Extraction d’alcaloïdes à haut rendement avec des sonicateurs à sonde

Extrayez les alcaloïdes des matières botaniques plus rapidement, plus complètement et avec un contrôle précis du procédé. Les ultrasonicateurs à sonde Hielscher utilisent la cavitation acoustique pour ouvrir les cellules végétales et intensifier le transfert de masse, ce qui vous aide à obtenir des rendements élevés en alcaloïdes en quelques minutes au lieu de plusieurs heures.
Que vous traitiez des feuilles, des racines, des écorces, des graines ou d’autres matières végétales, les extracteurs à ultrasons Hielscher permettent une extraction reproductible, des essais en laboratoire aux lots pilotes jusqu’à la production industrielle en ligne.

Pourquoi choisir l’extraction d’alcaloïdes par ultrasons ?

• Rendements d’extraction plus élevés grâce à une disruption cellulaire efficace et à une meilleure pénétration du solvant
• Durées de traitement plus courtes par rapport à la macération, à la décoction, à l’infusion ou à l’extraction Soxhlet
• Consommation de solvant réduite avec l’eau, l’éthanol aqueux, le méthanol ou d’autres solvants appropriés
• Qualité d’extrait maîtrisée grâce au réglage de l’amplitude, de la température, de la durée et de l’intensité
• Mise à l’échelle aisée, des petits échantillons à l’extraction industrielle en continu
• Documentation fiable grâce à l’enregistrement automatique des données de procédé pour la répétabilité et l’assurance qualité

Extraction d’alcaloïdes à haute efficacité par ultrasons de puissance

Comment l’extraction par ultrasons favorise-t-elle l’isolement des alcaloïdes ?
L’extraction par ultrasons utilise des ondes ultrasonores basse fréquence (p. ex. une fréquence de 20–26kHz) et l’effet de cavitation acoustique des ultrasons. Les ondes ultrasonores de haute intensité créent des bulles de cavitation qui implosent, générant localement des différentiels de pression et de température à forte densité énergétique ainsi que de puissantes forces de cisaillement, qui perforent et brisent les parois cellulaires et les tissus végétaux. Les courants de liquide générés par la cavitation favorisent le transfert de masse entre la matrice intracellulaire et le solvant environnant, de sorte que les alcaloïdes sont libérés efficacement. Pour l’extraction d’alcaloïdes par ultrasons, la matière végétale (p. ex. des feuilles séchées broyées) est placée dans un solvant, généralement un mélange d’eau et d’un solvant organique, comme l’éthanol aqueux. Les solvants polaires tels que le méthanol et l’éthanol se sont révélés les plus efficaces pour obtenir des rendements élevés en alcaloïdes. Après un bref traitement par ultrasons de la suspension – composée de matière végétale et de solvant –, les alcaloïdes sont libérés des cellules végétales et se trouvent dans le solvant, d’où ils peuvent être isolés et purifiés (p. ex. à l’aide d’un évaporateur rotatif).

Principaux avantages de l’extraction d’alcaloïdes par ultrasons

L’extraction par ultrasons est considérée comme une technique d’extraction supérieure pour l’isolement des alcaloïdes à partir de matières végétales, car elle offre plusieurs avantages, notamment :

1. Efficacité d’extraction accrue : L’extraction par ultrasons peut augmenter le rendement en alcaloïdes de plus de 200% par rapport aux méthodes d’extraction traditionnelles.
2. Durée d’extraction réduite : L’extraction par ultrasons peut réduire considérablement la durée d’extraction, ce qui permet un traitement plus rapide et plus efficace de grands volumes de matière végétale.
3. Consommation de solvant réduite : L’extraction par ultrasons peut réduire la quantité de solvant nécessaire à l’extraction, ce qui se traduit par une consommation de solvant réduite et un impact environnemental moindre.
4. Extraction sélective : L’extraction par ultrasons peut être utilisée pour extraire sélectivement certains alcaloïdes en choisissant le solvant, les paramètres de procédé et la température d’extraction appropriés. Les composés indésirables n’étant pas extraits, la pureté du produit final est améliorée.
5. Mise à l’échelle aisée : L’extraction par ultrasons peut facilement être mise à l’échelle pour traiter de plus grands volumes de matière végétale, ce qui la rend adaptée à la production commerciale. Les procédés à ultrasons peuvent être mis à l’échelle de façon linéaire, ce qui facilite leur mise en œuvre à l’échelle industrielle.

Globalement, l’extraction par ultrasons offre une approche plus rapide, plus efficace et plus respectueuse de l’environnement pour isoler les alcaloïdes des matières végétales.

