Extraction de matières cellulaires par ultrasons

L’extraction par ultrasons, ou sono-extraction, est une technologie d’intensification des procédés qui repose sur le couplage d’ultrasons de forte puissance dans une suspension de tissus végétaux ou cellulaires. Hielscher Ultrasonics fournit des ultrasonicateurs fiables pour la désintégration cellulaire et l’extraction, depuis les petits échantillons de laboratoire jusqu’aux grands volumes en traitement industriel. L’intérêt de l’extraction assistée par ultrasons réside dans le traitement non thermique de la matière, sa facilité de mise en œuvre et sa capacité de mise à l’échelle, de l’essai à la production.

Les appareils à ultrasons de Hielscher génèrent des ultrasons de haute intensité qui peuvent être contrôlés avec précision selon les exigences de votre procédé.

La liste ci-dessous présente divers protocoles de traitement par ultrasons, qui illustrent le vaste champ d’application des ultrasons de puissance en biologie, dans la transformation alimentaire et dans la production pharmaceutique.
Que vous ayez en tête une extraction botanique particulière ou que vous souhaitiez obtenir des informations plus générales sur nos extracteurs à ultrasons haute performance, veuillez utiliser le formulaire de contact ci-dessous ! Nous serons ravis de vous aider !

Extraction par ultrasons de la boldine à partir de feuilles de boldo (Peumus boldus Molina)

Application ultrasonique :
Un composé actif important du boldo est la boldine ((S)-2,9-dihydroxy-1,10-dimethoxiaporphine), qui constitue, avec la catéchine ((2S,3R)-2-(3,4-dihydroxy-phenyl)-3,4-dihydro-1(2H)-benzopyran-3,5,7-triol), les principaux composants de la fraction alcaloïde et flavonoïde des feuilles de boldo. La boldine est un puissant agent antioxydant qui subit des dommages peroxydatifs induits par les radicaux libres et agit comme un capteur efficace des radicaux hydroxyles.
Procédure d’extraction : Pour une procédure d’extraction type, des échantillons de feuilles de boldo ont été extraits avec 1L d’eau distillée à pression atmosphérique à l’aide de l’ultrasonicateur UIP1000hd en mode discontinu (batch) et en mode à circulation continue. La durée d’extraction varie entre 10 et 40 min., avec une intensité ultrasonore de 10 à 23 W/cm², et une plage de température de 10 à 70°C. Les meilleurs résultats ont été obtenus dans les conditions suivantes : intensité ultrasonore de 23 W/cm² pendant 40 min. à une température de 36°C
Résultats : Les résultats d’analyse montrent que la sonication de forte puissance améliore la libération des analytes de la matrice végétale du boldo à des taux nettement supérieurs à ceux de la méthode conventionnelle : un rendement égal a été libéré par sonication en 30 min., alors que la durée de l’extraction conventionnelle était de 2h.
Chemat (2013) et ses collaborateurs ont montré que l’extraction assistée par ultrasons améliore l’efficacité de l’extraction végétale tout en réduisant la durée d’extraction, avec une concentration accrue des extraits (même quantité de solvant et de matière végétale). L’analyse a révélé que les conditions optimisées étaient : puissance de sonication de 23 W/cm² avec UIP1000hd pendant 40 min. et une température de 36°C. Les paramètres optimisés de l’extraction par ultrasons permettent une meilleure extraction que la macération conventionnelle en termes de durée de procédé (30 min. au lieu de 120 min.), de rendement plus élevé, de meilleure efficacité énergétique, de propreté améliorée, de sécurité accrue et de meilleure qualité du produit.
Appareil recommandé :
UIP1000hdT avec sonotrode BS2d34 et cellule à circulation
Référence / Article de recherche :
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.

Extraction par ultrasons de l’acide chlorogénique à partir de feuilles de tabac

Application ultrasonique :
Pour les expériences d’extraction, des feuilles de tabac de Nicotiana tabacum ont été broyées à des tailles de particules plus petites, d’environ >4 x ≧2 mm. Pour les essais d’extraction par ultrasons, des échantillons de 20g de matière foliaire de tabac séchée ont été extraits avec de l’eau distillée à des températures comprises entre 5°C et 30°C. Les expériences d’extraction ont été menées avec des durées de cycle d’extraction variant de 5 minutes à 30 minutes par cycle. Environ 10 à 15 gouttes d’éthanol ont été ajoutées au volume optimal calculé de 256 ml d’eau distillée nécessaire pour extraire la totalité de l’acide chlorogénique soluble de 20 g d’échantillons de feuilles de tabac séchées. Le volume optimal de 256 ml d’eau distillée a ensuite été divisé en volumes fractionnés de solvant d’extraction, utilisés lors de chaque cycle d’extraction par ultrasons.
Pour l’irradiation ultrasonore, un processeur à ultrasons UP400S (400 watts, 24 kHz) équipé d’une sonotrode H7 en titane, d’un diamètre de pointe de 7mm, a été utilisé. La sonotrode H7 a été insérée à mi-hauteur du mélange d’extraction.
Protocole: les conditions optimales suivantes ont été déterminées pour l’extraction par ultrasons de l’acide chlorogénique à partir de feuilles de tabac : 20g de feuilles de tabac séchées dans de l’eau distillée (rapport liquide/solide optimal : 12,8mL/g) à une température de traitement de 20 degC, appareil à ultrasons UP400S (400W, 24kHz) pendant 3 cycles de sonication de 15min chacun (durée totale de sonication : 45 min).
Appareil recommandé :
UP400S avec sonotrode H7
Référence / Article de recherche :
Mazvimba, Martin Tongai ; Yu, Ying ; Zhang, Ying (2011) : Optimisation et conception orthogonale d’un processus d’extraction aqueuse assisté par ultrasons pour l’extraction de l’acide chlorogénique des feuilles de tabac sèches. Chinese Journal of Natural Medicines 2011.
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Extraction par ultrasons de la mangiférine

Application ultrasonique :
La mangiférine (1,3,6,7-Tetrahydroxy-2-[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]xanthen-9-one ; formule : C₁₉H₁₈O₁₁) est un polyphénol de structure C-glycosylxanthone présent dans de nombreuses espèces végétales. La mangiférine présente diverses activités pharmacologiques. L’acylation régiosélective de la mangiférine peut être catalysée très efficacement par une lipase sous ultrasonication. Par rapport aux méthodes conventionnelles, la catalyse assistée par ultrasons se distingue par des durées de réaction plus courtes et des rendements plus élevés. Les conditions optimales de l’acylation de la mangiférine par ultrasons ont été établies comme suit :
lipase : PCL, donneur d’acyle : acétate de vinyle ; solvant de réaction : DMSO, température de réaction : 45 degC, puissance ultrasonore : 200W ; rapport des substrats : donneur d’acyle/mangiférine 6/1, charge enzymatique : 6 mg/ml
Le rendement de l’acylation régiosélective a atteint jusqu’à 84%.
Appareil recommandé :
UP200St ou UP200Ht
Référence / Article de recherche :
cf. : Wang, Z.; Wang, R.; Tian, J.; Zhao, B; Wei, X.F.; Su, Y.L.; Li, C.Y.; Cao, S.G.; Wang, L. (2010): The effect of ultrasound on lipase-catalyzed regioselective acylation of mangiferin in non-aqueous solvents. J. Asian Nat Prod. Res. 12/1, 2010. 56-63.

Extraction par ultrasons des capsaïcinoïdes

Application ultrasonique :
Extraction des capsaïcinoïdes (capsaïcine, nordihydrocapsaïcine) à partir de piments : les capsaïcinoïdes issus de piments Capsicum frutescens ont été obtenus par extraction par ultrasons dans les conditions suivantes : solvant : éthanol à 95% (v/v), rapport solvant/masse de 10 ml/g, durée d’extraction par sonication de 40 min., température d’extraction de 45°C. Rendement en extrait : 85% des capsaïcinoïdes
Appareil recommandé :
UP400St
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Extraction par ultrasons de la silymarine à partir de graines de chardon-Marie

Application ultrasonique :
L’extraction assistée par ultrasons a été réalisée à l’aide d’un ultrasonicateur UP400S. Dans cette étude, une sonde à ultrasons de type cornet d’un diamètre de 1,5 cm a été utilisée. 10 g de poudre de chardon-Marie dégraissée ont été pesés avec précision et dissous dans 100 mL de méthanol. Le bécher a été placé dans un bain-marie et maintenu à une température de 25°C. La poudre de chardon-Marie dissoute dans le solvant a été soniquée pendant différentes durées (30, 60, 90, 120 et 150 min.) Après chaque intervalle, la solution a été filtrée sur papier filtre Whatman et chaque filtrat (environ 80mL) a été évaporé à l’aide d’un évaporateur rotatif jusqu’à obtenir 30 mL de solution, et l’absorbance des composés phénoliques a été mesurée au spectrophotomètre UV-visible à une longueur d’onde de 517 nm selon la méthode DPPH. Comme prévu, l’allongement des durées d’extraction a entraîné une augmentation des teneurs en silymarine.
Les auteurs de l’étude ont constaté que l’extraction par ultrasons pour l’obtention d’extraits alcooliques est l’une des meilleures techniques pour remplacer les techniques conventionnelles. Il a été démontré que l’extraction par ultrasons permet d’obtenir une meilleure qualité d’extrait. D’autres avantages sont le gain de temps, une plus grande efficacité, etc.
Appareil recommandé :
UP400St
Référence / Article de recherche :
Çağdaş, E. ; Kumcuoğlu, S. ; Güventürk, S. ; Tavman, S. (2011) : Extraction assistée par ultrasons des composants de la silymarine des graines de chardon-Marie (Silybum Marianum L.). GIDA 36/6, 2011. 311-318.
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Extraction par ultrasons du stévioside

Application ultrasonique :
Des échantillons de 10g de feuilles de stévia séchées et broyées ont été extraits dans 100mL d’eau sous agitation continue (avec un agitateur magnétique). Le pH a été contrôlé avec du phosphate de sodium 0,01 M à pH 7. L’échantillon a été placé dans un bécher en verre de 150 mL et soniqué avec un ultrasonicateur de type sonde UIP500hT (20kHz, 500W). La pointe de la sonotrode a été immergée d’environ 1,5 cm dans la suspension de feuilles de stévia. L’appareil à ultrasons a été réglé sur une puissance de sortie de 350W. Un traitement de sonication doux de 350 W pendant 5-10 min. à une température de procédé constante de 30°C a donné un rendement en rébaudioside A de 30-34g pour 100g d’échantillon. Après sonication, la solution d’extrait a été centrifugée et filtrée sur une membrane microporeuse de 0,45 μm ; le filtrat a été prélevé pour l’analyse de la teneur totale en rébaudioside A. Le rendement d’extraction de la teneur totale en rébaudioside A a été analysé par HPLC.
Grâce à l’extraction assistée par ultrasons sans solvant, un rendement élevé en rébaudioside A a été obtenu par rapport aux méthodes d’extraction traditionnelles telles que l’extraction à chaud ou la macération.
Appareil recommandé :
UIP500hdT
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Extraction par ultrasons des terpènes

Application ultrasonique :
L’extraction de composés volatils, tels que les terpènes, à partir des inflorescences d’un cultivar de Cannabis sativa L. de type fibre peut être améliorée par ultrasons. Des études ont montré qu’après une courte sonication, les terpènes ciblés sont déjà libérés de la matière végétale.
Les résultats montrent qu’un traitement par ultrasons ne dépassant pas 5 min permet d’obtenir une concentration accrue en terpènes par rapport à la macération. En revanche, un traitement par ultrasons de plus de 5 min a augmenté la concentration en δ-9-tetraidrocannabinol (THC).
Protocole de sonication :
L’extraction des terpènes assistée par ultrasons a été réalisée à l’aide d’un ultrasonicateur de type sonde de 200W. L’appareil à ultrasons a été réglé sur une amplitude de 25%. Trois aliquotes de 50g d’inflorescences séchées ont chacune été additionnées de 250mL d’éthanol à 70% v/v, utilisé comme solvant d’extraction. Chaque bécher et son contenu ont été immergés dans un bain de glace. La sonication a été réalisée pendant 5, 10 et 15 min. Une dissipation thermique rapide et continue a été assurée pendant le procédé d’extraction par ultrasons afin de maintenir la température de procédé en dessous de 30°C. Après l’extraction, les mélanges ont été filtrés sous vide sur papier Whatman n° 3, et le solvant a été éliminé par évaporation rotative sous vide. Chaque essai d’extraction a été réalisé en triple à partir de trois échantillons différents.
L’ultrasonication s’est révélée être une alternative intéressante à la macération pour extraire les composés volatils des inflorescences de cannabis, mais il apparaît aussi que le traitement par ultrasons ne doit pas dépasser 5 minutes pour obtenir une récupération accrue des terpènes. En revanche, un traitement par ultrasons de plus de 5 minutes a augmenté la concentration en δ-9-tetraidrocannabinol (THC). L’extrait d’inflorescences de Cannabis sativa obtenu par extraction par ultrasons pendant 5 min pourrait être utilisé comme ingrédient de parfums ou comme arôme pour boissons. Il peut être utilisé comme alternative pour le chanvre industriel, dont les tiges sont utilisées par l’industrie des fibres et les extraits d’inflorescences par les industries cosmétique et alimentaire.
Appareil recommandé :
UP200St ou UP200Ht avec sonotrode/sonde S26d14
Référence / Article de recherche :
Da Porto, C.; Decorti, D.; Natolino, A. (2014): « Extraction assistée par ultrasons de composés volatils à partir d’inflorescences de Cannabis sativa L. industriel ». IJARNP 2014, 7/ 1. 8-14.
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Montage d’extraction pour l’isolement botanique : ultrasonicateur de type sonde UP400ST, filtre sous vide Büchi et évaporateur rotatif pour l’extraction de composés phytochimiques.

Extraction par ultrasons de la vanilline à partir de gousses de vanille affinées

Application ultrasonique :
L’extraction de la vanilline a été optimisée sous sonication. À cet effet, l’appareil à ultrasons de 100 watts a été utilisé en mode pulsé (cycles : 5 s de marche suivies de 5 s d’arrêt).
Les meilleurs résultats ont été obtenus pour l’extraction par ultrasons avec de l’éthanol à 40% pendant 1h à 30°C. Afin de comparer les résultats avec des méthodes d’extraction conventionnelles, des extractions au bain-marie et au bain à ultrasons ont également été réalisées. Les résultats ont montré que l’extraction optimisée de la vanilline par sonde à ultrasons avec de l’éthanol à 40% pendant 1h à 30°C était comparable à l’extraction au bain-marie avec de l’éthanol à 40% à 56°C pendant 15h.
Appareil recommandé :
UP100H
Référence / Article de recherche :
Rasoamandrary, N. ; Fernandes, A. M. ; Bashari, M. ; Masamba, K. ; Xueming, X. (2013) : Amélioration de l’extraction de la vanilline 4-Hydroxy-3-méthoxybenzaldéhyde à partir de gousses de vanille séchées à l’aide d’une extraction assistée par ultrasons : A Comparison of Ultrasound-Assisted and Hot Water Bath Extraction. Akademik Gıda 11/1, 2013. 6-12.
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Extraction par ultrasons des composés phénoliques de Ziziphus Jujube

Application ultrasonique :
Pour l’extraction assistée par ultrasons des composés phénoliques du jujube (Ziziphus Jujube), un ultrasonicateur de type sonde de haute intensité UP200H d’une puissance de 200W et d’une fréquence de 24kHz a été utilisé. L’appareil à ultrasons était équipé de la sonotrode à micropointe S2 (diamètre de pointe 2 mm), qui a été immergée dans un bain-marie dans lequel un verre à précipité contenant l’échantillon a été placé (dimensions internes : 280:195:135 mm). L’amplitude des vibrations ultrasonores était de 100% de la puissance nominale (amplitude maximale de 260 μm), avec une puissance acoustique de 0,171402 W et une intensité de 21,8346 W/cm2. L’intensité ultrasonore a été déterminée par calorimétrie en mesurant l’augmentation de température de la suspension en fonction du temps dans des conditions adiabatiques. La procédure d’extraction par ultrasons a été utilisée pour l’extraction des composés phénoliques totaux des échantillons conformément au plan expérimental (à des fins d’optimisation).
Appareil recommandé :
UP200H avec sonotrode S2
Référence / Article de recherche :
Fooladi, H. ; Mortazavi, S. A. ; Rajaei, A. ; Elhami Rad, A.H. ; Salar Bashi, D. ; Savabi Sani Kargar, S. (2013) : Optimiser l’extraction des composés phénoliques du jujube (Ziziphus Jujube) en utilisant la méthode d’extraction assistée par ultrasons. IECFP 2013.

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