La glycérine comme solvant pour l’extraction par ultrasons
La glycérine, ou glycérol, peut être utilisée pure (100%) ou en mélange avec de l’eau ou de l’éthanol pour l’extraction botanique. Découvrez les avantages de l’utilisation de la glycérine comme solvant d’extraction dans les procédés de sonication.
Extraction botanique dans la glycérine par sonication
L’extraction botanique est un procédé fondamental en chimie analytique, en biochimie et dans la recherche sur les produits naturels, qui vise à isoler des composants spécifiques à partir de mélanges complexes. Les méthodes d’extraction traditionnelles, telles que la macération ou l’extraction Soxhlet, nécessitent souvent de longues durées de traitement et l’utilisation de solvants organiques, susceptibles de présenter des risques pour l’environnement et la santé. Au cours de la dernière décennie, l’extraction par ultrasons a remplacé les techniques d’extraction traditionnelles telles que la macération, l’extraction Soxhlet et l’extraction par solvant, car la sonication est plus efficiente, plus rapide, plus efficace et plus respectueuse de l’environnement. Outre ces avantages de l’extraction par ultrasons, cette technique permet d’utiliser le solvant de son choix. Les extracteurs à ultrasons peuvent même traiter de la glycérine végétale pure comme solvant.
Homogénéisateur à ultrasons UP400ST pour l’extraction de plantes avec la glycérine comme solvant.
Comment fonctionnent les ultrasonicateurs à sonde pour l’extraction ?
Les sonicateurs utilisés pour l’extraction botanique exploitent la puissance des ultrasons intenses. Par l’intermédiaire de la sonde ultrasonique, des ultrasons de haute intensité sont transmis dans le solvant, où se forment de nombreuses bulles de cavitation. La formation et l’implosion rapides de bulles de cavitation microscopiques génèrent des forces de cisaillement et une agitation intense, ainsi que des températures et des pressions localement élevées. Ces forces sonomécaniques rompent efficacement les parois cellulaires et facilitent la libération des composés intracellulaires. Cette technique d’extraction intensifiée par ultrasons offre plusieurs avantages, notamment des durées d’extraction réduites, un rendement accru et la possibilité de traiter des substances thermolabiles sans dégradation significative.
La glycérine végétale comme solvant d’extraction
La glycérine végétale, un liquide incolore, inodore et visqueux dérivé d’huiles végétales, est largement reconnue pour ses propriétés de solvant. Elle est non toxique, biodégradable et présente un excellent pouvoir solvant pour un large éventail de composés organiques. En tant que solvant, la glycérine végétale offre plusieurs avantages par rapport aux solvants organiques traditionnels :
- Sécurité et impact environnemental : La glycérine est non toxique et sans danger pour l’environnement, ce qui en fait un choix privilégié pour les applications de chimie verte.
- Qualité alimentaire et pharmaceutique : La glycérine végétale est disponible en qualité alimentaire et pharmaceutique. Exempte d’alcool, comestible et de goût sucré, la glycérine est un solvant apprécié pour les extraits destinés à l’alimentation et aux produits pharmaceutiques. En cosmétique, la glycérine est un solvant très prisé en raison de ses propriétés émollientes.
- Solubilité : Elle peut dissoudre des substances aussi bien hydrophiles qu’hydrophobes, ce qui élargit l’éventail des composés extractibles.
- Stabilité : La glycérine est chimiquement stable, ce qui contribue à préserver l’intégrité des composés sensibles pendant l’extraction.
Ultrasonicateur UIP1000hdT pour l’extraction botanique.
Protocole : extraction par ultrasons de feuilles de plantes dans la glycérine
Dans ce protocole, nous vous guidons à travers les étapes de l’extraction par ultrasons de composés bioactifs de feuilles de plantes dans de la glycérine pure. Vous pouvez regarder la vidéo complémentaire ci-dessus pour vous faire une idée visuelle du procédé d’extraction par ultrasons.
Matériel nécessaire :
- herbes fraîches ou séchées
- glycérine végétale à 100%
- sonicateur à sonde, p. ex. l’UP400St avec la sonotrode S24d22L2D
- bécher en verre
- flacon en verre foncé pour la conservation
Instructions étape par étape
- Hachez les feuilles en petits morceaux (env. 5x5mm).
- Placez les feuilles dans le bécher en verre.
- Ajoutez la glycérine. Vous pouvez laisser tremper les herbes pendant quelques minutes.
- Introduisez la sonde du sonicateur dans le bécher. Centrez la sonde au milieu du bécher et veillez à ce que la sonotrode ne touche pas les parois du récipient.
- Réglez l’amplitude sur 100% et lancez la sonication.
- Surveillez la température à l’aide du capteur de température fourni avec l’UP400St.
- Lorsque la température dépasse celle que vous ne souhaitez pas franchir, vous pouvez mettre le sonicateur en pause pour laisser refroidir la suspension de glycérine. Vous pouvez définir une limite de température dans le menu de l’UP400St. Vous pouvez en outre placer le bécher en verre dans un bain de glace.
- Soniquez jusqu’à un apport d’énergie total d’env. 200-250 Ws/g. (Vous pouvez régler l’apport d’énergie visé dans le menu de l’UP400ST et de tous les sonicateurs numériques Hielscher.)
- Après la sonication, retirez la matière végétale épuisée de la glycérine par filtration. Vous pouvez utiliser une passoire, du papier filtre ou une étamine. Pour faciliter la filtration de la glycérine visqueuse, utilisez une filtration sous vide.
Dépannage et conseils :
Plus la glycérine est froide, plus sa viscosité est élevée. Les liquides très visqueux nécessitent un sonicateur plus puissant. Le sonicateur UP400St d’une puissance de 400 watts traite avec aisance la glycérine à 100% à température ambiante. Si vous utilisez un sonicateur de puissance inférieure, vous pouvez utiliser un mélange glycérine-eau (p. ex. 50:50 %v/v).
Pour la glycérine froide, un sonicateur industriel tel que le processeur à ultrasons UIP1000hdT de 1000 watts est idéal pour traiter des solvants très visqueux.
Protocole : extraction de composés phytochimiques de la racine de gentiane
Une application pratique des mélanges glycérine-eau dans l’extraction botanique par ultrasons est illustrée par l’isolement de composés phytochimiques tels que l’amarogentine à partir de la racine de gentiane dans de la glycérine à 50% à l’aide du sonicateur Hielscher UP200Ht. La racine de gentiane contient des composés aromatiques amers qui présentent un intérêt pour l’industrie agroalimentaire et des boissons, ainsi que pour la médecine traditionnelle.
L’amarogentine présente une valeur d’amertume de 58 000 000 et se trouve dans la racine de gentiane à une concentration de 0,15%. L’amertume de la gentiane se caractérise par une saveur nette. Grâce à leur grande puissance, les composés amers de la racine de gentiane sont appréciés comme composés aromatiques intenses.
Instructions étape par étape pour l’extraction par ultrasons de la racine de gentiane avec la glycérine comme solvant
L’utilisation d’un mélange glycérine-eau, combinée au sonicateur haute performance UP200Ht, permet d’obtenir un rendement élevé en composés phytochimiques extraits. Les conditions douces de la glycérine garantissent que les composés sensibles restent stables tout au long du procédé.
La glycérine et ses mélanges avec l’eau ou l’éthanol offrent des options de solvants polyvalentes pour l’extraction botanique par ultrasons. Malgré les difficultés liées à la viscosité élevée de la glycérine, des équipements de sonication avancés comme le Hielscher UP200Ht peuvent traiter efficacement ces solvants et garantir une extraction efficace de précieux composés phytochimiques. La possibilité d’adapter la composition du solvant et d’exploiter la puissance des ondes ultrasonores fait de l’extraction assistée par ultrasons une technique performante pour l’isolement de composés bioactifs à partir de matières végétales.
Extraction assistée par ultrasons dans la glycérine
L’association d’ultrasonicateurs à sonde et de glycérine végétale comme solvant constitue une approche performante pour l’extraction. Les effets mécaniques de l’ultrasonication améliorent le transfert de masse, ce qui accroît l’efficacité de la glycérine à solubiliser les composés cibles. Cette combinaison est particulièrement efficace pour extraire des composés bioactifs de matières végétales, tels que les polyphénols, les alcaloïdes et les huiles essentielles.
Applications de l’extraction botanique par ultrasons dans la glycérine
Cette technique d’extraction offre des applications prometteuses dans divers domaines :
- Produits pharmaceutiques : Isolement de principes actifs pharmaceutiques à partir de plantes médicinales.
- Industrie alimentaire : Extraction d’arômes, de colorants et d’antioxydants naturels.
- Cosmétiques : Production de composés bioactifs pour les soins de la peau et les produits de beauté.
- Solvants eutectiques profonds En raison de son faible coût, de sa grande disponibilité, de sa non-toxicité, de sa non-inflammabilité et de sa non-volatilité, le glycérol et les solvants eutectiques profonds à base de glycérol sont idéaux pour l’extraction par ultrasons des polyphénols et offrent une solution hautement durable.
- haute efficacité
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- contrôle de processus précis et réglable
- en batch & en ligne
- pour tout volume
- logiciel intelligent
- fonctions intelligentes (p. ex. programmation, enregistrement des données, commande à distance)
- utilisation simple et sûre
- faible maintenance
- CIP (nettoyage en place)
Conception, fabrication et conseil – Qualité Made in Germany
Les ultrasonicateurs Hielscher sont réputés pour leurs normes de qualité et de conception les plus élevées. Leur robustesse et leur facilité d’utilisation permettent une intégration sans difficulté de nos ultrasonicateurs dans les installations industrielles. Les ultrasonicateurs Hielscher font face sans peine aux conditions difficiles et aux environnements exigeants.
Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO qui accorde une importance particulière à des ultrasonicateurs haute performance alliant technologie de pointe et convivialité. Bien entendu, les ultrasonicateurs Hielscher sont conformes CE et répondent aux exigences UL, CSA et RoHs.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :
| Volume du lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 0,5 à 1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | plus grand | cluster de UIP16000 |
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Sonicateur MSR-4 avec 4x sondes ultrasoniques de 4kW (puissance ultrasonore totale de 16kW) pour l’extraction industrielle de composés bioactifs.
Bibliographie / Références
- Sumbal Jamshaid, Dildar Ahmed (2022): Optimization of ultrasound-assisted extraction of valuable compounds from fruit of Melia azedarach with glycerol-choline chloride deep eutectic solvent. Sustainable Chemistry and Pharmacy, Volume 29, 2022.
- Jamshaid, S., Ahmed, D. & Aydar, A. Y. (2022): Ultrasound-assisted extraction optimization of polyphenols, flavonoids, and antioxidant compounds from fruit of Melia azedarach using a glycerol-based green deep eutectic solvent. Journal of Food Processing and Preservation, 46, e16657.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
Ce qu’il faut savoir sur la glycérine
Qu’est-ce que la glycérine ? La glycérine, également appelée glycérol, est un alcool trivalent présentant une haute solubilité dans l’eau et une forte hygroscopicité. Cela en fait un solvant polyvalent pour diverses applications. La viscosité de la glycérine végétale est d’environ 1400 centipoises à 20ºC. La glycérine est non toxique, biodégradable et recyclable. Elle est produite à partir de sources renouvelables, ce qui en fait un solvant respectueux de l’environnement. Comme la glycérine est peu coûteuse et largement disponible, elle est utilisée dans de nombreuses industries. Ininflammable et non volatile, la glycérine est sûre à manipuler et à stocker.
La glycérine est soluble dans l’eau, l’éthanol et le méthanol, ce qui élargit son applicabilité comme solvant dans différents procédés chimiques.
Pour quelles applications la glycérine est-elle utilisée comme solvant ?
La glycérine est appréciée pour ses applications variées dans les industries alimentaire et cosmétique. Son utilisation comme solvant est l’une de ses principales applications, car elle offre des propriétés chimiques intéressantes et une grande polyvalence en tant que solvant.
En cosmétique et en médecine : En cosmétique et en médecine, la glycérine est couramment utilisée comme émollient dans les crèmes et les formulations en gel. Elle agit comme solvant pour de nombreuses substances peu solubles et améliore leur biodisponibilité. L’efficacité de la glycérine dans ces applications découle de sa nature chimique d’alcool trivalent, qui lui confère une haute solubilité dans l’eau et une forte hygroscopicité.
Dans les aliments et les boissons : La glycérine joue de multiples rôles dans l’industrie agroalimentaire et des boissons. Elle agit comme humectant, solvant et édulcorant, et contribue à la conservation des aliments. Elle est également utilisée comme agent de charge dans les aliments allégés en matières grasses préparés industriellement, tels que les biscuits, et comme épaississant dans les liqueurs.
Propriétés de polyol : La glycérine, un polyol (alcool de sucre), est reconnue pour être non toxique, biodégradable et recyclable. Elle est produite à partir de sources renouvelables et agit comme solvant polaire protique en raison de sa structure d’alcool trihydroxylé. Cela la rend très hydrophile et soluble dans l’eau, l’éthanol et le méthanol.
Co-solvant pour l’extraction aqueuse : La glycérine est un co-solvant efficace pour les procédés d’extraction aqueuse, particulièrement reconnu pour son efficacité dans l’obtention d’extraits polyphénoliques.
Quel est le rôle de la glycérine dans l’extraction par ultrasons ?
La glycérine, également appelée glycérol, est un liquide incolore, inodore et visqueux, largement utilisé comme solvant dans les extractions botaniques. Ses propriétés uniques la rendent particulièrement adaptée à l’extraction de composés phytochimiques sensibles, susceptibles de se dégrader dans des conditions plus agressives. Cette capacité de la glycérine à préserver l’intégrité des composés bioactifs, associée à son caractère non toxique et biodégradable, en fait un solvant attrayant pour les industries pharmaceutique, cosmétique et alimentaire. Si la glycérine pure est souvent utilisée comme solvant d’extraction, elle est également mélangée à de l’eau ou de l’éthanol dans des proportions variables.
Mélanges glycérine-eau : Le mélange de la glycérine avec de l’eau réduit la viscosité de la solution, ce qui améliore son efficacité de cavitation lors de l’extraction par ultrasons. Un mélange type peut se composer de 50% de glycérine et de 50% d’eau, afin d’équilibrer la viscosité et le pouvoir solvant. Cette combinaison est particulièrement efficace pour extraire des composés tels que les substances amères de la racine de gentiane, comme le montrent les procédés d’ultrasonication.
Mélanges glycérine-éthanol : L’ajout d’éthanol à la glycérine crée un mélange de solvants de viscosité plus faible et aux propriétés solvantes améliorées. L’éthanol, bon solvant pour de nombreux composés phytochimiques, contribue à une extraction plus efficace des composés, tandis que la composante glycérine garantit la stabilité et la biocompatibilité de l’extrait final.
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle.