Extraction des alcaloïdes à l'aide d'un appareil à sonde ultrasonique

Les alcaloïdes sont des composés bioactifs qui peuvent être extraits efficacement 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 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 à ultrasons est sûr et facile à utiliser.

Extraction efficace des alcaloïdes à l'aide d'ultrasons puissants

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, une fréquence de 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 différences de pression et de température denses en énergie ainsi que de puissantes forces de cisaillement, qui perforent et brisent les parois cellulaires et les tissus végétaux ouverts. Le flux de liquide généré par la cavitation favorise le transfert de masse entre la matrice intracellulaire et le solvant environnant, ce qui permet de libérer efficacement les alcaloïdes. Pour l'extraction ultrasonique des alcaloïdes, le matériel végétal (par exemple, des feuilles séchées 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 suspension – consistant en une matière végétale et un 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 des 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 présente plusieurs avantages, dont les suivants :

1. Efficacité accrue 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. Consommation de solvant réduite : L'extraction par ultrasons peut réduire la quantité de solvant nécessaire à l'extraction, ce qui permet de réduire la consommation de solvant et l'impact environnemental.
4. Extraction sélective : L'extraction par ultrasons peut être utilisée pour extraire sélectivement certains alcaloïdes en choisissant le solvant, les paramètres du processus et la température d'extraction appropriés. Comme les composés indésirables sont laissés de côté, la pureté du produit final est améliorée.
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 processus ultrasoniques peuvent être mis à l'échelle de façon linéaire, ce qui facilite la 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 ultrasonique des alcaloïdes 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'ultrasoniseur UP400S de type sonde 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 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'acétogènes totaux. L'extrait isolé à l'aide de l'ultrasoniseur 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, selon le type de composé. Vingt-quatre composés phénoliques différents ont été identifiés dans les échantillons, et l'extrait isolé par ultrasons a produit la plus forte concentration.
[cf. Nolasco-González et al., 2022].

Capacité antioxydante des extraits obtenus par les conditions optimales d'extraction assistée par ultrasons (UAE), 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 en utilisant l'ultrasoniseur UP400S.
(1) acide shikimique, (2) acide gallique, (3) acide protocatéchuique, (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-hydroxyphényle), (16) acide p-coumarique, (17) acide trans-ferulique, (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 eu des résultats confirmés similaires car ils rapportent 2,3 fois plus d'alcaloïdes des feuilles d'A. muricata extraites sous ultrasonication (340 W, 56◦C, 30 min) par rapport à l'extraction Soxhlet (7 h, 80◦C).

Extraction des alcaloïdes indoliques de l'écorce de la racine de mimosa et de l'ayahuasca à l'aide d'un ultrasoniseur

Mimosa root bark as well as ayahuasca leaves contains the alkaloid N,N-dimethyltryptamine (DMT). Dimethyltryptamine (DMT) is currently researched in clinical trials for its hallucinogenic effects and therefore as a potential drug to treat depression and post-traumatic stress disorders (PTSD). Ultrasonication effectively promotes the release and isolation of the alkaloid from the Mimosa hostilis roots and Psychotria viridis leaves (ayahuasca). Ultrasonic DMT extraction produces high yields within very short time. Compatible with almost any solvent, Hielscher probe-type ultrasonicators are used for the production of pharma-grade bioactive compounds for use under research and medical settings as well as for sample prep before analytical quality and potency testing. Therefore, Hielscher ultrasonicators can facilitate medical DMT and botanical research in numerous ways.
La source la plus courante de l'alcaloïde indole N,N-diméthyltryptamine (DMT) dans le jurema, elle provient des racines du Mimosa hostilis (communément appelé jurema preta). Ayahuasca est le nom traditionnel d'une autre espèce de plante, dont les feuilles de l'arbuste Psychotria viridis sont riches en DMT.
L'écorce de la racine de mimosa (aussi mimosa tenuiflora, Mimosa Hostilis Root Bark ; abrégé MHRB) et les feuilles d'ayahuasca contiennent divers composés bioactifs, qui sont actuellement étudiés dans des essais cliniques concernant leur potentiel comme 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 en utilisant des ultrasons de type sonde. L'extraction par ultrasons est la technique supérieure pour isoler les substances cibles telles que les alcaloïdes à partir de matériel botanique comme l'écorce de la racine de mimosa et les feuilles d'ayahuasca. La sonication excelle en donnant des rendements élevés dans un temps d'extraction très court. Les conditions douces du processus garantissent la meilleure qualité de l'extrait en évitant la dégradation indésirable des molécules actives.

Extraction setup for botanical isolation: ultrasoniseur 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 évaporateur à rotor.

Les ultrasons Hielscher pour une extraction efficace des alcaloïdes

Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des extracteurs à ultrasons de haute performance, qui sont utilisés pour la recherche scientifique ainsi que pour la production d'extraits de qualité pharmaceutique.

Les ultrasons Hielscher pour une efficacité d'extraction supérieure

L'extraction assistée par ultrasons est une technique scientifiquement prouvée et d'une efficacité extraordinairement élevée en ce qui concerne 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 des extraits 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 les 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 fonction des exigences spécifiques d'extraction, 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 permettent d'éviter la dégradation et la contamination des composés bioactifs (par exemple, les alcaloïdes, les polyphénols, les flavonoïdes, les cannabinoïdes, etc.

Application polyvalente 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 tout composé botanique. L'extraction assistée par ultrasons peut être appliquée de manière fiable pour l'extraction 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 d'extraction des composés médicinaux des plantes.

Fiabilité grâce à la normalisation des processus avec Hielscher Ultrasons

Les 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 procédé peuvent être facilement contrôlés et sont surveillés en permanence. De plus, tous les paramètres du procédé sont automatiquement protocolés 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 ultrasonicators: