Antioxydants naturels végétaux

ARTICLE

Auteur(s) :, Yohan Rolland^*

Burgundy Botanical Extracts, Actiparc de Pont de Vaux, Les Chapelles Sud, 01190 Reyssouze - France

La société Burgundy

L’activité de Burgundy est de fabriquer des extraits végétaux, à partir de toute matière première végétale. La capacité d’extraction est d’environ 1 500 tonnes de plantes par an, grâce à 4 réacteurs agités à fond filtrant d’une capacité de 24 000 litres. Les installations sont compatibles avec l’emploi de tout type de solvants dans un environnement antidéflagrant Eexe II B T 4.

L’usine dispose d’installation de purifications liquide-liquide ou chromatographique, et permet l’obtention en fin de process de composés d’une pureté supérieure à 95 %.

Les solvants d’extraction, purifiés ou non, sont concentrés dans un évaporateur-concentrateur sous vide couplé à une colonne de distillation, de 5 000 L en volume utile et 1 500 kg/h de capacité évaporatoire sur eau, et enfin séché par atomisation dans un atomiseur multiple effet de capacité évaporatoire 80 kg/h en eau permettant de produire entre 100 et 150 kg par heure de poudre fine ou microgranulée. Avant l’industrialisation, les nouveaux produits sont testés sur un équipement pilote, représentant au 1/6^e l’installation industrielle, à l’aide de procédés définis au laboratoire.

L’usine est en cours de certification ISO 9001/2000, avec un plan HACCP répondant à la norme DS 3027 pour l’agroalimentaire.

Maintenant, Burgundy produit des extraits très diversifiés comme par exemple des extraits de germes de soja titrés en isoflavones, extraits d’harpagophytum, guarana, maté, propolis, orthosiphon, kola, etc., pour l’alimentaire, la cosmétique, et de nombreux produits à façon pour la pharmacie.

Les principaux produits, en volume et historiquement, sont les extraits de raisins, pépins ou pépins et pulpes. Ces produits sont très riches en polyphénols et OPC (oligomères procyanidoliques) dont l’activité n’est plus à démontrer. Ce positionnement a permis à Burgundy d’acquérir une grande expérience dans toutes les fractions de cette matière première végétale, et de proposer des produits adaptés à toutes les problématiques : extraction à l’eau ou avec un solvant hydroalcoolique, purifié ou non, mais dans tous les cas, titrés en principes actifs antioxydants.

Autres produits antioxydants très importants chez Burgundy, les extraits de thé vert, plante sélectionnée sur une île d’Indonésie, sont titrés jusqu’à 60 % en dérivés catéchiques sans purification.

Tous ces produits sont exclusivement naturels et présentent une bonne alternative à tous les phénomènes irréversibles d’oxydation. Ils sont dits antioxydants car ils sont plus sensibles à l’oxydation que leur environnement. Faisons un rappel de tous ces éléments pour comprendre les mécanismes d’action mis en jeu.

Oxydation et anti-oxydants

L’organisme subit également le phénomène d’oxydation, mais il est équipé pour lutter contre ces altérations : un énorme système de défense est en permanence en place, avec des systèmes enzymatiques et/ou des systèmes de régénération de complexes mettant en jeu par exemple l’acide ascorbique (vitamine C) ou le glutathion.

Mais ce système de défense est parfois débordé. Surtout quand les agressions sont multipliées sous l’effet de la fumée du tabac, de la pollution, du soleil, d’un effort physique intense, etc.

Plusieurs cas peuvent engendrer des déséquilibres :

• –  soit dans des conditions de stress et alors l’oxydation augmente au point de ne pas pouvoir être régulée ;
• –  soit dans des conditions de mauvaise alimentation et alors les quantités d’antioxydants apportés ne sont pas suffisantes pour rétablir l’équilibre.

L’oxydation est avant tout un phénomène chimique

Les espèces moléculaires cibles de l’oxydation sont avant tous les corps gras comme les phospholipides des membranes cellulaires, mais aussi les protéines. Dans le cas des enzymes, l’oxydation entraîne une modification ou perte de l’activité biologique de la molécule, ce qui provoque des désorganisations cellulaires parfois irréversibles entraînant la mort de la cellule. Il en est de même quand l’oxydation touche l’ADN ou une partie du système traduction/ transduction.

L’oxygène de l’air à l’état fondamental O₂ est peu réactif par rapport à la majeure partie des molécules biologiques. Par contre il existe des formes beaucoup plus réactives et donc plus toxiques (( figure 1 )).

Les mécanismes de l’oxydation

• 1. Initiation : formations d’hydroperoxydes.L’oxygène n’oxyde pas directement les molécules.Le mécanisme réactionnel initial peut être initié par la chaleur les UV ou les ions métalliques. De même, l’oxygène triplet, stable, peut être activé en oxygène singulet, réactif, par l’intermédiaire d’un photosensibiliateur.La phase d’initiation aboutit donc à la formation d’espèces très réactives : ROOH et R^•.
• 2. Propagation : destruction des hydroperoxydes et apparition des composés responsables des goût et odeur de rance.La liaison O-O dans un hydroperoxyde est faible et peut être facilement rompue.Les deux dernières réactions sont en boucles, ce qui explique que des traces d’ions métalliques suffisent à générer une grande quantité de radicaux libres.Les espèces radicalaires produites par les premières réactions sont hautement réactives et vont à leur tour arracher un hydrogène à une autre molécule ou réagir avec un oxygène triplet.
• 3. Terminaison arrêt : apparition de nouvelles espèces moléculaires anarchiques.La chaîne de propagation peut s’arrêter par la formation de polymères ou au contact avec un autre radical. Les molécules créées n’ont plus de fonction biologique.

Les anti-oxydants

• – Les antioxydants primaires ou radicalaires ou vrais, qui permettent l’interruption de la chaîne autocatalytique : AH + R^• → A^• + RH. La molécule AH est antioxydante si le radical formé A^• est plus stable. La stabilité du radical A^• peut s’expliquer par sa conversion en composés non radicalaires : A* + A’ → A-A ou A^• + R* → A-R.
• – Les antioxydants secondaires ou préventifs qui assurent l’inhibition de la production des radicaux libres. Ce sont des substances décomposant les hydroperoxydes en alcool, des thiols (glutathion, acides aminés soufrés) ou les disulfures, des protecteurs vis-à-vis des UV, comme les carotènes, des chélatants des métaux promoteurs d’oxydation type fer et cuivre, comme l’acide citrique et les lécithines) ou enfin de séquestrants d’oxygène comme l’acide ascorbique.

Les méthodes de mesures de l’oxydation

Principale variation, la nature du milieu de l’étude.

En effet, certains composés actifs sont solubles en milieu aqueux (vitamine C, polyphénols, etc.), d’autres en milieu lipidique (vitamine E).

De même, certaines molécules cibles de l’oxydation sont solubles en milieu aqueux (protéines, ADN/ARN) et d’autres en milieux lipidiques (huiles, lipides membranaires).

Les formulateurs de la cosmétique ont bien saisi cet enjeu puisqu’il est d’usage maintenant de protéger les deux phases des émulsions, qu’elles soient eau-dans-huile ou huile-dans-eau, l’oxydation ayant lieu initialement aux interfaces.

D’un point de vue nutritionnel, il semble important de jouer sur les deux tableaux, l’organisme étant capable de prendre en charge les composés polaires et apolaires.

Toutes les méthodes de mesure du pouvoir antioxydant d’un principe actif reposent sur le même principe : provoquer une oxydation sur une matrice sensible, et mesurer le ralentissement de dégradation de la matrice protégée par l’antioxydant par rapport à un témoin sans protection.

Mesure en milieu lipidique

• 1) Mesure de l’oxydation en temps réel :La mesure de l’oxydation d’un corps gras en temps réel se fait par la mesure de l’indice de peroxydes. Par définition, l’indice de peroxyde est le nombre de μg d’oxygène actif du peroxyde contenus dans un gramme de corps gras susceptible d’oxyder l’iodure de potassium avec libération d’iode.Cette méthode est normalisée (AFNOR, AOCS, UICPA) et représente un critère très utile et très sensible pour apprécier les premières étapes de la détérioration oxydative d’une huile.Par contre, un résultat faible ne précise pas si le corps gras est de bonne qualité ou s’il est déjà complètement oxydé. Il convient de s’assurer de la qualité de la matrice initiale.L’efficacité de l’antioxydant liposoluble est mesurée par une augmentation plus lente de L’IP par rapport à un témoin sans protection.
• 2) Mesure de l’oxydation par des tests de vieillissements accélérés :
  • – Test de Swift ou AOM (Active Oxygen Method) (normalisée AOCS).Ce test consiste à faire passer un courant d’air purifié dans un échantillon d’huile à 97,8 °C. À des intervalles réguliers, on mesure l’IP, et on détermine le temps nécessaire à un indice de peroxyde de 100 meq d’oxygène actif/kg de matière grasse.Dans le test de Swift modifié (Afnor), le flux de gaz barbote dans une solution de rouge crésol, qui vire au jaune au contact de produits volatils libérés.
  • – Utilisation de l’appareil « Oxypress ». L’échantillon est place dans une étuve hermétiquement close, sous une pression d’oxygène de 3 à 5 bars, à une température de 105 °C.On suit l’évolution de l’oxydation en mesurant la diminution de la pression d’oxygène, correspondant à l’incorporation du gaz dans la matière oxydée (formation d’hydroperoxydes). On enregistre la pression en fonction du temps et on détermine le temps de résistance de l’échantillon préservé par des antioxydant ou non à l’oxydation.
  • – Utilisation de l’appareil « Rancimat ».C’est une version automatique du test de Swift, qui permet de déterminer le temps de résistance d’un échantillon à l’oxydation par une mesure conductimétrique.Un flux d’air fixé à 20 L/h traverse un échantillon chauffé à 105 °C. Les composés volatils générés par l’oxydation sont recueillis dans un récipient contenant de l’eau distillée. L’augmentation de la conductivité de l’eau est mesurée et représente la résistance de l’échantillon à l’oxydation (( figure 3 )).

