Extraction ultrasonique utilisant le chanvre comme matière première

Qu'il faut savoir

L'extraction par ultrasons est devenue la technique la plus efficace et la plus conviviale pour l'extraction de composés bioactifs à partir de plantes. L'exemple le plus marquant d'une extraction réussie pourrait être l'isolement du CBD et d'autres cannabinoïdes du cannabis.

Méthodes d'extraction ultrasoniques et conventionnelles

Le trempage dans l'éthanol est une méthode simple, mais elle prend beaucoup de temps, la capacité du processus est limitée et les coûts des solvants et de l'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 se retrouver dans le produit final.
Les systèmes d'extraction de CO2 supercritique sont très coûteux en termes d'investissement et de consommation d'énergie. Les extracteurs de CO2 supercritique nécessitent un personnel bien formé pour leur fonctionnement, car les systèmes de CO2 sous haute pression sont dangereux à utiliser. Les fuites de CO2 peuvent entraîner la mort par asphyxie des travailleurs présents.
L'extraction à l'eau critique 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 intensive qui peut être utilisée en combinaison avec eau (sans solvant) ainsi qu'avec solvants tels que l'éthanol, l'éthanol-eau, la glycérine, le méthanol, les huiles végétales ou d'autres solvants au choix. L'extraction par ultrasons favorise le transfert de masse de sorte que des rendements d'extraits de 95-99% peuvent être obtenus. La sonication peut être facilement mise à l'échelle et permet d'obtenir des extraits de haute qualité.
Un petit extracteur à ultrasons tel que l'UP400St (400W) est capable de traiter un lot allant jusqu'à 10 litres en 5 à 15 minutes (en fonction des paramètres du processus tels que la matière première (fraîche ou séchée ; bourgeons, feuilles, tiges), le solvant, la température).
Le puissant extracteur à ultrasons de 2kW UIP2000hdT peut fonctionner comme un système en ligne. En mode "flow-through", le UIP2000hdT traite facilement de 200 à 800L/h (également en fonction des paramètres du processus).
Le coût d'investissement d'un processeur à ultrasons est faible par rapport à celui d'un extracteur de CO2. Les coûts énergétiques liés au fonctionnement sont également négligeables. Les extracteurs à ultrasons sont très sûrs, faciles à nettoyer et nécessitent très peu d'entretien.

le cannabis

Les composés bioactifs de la plante de cannabis (chanvre et marijuana) ont fait l'objet d'une grande attention dans un passé proche. Le cannabidiol (CBD), en particulier, présente de nombreux avantages pour la santé, qui vont de la lutte contre le cancer et des propriétés anti-inflammatoires au soulagement de la douleur et aux effets antidépresseurs. Outre le cannabidiol, la plante de cannabis contient de nombreux autres cannabinoïdes tels que le THC (tétrahydrocannabinol), le cannabinol (CBN), le cannabigérol (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 entre les différents cannabinoïdes et d'autres composés bioactifs tels que les terpènes, les polyphénols, les flavonoïdes et les alcaloïdes semble avoir des effets encore plus bénéfiques sur la santé. L'interaction entre les différents terpènes, les différents cannabinoïdes et d'autres composés végétaux est appelée “effet d'entourage”. En raison de ces effets d'entourage, les extraits à spectre complet, qui peuvent être obtenus avec succès par extraction assistée par ultrasons (AAU), 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. 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 des cristaux brillants et collants qui adhèrent aux feuilles et aux bourgeons. Ces trichomes constituent 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, humains, la caractéristique la plus visible des terpènes de 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 avantages médicaux.
La marijuana et le chanvre du genre Cannabis Sativa contiennent tous deux une quantité exceptionnelle de terpénoïdes et plus de 100 types différents de ces substances.
Chaque terpène possède des propriétés uniques qui vont de la sédation à l'apaisement. 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 les douleurs chroniques. Les terpènes β-Myrcène, Ɣ-pinène et humulène réduisent l'inflammation et ont des effets analgésiques.
Plusieurs terpènes sont propres au cannabis, mais beaucoup de ceux que l'on trouve dans le cannabis sont également présents dans d'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 le citron et l'orange.

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 présenter des effets synergiques exceptionnels, qui se traduisent par une meilleure symbiose entre les cannabinoïdes. Cette interaction entre divers composés bioactifs est connue sous le nom de “effet d'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 en tant que métabolites secondaires, qui ne contribuent pas à la croissance ou à la photosynthèse des plantes. Cependant, ils sont cruciaux pour les plantes’ La survie et l'interaction avec l'environnement. Les composés bioactifs botaniques peuvent être classés en trois catégories : les terpènes et les terpénoïdes, les alcaloïdes et les composés phénoliques. Les composés phénoliques constituent le groupe de métabolites secondaires le plus largement répandu 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 est celle des flavonoïdes, qui présentent également des effets antioxydants très importants.
La gamme des composés phénoliques comprend les acides phénoliques tels que les acides benzoïques et hydroxycinnamiques, les flavonoïdes tels que les flavones et les flavonols, les lignanes et les stilbènes. Un extrait à spectre complet (par exemple, obtenu par extraction par ultrasons du cannabis) comprend tous ces différents composés botaniques, qui présentent les effets les plus variés sur la santé.

Principe de fonctionnement de l'extraction par ultrasons

L'extraction par ultrasons est basée sur des ondes acoustiques (ultrasons) couplées à 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 apparaissent. L'implosion de ces bulles de cavitation crée des conditions de densité énergétique.

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

Les conditions à proximité des bulles de cavitation en implosion 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 pression qui en résultent entraînent des forces de cisaillement et des turbulences très élevées dans le point chaud de la cavité. La combinaison de ces facteurs de pression différentielle, de chaleur différentielle et de cisaillement favorise le transfert de masse et donc les processus d'extraction. Sous l'effet des forces de cavitation ultrasoniques intenses, les cellules (par exemple de plantes, de bactéries ou de tissus) sont perturbées et les matières intracellulaires (telles que les huiles, les lipides, les protéines et les composés actifs) sont libérées 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.