L'extraction par ultrasons est la technique privilégiée pour isoler les composés bioactifs des plantes. La sonication permet d'obtenir une extraction complète et donc des rendements d'extraction supérieurs dans un temps d'extraction très court. Étant une méthode d'extraction si efficace, l'extraction par ultrasons permet de gagner du temps et de l'argent, tout en produisant des extraits de haute qualité, qui sont utilisés pour les aliments, les compléments et les produits pharmaceutiques.

Extraction par ultrasons

L'extraction par ultrasons est utilisée dans l'industrie alimentaire, des compléments nutritionnels et pharmaceutique pour libérer des composés bioactifs tels que des vitamines, des polyphénols, des polysaccharides, des cannabinoïdes et d'autres substances phytochimiques provenant de plantes. L'extraction assistée par ultrasons est basée sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique ou ultrasonique.

Comment fonctionne la cavitation acoustique ?

L'extraction par ultrasons est réalisée lorsque des ondes ultrasonores de haute puissance et de basse fréquence sont couplées à une boue constituée de matière végétale dans un solvant. Des ondes ultrasonores de haute puissance sont couplées à la boue par l'intermédiaire d'un processeur ultrasonore de type sonde. Des ondes ultrasonores très énergétiques se déplacent dans le liquide en créant des cycles alternés de haute pression et de basse pression, ce qui entraîne le phénomène de cavitation acoustique. La cavitation acoustique ou ultrasonore entraîne localement des températures, des pressions, des taux de chauffage/refroidissement, des différences de pression et des forces de cisaillement élevées dans le milieu. Lorsque les bulles de cavitation implosent à la surface des solides (tels que les particules, les cellules végétales, les tissus, etc.), les micro-jets et les collisions interparticulaires génèrent des effets tels que le pelage de la surface, l'érosion, la dégradation des particules, la sonoporation (perforation des parois et des membranes cellulaires) et la rupture 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 les micro-mouvements par jets de liquide, la compression et la décompression dans le matériau avec la perturbation ultérieure des parois cellulaires, ainsi que des taux de chauffage et de refroidissement élevés.
Les ultrasonateurs de type sonde peuvent générer de très fortes amplitudes, ce qui est nécessaire pour générer une cavitation percutante. Hielscher Ultrasonic fabrique des extracteurs à ultrasons de haute performance, qui peuvent facilement créer des amplitudes de 200µm en fonctionnement continu 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, Hielscher propose des sonotrodes (sondes) spécifiques de haute amplitude.
Des réacteurs ultrasoniques pressurisables et des cellules à flux sont utilisés pour intensifier la cavitation. Avec l'augmentation des pressions, la cavitation et les forces de cisaillement cavitationnelles deviennent plus destructrices et améliorent ainsi les effets d'extraction des 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, la perforation des parois et des membranes cellulaires, améliore la perméabilité des parois et des membranes cellulaires et constitue souvent une étape intermédiaire avant que les cellules ne soient complètement perturbées par la sonication.
Les effets mécaniques de la cavitation induite par les ultrasons, tels que les différences de chaleur et de pression, les ondes de choc, les forces de cisaillement, les jets de liquide et les microflux, 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 ultrasonore à partir de cellules végétales : la coupe transversale microscopique (TS) montre le mécanisme d'action lors de l'extraction ultrasonore à partir de cellules (grossissement 2000x)[ressource : Vilkhu et al. 2011].

Équipement d'extraction à ultrasons

Les processeurs Hielscher Ultrasons sont des systèmes d'extraction à haute performance, simples et sûrs à utiliser. En fonction de votre matière première, des capacités du procédé et de la cible de sortie, Hielscher vous propose l'ultrasonateur le mieux adapté. Notre gamme de produits s'étend des ultrasonateurs portatifs compacts et puissants aux unités ultrasonores industrielles capables de traiter plusieurs tonnes par heure, en passant par les systèmes de table.
Les extracteurs à ultrasons Hielscher peuvent être utilisés pour l'extraction en ligne par lots et 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 diverses, des cornes de stimulation, des cellules d'écoulement de volumes et de géométries variés, des capteurs de température et de pression enfichables et de nombreux autres gadgets sont disponibles pour assembler le dispositif ultrasonique idéal pour votre processus d'extraction.
Tous nos modèles numériques sont équipés d'un logiciel intelligent, qui vous permet d'ajuster, de surveiller et de régler les paramètres d'extraction. Grâce au contrôle précis de l'amplitude, du temps de sonication et des cycles d'utilisation, il est possible d'obtenir des résultats de processus optimaux tels qu'un rendement supérieur et une qualité d'extraction optimale. L'enregistrement automatique des données du processus de sonication est la base de la normalisation du processus et de la reproductibilité/répétabilité, qui sont nécessaires pour les bonnes pratiques de fabrication (BPF).

Les processeurs ultrasoniques industriels Hielscher Ultrasonics peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent facilement être utilisées en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. La robustesse des équipements à ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions de travail difficiles et dans des environnements exigeants.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators: