Extraction par ultrasons utilisant le chanvre comme matière première

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Qu'il faut savoir

L'extraction par ultrasons est devenue la technique la plus efficace et la plus conviviale lorsqu'il s'agit d'extraire des composés bioactifs de plantes médicinales. L'exemple le plus frappant d'extraction réussie pourrait être l'isolement de la CBD et d'autres cannabinoïdes du cannabis.

Méthodes d'extraction par ultrasons par opposition aux méthodes d'extraction conventionnelles

Le trempage dans l'éthanol est une méthode simple, mais elle prend beaucoup de temps, la capacité du procédé est limitée et les coûts en solvant et en énergie sont élevés. Les solvants résiduels dans le produit final interfèrent avec l'objectif de produire un extrait de haute qualité.
L'extraction à l'aide d'un système fermé d'hydrocarbures nécessite l'utilisation de combustibles fossiles, de sorte que des substances cancérigènes comme le benzène peuvent être trouvées dans le produit final.
CO supercritiques₂ Les coûts d'investissement et la consommation d'énergie des systèmes d'extraction sont élevés. Les émissions supercritiques de CO₂ Les extracteurs ont besoin d'un personnel bien formé pour leur fonctionnement, car la haute pression de CO₂ sont dangereux à utiliser. Lorsque les émissions de CO₂ fuites il peut causer l'asphyxie, la mort par asphyxie des travailleurs présents.
L'extraction critique de l'eau est une alternative respectueuse de l'environnement, qui est lente et ne libère qu'une petite fraction des composés bioactifs.

Extraction par ultrasons

L'extraction par ultrasons est une technique d'extraction intensifiante qui peut être utilisée en combinaison avec eau (sans solvant) ainsi qu'avec solvants comme l'éthanol, l'éthanol-eau, la glycérine, le méthanol, les huiles végétales ou autres solvants de choix. L'extraction par ultrasons favorise le transfert de masse de sorte que rendements d'extraction de 95-99%. peut être obtenue. La sonication peut être facilement mise à l'échelle et produit des extraits de haute qualité.
Un extracteur à ultrasons à petite échelle tel que le UIP400St (400W) est capable de traiter un lot jusqu'à 10L en 5-15 minutes (selon les paramètres du procédé tels que la matière première (fraîche ou séchée ; bourgeons, feuilles, tiges), solvant, température). Le puissant extracteur à ultrasons de 2 kW UIP2000hdT peut être utilisé comme système en ligne. En mode de transit, l'option UIP2000hdT traite facilement de 200 à 800 L/h (également en fonction des paramètres du process).
Le coût d'investissement d'un appareil de traitement par ultrasons est faible par rapport à celui d'un appareil de traitement du CO₂ extracteur. De plus, les coûts d'énergie liés à l'exploitation sont négligeables. Les extracteurs à ultrasons sont très sûrs à utiliser, faciles à nettoyer et nécessitent très peu d'entretien.

cannabis

Les composés bioactifs du cannabis (chanvre et marijuana) ont suscité beaucoup d'intérêt dans le passé. En particulier pour le cannabinoïde Cannabidiol (CBD), de nombreux bienfaits pour la santé ont été démontrés, qui vont de la lutte contre le cancer et des propriétés anti-inflammatoires aux effets analgésiques et antidépresseurs. Outre le cannabidiol, la plante de cannabis contient de nombreux autres cannabinoïdes tels que le THC (tétrahydrocannabinol), le cannabinol (CBN), le cannabigerol (CBG), le cannabichromène (CBC) et le cannabinodiol (CBND). Les cannabinoïdes ont montré un immense potentiel thérapeutique et font l'objet de nombreuses recherches.
L'interaction des divers cannabinoïdes et d'autres composés bioactifs comme les terpènes, les polyphénols, les flavonoïdes et les alcaloïdes semble entraîner des bienfaits encore meilleurs pour la santé. L'interaction de différents terpènes, de différents cannabinoïdes et d'autres composés végétaux est appelée “effet entourage”. En raison de ces effets d'entourage, les extraits à spectre complet, qui peuvent être obtenus avec succès par extraction assistée par ultrasons (EAU), sont connus pour leurs effets thérapeutiques exceptionnels.

Terpènes de cannabis

Les terpénoïdes sont des composants d'huiles essentielles que l'on trouve dans les plantes médicinales. La plante de cannabis est très riche en terpènes. Dans le cannabis, les terpènes sont fabriqués dans les trichomes de la plante. Les trichomes sont les cristaux brillants et collants qui adhèrent aux feuilles et aux bourgeons. Ces trichomes sont le mécanisme de défense naturel de la plante de cannabis, qui protège la plante contre les insectes et les animaux. En raison de l'odeur parfumée, les terpènes agissent comme un répulsif. Pour nous, les humains, la caractéristique la plus remarquable des terpènes du cannabis est leur odeur. Ces terpènes contribuent aux nombreux bienfaits de la plante de cannabis (chanvre et marijuana) pour la santé.
Outre leur arôme et leur parfum, les molécules de terpène sont de puissantes substances botaniques qui offrent divers bienfaits médicaux.
La marijuana et le chanvre du genre Cannabis Sativa contiennent une quantité exceptionnelle de terpénoïdes et contiennent plus de 100 types différents de ces substances.
Chaque terpène a des propriétés uniques qui vont du sédatif au stimulant. Par exemple, le nérolidol a des effets sédatifs et anti-anxiété, le linalol aide à gérer les symptômes de l'anxiété et de l'arthrite, tandis que le myrcène est connu pour soulager la douleur chronique. Les terpènes β-Myrcène, Ɣ-pinène et humulène réduisent l'inflammation et ont des effets analgésiques.
Divers terpènes sont uniques au cannabis, mais plusieurs des terpènes trouvés dans le cannabis sont également présents dans plusieurs autres plantes. Le caryophyllène se trouve par exemple dans les légumes à feuilles vertes, houblon ainsi que dans le romarin et l'origan. Le limonène est le principal terpène présent dans les agrumes tels que les citrons et les oranges.

L'effet Entourage

Chaque terpène est connu pour ses effets thérapeutiques spécifiques. Cependant, les terpènes et d'autres composés botaniques tels que les polyphénols et les flavonoïdes sont connus pour leurs effets synergiques exceptionnels, qui se traduisent par une meilleure symbiose entre les cannabinoïdes. Cette interaction de divers composés bioactifs est connue sous le nom de “effet entourage“.
L'effet d'entourage rend les terpènes plus biodisponibles et aide le corps à absorber les cannabinoïdes plus efficacement.

Types de composés bioactifs

Le nombre, la concentration et la variété des composés bioactifs sont responsables des propriétés médicinales d'un extrait botanique. Ces composés bioactifs sont synthétisés sous forme de métabolites secondaires qui ne contribuent pas à la croissance ou à la photosynthèse des plantes. Cependant, elles sont cruciales pour les plantes’ la survie et l'interaction avec son environnement. Les composés botaniques bioactifs peuvent être classés en trois grandes catégories : terpènes et terpénoïdes, alcaloïdes et composés phénoliques. Les composés phénoliques sont le groupe de métabolites secondaires le plus largement distribué dans le règne végétal et sont bien connus et appréciés pour leurs effets antioxydants. Une autre classe importante de composés phénoliques de faible poids moléculaire sont les flavonoïdes, qui présentent également de très forts effets antioxydants.
La gamme des composés phénoliques comprend les acides phénoliques tels que les acides benzoïques et hydroxycinnamiques, les flavonoïdes tels que les flavones et flavonols, les lignanes et les stilbènes. Un extrait à spectre complet (p. ex. obtenu par la méthode extraction par ultrasons à partir du cannabis) comprend tous ces différents composés botaniques, dont les effets sur la santé sont les plus étendus.

Le principe de fonctionnement de l'extraction par ultrasons

L'extraction ultrasonore est basée sur des ondes acoustiques (ultrasons) couplées dans un milieu liquide. Les ondes ultrasonores intenses génèrent des cycles haute pression / basse pression. En raison des différences de pression lors de la propagation des ondes ultrasonores dans le liquide, des bulles de cavitation se forment. L'implosion de ces bulles de cavitation produit des conditions denses en énergie.

L'extraction par ultrasons de composés actifs et d'huiles essentielles est basée sur le principe de travail de cavitation acoustique. La figure ci-dessus montre l'effet de l'effondrement d'une bulle de cavitation et la libération d'huile essentielle qui en résulte de la matière végétale.
source : Altaf et al. 2018

Les conditions à proximité des bulles de cavitation qui implosent peuvent être extrêmes. – produisant des températures allant jusqu'à 4500°C et des pressions allant jusqu'à 100 MPa. L'imlosion et les différences de résistance qui en résultent entraînent des forces de cisaillement et des turbulences très élevées dans le point chaud cavitationnel. La combinaison de ces facteurs de différence de pression, de différence de chaleur et de cisaillement favorise le transfert de masse et donc les processus d'extraction. Les forces de cavitation ultrasonores intenses perturbent les cellules (p. ex. des plantes, des bactéries ou des tissus) et le matériel intracellulaire (comme les huiles, les lipides, les protéines et les composés actifs) est libéré dans le solvant environnant.
L'extraction par ultrasons est donc la méthode privilégiée pour intensifier les processus d'extraction.

L'extraction par ultrasons est basée sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques.