Extraction hautement efficace de l’artémisinine par sonication

L’artémisinine peut être extraite efficacement grâce à une sonication haute performance. L’extraction par ultrasons permet d’obtenir des rendements très élevés en artémisinine avec des solvants doux. Le processus d’extraction par ultrasons est considérablement accéléré. Les conditions de traitement dans les extracteurs à ultrasons sont contrôlables avec précision, ce qui permet d’éviter la dégradation de l’artémisinine, une biomolécule sensible à la chaleur.

Extraction de l’artémisinine

L’artémisinine est une molécule bioactive présente dans les glandes des trichomes de la plante Artemisia annua ; elle est utilisée comme médicament antipaludique et présente un fort potentiel en tant que médicament pour le traitement de plusieurs autres maladies, notamment le cancer et le SARS-CoV-2. La méthode d’extraction traditionnelle fait appel à des solvants toxiques et constitue un procédé coûteux et sous-optimal. Pour produire de l’artémisinine à grande échelle dans des conditions favorables sur les plans environnemental et économique, une technique d’extraction efficace et verte est nécessaire. L’extraction par ultrasons est une méthode d’extraction largement établie qui peut être utilisée en combinaison avec de l’eau ou de l’éthanol comme solvants non toxiques. Il a déjà été prouvé que l’extraction par ultrasons permet d’obtenir des rendements élevés en artémisinine, de sorte que la production d’artémisinine peut être rapidement transposée à de grands volumes. Des équipements d’extraction par ultrasons pour le traitement par lots et en ligne à l’échelle industrielle sont facilement disponibles.

Extraction par ultrasons de l’artémisinine à partir d’Artemisia annua

L’utilisation des ultrasons de puissance pour l’extraction surpasse les autres méthodes d’extraction sur plusieurs facteurs majeurs, notamment le rendement, la durée d’extraction, le respect de l’environnement et la rentabilité.

Les inconvénients de l’extraction traditionnelle de l’artémisinine

Les méthodes traditionnelles d’extraction de l’artémisinine sont longues, peuvent endommager les molécules bioactives d’artémisinine en raison des températures élevées appliquées et ont un impact environnemental important en raison des solvants organiques utilisés à haute température. De plus, une purification poussée est nécessaire lors du traitement en aval afin d’éliminer les impuretés de l’extrait brut.

Les avantages de l’extraction de l’artémisinine par ultrasons

L’application d’ultrasons de puissance pour l’extraction a plusieurs effets positifs qui intensifient le processus d’extraction : les ultrasons haute performance créent une cavitation acoustique. Cette cavitation acoustique favorise l’extraction végétale par la disruption cellulaire, de sorte que les biomolécules piégées sont libérées de la matrice cellulaire de la plante. De plus, les forces de cavitation intensifient le transfert de masse, transportant efficacement les biomolécules telles que l’artémisinine dans le solvant environnant. Le principe de fonctionnement de l’extraction par ultrasons est attribuable aux forces purement mécaniques de la cavitation. Cela signifie que la sonication est une technique d’extraction non thermique et non chimique. Le fait d’être une technique d’extraction non thermique rend l’extraction par ultrasons particulièrement avantageuse, car l’artémisinine est un composé thermosensible, ce qui signifie que des températures plus élevées (par ex. 70°C) entraînent sa décomposition. Par conséquent, Artemisia annua L. ne pouvait pas être bouillie dans de l’eau chaude pour obtenir de l’artémisinine.

Solvants verts pour l’extraction de l’artémisinine par ultrasons

Les solvants d’extraction classiques utilisés pour la production d’artémisinine comprennent l’hexane, l’éther de pétrole ou le dichlorométhane. L’extraction par ultrasons est compatible avec tout solvant, y compris des solvants doux et verts tels que l’éthanol ou l’eau. L’extraction de l’artémisinine par ultrasons avec de l’éthanol est tout aussi efficace que celle réalisée avec des solvants agressifs. L’artémisinine présentant une faible solubilité dans l’eau, des cyclodextrines peuvent être utilisées pour améliorer l’extraction par ultrasons de l’artémisinine à l’eau froide.

Qu’est-ce qui rend l’extraction de l’artémisinine par ultrasons si efficace ?

Pour comprendre les avantages de l’extraction assistée par ultrasons, il faut comprendre le principe de fonctionnement des ultrasons de puissance. Le mécanisme par lequel les ultrasons de puissance intensifient l’extraction est principalement attribué au phénomène de cavitation acoustique. La cavitation ultrasonore provoque des collisions entre les particules de la biomasse végétale (telles que les feuilles d’Artemisia annua L.), ce qui entraîne une fragmentation interparticulaire et une réduction de la taille des particules. Lorsque les bulles de cavitation implosent à la surface des solides végétaux, l’érosion et la sonoporation agrandissent encore la surface des particules. Le transfert de masse ainsi intensifié facilite la libération de molécules telles que les protéines, les lipides, les sucres, les vitamines, les antioxydants, les composés phytochimiques (par ex. l’artémisinine) et les fibres alimentaires. Les forces de cisaillement générées par ultrasons améliorent respectivement la pénétration du solvant dans la matrice cellulaire de la matière végétale et la perméabilité des membranes cellulaires. Ces mécanismes des ultrasons de puissance sont responsables de l’importante intensification du processus obtenue lorsque l’ultrasonication est appliquée à l’extraction végétale.

Les ondes ultrasonores de puissance rompent la structure cellulaire des végétaux, libèrent les composés bioactifs et favorisent le transfert de masse entre la matière végétale et le solvant (par ex. l’éthanol).

Résultats de l’extraction de l’artémisinine par ultrasons prouvés par la recherche

Plusieurs études scientifiques ont été menées afin d’étudier l’efficacité et la faisabilité de l’extraction par ultrasons de l’artémisinine à partir de feuilles d’Artemisia annua.

Briars et Paniwnyk ont montré « que les ultrasons à basse température augmentent d’environ 58% le rendement en artémisinine extraite d’A. annua et que les extraits semblent plus purs par rapport à la macération conventionnelle ; par conséquent, l’utilisation des ultrasons pendant l’extraction a le potentiel de produire des traitements à base d’artémisinine à moindre coût. » (Briars et Paniwnyk, 2013)

Zhang et al. (2017) ont étudié l’extraction par ultrasons de l’artémisinine en utilisant l’éther méthylique du propylène glycol (PGME) comme solvant. L’extrait d’artémisinine produit par ultrasons a été analysé par chromatographie liquide ultra-performante (UPLC). Les résultats d’analyse ont souligné la qualité de l’extrait. Grâce à la bonne répétabilité du procédé et à la stabilité de l’artémisinine extraite, l’extraction assistée par ultrasons utilisant comme solvant le monoéther vert et efficace éther méthylique du propylène glycol (PGME) offre de grandes perspectives pour l’extraction et la séparation de molécules bioactives à partir de végétaux. L’extraction par ultrasons utilisant l’éther méthylique du propylène glycol (PGME) comme solvant a permis d’obtenir une efficacité d’extraction globale élevée et des rendements élevés en artémisinine. (cf. Zhang et al., 2017)

Dans une autre étude, Zhang et al. (2020) présentent l’extraction par ultrasons de l’artémisinine à l’aide d’hydroxypropyl-β-cyclodextrine. L’ajout de cyclodextrine améliore la libération de l’artémisinine, un composé peu soluble dans l’eau, et permet d’utiliser l’eau comme solvant avec de bons rendements d’extraction. L’extraction par ultrasons combinée à la cyclodextrine a augmenté la quantité d’artémisinine à 8,66 mg/g, ce qui est nettement supérieur à la quantité correspondante de 1,70 mg/g obtenue dans l’eau.

Extracteurs à ultrasons haute performance pour la production d’artémisinine

Les systèmes d’extraction par ultrasons haute performance de Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans le monde entier en R&D ainsi qu’aux niveaux de production à petite, moyenne et pleine échelle commerciale dans diverses industries, telles que la production alimentaire, de compléments alimentaires et pharmaceutique. Les extracteurs à ultrasons haute performance intensifient le processus d’extraction et augmentent le rendement, améliorant ainsi l’efficacité globale de la production d’extraits de haute qualité. Hielscher Ultrasonics propose des équipements d’extraction pour tout volume / toute capacité de traitement. Fort de plus de 25 ans d’expérience dans l’extraction végétale, Hielscher Ultrasonics est votre partenaire de confiance pour l’extraction par ultrasons haute performance à partir d’Artemisia annua !

Ultrasonicateurs haute performance à la pointe de la technologie

Les fonctionnalités intelligentes des ultrasonicateurs Hielscher sont conçues pour garantir un fonctionnement fiable, des résultats reproductibles et une grande facilité d’utilisation. Les paramètres de fonctionnement sont facilement accessibles et réglables via un menu intuitif, accessible depuis un écran tactile numérique couleur et une commande à distance par navigateur. Ainsi, toutes les conditions de traitement telles que l’énergie nette, l’énergie totale, l’amplitude, la durée, la pression et la température sont automatiquement enregistrées sur une carte SD intégrée. Cela vous permet de réexaminer et de comparer les cycles de sonication précédents et d’optimiser le processus d’extraction de l’artémisinine pour une efficacité maximale.
Les systèmes Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans le monde entier pour la fabrication d’extraits végétaux de haute qualité. Les ultrasonicateurs industriels Hielscher peuvent facilement fonctionner à des amplitudes élevées en fonctionnement continu (24/7/365). Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent être facilement générées en continu avec des sonotrodes standard (sondes / cornets ultrasoniques). Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. En raison de leur robustesse et de leur faible besoin de maintenance, nos systèmes d’extraction par ultrasons sont couramment installés pour des applications intensives et dans des environnements exigeants.

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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :