Extraction par ultrasons à l'aide de solvants eutectiques profonds

Les solvants eutectiques profonds (DES) et les solvants eutectiques profonds naturels (NADES) constituent des agents d'extraction puissants, adaptables et respectueux de l'environnement pour les plantes médicinales, les aliments, les nutraceutiques, les cosmétiques et les ingrédients pharmaceutiques. Les sonicateurs à sonde Hielscher intensifient l'extraction par DES en accélérant le transfert de masse, en brisant les structures cellulaires végétales et en améliorant la pénétration du solvant, même lorsqu'ils sont utilisés avec des systèmes de solvants visqueux tels que les NADES à base de glycérol.

Que vous testiez des formulations à base de solvants en laboratoire, que vous optimisiez les paramètres d'extraction pour un phytochimique spécifique ou que vous passiez à une production en continu en ligne, les extracteurs à ultrasons Hielscher offrent un contrôle reproductible de l'amplitude, un fonctionnement fiable 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, et une capacité de traitement évolutive, allant de quelques millilitres à des débits industriels.

Pourquoi les producteurs d'extraits choisissent Hielscher pour l'extraction DES

• Une meilleure efficacité d'extraction des polyphénols, des flavonoïdes, des cannabinoïdes, des terpènes, des anthocyanes et d'autres composés bioactifs
• Extraction plus rapide par rapport à la macération classique et à l'extraction par solvant en cuve agitée
• Compatible avec le DES, le NADES, la glycérine, l'eau, l'éthanol et les systèmes de solvants mixtes
• Traitement efficace de solvants à haute viscosité par sonication à sonde à haute amplitude
• Configurations en batch, à recirculation et à flux continu
• Contrôle précis de l'amplitude, de l'apport d'énergie, de la température et de la durée du processus
• Passage aisé de la phase d'étude de faisabilité à la production pilote, puis à la production industrielle à grande échelle

Pourquoi la sonication améliore l'extraction du DES et du NADES

L'extraction par sonde ultrasonique 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 substances phytochimiques provenant de sources naturelles. Les solvants eutectiques profonds sont connus pour leur grande efficacité d'extraction, qui peut encore être améliorée 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. L'extraction par ultrasons à l'aide de solvants eutectiques profonds est donc une méthode écologique et durable pour la récupération de composés bioactifs. Il a été scientifiquement prouvé que l'utilisation synergique des ultrasons et des solvants eutectiques profonds permettait d'obtenir des rendements plus élevés de divers composés bioactifs. Globalement, l'extraction par sonde ultrasonique utilisant des solvants eutectiques profonds et des solvants eutectiques profonds naturels constitue une approche plus efficace et plus respectueuse de l'environnement pour l'extraction des composés bioactifs.

Extraction par ultrasons d'anthocyanes à l'aide de DES

Les anthocyanes sont des pigments naturels et des antioxydants précieux présents dans les carottes noires, les baies, les raisins, le maïs violet et d'autres matières végétales. Les solvants eutectiques profonds sont particulièrement 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 colorés. Associée à une ultrasonication par sonde, l'extraction par DES gagne considérablement en efficacité : la cavitation ultrasonique rompt les structures cellulaires végétales, améliore la pénétration du solvant et accélère la libération des anthocyanines dans le milieu d'extraction. Une étude sur les anthocyanes de la carotte noire réalisée à l'aide du sonicateur UP400St montre que les DES à base de chlorure de choline, en particulier lorsqu'ils sont associés à une 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 de polyphénols à l'aide de DES

Les polyphénols, notamment les flavonoïdes, les acides phénoliques et les composés antioxydants apparentés, constituent des molécules cibles importantes dans les domaines de 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 processus en augmentant le transfert de masse, en réduisant le temps d'extraction et en améliorant le contact entre le solvant eutectique profond et la matrice végétale.
Une étude a utilisé un solvant de déshydratation (DES) à base de glycérol et d'acétate d'ammonium, associé à une extraction assistée par ultrasons, en appliquant des paramètres optimisés tels que la température, la concentration du DES et l'amplitude ultrasonique. Les résultats ont démontré que l'extraction par ultrasons à l'aide d'un DES permettait une récupération efficace des phénols totaux, des flavonoïdes et de l'activité antioxydante des fruits du chinaberry, démontrant ainsi le potentiel de l'extraction par ultrasons à l'aide d'un DES en tant que méthode d'extraction écologique pour la transformation botanique industrielle. (cf. Jamshed et al., 2022)

Que sont les solvants eutectiques profonds (DES) ?

Les solvants eutectiques profonds (DES) sont des mélanges composés d'au moins un accepteur de liaison hydrogène (HBA) et d'un donneur de liaison hydrogène (HBD), notamment 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 dans la formation des DES.” [Cai et al. 2019]
Les donneurs de liaisons hydrogène sont souvent des composés tels que les sucres, les acides aminés, les acides carboxyliques (par exemple, l'acide benzoïque, l'acide citrique, l'acide succinique) ou les amines (par exemple, l'urée, le benzamide). Le potentiel d'interaction chimique des donneurs de liaisons hydrogène est le principal facteur contribuant à la formation et à l'efficacité des solvants eutectiques profonds. Des sels halogénés tels que le chlorure de choline ou le chlorure de zinc peuvent également être utilisés en conjonction avec les donneurs de liaisons hydrogène. D'autres solvants eutectiques profonds à base de chlorure de choline sont formés avec de l'acide malonique, du phénol ou de la glycérine. En raison des fortes interactions entre les liaisons hydrogène, le point de fusion des solvants eutectiques profonds est considérablement réduit par rapport à celui de leurs composants individuels. Contrairement aux solvants conventionnels (éthanol, méthanol, hexane, butane, etc.), les solvants eutectiques profonds ne sont pas volatils, ce qui signifie que leur pression de vapeur est très faible et qu'ils sont donc difficilement inflammables. La toxicité des solvants eutectiques profonds est faible, leur biodégradabilité est élevée et les précurseurs nécessaires sont peu coûteux, facilement et abondamment disponibles et renouvelables.
Les solvants eutectiques profonds naturels (NADES) sont encore plus respectueux de l'environnement car tous les précurseurs proviennent de sources naturelles. Les solvants eutectiques profonds offrent également une solvabilité réglable en fonction de la chimie du soluté et des espèces utilisées pour créer les solvants eutectiques profonds. Certains solvants eutectiques profonds naturels présentent une viscosité élevée et ne conviennent donc pas à l'extraction par lots. Cependant, les solvants eutectiques profonds naturels ayant une viscosité plus élevée peuvent être utilisés avec succès comme solvants dans l'extraction par ultrasons à travers le flux.

Le tableau ci-dessous présente quelques compositions exemplaires de solvants eutectiques profonds naturels (NADES) pour l'extraction de substances phytochimiques :

Comment fonctionne l'extraction ultrasonique avec des solvants eutectiques profonds ?

L'extraction par ultrasons est basée sur les effets sonomécaniques des ultrasons de haute intensité et de basse fréquence. Pour favoriser et intensifier l'extraction des composés botaniques (c'est-à-dire des substances bioactives) par ultrasons, des ondes ultrasonores de forte puissance sont couplées via une sonde ultrasonore (également appelée cornet ultrasonore ou sonotrode) dans le milieu liquide, c'est-à-dire la boue composée de la matière première botanique et du solvant eutectique profond (naturel). Les ondes ultrasonores se déplacent 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) sont créées et se développent sur plusieurs cycles de pression. Au cours de ces cycles de croissance des bulles, les gaz dissous dans le liquide pénètrent dans la bulle de vide, de sorte que la bulle de vide se transforme en bulles de gaz en croissance. Après plusieurs cycles de croissance, les bulles de vide atteignent une certaine taille à partir de laquelle elles ne peuvent plus absorber d'énergie, de sorte qu'elles implosent violemment lors d'un cycle de haute pression. L'implosion de la bulle est caractérisée par des forces de cavitation intenses, y compris une température et une pression très élevées atteignant jusqu'à 4000K et 1000atm, respectivement, ainsi que des différentiels de température et de pression élevés correspondants. Ces turbulences et forces de cisaillement générées par les ultrasons brisent 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 dans un temps de traitement très court.

Les ondes ultrasonores de puissance perturbent la structure cellulaire des plantes, libèrent les composés bioactifs et favorisent le transfert de masse entre le matériel végétal et le solvant (par exemple, les solvants eutectiques profonds).

La combinaison de l'extraction par ultrasons avec des solvants eutectiques profonds (naturels) vous permet d'associer le pouvoir d'intensification du processus des ultrasons aux remarquables effets de solubilisation et à l'exceptionnelle capacité de conception des solvants eutectiques profonds. Grâce à l'efficacité supérieure de l'extraction par ultrasons, les ultrasons sont également utilisés avec succès pour l'extraction de l'eau.
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Extracteurs à ultrasons pour l'extraction DES en laboratoire, à l'échelle 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 divers solvants botaniques ou autres. L'extraction par ultrasons est très compatible avec les solvants eutectiques profonds (naturels), qui sont favorables en raison de leur excellent pouvoir de solubilisation, de leur adaptabilité à l'extrait, de leur durabilité, de leur biodégradabilité et de leur respect de l'environnement. La combinaison de l'intensification du processus par les ultrasons de puissance avec les avantages des solvants eutectiques profonds (naturels) confère à cette technologie de processus une supériorité à de nombreux niveaux. Le portefeuille de Hielscher Ultrasonics couvre toute la gamme, des ultrasons de laboratoire compacts aux systèmes d'extraction industriels. Tous ces systèmes sont bien sûr adaptés à l'extraction avec des solvants eutectiques profonds.
Notre personnel expérimenté vous assistera depuis les tests de faisabilité et l'optimisation des processus jusqu'à l'installation de votre système ultrasonique au niveau de la production finale.