Extraction très efficace de l'artémisinine par sonication

L'artémisinine peut être extraite efficacement en utilisant la sonication à haute performance. L'extraction par ultrasons donne des rendements très élevés d'artémisinine en utilisant 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, biomolécule sensible à la chaleur.

Extraction de l'artémisinine

L'artémisinine est une molécule bioactive présente dans les glandes trichomes de la plante Artemisia annua. Elle est utilisée comme médicament antipaludéen et présente un fort potentiel comme médicament pour le traitement de plusieurs autres maladies, notamment le cancer et le SRAS-CoV-2. La méthode d'extraction traditionnelle fait appel à des solvants toxiques et constitue un procédé coûteux et non optimal. Afin de produire de l'artémisinine à grande échelle dans des conditions favorables sur le plan environnemental et économique, une technique d'extraction efficace et écologique 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 étendue à de grands volumes. L'équipement d'extraction par ultrasons pour le traitement par lots et en ligne au niveau industriel est facilement disponible.

Extraction ultrasonique de l'artémisinine d'Artemisia annua

L'utilisation d'ultrasons puissants pour l'extraction surpasse les autres méthodes d'extraction dans plusieurs facteurs importants, notamment le rendement, le temps 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 prennent du temps, peuvent endommager les molécules bioactives de l'artémisinine en raison des hautes températures appliquées, et ont un impact environnemental élevé en raison des solvants organiques utilisés à haute température. De plus, dans le processus en aval, une purification poussée est nécessaire pour éliminer les impuretés de l'extrait brut.

Les avantages de l'extraction ultrasonique de l'artémisinine

L'application d'ultrasons de puissance pour l'extraction a plusieurs effets positifs qui intensifient le processus d'extraction : Les ultrasons de puissance créent une cavitation acoustique. Cette cavitation acoustique favorise l'extraction botanique par rupture cellulaire, de sorte que les biomolécules piégées sont libérées de la matrice cellulaire de la plante. En outre, les forces de cavitation intensifient le transfert de masse en transportant efficacement les biomolécules, comme l'artémisinine, dans le solvant environnant. Le principe de fonctionnement de l'extraction par ultrasons peut être attribué 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 favorable, car l'artémisinine est un composé thermosensible, ce qui signifie que des températures plus élevées (par exemple, 70°C) entraîneront sa décomposition. Par conséquent, l'Artemisia annua L. ne peut pas être bouillie dans de l'eau chaude pour obtenir l'artémisinine.

Solvants verts pour l'extraction ultrasonique de l'artémisinine

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 n'importe quel solvant, y compris les solvants doux et verts comme l'éthanol ou l'eau. L'extraction par ultrasons de l'artémisinine avec de l'éthanol est tout aussi efficace que celle avec des solvants agressifs. Comme l'artémisinine présente une faible solubilité dans l'eau, des cyclodextrines peuvent être utilisées pour améliorer l'extraction ultrasonique de l'artémisinine dans l'eau froide.

Pourquoi l'extraction ultrasonique de l'artémisinine est-elle 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 d'intensification de l'extraction par ultrasons de puissance est principalement attribué au phénomène de cavitation acoustique. La cavitation acoustique provoque des collisions entre les particules de la biomasse botanique (comme les feuilles d'Artemisia annua L.), ce qui entraîne un fractionnement interparticulaire et une réduction de la taille des particules. Lorsque les bulles de cavitation s'effondrent 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 produits phytosanitaires (par exemple, l'artémisinine) et les fibres alimentaires. Les forces de cisaillement générées par les ultrasons améliorent la pénétration du solvant dans la matrice cellulaire de la matière végétale et améliorent la perméabilité des membranes cellulaires, respectivement. Ces mécanismes des ultrasons puissants sont responsables de l'intensification significative du processus obtenue lorsque l'ultrasonication est appliquée pour l'extraction botanique.

Les ondes ultrasonores de puissance perturbent la structure cellulaire des plantes, libèrent les composés bioactifs et favorisent le transfert de masse entre la matière végétale et le solvant (par exemple, l'éthanol).

Résultats prouvés par la recherche de l'extraction ultrasonique de l'artémisinine

Plusieurs études scientifiques ont été entreprises afin d'étudier l'efficacité et la praticabilité de l'extraction ultrasonique de l'artémisinine à partir des feuilles d'Artemisia annua.

Briars et Paniwnyk ont montré " que les ultrasons à basse température augmentent le rendement de l'artémisinine extraite de A. annua d'environ 58 % et que les extraits semblent plus purs par rapport au trempage conventionnel ; 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 ultrasonique de l'artémisinine en utilisant l'éther méthylique de propylène glycol (PGME) comme solvant. L'extrait d'artémisinine produit par ultrasons a été analysé par chromatographie liquide à ultra performance (UPLC). Les résultats des analyses ont souligné la qualité de l'extrait. En raison de la bonne répétabilité du processus et de la stabilité de l'artémisinine extraite, l'extraction assistée par ultrasons utilisant le monoéther vert et efficace qu'est l'éther méthylique de propylène glycol (PGME) comme solvant offre de grandes perspectives pour l'extraction et la séparation des molécules bioactives des plantes. L'extraction par ultrasons utilisant l'éther méthylique de 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 en utilisant l'hydroxypropyl-β-cyclodextrine. L'ajout de cyclodextrine améliore la libération de l'artémisinine, composé peu soluble dans l'eau, et permet d'utiliser l'eau comme solvant avec de bons rendements d'extraction. L'extraction par ultrasons en combinaison avec la cyclodextrine a augmenté la quantité d'artémisinine à 8,66 mg/g, ce qui est significativement plus que la quantité correspondante de 1,70 mg/g obtenue dans l'eau.

Extracteurs ultrasoniques à haute performance pour la production d'artémisinine

Les systèmes d'extraction par ultrasons à haute performance de Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans le monde entier sur les sites de R&D, à des niveaux de production petits, moyens et entièrement commerciaux dans diverses industries telles que l'alimentation, les compléments alimentaires et la production 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 / capacité de traitement. Fort d'une expérience de plus de 25 ans dans l'extraction botanique, Hielscher Ultrasonics est votre partenaire de confiance pour l'extraction ultrasonique haute performance d'Artemisia annua !

Ultrasons de haute performance, à la pointe de la technologie

Les caractéristiques intelligentes des ultrasons 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 réglés par le biais d'un menu intuitif, qui peut être consulté sur un écran tactile couleur numérique et une télécommande par navigateur. Ainsi, toutes les conditions de traitement telles que l'énergie nette, l'énergie totale, l'amplitude, le temps, la pression et la température sont automatiquement enregistrées sur une carte SD intégrée. Cela vous permet de réviser et de comparer les cycles de sonication précédents et d'optimiser le processus d'extraction de l'artémisinine pour une efficacité maximale.
Les systèmes à ultrasons Hielscher sont utilisés dans le monde entier pour la fabrication d'extraits botaniques de haute qualité. Les ultrasons industriels Hielscher peuvent facilement générer 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 ultrasoniques / cornes). Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. En raison de leur robustesse et de leur faible maintenance, nos systèmes d'extraction par ultrasons sont couramment installés pour des applications lourdes 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 ultrasonicators: