Eco-Extraction des huiles essentielles

Définition des huiles essentielles et des arômes

   Les arômes sont des molécules organiques de faible masse moléculaire, avec une tension de vapeur élevée pour que ces molécules puissent provoquer un stimulus au contact de la muqueuse olfactive (Richard, 1992). Ils sont formés de dizaine de composés odorants, ayant une polarité faible, une certaine solubilité dans l’eau et un caractère lipophile élevé (Meierhenrich, Golebiowski, Fernandez, & Cabrol-Bass, 2005). Selon les méthodes d’extraction, différents arômes peuvent être produits des plantes tels que les huiles essentielles (HE), les concrètes, les absolues, etc. La norme AFNOR NFT75-006 définit l’huile essentielle (HE) comme «un produit obtenu à partir d’une matière première végétale, soit par entraînement à la vapeur d’eau, soit par hydrodistillation, soit à partir des fruits de citrus par des procédés mécaniques. Les HE sont ensuite séparées de la phase aqueuse par des procédés physiques». Cette définition basée sur les procédés d’extraction est restrictive car elle exclut les produits obtenus par d’autres procédés et en particulier ceux obtenus par l’extraction au solvant tels que la concrète et l’absolue. La norme AFNOR définit une concrète comme « un extrait ayant une odeur et/ou une flaveur caractéristiques, constitué principalement de composés volatils et des produits cireux et gras non volatils d’une matière première naturelle ». La concrète est obtenue par extraction au moyen d’un solvant non aqueux suivie de l’élimination de ce solvant par un procédé physique. L’absolue est définie comme un produit ayant une odeur caractéristique, obtenu à partir d’une concrète par extraction à l’éthanol à température ambiante (De Silva, 1995). Les huiles essentielles et les arômes trouvent une utilisation extensive dans plusieurs secteurs clés de l’industrie chimique comme l’agroalimentaire, la parfumerie, la cosmétique, la médecine et l’aromathérapie.

Les terpènes et terpénoïdes

   Les composés terpéniques sont largement rencontrés dans les huiles essentielles ( a er & Buchbauer, 2010). ien qu’ils aient des structures très diverses, ils sont tous formés par la réunion d’unités isopréniques (C5H6). On distingue ainsi selon le nombre de carbone constituant les molécules de ce groupe: les hémiterpènes (1 unité: C5), les monoterpènes (2 unités: C10), les sesquiterpènes (3 unités: C15), les diterpènes (4 unités: C20), les sesterpènes (5 unités: C25), les triterpènes (6 unités: C30), les tétraterpènes (8 unités: C40) et les polyisoprènes (n unités: C5n). Les terpènes les plus rencontrés dans les huiles essentielles sont les terpènes les plus volatils dont la masse moléculaire n’est pas trop élevée tels que les mono (C10) et les sesquiterpènes (C15) (Couic-Marinier & Lobstein, 2013). Les (C10) constituent eux seuls environ 90% des huiles essentielles (Bakkali et al., 2008). Les dérivés oxygénés des terpènes s’appelent terpénoïdes. Une grande variété de structures caractérisent les terpénoïdes selon le nombre de carbones présents, le caractère saturé ou insaturé des liaisons, la configuration spatiale (forme de chaise, bateau…) et la nature du groupe fonctionnel. Ils sont constitués de différentes fonctions: (Bakkali et al., 2008).
 Phénol: C6H5-OH (thymol),
 Alcool: R-OH (menthol),
 Aldéhyde: R-COH (citronellal),
 Cétone: R1-CO-R2 (carvone),
 Ester: R1-COO-R2 (acetate de linalyle),
 Ether: R1-O-R2 (eucalyptol),
 Péroxide: R1-O-O-R2 (ascaridol).

Distillation par entraînement à la vapeur

   La distillation par entraînement à la vapeur est l’une des méthodes officielles pour l’obtention des huiles essentielles (Figure I.γ). Dans ce système d’extraction, le matériel végétal est placé dans l’alambic sur une plaque perforée située à une certaine distance au dessus du fond rempli d’eau. Le végétal est en contact avec la vapeur d’eau saturée mais pas avec l’eau bouillante. La vapeur provoque la rupture d’un grand nombre de glandes qui libèrent leurs composés aromatiques. Les huiles essentielles diffusent donc à travers le végétal pour entrer en contact avec la vapeur d’eau circulant à l’extérieur. Les vapeurs chargées en composés volatils sont ensuite condensées avant d’être décantées. Du fait de leur différence de densité, les HE et l’eau sont séparées en deux phases et les HE sont ensuite récupérées (Nixon & McCaw, 2001). Cette technique permet d’éviter des réactions lors du contact des constituants des huiles essentielles avec l’eau conduisant à des changements dans la composition finale de l’extrait. En outre, elle agit mieux avec les huiles essentielles contenues dans les glandes situées à la surface du végétal. La distillation à la vapeur des huiles essentielles non superficielles est plus longue et exige plus de vapeur que celle des HE superficielles.

Extraction aux solvants

   La méthode consiste à faire macérer les fleurs dans un solvant volatil hydrocarboné apolaire (le pentane, l’hexane, etc.). Le solvant est ensuite évaporé pour donner une pâte appelée concrète qui renferme des composés aromatiques, des cires et des composés huileux de la plante. À cette étape, la concrète ne peut pas être utilisée dans la parfumerie. Les cires présentes dans leur composition rendent la solution trouble et par conséquent peu soluble dans la base de parfum. La macération de la concrète dans l’alcool permet la réduction de cire et l’obtention de l’absolue. La solution alcoolique est ainsi homogénéisée par une forte agitation entre 30-60 °C puis réfrigérée entre -5 et -10 °C de sorte que les cires peuvent être éliminées par précipitation. Selon MeyerWarnod, (1984), les cires ne sont pas solubles dans l’alcool à des températures inférieures à -1 °C. L’alcool est ensuite évaporé pour donner l’absolue très prisée des parfumeurs (De Silva, 1995; Nixon & McCaw, 2001; Wilson, 2010).

Extraction sans solvant assistée par micro-ondes

   Les micro-ondes constituent, par ailleurs, une méthode d’extraction en plein développement . Cette méthode permet de réaliser des extractions du matériel végétal frais à pression atmosphérique, sans ajout d’eau ou de solvant. Elle consiste à placer le matériel végétal dans un réacteur au sein d’un four micro-ondes. Le chauffage interne de l’eau intrinsèque de la plante permet de dilater ses cellules et provoquer la distillation azéotropique d’un mélange d’eau/huile essentielle. Un système réfrigérant situé à l’extérieur du four à micro-ondes permet la condensation du distillat en continu, puis le mélange est dirigé dans l’appareil de Clevenger où les composés aromatiques sont obtenus par simple séparation de phase. L’excès d’eau est réintroduit dans le réacteur de manière à restaurer la quantité d’eau initialement présente dans la plante. Comparée à la distillation traditionnelle, l’extraction sans solvant assistée par micro-ondes permet d’obtenir une huile essentielle similaire de point de vue qualitative et quantitative en une durée d’extraction plus courte. Toutefois, l’extraction des composés oxygénés, de valeurs odorantes plus significatives que les monoterpènes est favorisée (Lucchesi, Chemat, & Smadja, 2004).

Détermination de l’indice de peroxyde (IP)

 Cette méthode normalisée (AFNOR T60-220, AOCS Cd 8-53) permet de mesurer les produits primaires issus d’oxydation comme les peroxydes formés lors de l’oxydation lipidique. Cet indice permet d’évaluer le degré d’oxydation des acides gras insaturés, et par conséquent le rancissement. L’inhibition de leur formation sous l’effet d’antioxydant peut être employée comme méthode pour évaluer l’activité antioxydante de ce dernier. La méthode iodométrique est utilisée pour déterminer les teneurs en hydroperoxydes. Elle consiste à mesurer la quantité d’iode produite lors de l’oxydation de l’iodure de potassium par les peroxydes. Puis, l’iode formé est dosé par une solution de thiosulfate de sodium à température ambiante. Les résultats obtenus sont exprimés sous forme d’indice de peroxyde (IP = nombre de µg d’O2 actif contenus dans 1g de corps gras). Cet indice permet d’évaluer le rancissement des acides gras insaturés de la matière grasse. Plus celui-ci est élévé, plus la matière grasse est oxydée. Cependant, cet indice constitue un indicateur de début d’oxydation: celui-ci augmente pour atteindre un pic puis diminue en fonction de l’avancement de l’état d’oxydation. Les péroxydes forment alors des composés aldéhydiques volatils (ex.: glyoxal ou ethanedial) et non volatils (aldéhydes à longue chaîne carbonée)

Méthode TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity)

   Le test TEAC est le plus courant parmi toutes les méthodes utilisant un radical stable. Il a été décrit pour la première fois en 1993 par Miller et al. (Miller, Rice-Evans, Davies, Gopinatan, & Milner, 1993). Ce test consiste en une mesure colorimétrique du transfert d’électrons d’un antioxydant vers un accepteur d’électrons du sel d’ammonium de l’acide β,β’-azinobis-(3- ethylbenzothiazoline-6-sulfonique (ABTS•+). C’est un radical relativement stable de coloration bleu-verdâtre possédant une forte absorption dans l’intervalle 600-750 nm par spectrophotométrie. Un antioxydant réagit par transfert d’électron avec l’A TS•+ (en excès) pour donner l’A TS incolore (Lien, Ren, Bui, & Wang, 1999). L’activité des composés est exprimée par la Capacité Antioxydante Equivalente Trolox (TEAC) qui correspond à la concentration en Trolox (acide 6-hydroxy-2,5,7,8-tétraméthylchroman-2-carboxylique), une molécule de structure similaire à celle de la vitamine E (β,β’-azobis-3-ethylbenzothiazidine), donnant la même capacité antioxydante qu’une concentration de 1 mM d’antioxydant testé. Ainsi l’antioxydant est plus efficace d’autant plus la valeur de TEAC est élevée.

Test de blanchissement du β- carotène

   Cette méthode est basée sur l’oxydation couplée du -carotène et de l’acide linoléique solubilisésdans une solution aqueuse de tensioactif Tween 40. Elle consiste à mesurer la décoloration du - carotène à 470 nm résultant de son oxydation par les radicaux peroxyles issus de l’acide linoléique. L’ajout d’un antioxydant dans ce système retarde la décoloration du -carotène. Cette méthode permet de déterminer un pourcentage d’inhibition. Un oxydant chimique, l’AAPH, (2 ;β’-azobis (2amidinopropane) dihydrochloride), est utilisé comme amorceur de peroxydationlipidique pour améliorer l’oxydation (Roginsky & Lissi, 2005). La cinétique de décoloration de l’émulsion en présence et en absence d’antioxydant est suivie à une longueur d’onde de 470 nm pendant des intervalles de temps réguliers (Taga, Miller, & Pratt, 1984). L’antioxydant (solubilisé dans le méthanol) est ajouté à une émulsion du ȕ-carotène et de l’acide linoléique solubilisée dans une solution aqueuse de Tween-40, puis le mélange est porté à 50 °C pendant 120 min. Le ȕ-carotène est un antioxydant lipophile qui protège les acides gras de l’oxydation. L’ajout d’un second antioxydant permet sa préservation et c’est cette protection qui est mesurée. L’activité antioxydante (AA) est calculée à une concentration donnée selon l’équation suivante: AA= (A antiox 1β0-A témoin 120) / (A antiox 0-A témoin 120) avec A antiox 0 et A antiox 120, les absorbances de la solution en présence d’antioxydant à 0 et 1β0 min respectivement et A témoin 1β0, l’absorbance de la solution sans antioxydant à 1β0 min.

Les huiles essentielles et leurs constituants en tant qu’antioxydants: application en agroalimentaire

   L’oxydation des lipides est un problème récurrent (Gray, Gomaa, & Buckley, 1996), en particulier dans l’alimentation parce qu’elle implique des altérations organoleptiques. Généralement, pour éviter l’oxydation, les industriels rajoutent à leurs recettes différents antioxydants synthétiques qui sont de plus en plus impopulaires auprès des consommateurs puisqu’ils sont suspectés d’entraîner à long terme des effets tératogènes, mutagènes et cancérigènes. Face à l’augmentation de la demande du consommateur pour des produits naturels sans conservateurs, des importants travaux de recherche sur l’utilisation des antioxydants naturels en agroalimentaire (Velasco & Williams, 2011) ont conduit l’industrie alimentaire à envisager l’incorporation des substances considérées comme non chimiques dans leur préparation. Les chercheurs ont travaillé sur l’effet antioxydant des HE extraites des plantes. Ils ont rapporté que certaines huiles essentielles peuvent jouer un rôle essentiel pour limiter l’oxydation des lipides, en particulier dans la viande et dans autres produits gras (confère Tableau I.1). Cet effet peut toutefois être différent selon le type d’aliment, selon les conditions d’élevage des animaux mais également selon les conditions de stockage.

Folin-Ciocalteu

   La teneur en phénols totaux (CPT) est déterminée en utilisant le réactif de Folin-Ciocalteu suivant le protocole décrit par le fournisseur du kit (Isitec Lab-Seppal). Un volume de 100 µL d’une solution méthanolique des huiles essentielles (HE; 20 mg/mL) est introduit dans des tubes à essai, suivi par 2 mL de réactif de Folin-Ciocalteu et 1 mL de tampon alcalin. Les tubes sont soumis à un vortex et puis mis à l’obscurité pendant 1 heure. L’absorption à 760 nm est mesurée à l’aide d’un spectrophotomètre, à barrette de diode Hewlett-Packard 8453 (Allemagne) et comparée à une solution d’acide gallique (3 g/L) utilisée comme standard. Les valeurs des composés phénoliques sont calculées selon la formule suivante: Teneur en phénols totaux= 3 x (absorbance de l’échantillon – absorbance du blanc)/(absorbance du standard – absorbance du blanc). Le BHT est utilisé comme contrôle positif. Les résultats sont exprimés en mg équivalents acide gallique (EAG)/g d’échantillon. Chaque essai est réalisé en trois répétitions.

Test de l’huile de friture

  L’effet de chauffage est étudié par la détermination des matériaux polaires totaux. Chacune des six huiles essentielles (0,25 g) est ajoutée à 250 g de l’huile de tournesol et les échantillons sont chauffés dans des conditions domestiques de friture, c’est-à-dire à 180 ± 5 °C pendant plusieurs heures (Casal, Malheiro, Sendas, Oliveira, & Pereira 2010). La température est contrôlée par un thermocouple (ATC-300) inséré directement dans les friteuses électriques. Tous les échantillons sont évalués avant les premières séances de friture et après chaque heure de chauffage jusqu’à ce que l’huile devienne non utilisable. La fin des essais de chauffage est déterminée par la valeur de TPM, où un pourcentage maximal de 25% est toléré, conformément à la loi française (article 3-3 du décret No 86-857 du 18/07/86). Cette valeur légale maximale des matériaux polaires totaux dans les huiles de friture, y compris les produits d’hydrolyse (diglycérides, monoglycérides et les acides gras libres) et une distribution complexe des produits d’oxydation englobant les polymères, est formée à des températures inférieures à 180 °C (la loi française No 86-857). Lavaleur des matériaux polaires totaux, habituellement évaluée dans les restaurants et l’industrie agroalimentaire par des tests commerciaux rapides (principalement basés sur les lectures colorimétriques) a démontré une bonne corrélation avec les valeurs obtenues par les normes officielles (Casal et al. , 2010).

