L’extraction par ultrasons peut-elle augmenter l’activité antigrippale de l’Aloe Vera ?

1 Principe de l'extraction par ultrasons

L'échographie est définie comme une onde sonore d'une fréquence supérieure à 20 kHz, qui dépasse la limite de détection auditive humaine. Les ultrasons sont une onde mécanique à haute densité énergétique. Sa source de production d’énergie sonore est généralement un objet vibrant, qui peut faire vibrer le milieu environnant puis transférer de l’énergie à d’autres particules adjacentes. Lorsque les ultrasons traversent le milieu, ils provoquent le déplacement longitudinal des particules. Ces effets moléculaires denses provoquent des dommages à la paroi cellulaire et accélèrent le taux de transfert de masse des substances efficaces dans le milieu, atteignant ainsi l'objectif d'améliorer le taux d'extraction. L'extraction par ultrasons ne repose pas sur un mécanisme d'action unique, mais fonctionne en continu ou simultanément grâce à plusieurs mécanismes physiques tels que la fragmentation mécanique, l'effet thermique et l'effet de cavitation. Dans l'homogénat de mélange solide-liquide, les microfaisceaux et micro-turbulences générés par la cavitation acoustique dans le milieu liquide vont provoquer de fortes perturbations mécaniques, intensifiant ainsi la collision entre particules, pouvant facilement conduire à la décomposition et à la rupture locale de certains matériaux fragiles. D'autre part, en raison de la réduction de la taille des particules, le taux de transfert de masse des particules solides et la surface de contact entre les phases solide et liquide sont augmentés, ce qui favorise l'accélération de la dissolution du contenu dans la matrice de l'échantillon.

L'effet de cavitation est un phénomène physique unique et complexe provoqué par la propagation et la vibration des ultrasons dans un liquide. Il fait généralement référence au processus de formation, d’expansion et de rupture des bulles de cavitation dans un liquide. En termes simples, lorsque des ultrasons de haute intensité sont appliqués, l'attraction entre les molécules du milieu peut dépasser la valeur critique, générant ainsi une contrainte de cisaillement élevée dans le liquide et formant ensuite des bulles de cavitation. 1 Une bulle de cavitation se forme près de la surface de la matrice. Après avoir subi des cycles continus de compression-raréfaction, la bulle de cavitation se rompra pendant le cycle de compression et générera de l'énergie thermique à court terme, formant ainsi un fluide microjet à grande vitesse sur la surface de la matrice et générant de fortes ondes de choc. Ce processus peut porter la température locale environnante à environ 5 000 K et la pression instantanée peut atteindre 50 à 1 000 atm. L'environnement à haute pression et à haute température formé détruira la paroi cellulaire de la matrice végétale, libérant ainsi des substances intracellulaires dans la solution. À partir des images au microscope électronique à balayage des feuilles de basilic prises par CHEMAT et d'autres avant et après l'extraction de l'huile, on peut l'observer plus clairement : avant l'extraction, les glandes des feuilles sont lisses et pleines ; après extraction, ils commencent à rétrécir, mais la structure de la glande reste intacte ; et après extraction assistée par ultrasons, les glandes sont complètement brisées et tout leur contenu est libéré.

L'aloe vera a gagné en popularité et a été commercialisé comme produit de beauté, laxatif, phytothérapie, et son activité antibactérienne a été démontrée. Cependant, à l’exception de quelques rapports, l’activité antivirale de l’aloe vera n’a pas été bien démontrée. À ce jour, il est courant d’extraire les composés de l’aloe vera à l’aide de solvants organiques, car les ingrédients actifs peuvent être efficacement extraits dans le méthanol. Dans cette étude, nous avons utilisé une méthode d’extraction par ultrasons de 5 minutes pour extraire efficacement les composés d’aloïne et d’aloe-émodine de l’aloe vera dans l’eau. Ce processus d'extraction rapide en un seul pot a amélioré l'extraction des flavonoïdes et des composés phénoliques dans l'extrait aqueux ultrasonique et a enrichi les fractions d'aloïne et d'aloès-émodine. Les extraits ont été testés pour leur activité anti-grippe et les résultats ont montré que l’extraction par ultrasons a permis à l’extrait aqueux de présenter une excellente activité anti-grippe comparable à celle de l’extrait au méthanol. La cytotoxicité de l’extrait aqueux était nulle par rapport à l’extrait méthanolique, qui présentait une cytotoxicité élevée. L'analyse spectrophotométrique des extraits a confirmé l'enrichissement des pics d'aloïne et d'aloe-émodine dans l'extrait ultrasonique d'aloe vera, indiquant leur travail derrière l'activité anti-grippe. Les techniques démontrées, si elles sont correctement mises en œuvre, mèneront à des solutions prometteuses dans la lutte pharmaceutique contre les virus de la grippe.

