Extraction de curcumine par ultrasons
La curcumine est un composé phytochimique aux propriétés pharmacologiques et nutritionnelles présent dans les rhizomes de Curcuma longa. Pour obtenir des rendements élevés en curcumine, on utilise des extracteurs à ultrasons, l’extraction par ultrasons étant la technique la plus efficace. L’extraction par ultrasons permet d’obtenir une curcumine de qualité supérieure et des rendements très élevés. Parallèlement, la sonication ne nécessite qu’un temps de traitement court du rhizome de curcuma.
Isolement de la curcumine par ultrasons
L’extraction par ultrasons constitue une solution très efficace en remplacement des techniques d’extraction classiques telles que la macération, l’extraction par solvant à chaud ou l’extraction Soxhlet.
L’isolement par ultrasons de la curcumine et des curcuminoïdes à partir de la plante de curcuma (p. ex. Curcuma longa, Curcuma amada) est un procédé efficace, rapide et simple. Par rapport à l’extraction Soxhlet et à l’extraction classique par lots, l’extraction assistée par ultrasons se distingue par un rendement en curcumine nettement supérieur pour un temps d’extraction plus court.
Pour l’extraction par ultrasons des constituants végétaux, divers solvants peuvent être utilisés, notamment l’eau, les solvants aqueux, l’éthanol, le méthanol, la glycérine, etc. Pour l’extraction de la curcumine, l’eau, l’éthanol et les triacylglycérols sont des solvants efficaces et sûrs qui permettent d’obtenir un rendement élevé en extrait.
- Rendement élevé
- Extraction rapide
- Récupération plus complète
- Fonctionnement sûr
- Mise en œuvre simple
Appareil à ultrasons UIP1000hdT avec cellule à circulation pour l’extraction de curcumine
Procédé d’extraction par ultrasons
Les sonicateurs de pointe Hielscher permettent un contrôle complet des paramètres du procédé, tels que l’amplitude, la température, la pression et l’apport d’énergie.
Pour l’extraction par ultrasons, les paramètres périphériques tels que la granulométrie de la matière première, le type de solvant, le rapport solide/solvant et le temps d’extraction peuvent facilement être modifiés et optimisés pour obtenir les meilleurs résultats.
L’extraction par ultrasons étant une méthode d’extraction non thermique, la dégradation thermique des ingrédients bioactifs est évitée.
Dans l’ensemble, des avantages tels qu’un rendement élevé, un temps d’extraction court, une faible température d’extraction et de faibles quantités de solvant font de la sonication la méthode d’extraction supérieure.
Extraction de curcumine par ultrasons avec le UP400ST et séparation ultérieure des principes bioactifs du solvant (récupération du solvant) à l’aide d’un évaporateur rotatif
L’extraction par ultrasons de la curcumine du curcuma s’est révélée la plus efficace lorsque la sonication était réalisée dans une installation en ligne fonctionnant en continu, avec une cellule à circulation à ultrasons. Des températures de procédé comprises entre 60 et 80°C favorisent l’augmentation du rendement en extrait.
Efficacité supérieure du procédé : L’extraction par ultrasons se distingue comme une technique durable qui ne nécessite qu’un investissement modéré en équipements à ultrasons. Le procédé ultrasonore peut être transposé de manière linéaire à l’échelle de la production industrielle. Les coûts de solvant et d’énergie du procédé ultrasonore sont très faibles. Parmi les autres avantages importants figurent un fonctionnement simple et sûr, des coûts économiques et la reproductibilité, essentielle pour une production standardisée.
Formulation liposomale par ultrasons
La curcumine est une molécule hydrophobe et liposoluble. Elle doit donc être formulée dans un système de transport de médicaments, tel que des liposomes, des nanoémulsions, des nanosphères, des nanoparticules polymériques ou un complexe phyto-phospholipidique. Des solutions aqueuses de curcumine peuvent être préparées en ajoutant des tensioactifs, des lipides, des albumines, des cyclodextrines, des biopolymères, etc. La préparation par ultrasons de nanoémulsions et de suspensions uniformes est une technique très efficace pour incorporer la curcumine dans des complexes vecteurs de médicaments. Les vecteurs de médicaments améliorent la solubilité, l’absorption, la pharmacocinétique et la biodisponibilité de la curcumine. La formulation de la curcumine en nanocomplexes augmente sa solubilité dans l’eau d’environ 98 000 fois (par rapport à la curcumine libre dans l’eau). La nanocomplexation a considérablement amélioré la biodisponibilité et la stabilité de la curcumine pendant le stockage.
