Extraction par ultrasons des polyphénols du Baggibuti (Stachys parviflora)

Les extraits de la plante Baggibuti (Stachys parviflora L.) sont appréciés en tant que remède à base de plantes utilisé dans le traitement des crampes, de l’arthralgie, de l’épilepsie, du haut mal et de la dracunculose. Les extracteurs à ultrasons sont utilisés avec succès pour l’isolement des polyphénols et d’autres composés phytochimiques de Stachys parviflora.

Qu’est-ce qui rend l’extraction par ultrasons supérieure ? – Le principe de fonctionnement et les avantages des ultrasons de puissance

Lorsque des composés bioactifs (c.-à-d. composés phytochimiques, métabolites secondaires) doivent être isolés de matières végétales, les structures cellulaires du matériel végétal doivent être rompues afin de libérer les composés cibles. L’extraction par ultrasons est une méthode très efficace pour isoler la totalité des composés phytochimiques de matières végétales (p. ex. Stachys parviflora, herbes, etc.) au cours d’un processus d’extraction rapide. L’application d’ultrasons de haute puissance produit de forts effets de cavitation, des perturbations / turbulences et des écoulements de liquide à grande vitesse. Ces forces ultrasonores favorisent la rupture cellulaire et le mélange aux niveaux macro et micro. En outre, la pénétration du solvant, la dissolution des composés bioactifs et le transfert de masse sont nettement améliorés. Cela rend l’extraction assistée par ultrasons très efficace, avec des rendements d’extrait supérieurs en un temps de traitement rapide.

Les avantages des composés phytochimiques du Baggibuti (Stachys parviflora)

Stachys parviflora L., communément appelée « Baggibuti », est une espèce de Lamicae. Les composés de Stachys parviflora tels que les iridoïdes, les flavonoïdes, les acides phénoliques et les diterpénoïdes sont décrits comme des métabolites secondaires connus pour leurs propriétés antinéphritiques, anti-inflammatoires, antiradicalaires et antimicrobiennes.

Extraction par ultrasons de composés bioactifs du Baggibuti (Stachys parviflora)

L’extraction par ultrasons, également appelée extraction assistée par ultrasons (UAE), est une technologie scientifiquement prouvée et établie à l’échelle industrielle pour l’isolement de composés bioactifs tels que les polyphénols, les flavonoïdes, les terpènes et de nombreux autres métabolites secondaires à partir de matières végétales.

Extraction du Baggibuti (Stachys parviflora) : principe de fonctionnement et protocole

L’extraction par ultrasons est une technique d’extraction douce, non thermique et pourtant très efficace, qui repose uniquement sur des forces mécaniques. Les composés végétaux sensibles sont ainsi préservés de la dégradation thermique, tandis que les rendements d’extrait obtenus par sonication sont exceptionnellement élevés et d’une qualité supérieure.

Ultrasons de haute puissance pour l’extraction

Le mécanisme d’intensification de l’extraction des ultrasons basse fréquence et haute intensité est principalement attribué au phénomène de cavitation acoustique. Lorsque des bulles de cavitation implosent à la surface du matériel végétal, l’érosion et la sonoporation brisent la matrice des cellules végétales (comme celles de Stachys parviflora), ce qui entraîne la destruction de la structure cellulaire et la libération de substances intracellulaires telles que les polyphénols et d’autres composés phytochimiques. Le transfert de masse ainsi intensifié facilite la libération de molécules telles que les protéines, les lipides et les composés phytochimiques.
Les forces de cisaillement générées par ultrasons améliorent respectivement la pénétration du solvant dans la matrice cellulaire de la matière végétale et la perméabilité des membranes cellulaires. Ces mécanismes des ultrasons de puissance sont responsables de l’intensification significative du procédé obtenue lorsque la sonication est appliquée à l’extraction végétale.

MEB de la surface de Stachys parviflora, (a) échantillon non traité, (b) macération, (c) extraction assistée par ultrasons (UAE) optimisée (UP200Ht, durée de traitement de 4 min, 74,5% haute intensité et 74,2 % de pureté du solvant)
Étude et image : ©Salarbashi et al., 2016

Protocole d’extraction par ultrasons des composés phénoliques du Baggibuti

L’équipe de recherche de Salarbashi a extrait des composés polyphénoliques de feuilles de Stachys parviflora à l’aide de l’extracteur à ultrasons UP200Ht (200W, 26kHz). Pour l’étude comparative entre l’extraction par ultrasons et la macération, des parties aériennes séchées (récoltées au stade de la floraison) de S. parviflora ont été broyées en une poudre d’une taille moyenne de particules inférieure à 149µm. L’extraction végétale a été réalisée à une température de 35°C, à pH naturel, avec du méthanol (60, 80 et 100 % (v v-1)) comme solvant, sur des intervalles de 4, 7 et 10 min.
Pour l’extraction par ultrasons, l’ultrasonicateur de type sonde UP200Ht (200W, 26kHz) de Hielscher a été utilisé. L’amplitude de l’extracteur à ultrasons UP200Ht a été réglée à 100%. L’intensité du traitement ultrasonore était de 21,8346 Wcm-2 à 100% d’amplitude.
Les résultats d’analyse de l’extrait produit par ultrasons ont révélé que la teneur totale en flavonoïdes (TFC) des extraits augmentait de manière linéaire avec le traitement ultrasonore, tandis que la durée d’extraction avait l’effet inverse sur la TFC. La teneur totale en flavonoïdes la plus élevée a été obtenue pour une durée de sonication de 4min. (t = 4 min).
L’acide caféique, l’acide tannique, la quercétine, l’acide trans-férulique et l’acide rosmarinique ont été identifiés comme les principaux composés phénoliques de l’extrait produit par ultrasons.
Les images MEB montrent clairement que la sonication et la cavitation acoustique qui en résulte jouent indéniablement un rôle important dans la rupture efficace de la paroi cellulaire et de la structure du matériel végétal, et que le rendement d’extraction est amélioré par les vibrations ultrasonores et les micro-courants de cavitation. Grâce à ces effets induits par les ultrasons de puissance, l’extraction assistée par ultrasons favorise le gonflement et le ramollissement des parois cellulaires par l’hydratation des substances pectiques de la lamelle moyenne. Par conséquent, la matrice des cellules végétales est rompue, ce qui entraîne une libération des métabolites bioactifs beaucoup plus rapide et plus efficace qu’avec d’autres méthodes d’extraction classiques. Les images MEB révèlent l’efficacité de l’extraction par ultrasons des composés phénoliques. En tant que méthode d’extraction douce et non thermique, la sonication permet d’obtenir des activités antioxydantes et antimicrobiennes supérieures, qui surpassent celles des extraits produits par des techniques d’extraction conventionnelles.
(cf. Salarbashi et al., 2016)

Chromatogramme HPLC d’un extrait de Stachys parviflora isolé dans des conditions optimisées d’extraction assistée par ultrasons
Étude et image : ©Salarbashi et al., 2016

Ultrasonicateurs haute performance de pointe pour l’extraction de Stachys parviflora

Les fonctionnalités intelligentes des ultrasonicateurs Hielscher sont conçues pour garantir un fonctionnement fiable, des résultats reproductibles et une grande convivialité. Les paramètres de fonctionnement sont facilement accessibles et réglables via un menu intuitif, accessible depuis l’écran tactile couleur numérique et la commande à distance par navigateur. Ainsi, toutes les conditions de traitement telles que l’énergie nette, l’énergie totale, l’amplitude, le temps, la pression et la température sont automatiquement enregistrées sur une carte SD intégrée. Cela vous permet de réexaminer et de comparer les cycles de sonication précédents et d’optimiser l’extraction de l’huile essentielle de Stachys parviflora (baggibuti) pour une efficacité maximale.
Les systèmes Hielscher Ultrasonics sont utilisés dans le monde entier pour la fabrication d’extraits végétaux de haute qualité. Les ultrasonicateurs industriels Hielscher peuvent facilement fonctionner à des amplitudes élevées en fonctionnement continu (24/7/365). Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent être facilement générées en continu avec des sonotrodes standard (sondes / cornets à ultrasons). Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes personnalisées sont disponibles. Grâce à leur robustesse et à leur faible besoin de maintenance, nos systèmes d’extraction par ultrasons sont couramment installés pour des applications intensives et dans des environnements exigeants.

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