L’ultrasonication surpasse les autres méthodes d’extraction en rapidité
La rapidité de la procédure d’extraction par ultrasons et le gain de temps qui en résulte dans la production d’extraits comptent parmi les nombreux avantages de l’extraction par ultrasons des composés bioactifs des plantes. L’extraction par ultrasons a été comparée scientifiquement à d’autres techniques d’extraction telles que l’extraction au CO2 supercritique, la macération, le reflux à chaud, le Soxhlet ou l’extraction par micro-ondes, et les résultats de recherche prouvent l’avantage significatif de l’ultrasonication en termes de vitesse et de rendement d’extraction.
L’ultrasonication, une procédure d’extraction rapide
L’extraction par ultrasons des composés bioactifs est bien connue pour ses rendements élevés, ses extraits de haute qualité, sa courte durée d’extraction, sa faible consommation d’énergie et sa capacité à travailler avec des solvants très doux. Tous ces facteurs contribuent à l’efficacité globale extraordinaire de l’extraction par ultrasons des constituants bioactifs des matières végétales.
Vous trouverez ci-dessous une sélection de rapports de recherche scientifique dans lesquels l’extraction par ultrasons (également appelée extraction assistée par ultrasons / UAE) a été comparée à d’autres techniques d’extraction telles que la macération, le Soxhlet, le reflux à chaud, l’extraction supercritique au CO2, ainsi que l’extraction par micro-ondes.
Ultrasonicateur UP400St pour l’extraction à grande vitesse de matières végétales en mode batch
| Application d’extraction | Durée d’extraction par ultrasons | Durée avec une méthode d’extraction alternative | Informations complémentaires | Source |
|---|---|---|---|---|
| Extraction d’anthocyanes à partir de baies de myrte | 5 min | 15 min micro-ondes |
ultrasonicateur UP200S | Gonzalez et al., 2019 |
| Extraction de feuilles de boldo | 5-30 min | 15-90 min macération |
ultrasonicateur UIP1000hdT « On constate qu’entre 5 et 30 min de sonication, le rendement est équivalent à celui de la macération conventionnelle à 15 à 90 min : UAE nécessite un tiers du temps pour extraire la matière soluble des feuilles par rapport à la macération conventionnelle. » |
Petigny et al., 2013 |
| Extraction des phénols totaux et des flavonoïdes de la sauge | 11 min | 30 min extraction conventionnelle avec bain-marie à agitation à 60ºC |
extracteurs à ultrasons UP100H, UP400S |
Dent et al., 2015 |
| Extraction des polyphénols de feuilles d’olivier | 21 min | 60min extraction conventionnelle par reflux à chaud |
ultrasonicateur UP400S | Dobrinčić et al., 2020 |
| Extraction de composés phénoliques bioactifs à partir de feuilles de Malva sylvestris | 49 min 48°C à 110W |
5 h extraction en lit agité à 150 rpm |
Ultrasonicateur UP200S L’analyse HPLC a révélé que la concentration en composés phénoliques bioactifs augmentait significativement (p≺0,05) dans les conditions UAE optimales. |
Bimakr et al., 2017 |
| Extraction des lipides des graines de melon d’hiver (Benincasa hispida) | ∼36 min | Extraction au dioxyde de carbone supercritique combinée à la technique de modulation de pression (SCE-PST) (∼50 min), extraction supercritique au CO2 (∼97 min) et extraction Soxhlet conventionnelle (∼360 min) | La comparaison du dioxyde de carbone supercritique (sCO2), de l’extraction assistée par ultrasons (UAE), de l’extraction au dioxyde de carbone supercritique combinée à la technique de modulation de pression (SCE-PST) et de l’extraction Soxhlet montre que l’UAE est la technique d’extraction la plus efficace et la plus rapide. | Bimakr et al. (2015) |
La comparaison du dioxyde de carbone supercritique (sCO2), de l’extraction assistée par ultrasons (UAE), de l’extraction au dioxyde de carbone supercritique combinée à la technique de modulation de pression (SCE-PST) et de l’extraction Soxhlet montre que la méthode UAE est la technique d’extraction la plus efficace et la plus rapide.
- Efficacité d’extraction élevée
- Rendements d’extraction supérieurs
- Procédé rapide
- Basses températures
- Adaptée à l’extraction de composés thermolabiles
- Compatible avec tout solvant
- Faible consommation d’énergie
- Technique d’extraction verte
- Utilisation simple et sûre
- Faibles coûts d’investissement et d’exploitation
- Fonctionnement 24/7 en service intensif
Extracteurs à ultrasons haute performance pour l’isolement express de composés
Les équipements à ultrasons de pointe de Hielscher permettent une extraction rapide de biomolécules de haute qualité à partir de plantes. Le contrôle total des paramètres du procédé tels que l’amplitude, la température, la pression et l’apport d’énergie permet d’obtenir les conditions d’extraction les plus efficaces et les plus douces, produisant des extraits intacts et hautement bioactifs. Les paramètres d’extraction par ultrasons tels que la granulométrie de la matière première, le type de solvant, le rapport solide/solvant et la durée d’extraction peuvent être optimisés pour une efficacité maximale et les meilleurs résultats globaux. L’extraction par ultrasons étant une méthode d’extraction non thermique, la dégradation thermique des ingrédients bioactifs peut être évitée, ce qui se traduit par une qualité d’extrait supérieure.
Dans l’ensemble, des avantages tels que le rendement élevé, la courte durée d’extraction, la basse température d’extraction et les besoins réduits en solvant font de la sonication la méthode d’extraction privilégiée.
L’ultrasonication surpasse les micro-ondes pour l’extraction d’anthocyanes à partir de baies de myrte. La sonication est trois fois plus rapide que l’extraction par micro-ondes.
La comparaison entre l’extraction par ultrasons et l’extraction conventionnelle avec un bain-marie à agitation montre une durée d’extraction nettement réduite pour les phénols totaux et les flavonoïdes de la sauge lorsque l’extraction par ultrasons est utilisée. L’extraction par ultrasons ne nécessite qu’un tiers de la durée d’extraction avec un bain-marie à agitation.
L’extraction par ultrasons : établie en laboratoire et dans l’industrie
L’extraction par ultrasons est largement utilisée pour l’extraction de tout type de composé bioactif à partir de matières végétales, de champignons, d’algues, de bactéries et de cellules de mammifères. L’extraction par ultrasons s’est imposée comme une méthode simple, économique et hautement efficace qui surpasse les autres techniques d’extraction traditionnelles par des rendements d’extraction plus élevés et une durée de traitement plus courte.
Avec des systèmes à ultrasons de laboratoire, de paillasse et entièrement industriels facilement disponibles, l’extraction par ultrasons est aujourd’hui une technologie bien établie et éprouvée. Les extracteurs à ultrasons Hielscher sont installés dans le monde entier dans des installations de production industrielle pour la fabrication de composés bioactifs de qualité alimentaire et pharmaceutique.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :
| Volume de lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | plus élevé | cluster de UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour les applications de mélange, de dispersion, d’émulsification et d’extraction à l’échelle du laboratoire, pilote et industrielle.
Bibliographie / Références
- Bimakr, Mandana; Ganjloo, Ali; Zarringhalami, Soheila; Ansarian, Elham (2017): Ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from Malva sylvestris leaves and its comparison with agitated bed extraction technique. Food Science and Biotechnology 26(6); 2017.
- 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.
- Bimakr, Mandana; Abdul Rahman, Russly; Ganjloo, Ali; Taip, Farah; Mohd Adzahan, Noranizan; Sarker, Md Zaidul (2016): Characterization of Valuable Compounds from Winter Melon (Benincasa hispida (Thunb.) Cogn.) Seeds Using Supercritical Carbon Dioxide Extraction Combined with Pressure Swing Technique. Food and Bioprocess Technology 9, 2016. 396-406.
- Bimakr, Mandana, Russly Abdul Rahman, Farah Saleena Taip, Noranizan Mohd Adzahan, Md. Zaidul Islam Sarker, Ali Ganjloo (2012): Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction of Crude Oil from Winter Melon (Benincasa hispida) Seed Using Response Surface Methodology and Evaluation of Its Antioxidant Activity, Total Phenolic Content and Fatty Acid Composition. Molecules 17, No. 10, 2012 11748-11762.
- González de Peredo; Ana V., Vázquez-Espinosa, Mercedes; Espada-Bellido, Estrella; Ferreiro-González, Marta; Amores-Arrocha, Antonio; Palma, Miguel; Barbero, Gerardo; Jiménez-Cantizano, Ana (2019): Alternative Ultrasound-Assisted Method for the Extraction of the Bioactive Compounds Present in Myrtle (Myrtus communis L.). Molecules. 2019 Mar 2;24(5):882.
- Dent, Maja; Verica, Dragović-Uzelac; Garofulić, Ivona; Bosiljkov, Tomislav; Ježek, Damir; Brncic, Mladen (2015): Comparison of Conventional and Ultrasound Assisted Extraction Techniques on Mass Fraction of Phenolic Compounds from sage (Salvia officinalis L.). Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 29 (3), 2015.
- Dobrinčić, Ana; Maja Repajić, Ivona E. Garofulić, Lucija Tuđen, Verica Dragović-Uzelac; Branka Levaj (2020): Comparison of Different Extraction Methods for the Recovery of Olive Leaves Polyphenols. Processes 8, no. 9, 2020.
Bon à savoir
Principe de fonctionnement de l’extraction par ultrasons
L’extraction par ultrasons est une méthode largement utilisée pour isoler et séparer les composants bioactifs des matières végétales. La sonication étant compatible avec tout type de solvant, la procédure d’extraction par ultrasons peut être conçue de manière optimale en fonction des composés bioactifs (c.-à-d. les composés ciblés), de leur polarité, de leur solubilité, de leur sensibilité à la chaleur et d’autres facteurs. En adaptant le procédé de sonication spécifiquement à un composé donné ou à plusieurs composés, la configuration la plus idéale peut être choisie afin d’obtenir un extrait d’une qualité extraordinairement élevée.
Les ondes ultrasonores couplées dans un liquide ou une suspension créent des vibrations intenses et une cavitation acoustique. La cavitation acoustique, également appelée cavitation ultrasonore, se caractérise par des différences de pression extrêmement élevées survenant localement, des forces de cisaillement et des jets de liquide. Ces forces brisent les parois cellulaires, désintègrent les cellules végétales et intensifient le transfert de masse entre l’intérieur de la cellule et le solvant. Les ingrédients bioactifs sont ainsi libérés efficacement dans le solvant environnant, d’où les molécules cibles peuvent être facilement isolées et purifiées (par ex. par évaporation rotative, distillation à la vapeur ou HPLC).
Extraction par ultrasons à partir de cellules végétales : la coupe transversale microscopique (TS) montre le mécanisme d’action lors de l’extraction par ultrasons à partir de cellules (grossissement 2000x)
[source : Vilkhu et al. 2011]
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance, de l’échelle du laboratoire à l’échelle industrielle.