Extraction par ultrasons avec des solvants eutectiques profonds

Les solvants eutectiques profonds (DES) et les solvants eutectiques profonds naturels (NADES) sont des milieux d’extraction puissants, ajustables et respectueux de l’environnement pour les plantes, les aliments, les nutraceutiques, les cosmétiques et les ingrédients pharmaceutiques. Les sonicateurs de type sonde Hielscher intensifient l’extraction par DES en accélérant le transfert de masse, en rompant les structures cellulaires végétales et en améliorant la pénétration du solvant – même avec des systèmes de solvants visqueux tels que les NADES à base de glycérol.

Que vous procédiez au criblage de formulations de solvants en laboratoire, que vous optimisiez les paramètres d’extraction pour un composé phytochimique spécifique ou que vous passiez à une production continue en ligne, les extracteurs à ultrasons Hielscher offrent un contrôle reproductible de l’amplitude, un fonctionnement robuste 24/7 et un traitement évolutif, du millilitre jusqu’aux débits industriels.

Pourquoi les producteurs d’extraits choisissent Hielscher pour l’extraction par DES

• Efficacité d’extraction accrue pour les polyphénols, flavonoïdes, cannabinoïdes, terpènes, anthocyanes et autres composés bioactifs
• Extraction plus rapide par rapport à la macération conventionnelle et à l’extraction par solvant en cuve agitée
• Compatible avec les DES, les NADES, la glycérine, l’eau, l’éthanol et les systèmes de solvants mixtes
• Traitement efficace des solvants à haute viscosité grâce à la sonication par sonde à haute amplitude
• Configurations en batch, en recirculation et en circulation continue
• Contrôle précis de l’amplitude, de l’apport d’énergie, de la température et de la durée du procédé
• Mise à l’échelle facile, des essais de faisabilité à la production pilote et pleinement industrielle

Pourquoi la sonication améliore l’extraction par DES et NADES

L’extraction par ultrasons de type sonde utilisant des solvants eutectiques profonds et des solvants eutectiques profonds naturels peut offrir plusieurs avantages pour l’extraction de composés bioactifs. L’un des principaux avantages est l’efficacité accrue de l’extraction des composés phénoliques et d’autres composés phytochimiques à partir de sources naturelles. Les solvants eutectiques profonds sont connus pour leur grande efficacité d’extraction, qui peut être encore renforcée par l’extraction assistée par ultrasons. En raison de leur non-toxicité, ils constituent une excellente option de solvant pour les produits pharmaceutiques et alimentaires. Cela fait de l’extraction par ultrasons à l’aide de solvants eutectiques profonds une méthode verte et durable pour la récupération de composés bioactifs. Il a été scientifiquement prouvé que l’utilisation synergique de la sonication et des solvants eutectiques profonds permet d’obtenir des rendements plus élevés de divers composés bioactifs. Globalement, l’extraction par ultrasons de type sonde utilisant des solvants eutectiques profonds et des solvants eutectiques profonds naturels offre une approche plus efficace et plus respectueuse de l’environnement pour l’extraction de composés bioactifs.

Extraction par ultrasons des anthocyanes avec des DES

Les anthocyanes sont des pigments naturels et des antioxydants précieux présents dans les carottes noires, les baies, le raisin, le maïs violet et d’autres matières végétales. Les solvants eutectiques profonds sont bien adaptés à l’extraction des anthocyanes, car leur réseau de liaisons hydrogène peut être ajusté pour répondre aux exigences de polarité et de stabilité de ces composés colorants. Combinée à la sonication de type sonde, l’extraction par DES devient nettement plus efficace : la cavitation ultrasonore rompt les structures cellulaires végétales, améliore la pénétration du solvant et accélère la libération des anthocyanes dans le milieu d’extraction. Une étude sur les anthocyanes de carotte noire réalisée avec le sonicateur UP400St montre que les DES à base de chlorure de choline, en particulier lorsqu’ils sont combinés à l’extraction assistée par ultrasons, peuvent constituer une alternative durable et efficace à l’extraction conventionnelle à l’éthanol ou au méthanol acidifié. (cf. Türker et al., 2021)

Extraction par ultrasons des polyphénols avec des DES

Les polyphénols, notamment les flavonoïdes, les acides phénoliques et les composés antioxydants apparentés, sont des molécules cibles importantes dans l’extraction botanique, alimentaire, nutraceutique et cosmétique. Les solvants eutectiques profonds à base de glycérol sont particulièrement intéressants pour la récupération des polyphénols, car leur polarité et leur capacité à former des liaisons hydrogène favorisent la solubilisation des composés phénoliques. Les ultrasons de type sonde intensifient encore le procédé en augmentant le transfert de masse, en réduisant la durée d’extraction et en améliorant le contact entre le DES et la matrice végétale.
Une étude a utilisé un DES glycérol-acétate d’ammonium avec une extraction assistée par ultrasons dans des conditions optimisées de paramètres tels que la température, la concentration en DES et l’amplitude ultrasonore. Le résultat a démontré que l’extraction par DES assistée par ultrasons permettait une récupération efficace des phénols totaux, des flavonoïdes et de l’activité antioxydante à partir des fruits du lilas des Indes, démontrant ainsi le potentiel de l’extraction par ultrasons à l’aide de DES en tant que méthode d’extraction verte pour le traitement botanique industriel. (cf. Jamshed et al., 2022)

Que sont les solvants eutectiques profonds (DES) ?

Les solvants eutectiques profonds (DES) sont des mélanges d’au moins un accepteur de liaison hydrogène (HBA) et d’un donneur de liaison hydrogène (HBD), y compris des acides carboxyliques et d’autres composés renouvelables. Selon Cai et al. (2019), « la forte interaction par liaison hydrogène entre HBA et HBD est le facteur le plus important pour la formation des DES. » [Cai et al. 2019]
Comme donneurs de liaison hydrogène, on utilise souvent des composés tels que des sucres, des acides aminés, des acides carboxyliques (p. ex. acide benzoïque, acide citrique, acide succinique) ou des amines (p. ex. urée, benzamide). Le potentiel d’interaction chimique des donneurs de liaison hydrogène est le principal facteur contribuant à la formation et à l’efficacité des solvants eutectiques profonds. Des sels d’halogénure tels que le chlorure de choline ou le chlorure de zinc peuvent également être utilisés en association avec les donneurs de liaison hydrogène. D’autres solvants eutectiques profonds à base de chlorure de choline sont formés avec l’acide malonique, le phénol ou la glycérine. En raison des fortes interactions par liaison hydrogène, le point de fusion des solvants eutectiques profonds est nettement abaissé par rapport à celui de leurs composants individuels. Contrairement aux solvants conventionnels (p. ex. éthanol, méthanol, hexane, butane, etc.), les solvants eutectiques profonds sont non volatils, ce qui signifie qu’ils ont une pression de vapeur très faible et sont donc difficilement inflammables. La toxicité des solvants eutectiques profonds est faible, leur biodégradabilité est élevée, et les précurseurs nécessaires sont peu coûteux, facilement disponibles en abondance et renouvelables.
Les solvants eutectiques profonds naturels (NADES) sont encore plus écologiques, car tous les précurseurs proviennent de sources naturelles. Les solvants eutectiques profonds offrent également un pouvoir solvant ajustable en fonction de la chimie du soluté et des espèces utilisées pour former les solvants eutectiques profonds. Certains solvants eutectiques profonds naturels présentent une viscosité élevée et ne sont donc pas très adaptés à l’extraction en batch. Cependant, les solvants eutectiques profonds naturels de viscosité plus élevée peuvent être utilisés avec succès comme solvants dans l’extraction par ultrasons en circulation.

Le tableau ci-dessous présente quelques exemples de compositions de solvants eutectiques profonds naturels (NADES) pour l’extraction de composés phytochimiques :

Comment fonctionne l’extraction par ultrasons avec des solvants eutectiques profonds ?

L’extraction par ultrasons repose sur les effets sonomécaniques des ultrasons de haute intensité et de basse fréquence. Pour favoriser et intensifier l’extraction de composés botaniques (c.-à-d. de substances bioactives) par sonication, des ondes ultrasonores de haute puissance sont couplées, via une sonde à ultrasons (également appelée corne ultrasonore ou sonotrode), dans le milieu liquide, c.-à-d. la suspension constituée de la matière première végétale et du solvant eutectique profond (naturel). Les ondes ultrasonores se propagent dans le liquide et créent des cycles alternés de basse pression et de haute pression. Pendant les cycles de basse pression, de minuscules bulles de vide (appelées bulles de cavitation) se forment et grossissent sur plusieurs cycles de pression. Au cours de ces cycles de croissance, les gaz dissous dans le liquide pénètrent dans la bulle de vide, de sorte que celle-ci se transforme en une bulle de gaz croissante. Après avoir grossi pendant plusieurs cycles, les bulles de vide atteignent une certaine taille à laquelle elles ne peuvent plus absorber d’énergie, si bien qu’elles implosent violemment lors d’un cycle de haute pression. L’implosion des bulles se caractérise par d’intenses forces de cavitation, notamment des températures et des pressions très élevées atteignant respectivement jusqu’à 4000K et 1000atm, ainsi que des différentiels de température et de pression élevés correspondants. Ces turbulences et forces de cisaillement générées par les ultrasons rompent les cellules végétales et libèrent les composés bioactifs intracellulaires dans le solvant eutectique profond (naturel). L’extraction par ultrasons ouvre la structure cellulaire des plantes et intensifie le transfert de masse entre la matière végétale et le solvant. La sonication favorise ainsi l’efficacité des solvants eutectiques profonds naturels. L’extraction par ultrasons avec des solvants eutectiques profonds (naturels) permet d’obtenir des rendements exceptionnellement élevés en un temps de traitement très court.

Les ondes ultrasonores de puissance rompent la structure cellulaire des plantes, libèrent les composés bioactifs et favorisent le transfert de masse entre la matière végétale et le solvant (p. ex. les solvants eutectiques profonds).

La combinaison de l’extraction par ultrasons avec des solvants eutectiques profonds (naturels) vous permet d’associer la puissance d’intensification des procédés des ultrasons aux remarquables effets solubilisants et à l’exceptionnelle modularité des solvants eutectiques profonds. En raison de l’efficacité supérieure de l’extraction par ultrasons, les ultrasoniseurs sont également utilisés avec succès pour l’extraction à l’eau.
Contactez-nous dès maintenant pour en savoir plus sur la puissante application d’extraction par ultrasons à l’aide de solvants eutectiques profonds !

Extracteurs à ultrasons pour l’extraction par DES en laboratoire, en pilote et à l’échelle industrielle

L’extraction par ultrasons est une technologie de traitement fiable qui facilite et accélère la production d’extraits de haute qualité à partir de diverses plantes et avec n’importe quel solvant. L’extraction par ultrasons est hautement compatible avec les solvants eutectiques profonds (naturels), qui sont avantageux en raison de leur excellent pouvoir solubilisant, de leur adaptabilité à l’extrait, de leur durabilité, de leur biodégradabilité et de leur caractère écologique. La combinaison de l’intensification des procédés par les ultrasons de puissance et des avantages des solvants eutectiques profonds (naturels) confère à cette technologie de procédé une supériorité à de nombreux égards. Le portefeuille de Hielscher Ultrasonics couvre toute la gamme, des ultrasoniseurs de laboratoire compacts aux systèmes d’extraction industriels. Tous conviennent bien entendu à l’extraction avec des solvants eutectiques profonds.
Notre personnel, fort d’une longue expérience, vous accompagne des essais de faisabilité et de l’optimisation du procédé jusqu’à l’installation de votre système à ultrasons au niveau de la production finale.