Extraction d’alcaloïdes par ultrasons à partir des feuilles du corossolier

Nolasco-González et al. (2022) ont étudié l’efficacité et l’efficience de l’extraction par ultrasons de composés bioactifs, notamment des composés phénoliques, des alcaloïdes et des acétogénines (tous dotés d’une capacité antioxydante élevée), à partir des feuilles de l’espèce végétale Annona muricata (corossolier). Pour l’extraction par ultrasons, ils ont utilisé l’ultrasonicateur à sonde UP400S dans les conditions suivantes : amplitude de 80%, cycle d’impulsion de 0,7 s, pendant 4,54 min. Les phénols solubles totaux (TSP) ont été extraits à partir de 0,5 g de poudre de feuilles séchées et de 20 mL d’acétone : eau (80:20 v/v). L’extrait obtenu par ultrasons contenait 178,48 mg/100 mL de phénols solubles, 20,18 mg/100 mL de flavonoïdes totaux, 27,81 mg/100 mL de polyphénols hydrolysables, 167,07 mg/100 mL de tanins condensés, 30,44 mg/100 mL d’alcaloïdes totaux et 14,62 mg/100 mL d’acétogénines totales. L’extrait isolé avec l’ultrasonicateur à sonde U400S (voir l’image à gauche) présentait une capacité antioxydante élevée et une teneur en composés bioactifs de ~6 à ~927 fois supérieure à celle de la décoction ou de l’infusion, selon le type de composé. Vingt-quatre composés phénoliques différents ont été identifiés dans les échantillons, et l’extrait isolé par ultrasons a donné la concentration la plus élevée.
[cf. Nolasco-González et al., 2022]

Capacité antioxydante des extraits obtenus dans les conditions optimales d’extraction assistée par ultrasons (UAE), de décoction et d’infusion. Les extraits obtenus par ultrasons présentent systématiquement une capacité antioxydante nettement plus élevée.
(Étude et graphique : ©Nolasco-González et al., 2022)

Chromatogramme HPLC des composés phénoliques de l’extrait de feuilles d’Annona muricata isolé par ultrasons à l’aide de l’ultrasonicateur UP400S.
(1) acide shikimique, (2) acide gallique, (3) acide protocatéchique, (4) acide néochlorogénique,
(5) 3,4-dihydroxyphénylacétique, (6) acide 4-hydroxybenzoïque, (7) acide chlorogénique, (8) 4-hydroxyphényl acétique, (9) acide vanillique, (10) acide syringique, (11) acide 3-hydroxybenzoïque, (12) acide caféique, (13) 4-hydroxybenzaldéhyde, (14) acide homovanillique, (15) 3-(4-hydroxyphényl), (16) acide p-coumarique, (17) acide trans-férulique, (18) acide trans-cinnamique, (19) gallocatéchine, (20) épigallocatéchine, (21) catéchine,(22) épicatéchine, (23) rutine, (24) acide ellagique.
(Étude et graphique : ©Nolasco-González et al., 2022)

Lee et al. (2021) ont obtenu des résultats similaires et confirmés : ils rapportent 2,3 fois plus d’alcaloïdes extraits des feuilles d’A. muricata sous ultrasonication (340 W, 56◦C, 30 min) que par extraction Soxhlet (7 h, 80◦C).

Extraction d’alcaloïdes indoliques de l’écorce de racine de mimosa et de l’ayahuasca à l’aide d’un ultrasonicateur

L’écorce de racine de mimosa ainsi que les feuilles d’ayahuasca contiennent l’alcaloïde N,N-diméthyltryptamine (DMT). La diméthyltryptamine (DMT) fait actuellement l’objet d’essais cliniques pour ses effets hallucinogènes et donc en tant que médicament potentiel pour traiter la dépression et les troubles de stress post-traumatique (TSPT). L’ultrasonication favorise efficacement la libération et l’isolement de l’alcaloïde à partir des racines de Mimosa hostilis et des feuilles de Psychotria viridis (ayahuasca). L’extraction de DMT par ultrasons produit des rendements élevés en très peu de temps. Compatibles avec presque tous les solvants, les ultrasonicateurs à sonde Hielscher sont utilisés pour la production de composés bioactifs de qualité pharmaceutique destinés à la recherche et au milieu médical, ainsi que pour la préparation d’échantillons avant les tests analytiques de qualité et de puissance. Les ultrasonicateurs Hielscher peuvent donc faciliter de nombreuses manières la recherche médicale sur la DMT et la recherche botanique.
La source la plus courante de l’alcaloïde indolique N,N-diméthyltryptamine (DMT) est l’arbre jurema : elle provient des racines de Mimosa hostilis (communément appelé jurema preta). L’ayahuasca est le nom traditionnel d’une autre espèce végétale, chez laquelle les feuilles de l’arbuste Psychotria viridis sont riches en DMT.
L’écorce de racine de mimosa (également mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark ; abrév. MHRB) et les feuilles d’ayahuasca contiennent toutes deux divers composés bioactifs, qui font actuellement l’objet d’essais cliniques quant à leur potentiel en tant que médicament thérapeutique. L’écorce de racine de mimosa contient des tanins, des saponines, des tryptamines, des alcaloïdes, des lipides, des phyto-indoles, du xylose, des phytostérols, des glucosides, du rhamnose, de l’arabinose, des méthoxychalcones, du lupéol et des kukulkanines. Ces composés bioactifs peuvent être extraits efficacement de l’écorce de racine à l’aide d’ultrasonicateurs à sonde. L’extraction par ultrasons est la technique supérieure pour isoler des substances cibles telles que les alcaloïdes à partir de matières botaniques comme l’écorce de racine de mimosa et les feuilles d’ayahuasca. La sonication se distingue par des rendements élevés en un temps d’extraction très court. Des conditions de procédé douces garantissent une qualité d’extrait optimale en empêchant la dégradation indésirable des molécules actives.

Dispositif d’extraction pour l’isolement botanique : Ultrasonicateur à sonde UP400ST, filtre sous vide Büchi et évaporateur rotatif pour l’extraction de composés phytochimiques tels que les alcaloïdes et les phénols.

Ultrasonicateurs Hielscher pour une extraction efficace des alcaloïdes

Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des extracteurs à ultrasons haute performance, utilisés pour la recherche scientifique ainsi que pour la production d’extraits de qualité pharmaceutique.
Efficacité d’extraction supérieure: L’extraction assistée par ultrasons est une technique scientifiquement éprouvée, d’une efficacité extraordinairement élevée pour l’extraction de composés bioactifs à partir de plantes. Alors que les méthodes traditionnelles prennent souvent beaucoup de temps (de plusieurs heures à plusieurs jours), l’extraction botanique par ultrasons ne prend que quelques minutes.

Rendement d’extraction élevé et qualité d’extrait supérieure avec les ultrasonicateurs Hielscher

L’extraction par ultrasons permet la libération complète des composés bioactifs de la matière végétale. La cavitation ultrasonore brise la matrice cellulaire et libère efficacement les molécules bioactives dans le solvant environnant. Des études comparatives ont démontré que la sonication donne des rendements d’extraction plus élevés que d’autres techniques d’extraction (p. ex. Soxhlet, macération, décoction, infusion). L’extraction par ultrasons est compatible avec tous les solvants et permet ainsi également l’utilisation de solvants très doux tels que l’eau ou l’éthanol aqueux. Selon les exigences d’extraction spécifiques, des solvants polaires et non polaires peuvent être choisis, et le changement de solvant ne pose aucun problème. Le contrôle précis des paramètres de procédé (p. ex. l’amplitude), l’utilisation de solvants doux et un contrôle exact de la température empêchent la dégradation et la contamination des composés bioactifs (p. ex. alcaloïdes, polyphénols, flavonoïdes, cannabinoïdes, etc.) pendant l’extraction par ultrasons.

Application polyvalente des ultrasonicateurs Hielscher

Alors que les techniques d’extraction alternatives (p. ex. CO2 supercritique, extraction par solvant, percolation, etc.) ne sont souvent applicables qu’à l’extraction de molécules spécifiques en fonction de leur poids moléculaire, de leur solubilité et de leur sensibilité à la chaleur, l’extraction avec les ultrasonicateurs haute performance Hielscher permet l’extraction polyvalente de tout composé botanique. L’extraction assistée par ultrasons peut être appliquée de manière fiable à l’obtention d’extraits à large spectre contenant des composés bioactifs tels que les polyphénols, les alcaloïdes, les anthraquinones, les flavonoïdes, les glycosides, les lipides, la pectine et les polysaccharides.

Excellente efficacité énergétique et respect de l’environnement

La consommation d’énergie de l’extraction assistée par ultrasons est de loin inférieure à celle des méthodes traditionnelles pour l’extraction de composés médicinaux à partir de plantes.

Fiabilité grâce à la standardisation des procédés avec Hielscher Ultrasonics

Les ultrasonicateurs Hielscher permettent un contrôle précis de tous les paramètres du procédé à ultrasons, tels que l’amplitude, l’intensité, la durée et la température. Les paramètres de procédé peuvent être facilement contrôlés et sont surveillés en continu. En outre, tous les paramètres de procédé sont automatiquement enregistrés sous forme de fichier CSV sur une carte SD intégrée. Cela permet à l’opérateur de réviser les cycles de sonication, d’optimiser le procédé d’extraction et de garantir une qualité d’extrait constante. Les ultrasonicateurs Hielscher permettent aux fabricants de produire des extraits botaniques de qualité supérieure et facilitent le respect des Bonnes Pratiques de Fabrication (BPF).

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :