Enzyme-assisted extraction of phlorotannins from Sargassum and biological activities
Extraction assistée par enzyme de phlorotannins provenant d’algues brunes du genre Sargassum et les activités biologiques
Résumé
In France and Indonesia, Sargassum is quite abundant yet this alga has not been optimally exploited. Sargassum contains macro and micro molecules and also bioactive compounds, the most known is phlorotannins, showing a wide range of pharmacological properties. Therefore, it is interesting to further valorize this alga for various industrial applications, such as food, pharmacology and cosmetic. Knowledge on biochemical composition of this alga, which also represents its nutritive value, is essential for food industries. Concerning the bioactive compound, solid-liquid extraction is the most commonly used technique in the extraction of phlorotannins from brown algal biomass. However, phlorotannins of brown algae are known to be bound with algal cell wall and the high content of various cell wall polysaccharides in macroalgae limit the active compound accessibility. Thus, these cell walls strongly reduced the extraction efficiency application of conventional extraction. As a consequence, it is important to consider the degradation of algal cell wall as a way to liberate more phlorotannins. Application of enzymes is considered as one process that might facilitate the degradation of algal cell wall leading to the recovery of phlorotannins from brown algae.
This study had three main subjects of interest; they were (1) the characterization of Sargassum biochemical composition and its seasonal variation, (2) solid-liquid extraction and (3) enzyme-assisted extraction of Sargassum phlorotannins and their bioactivities. The bioactivities analyzed in this study included antioxidant (DPPH radical scavenging and FRAP reducing power), antibacterial, tyrosinase, elastase, biofilm inhibition, cytotoxicity and antiviral activity.
In this study, minerals represented a significant value with a content reaching 33% followed by proteins with 24% of algal dry material. In the contrary, sugars showed only 13% of algal dry material. The study of seasonal variability demonstrated that the biochemical composition of Sargassum, as for most algae, is strongly affected by the season and it appears to be related to the life cycle of the algae. Same cases happened with the polyphenol compound of Sargassum.
Nevertheless, suitable extraction method is important to choose in order to increase the yield. Solid-liquid extraction yielded lower (5-24% of algal dry material) compared to enzyme-assisted solid-liquid extraction (21-38% of algal dry material). Regarding the polyphenol content, enzyme-assisted extraction also yielded a better yield, 32%, compared to 26% of algal dry material if the extraction is carried out without enzyme.
After the screening of eight enzymes to extract the polyphenols from S. muticum, Viscozyme - a cellulase, released a greater quantity of phenolic compounds according to Folin Ciocalteu method, result was also confirmed by the anti-free radical activity of (IC50 0.6 ± 0.1 mg mL-1). This extract also managed to
prevent 43.7 ± 4.2%, higher than the other extracts, of biofilm formation generated by P. aeruginosa.
Other than antiradical activity, it seems that each enzyme showed different potential. In reducing power, the most important activity was shown by AMG (an exo-amylase) extract (60.8 ± 1.8 μM of Fe2+). Ultraflo (a xylanase) extract had promising potential in inhibiting the tyrosinase at 24.5 ± 2.6%, while Shearzyme (cellulose and xylanase) extract showed higher inhibition elastase activity than the other extracts, 30.9 ± 5.9%. Viscozyme extract was able to hamper 43.7 ± 4.2% of film formation generated by P. aeruginosa. However, Shearzyme extracts exhibited strong biofilm inhibition activity against the E. coli, 60.3 ± 10.3% of inhibition.
The application of enzymes in the extraction of the Sargassum phenolic compound is quite effective. In addition, Sargassum enzyme extracts demonstrate a wide range of bioactivity. It is important to consider that, using enzymes, the phenolic compound is probably not the only compound extracted from the algal matrix by the enzymes. As a result, it will be interesting to continue working on the purified samples pretreated by enzyme-assisted extraction in the future. In addition, the characterization of the Sargassum phenolic compound could help to better understand the mechanisms of their bioactivity.
En France et en Indonésie, Sargassum est une macroalgue abondante mais cette ressource n’est pas encore exploitée. Les composés de l’algue Sargassum sont de nature chimique très diverse et certains possèdent des activités biologiques parmi lesquels les phlorotannins. Il est donc intéressant des voies de valorisation dans des domaines tels que l’industrie alimentaire, pharmaceutique, et cosmétique. Par conséquent, la connaissance de la composition biochimique de Sargassum qui représente aussi sa valeur nutritionnelle est importante. L'extraction solide-liquide est la technique la plus utilisée pour l'extraction des phlorotannins. L’efficacité de l’extraction est néanmoins limitée par l'accessibilité aux composés, difficulté due à la complexité structurale de la paroi des algues. En conséquence, il est important de considérer la dégradation de la paroi pour favoriser l’extraction des phlorotannins. L'utilisation d'enzymes comme outil technologique est un processus qui pourrait faciliter cette dégradation.
Cette étude a eu trois objectifs principaux; (1) la caractérisation de la composition biochimique de Sargassum et l’étude de la variabilité saisonnière, (2) l'extraction solide-liquide des phlorotannins et (3) l’optimisation des conditions d'extraction assistée par enzymes des phlorotannins et l’étude des activités biologiques des extraits produits. Les activités analysées concernent les activités antioxydants (piégeage de radicaux DPPH et pouvoir réducteur FRAP), les activités cosmétiques de blanchiment de la peau (anti-tyrosinase), les activités anti-âge (anti-élastase), les activités antibactériennes, l’inhibition de la formation de biofilm, la mesure de la cytotoxicité et des activités antivirales.
Dans cette étude, les minéraux représentent d’une valeur importance avec une teneur qui atteint 33% suivi par les protéines avec 24% de la matière sèche. Les sucres ne représentent que 13% de la matière sèche. L’étude de la variabilité saisonnière montre que la composition biochimique de Sargassum, comme pour la plupart des algues, est fortement affectée par la saison de collecte et semble donc liée au cycle de vie. Ce résultat est également confirmé pour les composés phénoliques.
Cependant des méthodes d'extraction adaptées permettent d’augmenter le rendement. L'extraction solide-liquide conduit à des rendements plus faibles (5 à 24% de la matière sèche de l'algue) comparée à l'extraction solide-liquide assistée par enzyme (26 à 38% de la matière sèche de l'algue). En ce qui concerne la teneur en polyphénols, l'extraction assistée par enzymes permet aussi d’obtenir un meilleur rendement 6% contre 4% de la matière sèche si l’extraction est réalisée sans enzyme.
Après le criblage de l’action de huit enzymes pour extraire les polyphénols de S. muticum, Viscozyme, un cellulase, libère une plus grande quantité de composés phénoliques d’après les teneurs déterminées par la méthode de Folin Ciocalteu, résultat confirmé par l’activité anti-radicalaire de l’extrait obtenu
(IC50 0.6 ± 0.1 mg mL-1). Cet extrait montre la plus forte activité anti-biofilm avec 43.7 ± 4.2% d’inhibition de la formation de biofilm de P. aeruginosa.
Tous les extraits produits montrent des activités biologiques. L’activité FRAP la plus importante a été montrée par l’extrait produit avec l’enzyme AMG, un exo-amylase, (60.8 ± 1.8 μM of Fe2+). L’extrait obtenu avec l’Ultraflo – un xylanase, (24.5 ± 2.6% d’inhibition) possède la plus forte activité de blanchiment (anti tyrosinase), tandis que l’extrait de Shearzyme, cellulase et xylanase, (30.9 ± 5.9% d’inhibition) présente une activité anti-âge plus élevée que les autres extraits.
L’utilisation d'enzymes pour l'extraction des composés phénoliques augmete le rendement d’extraction. De plus, les extraits enzymatiques de Sargassum démontrent des activités biologiques intéressantes. Il est important de considérer qu’en utilisant l’extraction assistée par enzyme, d’autres composés que les polyphénols sont co-extraits. En conséquence, il sera intéressant de purifier les extraits pour déterminer la nature des molécules actives. En outre, la caractérisation complète des composés phénoliques de Sargassum pourrait aider à mieux comprendre les mécanismes d’action liés aux activités biologiques observées.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)