À ce jour, plus de 200 produits chimiques bioactifs ont été trouvés dans le gel d’aloe vera, et leur bioactivité est plus susceptible d’être due aux effets synergiques de composés plutôt qu’à des composés uniques. Par conséquent, une extraction appropriée des composés bioactifs est cruciale pour exploiter pleinement tous les ingrédients actifs pour leurs propriétés physiologiques et médicinales.

Le gel d’aloe vera s’est avéré efficace contre les bactéries Gram-positives et Gram-négatives, ainsi que contre certains champignons et virus. Des effets inhibiteurs de Bacillus versicolor contre le cytomégalovirus humain, le virus de l'herpès simplex de type 2 (HSV-2) et le poliovirus ont été rapportés. La grippe est une infection respiratoire aiguë causée par des virus grippaux ayant un impact mondial considérable. Ce virus est susceptible de provoquer de graves pandémies et des pertes économiques. Son génome est très variable avec un taux de mutation élevé, ce qui le rend résistant à de nombreux médicaments. Actuellement, les médicaments et méthodes antiviraux synthétiques (inhibiteurs de nucléoprotéines, inhibiteurs de la neuraminidase, bloqueurs des canaux ioniques et technologie siARN) ont une application limitée en raison de l’émergence de souches résistantes aux médicaments, de leur coût élevé et de leurs effets secondaires nocifs. Les médicaments à base de plantes sont peu coûteux, peu toxiques et ont souvent des effets multi-cibles, qui peuvent non seulement agir comme des médicaments antiviraux, mais également stimuler le système immunitaire pour combattre les virus. Les mécanismes antiviraux classiquement définis des plantes médicinales comprennent l’inhibition de la réplication virale, le blocage de l’attachement viral, l’inactivation des virus et la prévention des infections virales. L'intérêt des enquêteurs et des clients pour l'utilisation de ces médicaments s'est accru en raison d'une préférence pour les médicaments naturels et de préoccupations concernant les effets toxiques des matériaux synthétiques.

Les ultrasons se caractérisent par une haute fréquence (18 kHz-1 MHz), un petit déplacement (moins d'environ 50 mm), une vitesse modérée (ms-1), un gradient de vitesse transversal prononcé (jusqu'à 4 000 s-1) et une très forte accélération (jusqu'à environ 80 000 g). Lorsque la puissance acoustique absorbée est suffisamment élevée, les ultrasons produisent une cavitation, permettant la génération de microbulles au niveau du site de nucléation. Les bulles grossissent lors de la phase de raréfaction de l’onde sonore puis s’effondrent lors de la phase de compression. Lors de l'effondrement, de fortes ondes de choc traversent le milieu. L'ensemble du processus de nucléation, de croissance et de rupture des bulles sous l'action de fortes ondes sonores est appelé cavitation. En termes d'extraction, l'extraction par ultrasons ou par rupture de membrane par ultrasons présente les avantages de raccourcir considérablement le temps d'extraction et d'augmenter le rendement d'extraction. L'application d'ultrasons détruit la structure de la paroi cellulaire et accélère la diffusion de la membrane cellulaire ; par conséquent, les cellules sont lysées, favorisant ainsi la libération du contenu cellulaire. En outre, il a été démontré que l’amélioration de l’hydratation des tissus végétaux lors des ultrasons coïncide avec la perturbation des tissus végétaux et conduit à une extraction améliorée lors des ultrasons. Par conséquent, l’application de la technologie des ultrasons à l’extraction de l’aloès présente de bonnes perspectives.

Les travaux actuels se concentrent sur l’extraction de composés bioactifs riches à partir d’extrait d’aloès à l’aide de méthodes basées sur les ultrasons. La fréquence d’extraction par ultrasons a été optimisée pour obtenir l’effet d’extraction souhaité. L'extraction par ultrasons a produit un nanoemballage de métabolites actifs avec une solubilité améliorée dans l'eau. Pour la première fois, la technologie des ultrasons s'est révélée efficace pour extraire les composants de l'aloïne et de la rhubarbe, qui constituaient les meilleurs extracteurs de solvants organiques présents dans l'eau.