Solvants pour l’extraction par ultrasons à partir de plantes

• L’extraction par ultrasons présente de nombreux avantages, tels que des rendements élevés, des vitesses d’extraction rapides, le respect de l’environnement et une faible consommation d’énergie.
• L’un de ses principaux avantages est l’utilisation de l’eau comme milieu d’extraction. Toutefois, la sonication peut être utilisée avec de nombreux systèmes de solvants pour obtenir des résultats supérieurs pour l’extrait ciblé.
• Le solvant optimal pour l’extraction par ultrasons des composés bioactifs végétaux est choisi en fonction de la matière première.

Extraction par ultrasons

Les ultrasons sont bien connus pour désorganiser les structures cellulaires et améliorer le transfert de matière, augmentant ainsi l’extractibilité des composés biologiques (p. ex. les composés phénoliques et les caroténoïdes).
Puisque les effets mécaniques de la sonication améliorent considérablement le processus d’extraction grâce à un meilleur transfert de matière, l’utilisation de solvants organiques est souvent superflue. Cela signifie que, pour l’extraction par ultrasons, l’eau constitue souvent un milieu d’extraction suffisant, qui présente de nombreux avantages : elle est peu coûteuse, non dangereuse, facilement disponible et respectueuse de l’environnement.
Toutefois, pour certains composés bioactifs, les meilleurs résultats peuvent être obtenus en associant l’extraction par ultrasons à un solvant volatil.
Pour choisir le bon solvant, il faut tenir compte de la matière première (p. ex. matière végétale fraîche ou séchée, macérée/broyée ou réduite en poudre) et des substances ciblées (p. ex. lipophiles ou hydrophiles).
 

Le tableau suivant répertorie plusieurs solvants d’extraction bien établis, utilisés pour l’extraction par ultrasons à partir de matières végétales.

Les ondes ultrasonores puissantes désorganisent la matrice cellulaire des structures biologiques et libèrent les composés bioactifs. Le transfert de matière entre la matière végétale et le solvant est intensifié. Grâce à ces mécanismes, l’extraction par ultrasons est très efficace pour extraire les composés végétaux.

Appareils à ultrasons pour l’extraction

Des appareils à ultrasons de laboratoire et de paillasse aux systèmes d’extraction par ultrasons entièrement industriels – Hielscher Ultrasonics est votre partenaire de longue expérience pour des appareils à ultrasons puissants et fiables assurant la réussite de vos processus d’extraction.
Nos systèmes à ultrasons sont largement utilisés dans les laboratoires de biochimie et les installations 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 désorganiser les matrices cellulaires et de libérer les substances ciblées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent aisément être maintenues en continu en fonctionnement 24/7. La puissance et la robustesse des appareils à ultrasons Hielscher garantissent des rendements élevés, des vitesses d’extraction rapides et une extraction plus complète – surpassant les procédés d’extraction conventionnels.
Nos processeurs à ultrasons peuvent être associés à des méthodes d’extraction conventionnelles telles que l’extraction Soxhlet ou l’extraction au CO2 supercritique. L’intégration dans des lignes de production existantes peut être réalisée facilement.

Bibliographie / 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.

Informations utiles

Extraction par ultrasons par cavitation

Les ondes ultrasonores intenses génèrent une cavitation acoustique dans les liquides. Les forces de cisaillement dues à la cavitation rompent les parois et les membranes cellulaires, libérant ainsi la matière intracellulaire. L’extraction par ultrasons permet une meilleure pénétration du solvant dans les tissus végétaux et améliore le transfert de matière. Elle intensifie ainsi considérablement le processus d’extraction, ce qui se traduit par des rendements plus élevés, des vitesses d’extraction plus rapides et une extraction plus complète.

Systèmes de solvants

Divers systèmes de solvants sont disponibles pour extraire les composés bioactifs à partir de matières végétales. Pour l’extraction des composés hydrophiles, on choisit principalement des solvants polaires tels que le méthanol, l’éthanol ou l’acétate d’éthyle, tandis que, pour l’extraction des composés lipophiles (p. ex. les lipides), on privilégie des systèmes de solvants tels que le dichlorométhane ou le mélange dichlorométhane/méthanol (v/v 1:1). L’hexane est souvent utilisé comme solvant pour l’extraction de la chlorophylle.

Que sont les composés bioactifs ?

Les composés bioactifs, ou composés phytochimiques, sont définis comme des substances ayant un effet 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, de fruits, de feuilles et de 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 phytoœstrogènes, 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 choisir le meilleur solvant d’extraction ?

Les recommandations ci-dessous vous aident à choisir un solvant adapté à l’extraction par ultrasons de composés végétaux. Comme la sonication est compatible avec tout solvant standard, vous pouvez choisir le solvant le mieux adapté à votre matière première végétale, aux composés phytochimiques ciblés et à la rentabilité du procédé.

• Sélectivité : Choisissez un solvant qui dissout spécifiquement les composés souhaités tout en laissant les composants indésirables dans la matière résiduelle. Par exemple, utilisez l’éthanol pour les composés polaires tels que les alcaloïdes et les flavonoïdes.
• Solubilité : Selon le principe « le semblable dissout le semblable », choisissez un solvant dont la polarité est similaire à celle du soluté. Les solvants polaires (p. ex. l’eau et l’éthanol) dissolvent les composés polaires, tandis que les solvants apolaires (p. ex. l’hexane) dissolvent les composés apolaires tels que les lipides et les huiles.
• Coût : Tenez compte du rapport coût-efficacité du solvant. Certains solvants peuvent être plus coûteux, mais offrir des rendements plus élevés ou une meilleure sélectivité, compensant ainsi leur coût dans le coût global de l’extraction.
• Sécurité : Assurez-vous que le solvant peut être utilisé et manipulé en toute sécurité. Les facteurs à prendre en compte comprennent la toxicité, l’inflammabilité et l’impact environnemental. Par exemple, l’eau et l’éthanol sont des choix plus sûrs que le chloroforme ou le toluène.

Polarité et choix du solvant
Selon la loi de similitude et de miscibilité mutuelle, les solvants dont la polarité est proche de celle du soluté sont susceptibles d’offrir de meilleures performances. Voici quelques exemples :

• Solvants polaires : Eau, éthanol, méthanol – Utilisés pour extraire des composés polaires tels que les alcaloïdes, les flavonoïdes, les glycosides et les protéines.
• Solvants modérément polaires : Acétone, acétate d’éthyle, isopropanol – Adaptés à l’extraction d’une large gamme de composés, notamment les composés phénoliques et certains alcaloïdes.
• Solvants apolaires : Hexane, toluène, éther de pétrole – Idéaux pour extraire des composés apolaires tels que les lipides, les cires, les terpènes et les huiles essentielles.

Exemples d’utilisation des solvants

• Éthanol : L’un des solvants les plus courants pour l’extraction de composés végétaux. En tant que solvant polaire, l’éthanol dissout les composés polaires tels que les alcaloïdes et les flavonoïdes.
• Eau : Le solvant universel, souvent utilisé pour extraire des composés hydrophiles tels que les polysaccharides, les protéines et certains glycosides.
• Méthanol : Un solvant très polaire, efficace pour extraire une large gamme de composés végétaux, notamment les composés phénoliques, les flavonoïdes et certains alcaloïdes.
• Hexane : Un solvant apolaire principalement utilisé pour extraire des composés apolaires tels que les lipides, les cires et les huiles essentielles.
• Acétone : Solvant polaire aprotique, l’acétone est efficace pour extraire une large gamme de composés végétaux, en particulier ceux qui sont moins polaires que les composés extraits par l’eau ou le méthanol.
• Isopropanol : Un solvant polaire similaire à l’éthanol, couramment utilisé pour extraire les huiles essentielles, les résines et certains alcaloïdes.
• Chloroforme : Un solvant apolaire, efficace pour extraire les alcaloïdes, les terpénoïdes et certains glycosides. Il est moins couramment utilisé en raison de sa toxicité.
• Acétate d’éthyle : Un solvant modérément polaire utilisé pour extraire divers composés, notamment les flavonoïdes, les alcaloïdes et les composés phénoliques.
• Toluène : Un solvant apolaire utilisé pour extraire des composés apolaires tels que les huiles essentielles, les terpènes et les cires.
• Butanol : Un solvant modérément polaire, efficace pour extraire des composés de polarité moyenne, notamment certains glycosides et certaines saponines.
• Éther de pétrole : Un solvant apolaire principalement utilisé pour extraire les graisses, les huiles et d’autres composés apolaires à partir de matières végétales.

Les solvants suivants ont été testés dans des études de recherche portant sur l’extraction par ultrasons de matières végétales et de composés phytochimiques spécifiques.

Que sont les solvants organiques ?

Un solvant organique est un type de composé organique volatil (COV). Les COV sont des substances chimiques organiques qui se vaporisent à température ambiante.
Les composés organiques utilisés comme solvants comprennent :

• les composés aromatiques, p. ex. le benzène et le toluène
• les alcools, p. ex. le méthanol
• les esters et les éthers
• les cétones, p. ex. l’acétone
• les amines
• les hydrocarbures nitrés et halogénés

De nombreux solvants organiques sont classés comme toxiques ou cancérogènes. En cas de manipulation incorrecte, ils peuvent être dangereux pour l’être humain et contaminer l’air, l’eau et les sols. Grâce au puissant mécanisme de l’extraction par ultrasons, il est possible d’éviter l’utilisation de solvants organiques en les remplaçant par des solvants plus doux et non toxiques.