inférieure à la nourriture commerciale à base de saumon, et la levure industrielle permet une meilleur efficacité d'absorption des caroténoides que lorsque le carotenoide est donné seul. Nelles et Wegner ont proposé qu'un homogénéisateur, de l'acide ou des enzymes puissent être utilisés pour rompre la paroi cellulaire de Phaffia rhodozyma, dans le but d'y extraire le pigment naturel. En particulier, ils ont démontré que l'acide, tel que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique et l'acide acétique, est efficace pour éliminer la paroi cellulaire. De ces acides, l'acide chlorhydrique est très approprié pour extraire le pigment. Sur la base d'une recherche intensive et minutieuse effectuée par les présents inventeurs, il a été trouvé que l'éthanol était approprié pour extraire l'astaxanthine de la levure dont la paroi cellulaire était détruite par traitement à l'acide chlorhydrique. Par conséquent, un but de l'invention est de fournir un procédé de préparation de pigment astaxanthine à partir de levure avec une efficacité élevée. Selon la présente invention, il est réalisé un procédé de préparation d'huile à pigment caroténoide comprenant de l'astaxanthine à partir de la levure Phaffia rhodozyma, comprenant le traitement de la levure avec de l'acide chlorhydrique, la neutralisation et l'extraction de l'huile à pigment dans l'éthanol. D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation en référence aux dessins annexés sur lesquels: La Fig. 1 est un graphique montrant la quantité d'extraction de caroténoide en fonction du temps d'incubation d'une solution de levure (50 ml) traitée avec de l'HCl 0,5 N, selon la présente invention; La Fig.2 est un graphique montrant le rendement d'extraction de caroténoide en fonction du temps d'incubation d'une solution de levure (16 litres) traitée avec de l'HCl 0,5 N, selon la présente invention; La Fig.3 est un graphique montrant la quantité d'extraction de caroténoide en fonction du temps d'incubation de solutions de levure traitées avec de l'HCl 0,2 N et 0,4 N, selon la présente invention; La Fig.4 est un graphique montrant le rendement d'extraction de caroténoide en fonction du temps d'incubation d'une solution de levure (17 litres) traitée avec de l'HCl 0,2 N, selon la présente invention ; et La Fig.5 est un graphique montrant le rendement d'extraction de caroténoide en fonction du temps d'incubation après que la solution de levure traitée à l'acide a été neutralisée (pH 3 et 7). Une bonne compréhension de la présente invention peut être obtenue par les exemples suivants qui sont donnés à titre d'illustration mais qui ne sont pas destinés à limiter la présente invention. EXEMPLE I On a cultivé Phaffia rhodozyma dans un bouillon à 20"C pendant 3 à 5 jours et centrifugé pour obtenir une masse de levure qu'on a, alors, homogénéisé et séché par pulvérisation pour préparer une poudre de levure Phaffia. On a ajouté séparément de l'éthanol, de l'eau, de l'acétone et de l'éther de pétrole à la poudre de levure Phaffia pour extraire le pigment caroténoide qui fut, alors, comparé à celui extrait en utilisant du diméthylsulfoxyde (DMSO) comme un témoin de solvant d'extraction. Les résultats sont donnés dans le tableau 1 ci-dessous. TABLEAU 1 Extraction de caroténoide selon le solvant Solvant d'extraction absorbance % relatif au témoin DMSO 3,4 100 Ethanol 8,0 240 Eau 0,02 0,8 Acétone 0,55 16 Ether de pétrole 0,23 7 Comme il apparaît dans le tableau, l'éthanol est le solvant le plus efficace pour l'extraction. EXEMPLE II On a ajouté à la poudre de levure de l'exemple I divers volumes d'éthanol et on a extrait le caroténoide. TABLEAU 2 Effet du volume d'éthanol sur l'extraction de caroténoide Vol. de surnageant Absorb. Vol. d'éthanol après centrifugation (dilution Vol. x Absorb. (1/kg de levure) (1/ka de levure) 100 fois) x 100 1 0,1 2 0,9 0,92 82,8 3 1,7 0,65 110,5 4 2,6 0,52 135,2 5 3,4 0,395 134,3 Les données du tableau 2 ont montré que l'extraction du caroténoide était la plus efficace lorsqu'on ajoute 4 à 5 fois de volume d'éthanol sur la base du poids de la poudre de levure. EXEMPLE III On a mélangé 50 g de poudre de levure Phaffia de l'exemple I dans 200 ml d'éthanol, passé dans un homogénéisateur et laissé au repos pendant toute la nuit. En tant que témoin, une solution de levure dans l'éthanol a été laissée au repos pendant 1 heure sans l'avoir passée dans l'homogénéisateur. On a centrifugé cette solution à 3000 tpm pendant 10 minutes et on a dilué les surnageants pour effectuer la mesure de 1' absorbance. Après les avoir laissé au repos à -18"C pendant 30 minutes environ, on a soumis les surnageants à une élimination des lipides et on a centrifugé pour obtenir des surnageants. On a mesuré l'absorbance de chaque surnageant. TABLEAU 3 Extraction de caroténoide selon l'homogénéisation et le temps d'incubation. Temps d'incubation 16h. lh. Lipides Homogène Non-homog. Homogène Non-homogène Non-éliminés 0,47 0,52 0,445 0,415 Eliminés 0,45 0,465 0,495 0,456 On a trouvé que le passage dans l'homogénéisateur et l'élimination des lipides avaient une petite influence sur l'absorbance. EXEMPLE IV On a trempé 1 kg de poudre de levure utilisée dans l'exemple III dans 3 1 d'éthanol pendant 30 minutes en agitant, laissé au repos pendant 30 minutes et centrifugé à 3000 tpm pendant 15 minutes. On a concentré le surnageant sous vide à 50"C en utilisant un évaporateur rotatif. On a comparé l'absorbance du surnageant concentré avec celle du surnageant avant concentration. On a calculé la quantité totale de caroténoide selon la formule suivante: Absorbance x taux de dilution Caroténoide total (mg/ml) = 21 x lml On a effectué une analyse par chromatographie en couche mince pour examiner quelle quantité d'astaxanthine avait été rompue dans la quantité totale de caroténoide. Premièrement, on a séché une plaque de CCM pour éliminer complètement l'eau et on a mélangé du pétrole et de l'acétone dans un rapport de 80:20 et on a complètement saturé. On a laissé en développement l'échantillon de pigment concentré dans le solvant pendant 1-1,5 heure pour séparer les pigments, puis, on a élué à l'acétone. On a déterminé la quantité de chacun des pigments de caroténoide par l'absorbance du pic principal en relation avec les pigments élués et on a calculé le pourcentage de pigment élué selon la formule suivante: % pigment (quantité de pigment/quantité totale de caroténoide) = (Elxyl) (Elxyl) + (E2xy2) + (E3xy3) + + (EXyn) dans laquelle E représente l'absorbance max X et y représente le volume de solvant. A une concentration de 10 fois, on a trouvé que l'astaxanthine était rompue à environ 9% (74,6% avant concentration, 65,9% après concentration). A ce stade, la concentration finale de caroténoide était de 2,0 mg/ml. TABLEAU 4 Différence de quantité entre les caroténoides selon la concentration Avant concent. Après concent. Caroténoides X max Rf DO x Vol. % DO x Vol. % ss-carotène 450 0,91 ND ND 0,502 9,6 Echinénone 457 0,43 0,020 1,9 0,072 1,4 Echinénone 461 0,36 0,036 2,4 0,253 4,8 hydroxylée HDCO 470 0,3 ND ND 0,224 4,3 474 0,25 0,031 3,0 0,188 3,6 Phoeuicoxanthine 458 0,19 0,122 11,9 0,253 8,6 Astaxanthine 477 0,11 0,778 74,6 2,016 38,6 469 0,09 1,414 27 Autres 458 0,56 0,056 5,4 0,107 2,0 Absorption Pigment détruit 473 0 0,294 1,796 Total 100 99,9 EXEMPLE V On a recueilli les levures cultivées par centrifugation et on les a séchées par pulvérisation pour préparer une poudre de levure sans homogénéisation. On a trempé 10g de poudre de levure dans 40 ml d'éthanol en agitant pendant 16 heures pour effectuer l'extraction et on a observé le déroulement de l'extraction à l'oeil nu. On n'a pas réussi à obtenir d'extraction de pigment à partir de la poudre de levure obtenue sans homogénéisation (rendement d'extraction On a effectué une analyse par chromatographie en couche mince pour déterminer combien de caroténoide a été rompu par l'acide chlorhydrique, ce qui démontre qu'une concentration élevée d'acide détruit plus d'astaxanthine. EXEMPLE VI On a ajouté à la poudre de levure non-homogénéisée de l'exemple V 6 volumes d'eau et on l'a laissée tremper pendant 30 minutes (densité cellulaire: environ 70 g/l). On a prélevé des aliquotes de cette solution de 5 ml dans des tubes à essai dans lesquels on a, ensuite, ajouté de l'acide chlorhydrique pour obtenir 10 ml à 0 N, 2 N, 4 N et 6N. Après les avoir laissé incuber à 50"C pendant 2 heures, on a neutralisé la solution à pH 7,0 avec une solution d'hydroxyde de sodium. On a séché les solutions de levure sous vide et on a mesuré le poids de chaque levure séchée résultante jusqu'à deux graduations décimales. Afin d'analyser le contenu en pigment des levures Phaffia, on a placé en premier lieu chaque solution de levure dans des tubes à essai de 10 ml auxquels on a ajouté 2 ml d'acétone, d'éther de pétrole et une solution de chlorure de sodium saturée à 20%. On a complètement mélangé la solution en vortexant et centrifugeant à 4000 tpm pendant 2 minutes pour séparer complètement les couches. On a prélevé la couche supérieure (éther de pétrole) et on a mesuré son absorbance. On a calculé la quantité totale de caroténoide selon la formule suivante: Vol. d'éther de pétrole (mi) x D.O. Quantité de caroténoide (mg/g) = 0,21 x poids de levure sèche Les résultats sont donnés dans le tableau 5 ci-dessous. Comme on peut le voir dans le tableau 5, on a obtenu une extraction optimale en solution 2 N, ce qui démontre que le traitement avec une concentration faible ( On a exécuté une analyse par chromatographie sur couche mince pour connaître combien de caroténoide a été détruit par l'acide chlorhydrique. Les données présentées dans le tableau 6 ci-dessous démontrent qu'une concentration supérieure d'acide détruit l'astaxanthine en grande quantité. TABLEAU 5 Extraction de caroténoide selon la concentration en acide Concentration en HCl X max caroténoide extrait (mg/g) 0 471 0,022 +/- 0,002 2 471 0,969 +/- 0,022 4 470 0,732 +/- 0,088 6 458 0,625 +/- 0,137 TABLEAU 6 Différence de quantité entre les caroténoides en fonction de la concentration en HCl N Concentration en HCl N 2N 6N Caroténoides X max % Rf X max % Rf D-carotène 423 0,7 0,98 426 9,5 0,95 Echinénone 464-60 19,5 0,47 456-8 4,0 0,5 hydroxylée HDCO 476 4,1 0,38 483 28,3 0,4 Phoeuicoxanthine 462-7 6,3 0,28 461,466 20,3 0,35 Astaxanthine 474 69,5 0,09 466 32,8 0,1 Autres 450 5,0 0,05 Total 100 99,9 EXEMPLE VII On a préparé 10 ml d'échantillons de solution de levure contenant de l'acide chlorhydrique 0,5 N et 1 N chacun d'une manière identique à celle de l'exemple VI et laissé incuber à 80"C pendant 24 heures. On a mesuré les quantités de caroténoides extraits des échantillons respectifs et on donne les résultats tels