Solvants pour l'extraction ultrasonique des plantes
- L'extraction par ultrasons présente de nombreux avantages tels que des rendements élevés, des taux d'extraction rapides, un respect de l'environnement et une faible consommation d'énergie.
- L'un des principaux avantages est l'utilisation de l'eau comme milieu d'extraction. Cependant, la sonication peut être utilisée avec de nombreux systèmes de solvants afin d'obtenir des résultats supérieurs pour l'extrait ciblé.
- Le solvant optimal pour l'extraction par ultrasons des bioactifs végétaux est choisi en fonction de la matière première.
extraction par ultrasons
Les ultrasons sont bien connus pour perturber les structures cellulaires et améliorer le transfert de masse, augmentant ainsi l'extractibilité des biocomposants (par exemple, les phénols, les caroténoïdes).
Étant donné que les effets mécaniques de la sonication améliorent le processus d'extraction grâce à un meilleur transfert de masse, l'utilisation de solvants organiques est souvent superflue. Cela signifie que pour l'extraction par ultrasons, l'eau est souvent un milieu d'extraction suffisant qui présente de nombreux avantages tels que son faible coût, son absence de danger, sa facilité d'accès et son respect de l'environnement.
Toutefois, pour des composés bioactifs spécifiques, les meilleurs résultats peuvent être obtenus par une extraction ultrasonique combinée à un solvant volatil.
Pour choisir le bon solvant, il faut tenir compte de la matière première (par exemple, matière végétale fraîche ou séchée, macérée/broyée ou en poudre) et des substances ciblées (par exemple, lipophiles, hydrophiles).
La glycérine végétale est un solvant d'extraction idéal en raison de ses propriétés non toxiques et non irritantes et de sa capacité à préserver la stabilité et la puissance des composés bioactifs sensibles. La glycérine pure et les mélanges glycérine-eau sont des solvants utiles pour la production d'extraits pour les suppléments et les nutraceutiques, les extraits d'arômes, les additifs alimentaires et les cosmétiques.
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Le tableau suivant énumère plusieurs solvants, qui sont des solvants d'extraction bien établis et qui sont utilisés pour l'extraction par ultrasons du matériel végétal.
| éthanol | L'un des solvants les plus courants pour l'extraction botanique. En tant que solvant polaire, l'éthanol dissout les composés polaires tels que les alcaloïdes et les flavonoïdes. |
| l'eau | Solvant universel, souvent utilisé pour l'extraction de composés hydrophiles tels que les polysaccharides, les protéines et certains glycosides. |
| éthanol aqueux | Mélange d'éthanol et d'eau, ce solvant peut extraire une large gamme de composés polaires et modérément polaires, offrant un équilibre entre le pouvoir solvant de l'éthanol et la capacité de l'eau à extraire des composés hydrophiles. L'éthanol aqueux peut être préparé à différents ratios, ce qui permet d'ajuster la capacité de dissolution aux composés ciblés. |
| glycérine | Solvant très polaire utile pour l'extraction de composés polaires et qui peut être une alternative plus sûre à d'autres solvants polaires, souvent utilisé dans les teintures et les extraits destinés à la consommation interne. En savoir plus sur l'extraction de substances phytochimiques dans la glycérine à l'aide de la sonication ! |
| méthanol | Solvant très polaire permettant d'extraire une large gamme de composés végétaux, notamment des composés phénoliques, des flavonoïdes et certains alcaloïdes. |
| hexane | Solvant non polaire utilisé principalement pour l'extraction de composés non polaires tels que les lipides, les cires et les huiles essentielles. |
| acétone | Solvant aprotique polaire, l'acétone est efficace pour extraire une large gamme de composés botaniques, en particulier ceux qui sont moins polaires que ceux extraits par l'eau ou le méthanol. |
| isopropanol | Solvant polaire similaire à l'éthanol, couramment utilisé pour l'extraction d'huiles essentielles, de résines et de certains alcaloïdes. |
| Chloroforme | Solvant non polaire efficace pour extraire les alcaloïdes, les terpénoïdes et certains glycosides. Il est moins utilisé en raison de sa toxicité. |
| acétate d'éthyle | Solvant modérément polaire utilisé pour l'extraction d'une série de composés, notamment les flavonoïdes, les alcaloïdes et les composés phénoliques. |
| toluène | Solvant non polaire utilisé pour l'extraction de composés non polaires tels que les huiles essentielles, les terpènes et les cires. |
| Butanol | Solvant modérément polaire efficace pour l'extraction de composés de polarité moyenne, y compris certains glycosides et saponines. |
| Ether de pétrole | Solvant non polaire principalement utilisé pour l'extraction de graisses, d'huiles et d'autres composés non polaires à partir de matières végétales. |
De puissantes ondes ultrasonores perturbent la matrice cellulaire des structures biologiques et libèrent les composés bioactifs. Le transfert de masse entre la matière végétale et le solvant est intensifié. Grâce à ces mécanismes, l'extraction par ultrasons est très efficace pour l'extraction botanique.
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Ultrasons pour l'extraction
Des appareils à ultrasons de laboratoire et de paillasse aux systèmes d'extraction à ultrasons entièrement industriels – Hielscher Ultrasonics est votre partenaire expérimenté de longue date, lorsqu'il s'agit d'appareils à ultrasons puissants et fiables pour des processus d'extraction réussis.
Nos systèmes à ultrasons sont largement utilisés dans les laboratoires biochimiques et les usines de production pharmaceutique. Les sonotrodes et les réacteurs à ultrasons sont autoclavables et répondent aux normes de la production pharmaceutique.
Les sonicateurs industriels Hielscher peuvent délivrer des amplitudes très élevées afin de perturber les matrices cellulaires et de libérer des substances ciblées. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent être facilement utilisées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. La puissance et la robustesse des sonificateurs Hielscher garantissent des rendements élevés, des taux d'extraction rapides et une extraction plus complète. – qui surpassent les procédés d'extraction conventionnels.
Nos processeurs à ultrasons peuvent être combinés avec des méthodes d'extraction conventionnelles telles que Extraction Soxhlet ou l'extraction par CO2 supercritique. L'adaptation aux lignes de production existantes peut être facilement réalisée.
Littérature / Références
- Dent M., Dragović-Uzelac V., Elez Garofulić I., Bosiljkov T., Ježek D., Brnčić M. (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chem. Biochem. Eng. Q. 29(3), 2015. 475–484.
- 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.
- Dogan Kubra, P.K. Akman, F. Tornuk(2019): Improvement of Bioavailability of Sage and Mint by Ultrasonic Extraction. International Journal of Life Sciences and Biotechnology, 2019. 2(2): p.122- 135.
Qu'il faut savoir
Extraction ultrasonique par cavitation
Des ondes ultrasonores intenses génèrent cavitation acoustique dans les liquides. Les forces de cisaillement de la cavité brisent les parois cellulaires et les membranes, ce qui libère le matériel intracellulaire. L'extraction par ultrasons permet une plus grande pénétration du solvant dans un tissu végétal et améliore le transfert de masse. Ainsi, l'extraction par ultrasons intensifie considérablement le processus d'extraction, ce qui se traduit par des rendements plus élevés, des taux d'extraction plus rapides et une extraction plus complète.
systèmes de solvants
Pour l'extraction de composés bioactifs à partir de matières végétales, différents systèmes de solvants sont disponibles. Pour l'extraction des composés hydrophiles, les solvants les plus polaires tels que le méthanol, l'éthanol ou l'éthyl-acétate sont choisis, tandis que pour l'extraction des composés lipophiles (par exemple, les lipides), les systèmes de solvants tels que le dichlorométhane ou le dichlorométhane/méthanol (v/v 1:1) sont préférés. L'hexane est souvent utilisé comme solvant pour l'extraction de la chlorophylle.
Que sont les composés bioactifs ?
Les composés bioactifs ou phytochimiques sont définis comme des substances ayant un impact sur les organismes vivants, les tissus ou les cellules. Les substances biologiquement actives comprennent les antibiotiques, les enzymes et les vitamines. Les substances bioactives telles que les caroténoïdes et les polyphénols peuvent être extraites, par exemple, des fruits, des feuilles et des légumes, tandis que les phytostérols se trouvent dans les huiles végétales.
Les composés bioactifs d'origine végétale comprennent les flavonoïdes, la caféine, les caroténoïdes, la choline, les dithiolthiones, les phytostérols, les polysaccharides, les phytoestrogènes, les glucosinolates, les polyphénols et les anthocyanes. De nombreuses substances bioactives sont appréciées pour leur action antioxydante et sont donc considérées comme bénéfiques pour la santé.
Comment sélectionner le meilleur solvant d'extraction ?
Les lignes directrices ci-dessous vous aident à sélectionner un solvant approprié pour l'extraction botanique par ultrasons. La sonication étant compatible avec n'importe quel solvant standard, vous pouvez sélectionner le solvant le mieux adapté à votre matière première végétale, aux substances phytochimiques ciblées et au rapport coût-efficacité.
- Sélectivité : Sélectionnez un solvant qui dissout spécifiquement les composés souhaités tout en laissant les composants indésirables. Par exemple, utilisez l'éthanol pour les composés polaires tels que les alcaloïdes et les flavonoïdes.
- Solubilité : Sur la base du principe “comme se dissout comme,” choisir un solvant dont la polarité est similaire à celle du soluté. Les solvants polaires (par exemple, l'eau, l'éthanol) dissolvent les composés polaires, tandis que les solvants non polaires (par exemple, l'hexane) dissolvent les composés non polaires tels que les lipides et les huiles.
- Coût : Tenez compte du rapport coût-efficacité du solvant. Certains solvants peuvent être plus chers mais offrir des rendements plus élevés ou une meilleure sélectivité, ce qui permet d'équilibrer le coût global de l'extraction.
- La sécurité : S'assurer que le solvant peut être utilisé et manipulé en toute sécurité. Les facteurs à prendre en compte sont la toxicité, l'inflammabilité et l'impact sur l'environnement. Par exemple, l'eau et l'éthanol sont des choix plus sûrs que le chloroforme ou le toluène.
Polarité et sélection des solvants
Selon la loi de similitude et d'intermissibilité, les solvants dont la valeur de polarité est proche de celle du soluté sont susceptibles de donner de meilleurs résultats. Voici quelques exemples :
- Solvants polaires : Eau, éthanol, méthanol – Utilisé pour l'extraction de composés polaires tels que les alcaloïdes, les flavonoïdes, les glycosides et les protéines.
- Solvants modérément polaires : Acétone, acétate d'éthyle, isopropanol – Convient à l'extraction d'une large gamme de composés, y compris les composés phénoliques et certains alcaloïdes.
- Solvants non polaires : Hexane, toluène, éther de pétrole – Idéal pour l'extraction de composés non polaires tels que les lipides, les cires, les terpènes et les huiles essentielles.
Exemples d'utilisation de solvants
- Éthanol : L'un des solvants les plus courants pour l'extraction botanique. En tant que solvant polaire, l'éthanol dissout les composés polaires tels que les alcaloïdes et les flavonoïdes.
- L'eau : Solvant universel, souvent utilisé pour l'extraction de composés hydrophiles tels que les polysaccharides, les protéines et certains glycosides.
- Méthanol : Solvant très polaire permettant d'extraire une large gamme de composés végétaux, notamment des composés phénoliques, des flavonoïdes et certains alcaloïdes.
- Hexane : Solvant non polaire utilisé principalement pour l'extraction de composés non polaires tels que les lipides, les cires et les huiles essentielles.
- Acétone : Solvant aprotique polaire, l'acétone est efficace pour extraire une large gamme de composés botaniques, en particulier ceux qui sont moins polaires que ceux extraits par l'eau ou le méthanol.
- Isopropanol : Solvant polaire similaire à l'éthanol, couramment utilisé pour l'extraction d'huiles essentielles, de résines et de certains alcaloïdes.
- Chloroforme : Solvant non polaire efficace pour extraire les alcaloïdes, les terpénoïdes et certains glycosides. Il est moins utilisé en raison de sa toxicité.
- Acétate d'éthyle : Solvant modérément polaire utilisé pour l'extraction d'une série de composés, notamment les flavonoïdes, les alcaloïdes et les composés phénoliques.
- Toluène : Solvant non polaire utilisé pour l'extraction de composés non polaires tels que les huiles essentielles, les terpènes et les cires.
- Butanol : Solvant modérément polaire efficace pour l'extraction de composés de polarité moyenne, y compris certains glycosides et saponines.
- Éther de pétrole : Solvant non polaire principalement utilisé pour l'extraction de graisses, d'huiles et d'autres composés non polaires à partir de matières végétales.
Les solvants suivants ont été testés dans le cadre d'études portant sur l'extraction par ultrasons de matières végétales et de substances phytochimiques spécifiques.
| solvant | Plante | Type de tissu |
|---|---|---|
| Acide acétique / urée / bromure de cétyltrim-éthylammonium | riz | son |
| éthanol aqueux | drêche de distillerie | céréales |
| Isopropanol aqueux | soja, colza | semences |
| éthanol | Saccharina japonica | – |
| Acide acétique glacial | sorgho | – |
| Phénol | tomate / pomme de terre / aloe vera / soja | pollen / tubercule / feuille / graine |
| Phénol/acétate d'ammonium | orge / banane | racine / feuille |
| Phénol/acétate d'ammonium | avocat / tomate / orange / banane / poire / raisin / pomme / fraise | fruits |
| Phénol/méthanol-acétate d'ammonium | conifère / banane / pomme / pomme de terre | graines / fruits |
| Sulfate de dodécyle sodique/acétone | conifère / pomme de terre | graine / tubercule |
| Sulfate de dodécyle sodique/TCA/acétone | pomme / banane | tissu |
| TCA | haricots | anthère |
| TCA/acétone | agrumes / soja / aloe vera | feuilles |
| TCA/acétone | soja / conifères | semences |
| TCA/acétone | tomate | grain de pollen |
| TCA/acétone/phénol | olive / bambou / raisin / citron | feuilles |
| TCA/acétone/phénol | pomme / orange / tomate | fruits |
| Thiourée/urée | soja | semences |
| Thiourée/urée | pomme / banane | tissus |
| Tampon Tris-HCL | tomate | grain de pollen |
Qu'est-ce qu'un solvant organique ?
Un solvant organique est un type de composé organique volatil (COV). Les COV sont des produits chimiques organiques qui se vaporisent à température ambiante.
Les composés organiques utilisés comme solvants comprennent
- les composés aromatiques, par exemple le benzène et le toluène
- les alcools, par exemple le méthanol
- esters et éthers
- les cétones, par exemple l'acétone
- amines
- hydrocarbures nitrés et halogénés
De nombreux solvants organiques sont classés comme toxiques ou cancérigènes. En cas de manipulation incorrecte, ils peuvent être dangereux pour l'homme et contaminer l'air, l'eau et le sol. Grâce au puissant mécanisme d'extraction par ultrasons, l'utilisation de solvants organiques peut être évitée et remplacée par des solvants plus doux et non toxiques.