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Équipements d’extraction par ultrasons
Hielscher Ultrasonics est votre partenaire pour les procédés d’extraction à partir de matières végétales. Que vous souhaitiez extraire de petites quantités pour la recherche et l’analyse ou traiter de grands volumes pour une production commerciale, nous avons l’extracteur à ultrasons adapté à vos besoins. Nos homogénéisateurs à ultrasons de laboratoire ainsi que nos appareils à ultrasons de paillasse et industriels sont robustes, faciles à utiliser et conçus pour fonctionner 24/7 à pleine charge. Un large choix parmi nos accessoires tels que des sonotrodes (sondes / pavillons à ultrasons) de différentes tailles et formes, des cellules à circulation, des réacteurs et des amplificateurs mécaniques d’amplitude permet de configurer une installation optimale pour votre procédé d’extraction spécifique.
Tous les appareils numériques à ultrasons sont équipés d’un écran tactile couleur, d’une carte SD intégrée pour l’enregistrement automatique des données et d’une commande à distance par navigateur pour une surveillance complète du procédé. Les systèmes à ultrasons sophistiqués de Hielscher facilitent une standardisation poussée des procédés et le contrôle qualité.
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Sonicateur UIP4000hdT pour la production en ligne d’extraits de curcumine de haute qualité
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Sonicateur industriel UIP16000hdT pour l’extraction en ligne de composés phytochimiques à partir de plantes
Protocole : nanoencapsulation de la curcumine par ultrasons
Préparation de nanoparticules chargées en curcumine
Les nanoparticules chargées en curcumine sont synthétisées par la technique de miniémulsification-évaporation. La procédure varie en fonction de l’agent d’encapsulation utilisé, comme décrit ci-dessous. La formulation utilisée comprenait 22,400g d’eau, 0,180g de lécithine, 11,500g de dichlorométhane et 0,390g d’agent d’encapsulation (le poly(acide L-lactique), PLLA, 4 000g/gmol, ou le poly(acide méthacylique-co-méthacrylate de méthyle), Eudragit S100, 125 000 g/gmol, ou un mélange des deux sont utilisés comme agents d’encapsulation). Aucun costabilisant n’est nécessaire, car il est établi que les polymères préformés empêchent efficacement la dégradation de l’émulsion par diffusion.
Lorsque le PLLA est utilisé comme agent d’encapsulation, le PLLA et la lécithine sont dissous dans du dichlorométhane pendant 10 minutes, puis la curcumine est ajoutée et mélangée pendant 5 min (1, 3, 6, 18 wt% de la masse totale de l’agent d’encapsulation). Cette solution est ajoutée à l’eau distillée sous agitation douce. La macroémulsion formée est soumise à une sonication avec un homogénéisateur à ultrasons tel que le UP100H pendant 180 secondes en cycles pulsés (30sec de sonication, 10sec de pause). Le solvant est ensuite évaporé pendant 18 heures à 40°C. Lorsque le PLLA et Eudragit S100 sont utilisés ensemble comme agents d’encapsulation, Eudragit S100 est dissous dans du dichlorométhane à 60°C pendant 20 minutes. Le mélange est ensuite refroidi et le solvant évaporé est ajouté à nouveau.
Bibliographie / Références
- M. V. Bagal; Aamir Deshmukh, Nihar Thakur, Anmol Valiyare (2020): Curcumin Extraction using Ultra sonication: A Review. JETIR Volume 7, Issue 6, June 2020.
- Dang, Le Hang; Vu, Minh Thanh; Chen, Jun; Nguyen, Cuu Khoa; Bach, Long Giang; Tran, Ngoc Quyen; Le, Van Thu (2019): Effect of Ultrasonication on Self-Assembled Nanostructures Formed by Amphiphilic Positive-Charged Copolymers and Negative-Charged Drug. ACS Omega 4, 2019. 4540-4552.
- Thorat, Alpana; Dalvi, Sameer (2014): Particle Formation Pathways and Polymorphism of Curcumin Induced by Ultrasound and Additives During Liquid Antisolvent Precipitation. CrystEngComm. 16, 2014.
- Chen, F.-P. et al. (2015): Nanocomplexation between Curcumin and Soy Protein Isolate: Influence on Curcumin Stability/Bioaccessibility and in Vitro Protein Digestibility. J. Agric. Food Chem. 63, 2015. 3559−3569.
- Kimthet, Ch. et al. (2017): Extraction of curcumin from Curcuma longa L. using ultrasound assisted supercritical carbon dioxide. AIP Conference Proceedings 184, 2017.
Informations utiles
Les ultrasons et leurs effets sur l’extraction
L’extraction assistée par ultrasons repose sur le principe de la cavitation acoustique. Lorsque des ultrasons de forte puissance (basse fréquence, haute intensité) sont couplés à un milieu liquide ou pâteux, les ondes créent une alternance de cycles de haute pression (compression) et de basse pression (raréfaction). Pendant ces cycles de haute pression / basse pression, des bulles de vide apparaissent et grossissent au fil des cycles. Lorsque les bulles ne peuvent plus absorber d’énergie, elles implosent violemment. Cette implosion des bulles et ses effets sont connus sous le nom de cavitation acoustique. La cavitation génère des microjets, des forces de cisaillement, des ondes de choc / de forts différentiels de pression, la formation de radicaux, des températures extrêmes et des courants acoustiques. Ces conditions intenses rompent les parois cellulaires et entraînent un transfert de matière important, permettant ainsi le transfert du contenu intracellulaire dans le solvant.
Solvants doux et non toxiques
Les extraits végétaux utilisés à des fins médicinales et nutritionnelles suscitent un intérêt rapidement croissant comme remèdes pharmacologiques et compléments nutritionnels (nutraceutiques). Pour libérer les composés recherchés de la matière végétale, celle-ci doit être dissoute dans un solvant. Lorsque les extraits ciblés sont séparés de la masse de matière végétale et transférés dans le solvant, l’extrait peut être concentré. L’extraction par ultrasons peut être appliquée comme une méthode sans solvant en utilisant l’eau comme solvant. Les extractions à l’alcool et à la glycérine sont également non toxiques et efficaces ; elles sont souvent utilisées pour extraire des ingrédients destinés à l’alimentation, à la pharmacie et aux cosmétiques.
Pour produire des extraits très actifs, sains et non toxiques, il est important d’utiliser une méthode d’extraction efficace permettant l’emploi de solvants doux et non toxiques tels que l’eau, les triacylglycérols ou l’alcool.
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Curcumine
La curcumine est une oléorésine de curcuma et un pigment naturel présent dans les rhizomes de la plante de curcuma. Parmi les autres composés curcuminoïdes importants figurent la déméthoxycurcumine (DMC) et la bisdéméthoxycurcumine (BDMC).
La curcumine (formule chimique C21H20O6) peut être extraite de Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val. ou synthétisée chimiquement.
La curcumine est emprisonnée dans un réseau polysaccharides-lignine dans le curcuma. Une technique d’extraction puissante telle que la sonication est donc nécessaire pour rompre les parois cellulaires et libérer le composé phytochimique bioactif.
Des études ont montré que la pipérine, composé actif présent dans le poivre noir, augmente la biodisponibilité de la curcumine de plus de 2 000%.
Curcuma
Le curcuma (Curcuma longa) est une plante herbacée vivace de la famille du gingembre, les Zingiberaceae. Il est originaire d’Inde et d’Asie du Sud-Est. Les rhizomes de la plante de curcuma sont récoltés pour être utilisés comme épice et comme médicament.
Le curcuma est l’épice qui donne au curry sa couleur jaune intense. Il est utilisé en Inde depuis des milliers d’années comme épice culinaire et comme remède ayurvédique. La poudre de curcuma se caractérise par une saveur chaude, amère et poivrée ainsi qu’un arôme terreux.
La poudre ou la pâte de curcuma sert à préparer une boisson chaude populaire – appelée « latte au curcuma » ou « lait d’or » – à base de lait ou de substituts végétaux au lait, tels que les boissons au soja, à l’amande ou à la noix de coco.
Le curcuma est apprécié pour ses effets antioxydants, anti-inflammatoires et analgésiques.
Outre ses usages culinaires et médicinaux, le curcuma est utilisé comme colorant naturel.