Extraction d'alcaloïdes à l'aide d'un ultrasoniseur à sonde

Les alcaloïdes sont des composés bioactifs qui peuvent être efficacement extraits des plantes par ultrasons. Les alcaloïdes présentent un large éventail d'effets biologiques et sont donc utilisés comme produits pharmaceutiques et thérapeutiques. L'extraction par ultrasons est la technique privilégiée pour produire des extraits d'alcaloïdes de haute qualité à partir de matériel végétal. L'extraction par ultrasons permet d'obtenir des rendements très élevés en alcaloïdes, tandis que le temps d'extraction est court et que l'équipement ultrasonique est sûr et facile à utiliser.

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 à basse fréquence (par exemple, 20-26 kHz) et l'effet de cavitation acoustique des ultrasons. Les ondes ultrasonores de haute intensité créent des bulles de cavitation qui s'effondrent, générant localement des différentiels de pression et de température denses en énergie ainsi que de puissantes forces de cisaillement, qui perforent et brisent les parois cellulaires des plantes et les tissus végétaux. Le flux de liquide généré par la cavitation favorise le transfert de masse entre la matrice intracellulaire et le solvant environnant, de sorte que les alcaloïdes sont efficacement libérés. Pour l'extraction ultrasonique des alcaloïdes, le matériel végétal (par exemple des feuilles séchées et broyées) est placé dans un solvant, qui est généralement un mélange d'eau et d'un solvant organique tel que l'éthanol aqueux. Les solvants polaires tels que le méthanol et l'éthanol se sont avérés les plus efficaces pour obtenir des rendements élevés en alcaloïdes. Après un court traitement ultrasonique de la bouillie – composé de matériel végétal et de solvant – les alcaloïdes sont libérés des cellules végétales et se retrouvent dans le solvant, d'où ils peuvent être isolés et purifiés (par exemple à l'aide d'un rotor-évaporateur).

Principaux avantages de l'extraction ultrasonique des alcaloïdes

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

1. Augmentation de l'efficacité de l'extraction : L'extraction par ultrasons peut augmenter le rendement des alcaloïdes de plus de 200 % par rapport aux méthodes d'extraction traditionnelles.
2. Réduction du temps d'extraction : L'extraction par ultrasons peut réduire considérablement le temps d'extraction, ce qui permet un traitement plus rapide et plus efficace de grands volumes de matériel végétal.
3. Réduction de la consommation de solvants : L'extraction par ultrasons permet de réduire la quantité de solvant nécessaire à l'extraction, ce qui se traduit par une réduction de la consommation de solvant et de l'impact sur l'environnement.
4. Extraction sélective : L'extraction par ultrasons peut être utilisée pour extraire sélectivement certains alcaloïdes en choisissant le solvant approprié, les paramètres du processus et la température d'extraction. L'élimination des composés indésirables permet d'améliorer la pureté du produit final.
5. Facile à mettre à l'échelle : L'extraction par ultrasons peut être facilement mise à l'échelle pour traiter de plus grands volumes de matériel végétal, ce qui la rend adaptée à la production commerciale. Les procédés ultrasoniques peuvent être mis à l'échelle de façon linéaire, ce qui facilite leur mise en œuvre à l'échelle industrielle.

Dans l'ensemble, 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 ultrasonique d'alcaloïdes à partir des feuilles du corossolier

Nolasco-González et al. (2022) ont étudié l'efficacité de l'extraction par ultrasons de composés bioactifs, notamment de composés phénoliques, d'alcaloïdes et d'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'appareil à ultrasons à sonde UP400S dans les conditions suivantes : 80 % d'amplitude, cycle d'impulsion de 0,7 s, pendant 4,54 min. Les phénols solubles totaux (TSP) ont été extraits en utilisant 0,5 g de poudre de feuilles séchées et 20 ml d'acétone : eau (80:20 v/v). L'extrait produit 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 à l'aide de l'appareil à ultrasons à sonde U400S (voir photo de gauche) a présenté 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, en fonction du type de composé. Vingt-quatre composés phénoliques différents ont été identifiés dans les échantillons, et l'extrait isolé par ultrasons a produit 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, de décoction et d'infusion. Les extraits obtenus par ultrasons présentent systématiquement une capacité antioxydante significativement plus élevée.
(Étude et graphique : ©Nolasco-González et al., 2022)

Chromatogramme HPLC des composés phénoliques de l'extrait isolé par ultrasons des feuilles d'Annona muricata à l'aide de l'appareil à ultrasons 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-hydroxyphénylacétique, (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 confirmé des résultats similaires en rapportant 2,3 fois plus d'alcaloïdes dans les feuilles d'A. muricata extraites par ultrasons (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 ultrasonateur

L'écorce de la racine de mimosa et 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 comme médicament potentiel pour traiter la dépression et les troubles de stress post-traumatique (TSPT). Les ultrasons favorisent efficacement la libération et l'isolation de l'alcaloïde des racines de Mimosa hostilis et des feuilles de Psychotria viridis (ayahuasca). L'extraction ultrasonique de la DMT permet d'obtenir des rendements élevés en très peu de temps. Compatibles avec presque tous les solvants, les appareils à ultrasons à sonde de Hielscher sont utilisés pour la production de composés bioactifs de qualité pharmaceutique destinés à la recherche et à la médecine, ainsi que pour la préparation d'échantillons avant les tests analytiques de qualité et de puissance. Les ultrasons Hielscher peuvent donc faciliter la recherche médicale en DMT et en botanique de nombreuses façons.
La source la plus courante du N,N-diméthyltryptamine (DMT), un akaloïde indole, dans le jurema provient des racines de Mimosa hostilis (communément appelé jurema preta). L'ayahuasca est le nom traditionnel d'une autre espèce végétale, dont les feuilles de l'arbuste Psychotria viridis sont riches en DMT.
L'écorce de racine de mimosa (également mimosa tenuiflora, écorce de racine de Mimosa Hostilis ; abréviation MHRB) et les feuilles d'ayahuasca contiennent divers composés bioactifs, qui font actuellement l'objet d'essais cliniques concernant 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 phytoindoles, du xylose, des phytostérols, des glucosides, du rhamnose, de l'arabinose, des méthoxychalcones, du lupéol et des kukulkanines. Ces composés bioactifs peuvent être efficacement extraits de l'écorce de la racine à l'aide d'appareils à ultrasons à sonde. L'extraction par ultrasons est la meilleure technique 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 permet d'obtenir des rendements élevés dans un temps d'extraction très court. Les conditions douces du processus garantissent la meilleure qualité de l'extrait en empêchant la dégradation indésirable des molécules actives.

Dispositif d'extraction pour l'isolement botanique : Ultrasonateur à sonde UP400STL'extraction des substances phytochimiques telles que les alcaloïdes et les phénols se fait à l'aide d'un filtre à vide Büchi et d'un rotor-évaporateur.

Ultrasons Hielscher pour une extraction efficace des alcaloïdes

Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des extracteurs ultrasoniques de haute performance, qui sont utilisés pour la recherche scientifique ainsi que pour la production d'extraits de qualité pharmaceutique.
Efficacité d'extraction supérieureL'extraction assistée par ultrasons est une technique scientifiquement prouvée qui présente une efficacité extraordinairement élevée pour l'extraction des composés bioactifs des plantes. Alors que les méthodes traditionnelles prennent souvent beaucoup de temps (plusieurs heures, voire plusieurs jours), l'extraction botanique par ultrasons ne prend que quelques minutes.

Rendement d'extraction élevé et qualité supérieure de l'extrait avec les ultrasons Hielscher

L'extraction par ultrasons permet la libération complète des composés bioactifs de la matière végétale. La cavitation ultrasonique 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 (par exemple Soxhlet, macération, décoction, infusion). L'extraction par ultrasons est compatible avec n'importe quel solvant et permet donc également l'utilisation de solvants très doux tels que l'eau ou l'éthanol aqueux. En ce qui concerne les exigences d'extraction spécifiques, des solvants polaires et non polaires peuvent être choisis et le passage d'un solvant à l'autre ne pose aucun problème. Le contrôle précis des paramètres du processus (par exemple l'amplitude), l'utilisation de solvants doux et le contrôle exact de la température empêchent la dégradation et la contamination des composés bioactifs (par exemple les alcaloïdes, les polyphénols, les flavonoïdes, les cannabinoïdes, etc.

Applications polyvalentes des ultrasons Hielscher

Alors que les autres techniques d'extraction (par exemple, le CO2 supercritique, l'extraction par solvant, la percolation, etc.) ne sont souvent applicables qu'à l'extraction de molécules spécifiques en fonction du poids moléculaire, de la solubilité et de la sensibilité à la chaleur, l'extraction avec les ultrasons haute performance Hielscher permet l'extraction polyvalente de n'importe quel composé botanique. L'extraction assistée par ultrasons peut être utilisée de manière fiable pour l'extraction d'extraits à large spectre contenant des composés bioactifs tels que des polyphénols, des alcaloïdes, des anthraquinones, des flavonoïdes, des glycosides, des lipides, de la pectine et des 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 d'extraction des composés médicinaux des plantes.

Fiabilité grâce à la standardisation des processus avec Hielscher Ultrasonics

Les appareils à ultrasons Hielscher permettent un contrôle précis de tous les paramètres du processus ultrasonique, tels que l'amplitude, l'intensité, la durée et la température. Les paramètres du processus peuvent être facilement contrôlés et sont surveillés en permanence. En outre, tous les paramètres du processus 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 processus d'extraction et d'assurer une qualité constante de l'extrait. Les ultrasons 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 ultrasons :