que représentés dans le tableau 7 ci-dessous. On a effectué l'extraction trois fois selon la concentration d'acide chlorhydrique. TABLEAU 7 Extraction de caroténoides en fonction de la concentration en HC1 N Traitement temps(h) X max (nm) Caroténoides Pourcent avec extraits (mg/g) HCl (0,5 N) 2 470 0,425 +/- 0,035 27 HCl (0,5 N) toute la nuit 468 1,264 +/- 0,031 79 HCL (1 N) 2 471 1,246+/-0,055 78 HCl (1 N) toute la nuit 468 1,185 +/- 0,121 74 DMSO 471 0,425 +/- 0,035 100 Le résultat démontre que l'extraction provenant de l'échantillon 0,5 N (rendement d'extraction de 79% lorsqu'on incube pendant toute la nuit) est plus efficace que celle provenant de l'échantillon 1 N. EXEMPLE VIII On a mis en culture la levure Phaffia dans un bouillon, on l'a récoltée par centrifugation et lavée une fois. On a préparé 50 ml d'une solution de levure contenant de l'acide chlorhydrique 0,5 N et on l'a incubée à 80"C pendant 48 heures pour l'extraction des caroténoides. On a effectué la même extraction trois fois. Pendant l'incubation, on a mesuré la quantité de caroténoides extraits afin de connaître l'effet du temps d'incubation sur l'efficacité d'extraction et on donne les résultats sur la Fig. 1. Tel que cela est montré sur la Fig. 1, l'incubation pendant 4 à 12 heures a été efficace pour effectuer l'extraction des caroténoides. EXEMPLE IX On a préparé une solution à l'échelle-pilote de levure (volume de travail : 16 litres) contenant de l'acide chlorhydrique 0,5 N comme dans l'exemple VIII et on l'a incubée à 80"C pendant 8 heures. La Fig.2 démontre que l'incubation pendant 5 à 8 heures est efficace pour effectuer l'extraction des caroténoides. EXEMPLE On a préparé 50 ml d'une solution de levure contenant de l'acide chlorhydrique 0,2 N ou 0,4 N d'une manière identique à celle de l'exemple VIII et on l'a incubée à 80"C ou 90"C pendant 24 heures, pour effectuer I'extraction des caroténoides. Cette extraction a été effectuée trois fois en fonction des températures et des concentrations en acide chlorhydrique. Sur la Fig.3, l'extraction de chaque cas est tracée en fonction du temps d'incubation. Comme on peut le voir, la concentration en acide chlorhydrique de 0,4 N et la température d'incubation de 90"C sont efficaces pour effectuer l'extraction des caroténoides. EXEMPLE XI On a préparé une solution de levure à l'échelle pilote (volume de travail: 17 litres) contenant de l'acide chlorhydrique 0,2 N d'une manière identique à celle de l'exemple VIII et on l'a incubée à 90"C pendant 11 heures. L'incubation pendant 8 à 10 heures est efficace pour effectuer l'extraction des caroténoides tel que cela est représenté sur la Fig.4 (rendement de l'extraction 95,5% pour une incubation pendant 10 heures). On a recherché combien de pigment caroténoide était détruit lorsqu'on avait neutralisé la solution de levure après le traitement à l'acide. A la fin, on a ajusté la solution de levure à un pH 3 ou pH 7 et on l'a séchée par pulvérisation. Les mesures de caroténoides provenant de la poudre de levure résultante ont démontré que la neutralisation à pH 3 était efficace pour effectuer l'extraction des caroténoides, comme le montre la Fig.S. Afin d'augmenter le pourcentage d'astaxanthine dans la quantité totale de caroténoides, on les a séparé par une chromatographie en couche mince. Par la suite, on a mesuré la quantité totale de caroténoides et ainsi d' astaxanthine. Par l'analyse, on a trouvé que l'astaxanthine était détruite jusqu'à 32 à 37 % lorsqu'on avait traité avec de l'acide 0,2 N et 34 à 41 % lorsqu'on avait séché par pulvérisation. TABLEAU 8 Différence de quantité entre les caroténoides en fonction du traitement à l'acide et du séchage par pulvérisation Caroténoides I Caroténoides totaux (%) Avant séchage Après séchage par pulvérisation par pulvérisation HCl (8 h) Cl (10 h) Caroté X max RfZ Pre- HCI HCI pH3 pH7 pH3 pH7 noides HCI (8h) (1 Oh) ss-carotène 450-426 1 0,27 1,39 1,49 2,84 1,42 2,81 1,44 Echinénone 450-8 0,824 1,27 ND ND 0,88 0,76 0,69 0,3 Echinénone 450-6 0,697 4,05 1,57 2,13 3,64 2,75 3,58 2,88 hydroxylée HDCO 460-480 0,596 6,88 2,68 4,61 5,39 2,42 4,47 4,08 Phoeuico- 430-470 0,483 0,94 2,31 2,06 3,45 2,84 1,48 3,01 xanthine Astaxanthine 470-480 0,373 82,66 89,27 86,59 79,48 81,2 82,8 75,2 Autres 373-460 3,02 2,78 3,12 4,33 8,61 4,15 13,08 total 99,09 100 100 100,01 100 99,98 99,98 TABLEAU 9 Différence de quantité d'astaxanthine en fonction du traitement à l'acide et du séchage par pulvérisation Avant séchage par Après séchage par pulvérisation pulvérisation Avant HCI HCI HCI HCl Pigment HCI (8h) (1 Oh) (8h, pH3) (lOh,pH7) Total Caroténoide 2,189 1,381 1,336 1,352 1,447 Asthaxalltine 1,809 1,223 1,157 1,075 1,198 Sur la figure 1, on a porté sur l'axe des abscisses le temps en heure et sur l'axe des ordonnées l'extraction de caroténoide (mg/g de levure). La courbe avec des ronds représente la tension et la courbe avec des triangles représente le traitement à HCL 0,5N. Sur la figure 2; on a porté sur l'axe des abscisses le temps en heure et sur l'axe des ordonnées le taux d'extraction en % (extraction de caroténoide/témoin). Sur la figure 3, on a porté sur l'axe des abscisses le temps en heure et sur l'axe des ordonnées le caroténoide extrait (mg/g de levure). Sur la figure 4, on a porté sur l'axe des abscisses le temps en heure et sur l'axe des ordonnées le taux d'extraction en % (caroténoide extrait/caroténoides totaux). Sur la figure 5, on a porté sur l'axe des abscisses le temps en heure et sur l'axe des ordonnées l'extraction de caroténoide (%) (caroténoide/caroténoides totaux). L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits en détails et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS i. Procédé de préparation d'huile à pigment caroténoide comprenant de l'astaxanthine à partir de la levure Phaffia rhodozyma, caractérisé en ce qu'il comprend le traitement de la levure avec de l'acide chlorhydrique pour détruire la paroi cellulaire de ladite levure Phaffia rhodozyma en culture, la neutralisation et l'extraction de l'huile à pigment dans l'éthanol. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite levure Phaffia rhodozyma est traitée avec de l'acide chlorhydrique ON-6N et incubée à une température de 50"C pendant 2 heures. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite levure Phaffia rhodozyma est traitée avec de l'acide chlorhydrique 0,2-0 > 4 N et incubée à une température de 80-90 C pendant 24 heures. 4. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite levure Phaffia rhodozyma est traitée avec de l'acide chlorhydrique 0,2 N et incubée à une température de 90"C pendant 11 heures. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit éthanol est utilisé en volume de 1-5 fois sur la base du poids de la levure sèche. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une étape de séchage par pulvérisation après le traitement de ladite levure avec de l'acide chlorhydrique et la neutralisation. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 6, caractérisé en ce que la neutralisation de ladite levure est contrôlée pour avoir un pH de 3-7 avant l'étape de séchage par pulvérisation.