L'extraction par ultrasons et son principe de fonctionnement
L'extraction par ultrasons est la technique privilégiée pour isoler les composés bioactifs des plantes médicinales. La sonication permet d'obtenir une extraction complète et donc des rendements d'extraction supérieurs dans un temps d'extraction très court. En tant que méthode d'extraction efficace, l'extraction par ultrasons permet d'économiser du temps et de l'argent, tout en produisant des extraits de haute qualité, qui sont utilisés dans l'alimentation, les compléments alimentaires et les produits pharmaceutiques.
extraction par ultrasons
L'extraction par ultrasons est utilisée dans l'industrie alimentaire, les compléments nutritionnels et l'industrie pharmaceutique pour libérer les composés bioactifs tels que les vitamines, les polyphénols, les polysaccharides, les cannabinoïdes et d'autres composés phytochimiques des plantes. L'extraction assistée par ultrasons est basée sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique ou ultrasonique.
- des rendements élevés
- Qualité supérieure
- Extraits à spectre complet
- processus rapide
- Compatible avec tous les solvants
- facile et sûr à utiliser
- évolutivité linéaire
- respectueux de l'environnement
- Un retour sur investissement rapide
Sonde à ultrasons UP400St pour l'extraction de composés botaniques destinés à la production de teintures et d'infusions botaniques.
Comment fonctionne la cavitation acoustique ?
L'extraction par ultrasons est réalisée lorsque des ondes ultrasoniques de haute puissance et de basse fréquence sont couplées à une boue composée de matière végétale dans un solvant. Des ondes ultrasoniques de haute puissance sont couplées à la suspension par l'intermédiaire d'un processeur ultrasonique à sonde. Les ondes ultrasonores très énergétiques se déplacent dans le liquide en créant des cycles alternatifs de haute et basse pression, ce qui entraîne le phénomène de cavitation acoustique. La cavitation acoustique ou ultrasonique entraîne localement des températures, des pressions, des taux de chauffage/refroidissement extrêmes, des différentiels de pression et des forces de cisaillement élevées dans le milieu. Lorsque les bulles de cavitation implosent à la surface de solides (tels que des particules, des cellules végétales, des tissus, etc.), les micro-jets et les collisions interparticulaires produisent des effets tels que le décollement de la surface, l'érosion, l'éclatement des particules, la sonoporation (la perforation des parois et des membranes cellulaires) et la dislocation des cellules. En outre, l'implosion des bulles de cavitation dans les milieux liquides crée des macro-turbulences et des micro-mélanges. L'irradiation ultrasonique représente un moyen efficace d'améliorer les processus de transfert de masse, puisque la sonication entraîne la cavitation et ses mécanismes connexes, tels que le micro-mouvement par des jets de liquide, la compression et la décompression dans le matériau avec la rupture subséquente des parois cellulaires, ainsi que des taux élevés de chauffage et de refroidissement.
Les ultrasons de type sonde peuvent générer des amplitudes très élevées, ce qui est nécessaire pour générer une cavitation percutante. Hielscher Ultrasonic fabrique des extracteurs à ultrasons très performants, qui peuvent facilement générer des amplitudes de 200 µm en fonctionnement continu 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, Hielscher propose des sonotrodes (sondes) spécifiques à haute amplitude.
Des réacteurs ultrasoniques pressurisables et des cellules d'écoulement sont utilisés pour intensifier la cavitation. Avec l'augmentation de la pression, la cavitation et les forces de cisaillement de la cavitation deviennent plus destructrices et améliorent ainsi les effets de l'extraction par ultrasons.
L'extraction par ultrasons est basée sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques.
Effets de l'extraction par ultrasons
Perturbation des cellules par ultrasons et augmentation du transfert de masse
Les ultrasons peuvent faciliter les processus d'extraction à la fois par la rupture des cellules et par l'amélioration du transfert de masse dans la couche limite entourant la matrice solide.
La sonoporation, c'est-à-dire la perforation des parois et des membranes cellulaires, améliore la perméabilité des parois et des membranes cellulaires et constitue souvent une étape intermédiaire avant la désintégration complète des cellules par sonication.
Les effets mécaniques de la cavitation induite par les ultrasons, tels que les différentiels de chaleur et de pression, les ondes de choc, les forces de cisaillement, les jets de liquide et les micro-courants, intensifient la pénétration du solvant à l'intérieur de la cellule et améliorent le transfert de masse entre la cellule et le solvant, de sorte que les matériaux intercellulaires sont transférés dans le solvant.
Extraction ultrasonique de cellules végétales : la coupe transversale microscopique (TS) montre le mécanisme d'action lors de l'extraction ultrasonique de cellules (grossissement 2000x) [ressource : Vilkhu et al. 2011].
Homogénéisateur ultrasonique UIP2000hdT (2kW) avec réacteur discontinu à agitation continue
Équipement d'extraction par ultrasons
Les processeurs ultrasoniques Hielscher sont des systèmes d'extraction très performants, simples et sûrs à utiliser. En fonction de votre matière première, de vos capacités de traitement et de votre objectif de production, Hielscher vous propose l'appareil à ultrasons le mieux adapté. Notre gamme de produits s'étend des ultrasons portables compacts et puissants aux unités ultrasoniques entièrement industrielles capables de traiter plusieurs tonnes par heure, en passant par les systèmes de table.
Les extracteurs Hielscher Ultrasonics peuvent être utilisés pour l'extraction en ligne par lots ou en continu et peuvent être utilisés en combinaison avec n'importe quel solvant.
Divers accessoires tels que des sonotrodes (sondes) de tailles et de formes variées, des cornes d'amplification, des cellules d'écoulement de volumes et de géométries différents, des capteurs de température et de pression enfichables et bien d'autres gadgets sont disponibles pour assembler la configuration ultrasonique idéale pour votre processus d'extraction.
Tous nos modèles numériques sont équipés d'un logiciel intelligent qui vous permet d'ajuster, de surveiller et de définir les paramètres d'extraction. Le contrôle précis de l'amplitude, du temps de sonication et des cycles de travail permet d'obtenir des résultats optimaux, tels qu'un rendement supérieur et une qualité d'extrait optimale. L'enregistrement automatique des données du processus de sonication constitue la base de la normalisation du processus et de la reproductibilité / répétabilité, qui sont exigées par les bonnes pratiques de fabrication (BPF).
Les processeurs ultrasoniques industriels de Hielscher Ultrasonics peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement exploitées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse de l'équipement ultrasonique Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
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Homogénéisateurs ultrasoniques haute puissance de laboratoires à pilote et Industriel échelle.
Littérature / Références
- 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.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): Optimize the extraction of phenolic compounds of jujube (Ziziphus Jujube) using ultrasound-assisted extraction method.
- 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.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): Extraction and characterization of proteins from banana (Musa Sapientum L) flower and evaluation of antimicrobial activities. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): Optimizing the extraction parameters of epigallocatechin gallate using conventional hot water and ultrasound assisted methods from green tea. Food and Bioproducts Processing 111 (2018). 37–44.
Qu'il faut savoir
extraits botaniques
Les extraits botaniques sont des composés bioactifs isolés à partir de matières végétales telles que les herbes, les fleurs, les feuilles, les tiges, les racines et d'autres parties de la plante. Les composés bioactifs tels que les vitamines, les antioxydants, les polyphénols, les polysaccharides, les cannabinoïdes et d'autres molécules végétales sont utilisés comme additifs alimentaires fonctionnels, nutraceutiques, cosméceutiques, pharmaceutiques ainsi que comme colorants naturels.