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ÉVALUATION DES MÉTHODES D'EXTRACTION DE LA PHYCOCYANINE ET SON RENDEMENT Á PARTIR DE SPIRULINA PLATENSIS EVALUATION OF METHODS OF EXTRACTING PHYCOCYANINE AND YIELD FROM SPIRULINA PLATENSIS Summary

Authors:
  • Centre de Recherche en Agropastoralisme CRAPast-Djelfa
  • Centre Régional de Recherche en Agriculture Oasienne Degache, Tozeur

Abstract and Figures

Description du sujet : Spirulina platensis est une algue bleu-vert grâce à la chlorophylle (vert) et la phycocyanin (bleu) contenue dans les phycobilisomes. En raison de ces applications pharmaceutiques et alimentaires, le choix de la méthode d'extraction de la phycocyanine revêt une importance primordiale. Objectifs : Les travaux ont porté sur l'évaluation de plusieurs méthodes d'extraction de la phycocyanin issue de deux types de spiruline provenant des régions de Tamanrasset (Algérie) et de Djerba (Tunisie) pour déduire la méthode optimale d'obtention d'une grande masse de phycocyanin. Méthodes : Six méthodes d'extraction ont été évaluées (eau, congélation, sonication, solvant, séparation biphasée et macération par le glycérol) sur deux souches de spiruline provenant de la région de Tamanrasset (Guelta à 1824m d'altitude (23°N., 5°E) et la région de Milita Djerba, située (33° 48' N ; 10° 51' E). Résultats : L'extraction biphasée a donné des rendements supérieurs comparativement aux autres méthodes (eau, solvant) (0,39 vs 0,19 mg/ml). Par macération avec le glycérol, la spiruline algérienne a donné une concentration de phycocyanin de 0,625 mg/ml et 1,37de pureté. La spiruline tunisienne a donné des rendements plus élevés. La concentration des polyphénols totaux varie entre 4 et 22 mg/g/ms pour la souche algérienne et 6 et 25 mg/g/ms pour la souche tunisienne. Conclusion : La macération avec le glycérol est la méthode optimale d'extraction de la phyccocyanin. Sa caractérisation a permis de déterminer en termes de rendement les composés phénoliques, les flavonoides et son activité antioxydante tant recherchée dans le domaine médical et cosmétique. Description: Spirulina platensis is a blue-green alga with chlorophyll (green) and phycocyanin (blue) contained in phycobilisoms. Due to pharmaceutical and food applications, the best of the method of extraction is the vital. Objectives: Work focused on an evaluation of several phycocyanin extraction methods from two types of Spirulina, from two regions; Tamanrasset (Algeria) , Djerba (Tunisia) to deduce the optimal method. Methods: Six extraction methods were evaluated (water, freezing, sonication, solvent, biphasic separation, maceration with glycerol) on two spirulina strains from the Tamanrasset (Guelta at 1824m, (23° N. ,5° E) and Milita Djerba (33° 48 'N; 10° 51'E). Results: Two phase extraction gave higher yields versus other methods (water, solvent) (0.39 vs 0.19 mg / ml). By maceration with glycerol, algerian Spirulina gave phycocyanin concentration of 0.625 mg/ml, purity of 1.37. Tunisian Spirulina yielded 50% higher yields. Concentration of total polyphenol is between 4-22 mg/g/dm for algerian strain and 6-25 mg/g/dm for the tunisian strain. Conclusion: Maceration with glycerol is the optimal method of extracting. Characterization determine the yield of the phenolic compounds, flavonoids and antioxidant activity in the medical and cosmetic field.
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LAFRI et al. Revue Agrobiologia (2017) 7(2): 623-634
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ÉVALUATION DES MÉTHODES D’EXTRACTION DE LA PHYCOCYANINE
ET SON RENDEMENT Á PARTIR DE SPIRULINA PLATENSIS
LAFRI Imène1*, JEMNI Monia2 BENSEHAILA Sarra3 et BOUTEKRABT Lynda4
1. Université de Blida1- Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie- Département des Biotechnologies - Laboratoire de recherche en
Biotechnologie des Productions Végétales, B.P. 270, route de Soumaâ, Blida- Algérie.
2. Centre de Recherche et d’Agriculture Oasienne, B.P. 62, km1 Route deTozeur, Tozeur Tunisie
3. Laboratoire des bioressources naturelles Université Hassiba Benbouali Chlef Algérie
4. Université de Blida1, Institut des Sciences et Techniques Appliquées, Blida, Algérie
Reçu le 01/12/2017, Révisé le 31/12/2017, Accepté le 31/12/2017
Résumé
Description du sujet : Spirulina platensis est une algue bleu-vert grâce à la chlorophylle (vert) et la phycocyanin
(bleu) contenue dans les phycobilisomes. En raison de ces applications pharmaceutiques et alimentaires, le choix de
la méthode d’extraction de la phycocyanine revêt une importance primordiale.
Objectifs : Les travaux ont porté sur l’évaluation de plusieurs méthodes d’extraction de la phycocyanin issue de
deux types de spiruline provenant des régions de Tamanrasset (Algérie) et de Djerba (Tunisie) pour déduire la
méthode optimale d’obtention d’une grande masse de phycocyanin.
Méthodes : Six méthodes d’extraction ont été évaluées (eau, congélation, sonication, solvant, séparation biphasée et
macération par le glycérol) sur deux souches de spiruline provenant de la région de Tamanrasset (Guelta à 1824m
d’altitude (23°N., 5°E) et la région de Milita Djerba, située (33° 48’ N ; 10° 51’ E).
Résultats : L’extraction biphasée a donné des rendements supérieurs comparativement aux autres méthodes (eau,
solvant) (0,39 vs 0,19 mg/ml). Par macération avec le glycérol, la spiruline algérienne a donné une concentration de
phycocyanin de 0,625 mg/ml et 1,37de pureté. La spiruline tunisienne a donné des rendements plus élevés. La
concentration des polyphénols totaux varie entre 4 et 22 mg/g/ms pour la souche algérienne et 6 et 25 mg/g/ms pour
la souche tunisienne.
Conclusion : La macération avec le glycérol est la méthode optimale d’extraction de la phyccocyanin. Sa
caractérisation a permis de déterminer en termes de rendement les composés phénoliques, les flavonoides et son
activité antioxydante tant recherchée dans le domaine médical et cosmétique.
Mots clés: spiruline, phycocyanin, extraction, pureté, antioxydante.
EVALUATION OF METHODS OF EXTRACTING PHYCOCYANINE
AND YIELD FROM SPIRULINA PLATENSIS
Summary
Description: Spirulina platensis is a blue-green alga with chlorophyll (green) and phycocyanin (blue) contained in
phycobilisoms. Due to pharmaceutical and food applications, the best of the method of extraction is the vital.
Objectives: Work focused on an evaluation of several phycocyanin extraction methods from two types of Spirulina,
from two regions; Tamanrasset (Algeria) , Djerba (Tunisia) to deduce the optimal method.
Methods: Six extraction methods were evaluated (water, freezing, sonication, solvent, biphasic separation,
maceration with glycerol) on two spirulina strains from the Tamanrasset (Guelta at 1824m, (23° N. ,5° E) and Milita
Djerba (33° 48 'N; 10° 51'E).
Results: Two phase extraction gave higher yields versus other methods (water, solvent) (0.39 vs 0.19 mg / ml). By
maceration with glycerol, algerian Spirulina gave phycocyanin concentration of 0.625 mg/ml, purity of 1.37.
Tunisian Spirulina yielded 50% higher yields. Concentration of total polyphenol is between 4-22 mg/g/dm for
algerian strain and 6-25 mg/g/dm for the tunisian strain.
Conclusion: Maceration with glycerol is the optimal method of extracting. Characterization determine the yield of
the phenolic compounds, flavonoids and antioxidant activity in the medical and cosmetic field.
Key words: spirulina, phycocyanin, extraction, purity, antioxidant
* Auteur correspondant: LAFRI Imène, E-mail : i.lafri1703@yahoo.fr
Revue Agrobiologia
www.agrobiologia.net
ISSN (Print): 2170-1652
e-ISSN (Online): 2507-7627
LAFRI et al. Revue Agrobiologia (2017) 7(2): 623-634
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INTRODUCTION
Les phycobiliprotéines, regroupées
généralement en phycocyanines, phycoérythrines,
et allophycocyanines sont constitués de protéines
pigmentaires photosynthétiques présentes chez
certaines algues (algues rouges et cryptophycées)
et chez toutes les cyanobactéries [1 ; 2]. La
phycocyanine est généralement extraite à partir de
la cyanobactérie spiruline (Arthrospira platensis).
Actuellement, la demande du consommateur en
produits naturels pour des impératifs écologiques
est en constante progression confortée par une
législation qui tend à substituer les composants
synthétiques par des produits naturels. Elle est
déjà introduite comme composant dans des
crèmes de soin de la peau, des masques de beauté
et des produits solaires [3].
L'extraction des phycobiliprotéines à partir d'une
biomasse sèche ou fraîche entraîne une lyse
cellulaire qui consiste en une rupture des
membranes plasmiques de cellules ou de
bactéries en utilisant notamment des moyens
physiques/mécaniques (par sonication, cycles de
congélation/décongélation) ou des moyens
chimiques (solutions de CaCl2, (NH4)2S04) ou
encore des moyens biologiques (enzymes).
L’extrapolation de tels procédés à une échelle
industrielle génère des coûts d'investissement
élevés [4]. D'autres procédés, plus simples,
utilisent la précipitation par les sels et
particulièrement le sulfate d'ammonium qui
permet en plus de conserver les
phycobiliprotéines contre les bactéries et les
champignons [5].
La production de phycocyanine à un coût
accessible, sans dégradation de ses propriétés
constitue un défi pour la plupart des chercheurs
[3 ; 6]. Ainsi beaucoup de travaux basés sur des
méthodes efficaces de bio-séparation à grande
échelle, qui permettraient d'atteindre de hautes
valeurs de pureté ont été effectuées. Parmi les
méthodes de purification qui pouvaient répondre
à tous ces critères, figurait l’extraction aqueuse
biphasée (ATPE) [7] ou encore le procédé
d'extraction et de stabilisation de la
phycocyanine qui consiste en l’étape de
macération du ou des matériaux dans du glycérol
ou un mélange eau/glycérol [8].
L’objet des travaux étant l’obtention d’une
bonne masse de la phycocyanine extraite à partir
de la spiruline provenant de deux régions
géographiquement différentes, la région de
Tamanrasset (sud Est du Sahara, Algérie) et la
région de Djerba, Sud Ouest de Tunisie).
Les travaux portent ainsi sur une comparaison
du rendement d’extraction pour les deux souches
tout en préservant d’une part, ses qualités
intrinsèques, et d’autre part, de pouvoir déduire
après, la méthode optimale en termes de
rendement pour une récupération maximale des
phycobiliproteines dans l’état naturel des algues.
MATÉRIEL ET MÉTHODES
1. Matériel végétal
La spiruline algérienne est produite
artisanalement dans des bassins où les
conditions de culture et de production sont
maîtrisées [9]. La souche algale utilisée est
dénommée Behatam, elle est située à 1824 m
d’altitude près de Tamanrasset dans le Sahara
algérien, à la Guelta Taguemart (N 23°01.- E
5°25.473'). La récolte de nos échantillons a été
faite durant le mois de juin 2014. Les feuilles de
la plante sont ensuite séchées, broyées et
conservées dans des flacons en verre à l’abri de
la lumière et de l’humidité pour les besoins de
l’étude.
La souche tunisienne dénommée « Spirulina
platensis » provient de la région de Milita
Djerba située 33°48’ N 10°51’E. Elle est
produite en paillettes au niveau de la station de
Djerba, représentant un environnement le plus
adapté à sa croissance.
2. Méthodes d’extraction
2.1. Extraction par l’eau
Une suspension de 4 % de spiruline dans
l’eau a été préparée à l’obscurité. La solution
obtenue, subit une décantation puis une
centrifugation (9000 tours/15 mn) à 4°c. On
prélève alors le surnageant lequel subit une
dilution (facteur 100) avec de l’eau. On a mesuré
ensuite la densité optique de la solution à 615
nm, 652 nm, 620 nm et 280 nm. Le calcul du
taux (%) en phycocyanine est effectué selon la
formule de M’Baye et al. [10].
% en phycocyanine : 1,873 × (Abs620
0.474×Abs652) = f/C
Avec :
C : % de la concentration de spiruline sèche
mise à tremper dans l’eau autour de 4 %
f : le facteur de dilution en volume
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2.2. Extraction par sonification
On met 10 mg de spiruline en suspension
dans 100 ml de tampon phosphaté, la solution
est mise sous l’action de l’ultrason E 3010 NA
pendant 5 min suivie d’une centrifugation (9000
tours/15min à 4°C). On prélève le surnageant et
on ajoute de nouveau au culot 100 ml de tampon
et on le remet à l’action de l’ultrason pendant 2 à
3 min, puis centrifugation afin de prélever de
nouveau le surnageant et le mélanger avec le
premier et mesurer les absorbances à 615, 652
,620 et 280 nm. Le taux (%) en phycocyanine est
calculé selon la formule de Bennett & Bogorad
[11].
PC = [Abs615-0,474×Abs652]/5,34
La pureté de phycocyanine est déduite selon la
formule : Ab620/Ab280 [11].
Avec :
Ab à 620 nm indiquant la concentration de la
phycocyanine
Ab à 280 nm indiquant la concentration totale
des protéines.
2.3. Extraction par congélation
On met 100 mg d’algues secs dans 200 ml
de tampon. La solution subit des cycles de
congélation/décongélation (congélation à -20°C)
jusqu’à l’éclatement des cellules. La solution
obtenue subit une première centrifugation. Au
surnageant, on ajoute 20% de sulfate
d’ammonium saturé ((NH4)2SO4), on le laisse
reposer pendant 2 heures. Après une deuxième
centrifugation, on ajoute au surnageant obtenu
45% de sulfate d’ammonium saturé. Enfin une
troisième centrifugation est effectuée
directement et le culot est récupéré. Des lectures
de spectrophotométrie sont effectuées à des
absorbances de 615nm, 620nm, 652nm et
280nm.
PC (mg/ml) = (Ab615-0,474 × Ab652)/5,34
La pureté de phycocyanine est déduite selon la
formule : Ab620/Ab280 [11].
Avec :
Ab à 620 nm indiquant la concentration de la
phycocyanine
Ab à 280 nm indiquant la concentration totale
des protéines.
2.4. Extraction par solvant
On verse 4 g de spiruline dans 120 ml de
tampon phosphate, au début on l’incube à
l’obscurité à 4 °C pendant 12h (pour permettre
la lyse des cellules à l’hypotonicité de mise),
puis centrifuger pour la première fois et
récupérer le surnageant bleu. Ensuite, on ajoute
120 ml du tampon phosphate au précipité et
incuber 12h à l’obscurité. Après la deuxième
centrifugation, les deux surnageants sont
mélangés afin de lire l’absorbance à
615, 652, 620 et 280 nm. Le calcul du % en
phycocyanine est basé sur de l’équation de Chen
et al. [12].
PC (mg/ml) = (Ab615-0,474×Ab652)/5,34
La pureté de phycocyanine est déduite selon la
formule : Ab620/Ab280 [11].
Avec :
Ab à 620 nm indiquant la concentration de la
phycocyanine
Ab à 280 nm indiquant la concentration totale
des protéines.
2.5. Extraction par séparation
aqueuse à double phase
Une solution de spiruline de 90 % est préparée à
l’obscurité. On lui rajoute une solution de 40%
de polyéthylène glycol (PEG) : 40 g PEG dans
60 g d’eau, ensuite une solution de sels de
phosphates à 20% : mélange de 10 g de K2HPO4
et 10 g de KH2 PO4 dans 60 g d’eau (on a utilisé
une solution glucosée à 20% et on a comparé le
rendement d’extraction) [13].
En se référant à la méthode d’Albertson [4] on a
prélevé 1g de 40 % (W/W) de PEG, 1,25 g de
20 % (W/W) de sels phosphates + 0.5 g de
spiruline et 2.25 g d’eau. Après mélange, le
composé mis à l’obscurité, subit une agitation
pendant 20 min à l’aide d’un agitateur, puis une
centrifugation, mesure de volumes de phases, de
lecture de l’absorbance à 620, 652, 615 et 280
nm. Le calcul du pourcentage en phycocyanine
et de sa pureté est basé sur les équations
suivantes :
PC (mg/ml) = (Ab615-0,474 × Ab652)/5,34
La pureté de phycocyanine est déduite selon la
formule : Ab620/Ab280 [11]
Avec :
Ab à 620 nm indiquant la concentration de la
phycocyanine
Ab à 280 nm indiquant la concentration totale
des protéines.
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2.6. Extraction par macération dans le glycérol
En s’inspirant des travaux de Potcher [7],
on a mélangé 800 g de poudre de spiruline
algérienne dans un volume de 60 /40
eau/glycérol. On laisse macérer pendant 15
j à température ambiante à l’obscurité. Une
filtration frontale lente est ensuite effectuée,
avec un filtre compatible alimentaire (filtre
en nylon, finesse de 25 µm). Nous avons
suivi le même protocole pour la spiruline
tunisienne au sein du Laboratoire de
l’Institut des Régions Arides (IRA)
(Médenine, Tunisie). Le calcul de
pourcentage de la phycocyanine est réalisé
selon les formules suivantes :
PC (mg/ml) = (Ab615-0,474 × Ab652)/5,34
La pureté de phycocyanine est déduite selon la
formule : Ab620/Ab280 [11]
Avec :
Ab à 620 nm indiquant la concentration de la
phycocyanine
Ab à 280 nm indiquant la concentration totale
des protéines.
3. Caractérisation des extraits de
phycocyanine
3.1. Analyse des composés
phénoliques
3.1.1. Polyphénols totaux
On fait diluer l’extrait de la
phycocyanine algérienne ainsi que celui de
la souche tunisienne, puis on met 0,5 ml de
chaque dilution dans des tubes à essai pour
chacune d’elles. On ajoute 5ml d’eau
distillée et 0,5 ml de réactif de Folin à 10%.
Après 3 mn on ajoute 0.5 ml de carbonate
de sodium 20%. La lecture des absorbances
est faite à 760 nm, après agitation et repos
d’une heure à l’obscurité. La concentration
en composés phénoliques totaux est
déterminée en se référant à la courbe
d’étalonnage obtenue en utilisant l’acide
gallique comme standard d’étalonnage [14]
(Figure 1).
Figure 1 : Courbe d’étalonnage de l’acide
gallique [15]
3.1.2. Quantification des
composés phénoliques par
chromatographie (HPLC)
La chromatographie liquide haute
performance (HPLC, Waters Alliance 2695)
avec détection UV (détecteur UV 24889 et un
logiciel empower V3) a été utilisée pour
l’identification et la détection du profil
phénolique de l’extrait. La phase mobile est de
composition gradiante. Elle est composée de
deux solvants A et B dont la proportion est
mentionnée dans le tableau 1 suivant :
Tableau 1 : Composition des deux éluant en
fonction du temps de l’opération [15]
Proportion (%)
Temps (mn)
Solvant A
(Acétonitrile)
Solvant B
(H20, pH 2,5)
Initial
5,00
15,00
17,00
25,00
2
2
5
100
100
98
98
95
0
0
3.2. Activité antioxydante
Le pouvoir antioxydant de la
phycocyanine a été mesuré par deux
méthodes :
3.2.1. Méthode au
diphenylpicrylhydrazyl (DPPH)
Une quantité de 12 mg de DPPH a
été solubilisée dans 50 ml de méthanol. De la
solution mère, on prélève 3 ml pour faire la
dilution dans 7 ml de méthanol. Pour la spiruline
algérienne : On prend 0,21 ml de l’extrait de
phycocyanine dans 1,94 ml de la solution de
DPPH et on fait une incubation à l’obscurité
pendant 30 min à 20°C.
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Le même protocole est utilisé pour la
détermination de l’activité antioxydante pour la
spiruline tunisienne. La lecture de l’absorbance
s’est effectuée à 517 nm. L’activité antioxydante
pour chacune des solutions a été calculée selon
la formule:
Delta-DPPH = ADPPH [A517] simple
Nous avons utilisé l’acide ascorbique comme
standard [15]
3.2.2. Détermination du pouvoir
réducteur par la méthode de
FRAP [16]
Un volume de 1 ml de
phycocyanine algérienne ou tunisienne a été
mélangé à 2,5 ml de tampon phosphate (0,2 M,
pH 6,6) et 2,5 ml de solution aqueuse
d’hexacyanoferrate de potassium K3 [Fe (CN)6]
à 1 %. Après 30 mn d’incubation à 50 °C, nous
avons ajouté 2,5 ml de la solution d’acide
trichloracetique à 10 % au mélange, qui a
ensuite subit une centrifugation pendant 10 mn.
Un aliquote (2,5 ml) de surnageant est combiné
à 2,5 ml d’eau distillée et à 0,5 ml de solution
aqueuse de FeCl3 à 0,1 % puis l’absorbance a
été mesurée à 700 nm.
SULTATS ET DISCUSSIONS
1. Extraction de phycocyanine
Les concentrations de phycocyanine
obtenues pour les deux souches (algérienne et
tunisienne) selon les différentes méthodes
d’extractions sont représentées dans le tableau 2.
Tableau 2 : Valeurs des concentrations et des
rapports de pureté de la spiruline algérienne et
tunisienne en fonction du mode d’extraction.
(*) Spiruline algérienne, (**) spiruline tunisienne
La concentration en phycocyanine de la
spiruline sèche varie entre 0,06-0,39 mg/ml pour
la souche algérienne et 0,20-0,41 mg/ml pour la
souche tunisienne. On remarque ainsi que
l’extraction aqueuse à deux phases a donné des
concentrations supérieures en C-phycocyanine
comparativement aux autres méthodes
(congélation et eau) pour les deux souches
(algérienne et tunisienne) (0,39 vs 0,19 mg/ml)
et (0,41 vs 0,20).
Un effet significatif du pays de production sur la
concentration d’extraction est observé, et ce
quelque soit la méthode d’extraction utilisée. En
effet, que ce soit pour les valeurs minimales ou
maximales enregistrées, les valeurs des
concentrations de la spiruline tunisienne sont
significativement supérieures à celles observées
pour la spiruline algérienne. Nous avons
regroupé les différentes concentrations et les
rapports de pureté selon les méthodes
d’extraction au niveau de la figure 2.
Figure 2. Concentrations et pourcentages de pureté de la phycocyanine des souches (algérienne et tunisienne)
de la spiruline.
Méthodes
d’extraction
Concentration
(mg/ml)
Sp Alg
(*)
SpTun
(**)
Sp
Alg
(*)
SpTun
(**)
Eau
0,19
0,20
0,20
0,25
Congélation
0,06
0,10
0,80
0,90
Sonification
0,25
0,25
0,60
0,80
Solvant
0,30
0,35
0,55
1,00
Séparation
aqueuse à double
phase
0,39
0,41
0,30
0,4
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Concernant la pureté, l’extraction par la
congélation a donné des valeurs de pureté
supérieures aux autres méthodes (par
sonification, par solvant) (0,80 vs 0,60) et
0,80 vs 0,55). Une pureté de C-
phycocyanine de 0,7 est considérée comme
grade alimentaire, 3,5 comme grade
réactive, par contre si elle est supérieure 4,
elle est considérée comme grade analytique
[17]. Ces valeurs indicatives permettent
d’affirmer que cette extraction est de
l’ordre alimentaire. Un effet significatif du
pays de production sur le degré de pureté
est observé, et ce quelque soit la méthode
d’extraction utilisée. Toutefois, que ce soit
pour les valeurs minimales ou maximales
enregistrées, les valeurs des degrés de
pureté de la spiruline tunisienne sont
significativement supérieures à celles
observées pour la spiruline algérienne.
D’après Silveira et al. [2], la pureté
d’extraction est de l’ordre de 0,40 avec une
extraction de phycocyanine de l’ordre de
3,73 mg/ml avec l’eau et 4,20 mg/ml avec
le tampon phosphate. Benedetti et al. [18]
ont obtenu une pureté de 2,74 avec une
extraction avec sulfate d’ammonium à 50%.
Toutefois, une concentration de
phycocyanine de l’ordre de 2,67 mg/ml et
un rendement de 0,79 ont été obtenu en
utilisant l’extraction aqueuse à double
phase [19]. Alors quAntelo et al. [20] ont
obtenu par la même méthode une pureté de
5,1 et une concentration de phycocyanine
de l’ordre de 1,11 mg/ml.
2. Extraction par macération avec le
glycerol
A la fin de la filtration, nous avons obtenu
avec la spiruline algérienne une concentration de
phycocyanine de 0,625 mg/ml avec une pureté
de l’ordre de 1,37 avec environ 2,5 l de filtrat
(phycocyanine) et 7,5 l de retentât (retenu par le
filtre). Par contre avec la spiruline tunisienne
nous avons obtenu une concentration de 1,90
mg/ml et un rendement de 2,3 soit un taux de
rendement plus élevé de 50%. Ces différences
de valeurs pourraient être liées aux conditions de
culture, au climat, à la souche mère, ou encore
aux moyens de séchage.
3. Caractérisation de phycocyanine
3.1. Polyphénols totaux
Nous avons regroupé les différentes
concentrations selon les méthodes d’extraction
au niveau de la figure 3.
On remarque que la concentration des
polyphénols totaux à partir des différentes
méthodes d’extractions de C-phycocyanine est
comprise entre 4 et 22 mg/g de matière sèche
pour la souche algérienne et 6 et 25 mg/g de
matières sèches pour la souche tunisienne. Les
phycocyanines sont riches en poly phénols. Nos
résultats sont supérieurs à ceux obtenus par
Bujard et al. [15] à 4,9 µg/g. Toutefois nous
avons noté que la concentration des polyphénols
totaux la plus élevée est obtenue par la méthode
d’extraction par glycérol (25 et 22 g/gms).
Cependant la souche tunisienne a donné des
valeurs supérieures en poly phénols par rapport à
la souche algérienne (25 vs 22 g/gms).
Figure 3: La concentration des polyphénols totaux issue de la phycocianine
(a) : Algérienne, (b) : Tunisienn
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3.2.Détermination des polyphénols par HPLC
Nous avons regroupé au niveau du tableau 3 les composés polyphénoliques et flavonoïdes détectés
dans chaque extrait selon le temps de rétention.
Tableau 3: Détermination des polyphenols pour chaque Extrait de la spiruline par HPLC
Temps de rétention
Polyphénols
Extrait 1
2,17
Inconnu
18,17
Pyrogallol
18,53
Rutin
19,0
Acide vanilline
Temps de rétention
Polyphénols
Extrait 2
2,15
Inconnu
2,4
Inconnu
4,9
Acide gallique
18,17
Pyrogalol
18,53
Rutin
18,99
Quercitine
Temps de rétention
Polyphénols
Extrait 3
2,11
Inconnu
2,3.14
Inconnu
18,17
Pyrogallol
18,85
Inconnu
18,99
Quercitine
L'identification des pics sur le chromatogramme
se fait grâce à des échantillons standards en se
basant sur le temps de rétention des molécules
analysées. Le profil chromatographique
représenté dans la figure 4 a permis d’identifier
au niveau des extraits, la présence des composés
polyphénoliques dans Spirulina platensis
d'acides phénoliques et de composés flavonoïdes
tels le pyrogallol, l’acide gallique, le rutin et la
quercitine.
3.1. Les Flavonoïdes
Les concentrations des flavonoïdes obtenues par
différentes méthodes d’extraction sont
représentées dans le tableau 4 :
Tableau 4: Concentration en flavonoïdes pour la spiruline (Algérienne et Tunisienne)
Méthode d’extraction
Eau
Sonification
Congélation
Solvant
En phase
Glycérol
Flavonoïde
(mg/g)
Spiruline algérienne
0,33
0,27
1,878
2 ,12
0,25
3 ,4
Spiruline tunisienne 0,45 0,32 2,1 2,9 0,75 4,5
La concentration la plus élevée est obtenue par
la méthode d’extraction par glycérol pour les
deux souches (algérienne et tunisienne) avec des
valeurs respectives de 3,4 mg/g et 4,5 mg/g. Par
contre, les concentrations les plus faibles sont
obtenues par les méthodes d’extraction par
sonification et par l’eau (0,33mg/g, 0,45 mg/g)
respectivement. La phycocyanine Tunisienne
montre des valeurs plus élevées par rapport à la
phycocyanine Algérienne en flavonoïde quel que
soit la méthode d’extraction utilisée.
4. Activité anti oxydante
Les résultats de l’activité anti oxydante sont
représentés dans le tableau 5. Nous avons
obtenu une activité qui varie de 0,2 à 0,6%
pour la souche Algérienne et une activité
qui varie de 0,4 à 1,4% pour la souche
Tunisienne.
LAFRI et al. Revue Agrobiologia (2017) 7(2): xxx-xxx
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Chromatographe de l’Extrait 1
Chromatographe de l’Extrait 2
Chromatographe de l’Extrait 3
Figure 4: Profils des polyphénols obtenus pour les 3 extraits
Les conditions d’analyse par HPLC : Longueur d’onde 254 nm,
Concentration de l’échantillon : 1mg/ml, Temps d’analyse 25 mn
Tableau 5: Valeurs (en %) d’activité anti oxydante pour la spiruline (Algérienne et Tunisienne)
Méthode d’extraction
Eau Sonification Congélation Solvant
En
phase
Glycérol
Activité anti oxydante
(%)
Souche
algérienne
0,2 0,16 0,01 0,23 0,06 0,6
Souche
tunisienne
0,4 0,13 0,015 0,33 0,09 1,4
LAFRI et al. Revue Agrobiologia (2017) 7(2): xxx-xxx
631
D’après le tableau 6, nous remarquons que les
méthodes d’extraction par le glycérol montrent
une activité antioxydante la plus élevée avec
toutefois, une activité antioxydante supérieure
pour la souche tunisienne. Patil et al. [21], ont
obtenu une activité antioxydante variant de 0,17
à 51,94% selon que la concentration de spiruline
varie de 0,3 à 15 mg/ml.
La quantification de l‘activité antioxydante d’un
extrait par le biais du pouvoir réducteur (PR)
implique la capacité des antioxydants analysés à
transformer le fer (III) en fer (II), grâce à leur
faculté donatrice d’électrons.
Tableau 6 : Pouvoir réducteur des deux souches
de phycocyanine (Algérienne et Tunisienne)
Méthode d’extraction
Macération au glycérol
Pouvoir réducteur (Abs)
Pycocyanine
Algérienne
1,749 ±0,052
Phycocyanine
Tunisienne
1,788 ±0,0026
Le même tableau indique que la phycocyanine
Tunisienne extraite par macération avec le
glycérol possède le meilleur pouvoir réducteur.
Cependant, la différence est non significatives (p
> 0,05), sachant que la phycocyanine présente
une meilleure activité antioxydante révélée par
le test de DPPH.
CONCLUSION
Les travaux entrepris sur la spiruline
avaient pour but une évaluation de différentes
méthodes d’extraction pour un meilleur
rendement d’extraction. Les résultats obtenus
ont montré que l’extraction aqueuse à double
phase a donné des valeurs supérieures
comparativement aux autres méthodes (par
l’eau, solvant). La caractérisation de la
phycocyanine de souche algérienne a permis de
déterminer en termes de rendement les
composés phénoliques, en flavonoides et surtout
son activité antioxydante . ainsi , différentes
extractions sur S. platensis ont été réalisées par
des solvants afin d’étudier l’activité
antioxydante des composés phénoliques
contenus dans cette souche algale. L’analyse
s’est faite par chromatographie liquide de haute
performance (HPLC). L’extraction des
polyphénols a montré une richesse de la
spiruline en polyphénols totaux, ainsi que les
composés phénoliques qui disposent d’un
pouvoir antiradicalaire important.
Il est à noter enfin, que la souche algérienne , en
pleine culture et de production artisanale au
Sahara, espace de soleil et d’eau de la chaleur et
des sels minéraux se doit à être valorisée . Sa
production est simple à mettre en œuvre car la
souche est maintenant disponible sur place. Une
caractérisation plus poussée de cette souche par
les techniques de résonnance magnétique
(RMN) permettrait de lui donner sa valeur
indicative pour des éventuelles valorisations
principalement en cosmétique.
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Article
Full-text available
Considerations on antioxidants derived from plants have continuously increased during this decade because of their beneficial effects on human health. In the present study we investigated the free radical scavenging properties of extracts from Piper guineense (P. guineense) and their inhibitory potentials against oxidative mediated ion toxicity. The free radical quenching properties of the extracts against [1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH·−), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS·−), hydroxyl radical (HO·−), nitric oxide (NO·−)] radical and their antioxidant potentials by FRAP and phosphomolybdenum were determined as well as their protective properties on liver enzymes. The phenolic profile was also investigated by HPLC. The results obtained, revealed that the extracts significantly inhibited the DPPH, NO, HO and ABTS radicals in a concentration depending manner. They also showed a significant ferrous ion chelating ability through FRAP and phosphomolybdenum antioxidant potential. Their polyphenol contents varied depending on the type of extracts and the solvent used. The hydroethanolic extracts (FFH) and the ethanolic extracts (FFE) of P. guineense leaves showed the higher level of phenolic compounds respectively of 21.62 ± 0.06 mg caffeic acid/g dried extract (CAE/g DE) and 19.01 ± 0.03 CAE/g DE. The HPLC phenolic compounds profile revealed a higher quantity of Eugenol, quercetin, rutin and catechin in the stem than in the leaves. The presence of these molecules could be responsible of the protective potentials of P. guineense extracts against lipid peroxidation and SOD, catalase and peroxidase. In conclusion, P. guineense extracts demonstrated significant antioxidant property and may be used as a prospective protector against metal related toxicity.
Article
Full-text available
The main aim of this work was to investigate the effects of temperature and nitrogen concentration on the antioxidant potential of extracts from Spirulina (Arthospira) platensis biomass. S. platensis biomass obtained at 35ºC and with 1.875 g.L-1 or 2.5 g.L-1 of sodium nitrate in the culture medium presented higher concentrations of phenolic compounds. The antioxidant potential of methanol extracts of biomass on the enzymatic browning caused by peroxidase were 29 and 35%, respectively, being the reduction related to the amount of phenolic compounds present in this extract.
Article
Full-text available
Crude C-phycocyanin extracts from Spirulina platensis, with and without cell debris, were purified in aqueous two-phase systems ( ATPS) varying the molar mass of the PEG, at pH 6, more promising than at pH 7 . For the assays carried out with each molar mass, with distinct percentages of PEG and salt, the concentrations (mg mL-1), purities (OD 620/OD 280) and C-phycocyanin partition coefficients of each system were determined and compared. The process for the primary purification of intracellular C-phycocyanin with cell debris (integrated), composed of 15% of PEG 1500 and 13% of potassium phosphate and 5% of PEG 4000 and 18% of salt, produced C-phycocyanin concentrations of, respectively, 1.60 and 2.67 mg mL-1 in the top phase. The purities were of 0.73 and 0.79 respectively, values higher than those obtained in the systems without cells.
Article
Full-text available
The extraction of Cd(II) was studied in an aqueous PEG–(NH4)2SO4 two-phase system, formed from a water-soluble polymer (poly(ethylene glycol), PEG) and an inorganic salt ((NH4)2SO4), in the presence of halide ions. In the absence of a suitable extracting agent, Cd(II) remains predominantly in the salt-rich phase of the extraction system. By addition of halide ions as extractants, Cd(II) is extracted into the PEG-rich phase due to the formation of cadmium halide species. The efficiency of the extractants increased in the order: Cl– < Br– < I–. From the distribution coefficients determined as a function of the concentration of the halide ions, the compositions of the extracted species were assumed and the “conditional” extractions constants calculated. The experimental results indicate that the extractability of Cd(II) in such extraction systems depends on the type of Cd(II) halide species (which is mainly determined by the acidity of salt stock solution) and of their stability.
Article
Full-text available
Fluorescent and red light environments generate greatly different patterns of pigmentation and morphology in Fremyella diplosiphon. Most strikingly, red-illuminated cultures contain no measurable C-phycoerythrin and have a mean filament length about 10 times shorter than fluorescent-illuminated cultures. C-phycoerythrin behaves as a photoinducible constituent of this alga. Spectrophotometric and immunochemical procedures were devised so that C-phycoerythrin metabolism could be studied quantitatively with [(14)C]-phenylalanine pulse-chased cultures. Transfer of red-illuminated cultures to fluorescent light initiates C-phycoerythrin production by essentially de novo synthesis. C-phycoerythrin is not degraded to any significant extent in cultures continuously illuminated with fluorescent light. Transfer of fluorescent-illuminated cultures to red light causes an abrupt cessation of C-phycoerythrin synthesis. The C-phycoerythrin content of cultures adapting to red light decreases and subsequently becomes constant. Loss of C-phycoerythrin is not brought about by metabolic degradation, but rather by a decrease in mean filament length which is effected by transcellular breakage. In this experimental system, light influences intracellular C-phycoerythrin levels by regulating the rate of synthesis of the chromoprotein.
Article
A novel process for the recovery of c‐phycocyanin from Spirulina maxima exploiting aqueous two‐phase systems (ATPS), ultrafiltration and precipitation was developed in order to reduce the number of unit operations and benefit from an increased yield of the protein product. The evaluation of system parameters such as PEG molecular mass, concentration of PEG as well as salt, system pH and volume ratio was carried out to determine under which conditions the c‐phycocyanin and contaminants concentrate to opposite phases. PEG1450–phosphate ATPS proved to be suitable for the recovery of c‐phycocyanin because the target protein concentrated in the top phase whilst the cell debris concentrated in the bottom phase. A two‐stage ATPS process with a phase volume ratio ( V r ) equal to 0.3, PEG1450 7% (w/w), phosphate 20% (w/w) and system pH of 6.5 allowed c‐phycocyanin recovery with a purity of 2.4 (estimated as the relationship of the 620 nm to 280 nm absorbances). The use of ultrafiltration (with a 30 kDa membrane cut‐off) and precipitation (with ammonium sulfate) resulted in a recovery process that produced a protein purity of 3.8 ± 0.1 and an overall product yield of 29.5% (w/w). The results reported here demonstrated the practical implementation of ATPS for the design of a prototype recovery process as a first step for the commercial purification of c‐phycocyanin produced by Spirulina maxima . © 2001 Society of Chemical Industry
Article
The antiradical activities of various antioxidants were determined using the free radical, 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH*). In its radical form. DPPH* has an absorption band at 515 nm which dissappears upon reduction by an antiradical compound. Twenty compounds were reacted with the DPPH* and shown to follow one of three possible reaction kinetic types. Ascorbic acid, isoascorbic acid and isoeugenol reacted quickly with the DPPH* reaching a steady state immediately. Rosmarinic acid and δ-tocopherol reacted a little slower and reached a steady state within 30 min. The remaining compounds reacted more progressively with the DPPH* reaching a steady state from 1 to 6 h. Caffeic acid, gentisic acid and gallic acid showed the highest antiradical activities with a stoichiometry of 4 to 6 reduced DPPH* molecules per molecule of antioxidant. Vanillin, phenol, γ-resorcylic acid and vanillic acid were found to be poor antiradical compounds. The stoichiometry for the other 13 phenolic compounds varied from one to three reduced DPPH* molecules per molecule of antioxidant. Possible mechanisms are proposed to explain the experimental results.
Article
Aqueous two phase extraction is employed for the purification of C-phycocyanin from Spirulina platensis. A systematic approach is suggested to arrive at the optimal process parameters of aqueous two phase extraction by considering a case study of C-phycocyanin. The influence of various process parameters such as type of aqueous two phase systems, phase forming salt, molecular weight of the phase forming polymer, system pH, phase composition, phase volume ratio, and type and concentration of neutral salts on differential partitioning of C-phycocyanin is evaluated. Desirable conditions for the purification of C-phycocyanin are found in polymer–salt systems especially in polyethylene glycol (4000)/potassium phosphate system. Increase in purity of C-phycocyanin to 3.52 from initial purity of 1.18 is achieved at pH 6, tie line length of 35.53% with a phase volume ratio of 0.8 in a single step of aqueous two phase extraction. Multiple extractions resulted in further increase in purity of C-phycocyanin without loosing the yield and a maximum purity of 4.05 is achieved in third aqueous two phase extraction. The integration of ultrafiltration with aqueous two phase extraction facilitated the selective removal of polyethylene glycol from the purified C-phycocyanin. Finally, C-phycocyanin is freeze dried to obtain in powder form.
Article
Sustainable production of renewable energy is being hotly debated globally since it is increasingly understood that first generation biofuels, primarily produced from food crops and mostly oil seeds are limited in their ability to achieve targets for biofuel production, climate change mitigation and economic growth. These concerns have increased the interest in developing second generation biofuels produced from non-food feedstocks such as microalgae, which potentially offer greatest opportunities in the longer term. This paper reviews the current status of microalgae use for biodiesel production, including their cultivation, harvesting, and processing. The microalgae species most used for biodiesel production are presented and their main advantages described in comparison with other available biodiesel feedstocks. The various aspects associated with the design of microalgae production units are described, giving an overview of the current state of development of algae cultivation systems (photo-bioreactors and open ponds). Other potential applications and products from microalgae are also presented such as for biological sequestration of CO2, wastewater treatment, in human health, as food additive, and for aquaculture.
Article
Spirulina is the most extensively used microalgae for animal and human nutrition mostly because of its high protein content, 60-65% on a dry weight basis. The drying is the most expensive operation. The aim of the study was to characterize drying of Spirulina platensis in thin layer. A Statistical model was applied to analyze the effects of independent variables (air temperature and loads of solids in the tray) on the response of solubility in acid medium. The analysis of phycocyanin content was determined at the best drying condition. The Spirulina isotherm data were adjusted through Guggenheim, Anderson and de Boer (GAB) and Brunauer, Emmett and Teller (BET) correlations. The nonlinear regression analysis of isotherms data showed that the GAB equation more effective adjusted the experimental data (R(2)>99% and E%<10%). Drying curves of Spirulina showed only a decreasing rate-drying period. The material load and the interaction between the air temperature and material load were significant effects (P0.05), and the best results of solubility in acid medium ( approximately 79%) occurred at 60 degrees C and 4 kg/m(2). In under these conditions the phycocyanin content was determined to be 12.6% of dried Spirulina.