L’extraction de cet or bleu est fondamentale. De cette dernière dépendra la qualité de la phycocyanine…
Une étude a mis en avant une méthode simple et efficace pour extraire la C-phycocyanine de la Spiruline. Les extractions étaient alors réalisées en utilisant six méthodes différentes, y compris des méthodes chimiques (traitement aux acides organiques et inorganiques), physiques (congélation et décongélation, homogénéisation) et enzymatiques (traitement au lysozyme). L’extraction par bain à ultrasons en présence de perles de verre dans la biomasse s’est avérée être la méthode la plus efficace, 56% supérieure à l’utilisation de la congélation et décongélation (la méthode la plus fréquemment utilisée), et a présenté un rendement d’extraction de 43,75 mg.g-1 et une concentration en C-phycocyanine de 0,21 mg.mL-1.
Les phycobiliprotéines sont des pigments photosynthétiques accessoires qui participent à une chaîne de transfert d’énergie extrêmement efficace dans la photosynthèse, responsables d’environ 50% de la capitation de la lumière par les cyanobactéries et les algues rouges (Williams et al., 1980). Ces protéines sont assemblées en structures complexes appelées phycobilisomes qui sont attachées à la surface externe des membranes thylacoïdiennes (Yu et Glazer, 1982), car la chlorophylle n’absorbe l’énergie lumineuse que dans une certaines région du spectre solaire. L’énergie d’excitation est transférée en arrière vers les centres de réaction placés dans les membranes photosynthétiques, provoquant le processus photosynthétique.
La C-phycocyanine (C-PC) peut être extraite de cyanobactéries telles que la spiruline, qui a été largement utilisée dans des applications commerciales dans l’industrie alimentaire et cosmétique comme colorant bleu naturel.
Chaque micro-organisme a des caractéristiques particulières se référant à l’emplacement des protéines produites intracellulairement, ce qui signifie que la molécule d’intérêt peut être située dans le cytoplasme, le périplasme ou même être stockée dans certains organites cellulaires, comme dans les mitochondries. Par conséquent, le protocole d’extraction pourrait varier en fonction de la protéine souhaitée.
En général, la méthode d’extraction est la clé pour une récupération maximale des phycobiliprotéines à l’état naturel à partir d’algues. L’extraction des phycobiliprotéines implique la rupture cellulaire et la libération de ces protéines à l’intérieur de la cellule. Les parois cellulaires des cryptophytes sont facilement perturbées, mais celles des cyanobactéries sont extrêmement résistantes. Ainsi, l’utilisation de variations de la pression osmotique, des conditions abrasives, du traitement chimique et de la congélation-décongélation, entre autres méthodes de perturbation, est nécessaire. Les méthodes de désintégration mécanique des cellules sont actuellement privilégiées pour les opérations à grande échelle car une désintégration complète de la biomasse est souhaitée, avec des rendements de produit et d’activité élevés.
Certains articles rapportent une extraction C-PC à partir de cyanobactérie. Moraes et coll. (2010) et Silveira et al. (2007) ont étudié l’optimisation de l’extraction de la biomasse séchée. Les méthodes signalées pour extraire le C-PC de la biomasse humide comprennent la congélation et la décongélation (Sony et al., 2008; Sarada et al., 1999; Abalde et al., 1998; Bermejo et al., 2006), la sonication (Bermejo et al. ., 2006; Abalde et al., 1998), l’homogénéisation (Sarada et al., 1999), le traitement au lysozyme (Bermejo et al., 2006; Stewart et Farmer, 1984) et le traitement acide (Sarada et al., 1999; Bermejo et al., 2006).
Compte tenu des utilisations de la C-phycocyanine, il s’agit ici d’évaluer certaines méthodes précédemment rapportées pour extraire la C-phycocyanine et d’autres bio-produits, afin de trouver la meilleure procédure pour extraire la C-phycocyanine de la spiruline compte tenu du rendement de l’extraction.
MATÉRIEL ET MÉTHODES
Conditions de culture
La souche Spirulina platensis a été obtenue par l’Institut océanographique de l’Université de Sao Paulo et conservée au Laboratoire de génie biochimique de l’Université fédérale du Rio Grande sous le nom de LEB-52. La cyanobactérie a été cultivée et maintenue dans un photobioréacteur extérieur ouvert, dans des conditions incontrôlées, dans le sud du Brésil. Lors de ces cultures, l’eau a été complétée avec 20% de milieu synthétique Zarrouk. Ce milieu a également été utilisé pour préparer la biomasse pour l’inoculation initiale de chaque lot.
Procédures d’extraction
La phycocyanine a été extraite de la biomasse humide de la spiruline en utilisant les méthodes suivantes, totalisant 6 méthodes et 11 dosages.
1. Homogénéisation des cellules dans un mortier et un pilon: La biomasse congelée a été homogénéisée dans un mortier et un pilon en présence de terre de diatomées, à raison de 5: 1 (g de biomasse: g de terre de diatomées).
2. Congélation et décongélation: la biomasse a été soumise à une congélation et une décongélation pendant 24 ou 48 heures. Dans le second cas (48 heures), la procédure de congélation et de décongélation a été répétée deux fois, à 24 heures d’intervalle.
3. Extraction d’acide inorganique: La biomasse humide a été traitée avec différentes concentrations d’acide chlorhydrique (2, 4, 6, 8 et 12 M) dans la proportion 5: 1 (g biomasse: mL d’acide inorganique) puis laissée pendant 24 heures à température ambiante.
4. Extraction d’acide organique: La procédure a été effectuée de la même manière que celle utilisée pour l’extraction d’acide inorganique; dans ce cas, la biomasse humide a été traitée avec 1 M d’acide acétique à température ambiante.
5. Traitement au lysozyme: du lysozyme a été ajouté à la biomasse dans un tampon de phosphate de sodium 0,1 mM (pH 7,0) contenant une solution d’EDTA de sodium 100 mM, pour donner une concentration finale de 100 ug.mL-1. La biomasse a ensuite été incubée pendant 24 heures à température ambiante, selon Boussiba et Richmond (1980).
6. Traitement par ultrasons: de la biomasse a été ajoutée à un bain à ultrasons (50 kHz), avec des perles de verre dans la proportion de 1: 1,1 (g de biomasse: g de perles de verre) pendant 40 minutes. (Medeiros et al., 2008).
Après extraction, les échantillons ont été centrifugés et le rendement d’extraction a pu être vérifié.
Une comparaison a été effectuée entre différentes procédures d’extraction de la C-phycocyanine avec de la biomasse fraîchement récoltée et les données sont présentées en termes de mg de phycocyanine par g de poids sec de spiruline, appelé rendement d’extraction.
Ces dernières années, certains articles rapportant l’extraction de la C-phycocyanine à partir de la biomasse humide ont été publiés. Dans tous, la congélation et la décongélation étaient considérées comme les meilleures, car elles présentaient une teneur en C-phycocyanine plus élevée que les autres méthodes étudiées. Cette méthode présente certains avantages tels qu’être simple, rapide (10-12 h), reproductible, robuste – puisqu’elle est indépendante de la quantité de biomasse, exempte de matière corrosive et sans présenter de pertes significatives de la capacité biologique de la protéine. Acker et McGann (2003) suggèrent que, lorsque la cellule est congelée, il y a une formation de glace intracellulaire inévitable, entraînant des dommages à la cellule, favorisant une meilleure extraction des substances intracellulaires.