Limite des tests d’oxydation forcée

Il convient donc de choisir une méthode, d’adapter un protocole et de s’y tenir pour la totalité des essais à réaliser.

Mesure en milieu aqueux

• – Le test au DPPH.LE DPPH (1,1 Diphényl 2 Pycril Hydrazil) est un radical de couleur violet intense.La mesure de l’efficacité d’un antioxydant (capacité à fixer des radiaux libres, donc arrêter la propagation de la réaction en chaîne) se fait en mesurant la diminution de la coloration violette, due à une recombinaison des radicaux DPPH.

• – Le test ORACAfin de comparer « l’activité réelle » des nombreux compléments alimentaires apparus aux États-Unis, quelques techniques sont apparues qui évaluent la capacité globale d’antioxydation de mélanges ou d’ingrédients.La méthode dite « ORAC Value » (Oxygen Radical Absorbance Capacity) mise au point par le Dr CAO de l’USDA (United States Department of Agriculture) en 1993 est très vite devenue la méthode de référence.Les laboratoires indépendants qui disposent de ce test sont en France Lareal et aux États-Unis Brunswick Lab.Le principe de cette méthode est la mesure de la destruction d’une protéine végétale particulière qui possède la propriété de fluorescer lorsqu’elle est soumise à un rayonnement lumineux spécifique.Sous l’action des radicaux libres introduits volontairement dans le milieu réactionnel, la protéine est détruite et perd sa fluorescence.Lorsqu’un capteur de radicaux libres, tel que un extrait de pépins de raisin, est incorporé dans le milieu, les radicaux libres sont captés, et la fluorescence persiste, donnant ainsi une idée précise du pouvoir anti-radical libre, donc anti-oxydant, de l’échantillon (figures 4 et 5) :

Des éléments pour lutter contre l’oxydation

Les polyphénols doivent leur activité à, comme leur nom l’indique, un très grand nombre de résidus hydroxyles, qui sont autant de munitions pour lutter contre les radicaux libres et stopper la réaction en chaîne (figures 6 et 7).

Le « French Paradox » est porté en partie par les polyphénols issu du raisin, composés de monomères, de dimères et de molécules encore plus polymérisées (( figure 8 )).

Déjà performant dans les extraits de pépins de raisin à haut pouvoir antioxydant, Burgundy a aussi développé un nouvel antioxydant répondant aux nouvelles exigences réglementaires du secteur des compléments alimentaires qui préconise des solvants d’extraction à l’eau ou à très faible degré alcoolique.

Le Grapemax ExtraPure est extrait sans solvant organique, titre plus de 95 % de polyphénols, et se positionne parmi les extraits les plus efficaces dans le test ORAC.

Résultats des produits

Les extraits de pépins de raisin sont les plus efficaces dans le test ORAC, parmi les autres extraits, et bien sûr par rapport aux produits végétaux frais ou transformés.

Plus le produit est purifié en polyphénols (monomères et dimères catéchiques), plus son efficacité antioxydante augmente.

Le Grapemax Extrapure, grâce à des conditions de fabrication spécifique, sans solvant organique, possède une activité antioxydante très élevée qui se place à un niveau équivalent d’un extrait de référence de pépins de raisin purifié.
Tableau 1 

Conclusion

C’est un phénomène irréversible : il convient de s’assurer de la qualité des matières premières utilisées, de lutter contre l’apparition des facteurs déclenchants (stress, UV, pollution, etc.).

C’est un phénomène qui s’autoalimente : une fois que la réaction est initiée, les réactions en chaîne se poursuivent, et ne s’arrêtent qu’une fois toute la matrice oxydée. Seule l’intervention d’agents de terminaison comme des antioxydants peuvent avoir une influence.

Les phénomènes d’oxydation ont lieu dans les milieux aqueux ou lipidiques.

Les mécanismes sont très semblables, et en cas de contact de ces deux milieux (émulsions), l’interface apparaît comme une zone très favorable pour la phase d’initiation.

La nature du milieu à protéger a aussi une influence sur le choix des méthodes de mesures de l’oxydation/du pouvoir anti-oxydant.

Les solutions qui se dégagent pour lutter contre l’oxydation (le retour à un état non oxydé est impossible, mais on peut ralentir la progression) sont de deux ordres :

• –  agir sur toutes les phases de la matrice,
• –  utiliser des molécules végétales à haut pouvoir antioxydant.

Dans la multitude des propositions d’extraits, il faut faire le bon choix de principes actifs dont l’efficacité est réellement mesurée, et parmi tous les tests disponibles, privilégier ceux communément reconnus comme référence.