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I. Les huiles essentielles et arômes: application en agroalimentaire
I.1. Définition des huiles essentielles et des arômes
I.2. Composition des huiles essentielles et des arômes
I.2.1 Les terpènes et terpénoïdes
I.2.2 Les composés aromatiques
I.3. Mode d’extraction
I.3.1 Distillation par entraînement à la vapeur
I.3.2 Hydrodistillation
I.3.3 Turbo hydrodistillation
I.3.4 Expression à froid
I.3.5 Extraction des molécules aromatiques (concrètes et absolues)
I.3.5.1 Enfleurage et extraction
I.3.5.2 Extraction aux solvants
I.3.6 Extraction aux ultrasons
I.3.7 Autres méthodes
I.3.7.1 Extraction sans solvant assistée par micro-ondes
I.3.7.2 Détente instantanée contrôlée
I.4. Les huiles essentielles et leurs constituants comme antioxydants
I.4.1 Les principales techniques de détermination de l’activité antioxydante
I.4.1.1 Détermination de l’indice de peroxyde (IP)
I.4.1.2 Détermination des diènes conjugués
I.4.1.3 Indice p-anisidine
I.4.1.4 Méthode de sr-TBA (substance réactive acide thiobarbiturique)
I.4.1.5 Méthode TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity)
I.4.1.6 DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)
I.4.1.7 Folin-Ciocalteau
I.4.1.8 FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power)
I.4.1.9 Test de blanchissement du ȕ- carotène
I.4.1.10 TRAP (Total Radical Trapping Antioxidant Parameter)
I.4.1.11 ORAC (Oxygen Radical Absorbance Assay)
I.4.1.12 RPE (Résonance paramagnétique électronique)
I.4.2 Les huiles essentielles et leurs constituants comme antioxydants: application en agroalimentaire
I.5. Les huiles essentielles et leurs constituants comme antimicrobiens
I.5.1 Méthode de diffusion
I.5.1.1 Méthode de diffusion par disque
I.5.1.2 Méthode des puits
I.5.2 Méthode de dilution
I.5.2.1 Détermination de la concentration minimale inhibitrice (CMI)
I.5.2.2 Détermination de la concentration minimale bactéricide (CMB) en milieu solide
I.5.2.3 Autres méthodes
I.5.β.γ.1 Dynamique d’action des huiles essentielles par mesure de la décroissance bactérienne (Time-kill assay)
I.5.2.3.2 Microscopie électronique à transmission
I.5.2.3.3 Compte total de viables (total viable count (TVC))
I.5.3 Les huiles essentielles et leurs constituants comme antimicrobiens: application en agroalimentaire
I.6. Autres applications
I.6.1 Les huiles essentielles et leurs constituants comme bioinsecticides
I.6.2 Les huiles essentielles et arômes: dans les parfums et les cosmétiques
I.6.3 Les huiles essentielles et arômes en tant qu’arôme alimentaire
I.6.4 Les huiles essentielles et arômes: en aromathérapie et pharmacie
I.6.5 Les huiles essentielles et arômes: dans la chimie verte
Références bibliographiques
Chapitre II. Extraction, composition chimique, activités antimicrobiennes et antioxydantes des six huiles essentielles de la famille des Alliacées: ail, oignon, poireau, ciboule, échalote et ciboulette
II.1. Introduction
II.2. Matériels et méthodes
II.2.1 Produits chimiques
II.2.2 Huiles essentielles: extraction et rendement
II.2.3 Identification par GC-FID et GS-MS
II.2.4 Les souches bactériennes
II.2.5 Méthode de disque
II.2.6 Folin-Ciocalteu
II.2.7 DPPH
II.2.8 Test de l’huile de friture
II.2.9 Analyse statistique
II.3. Résultats et discussion
II.3.1 La composition chimique des huiles essentielles
II.3.2 L’activité antimicrobienne in vitro
II.3.3 Composés phénoliques totaux
II.3.4 DPPH
II.3.5 Test de friture
II.4. Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre III. L’extraction simultanée des huiles essentielles et des flavonoïdes d’oignons par turbo extraction-distillation
III.1. Introduction
III.2. Matériels et méthodes
III.2.1 Matières premières
III.2.2 Produits chimiques
III.2.3 Turbo hydrodistillation: dispositif et procédure
III.2.4 Extraction des huiles essentielles
III.2.5 Détermination de la teneur en matière sèche
III.2.6 Extraction conventionnelle des polyphénols
III.2.7 Composés phénoliques totaux
III.2.8 Analyses HPLC
III.3. Résultats et discussion
III.3.1 Phénomène de chauffage de turbo hydrodistillation
III.3.2 Huiles essentielles: extraction, rendement et analyse
III.3.3 Phase aqueuse: cinétique
III.3.3.1 Rendement d’extraction de la matière sèche
III.3.3.2 Composés phénoliques totaux
III.3.4 Bilan de matière
III.3.5 Teneurs en polyphénols des extraits d’oignons par turbo hydrodistillation
III.3.5.1 Composés phénoliques totaux
III.3.5.2 Teneur en flavonoïdes des échantillons d’oignons
III.3.5.2.1 Oignon frais
III.3.5.2.2 Sous-produits d’oignon
III.3.5.3 Bilan de matière de la quercétine
III.4. Conclusion
Références bibliographiques
Chapitre IV. Extraction d’éco-concrète et d’éco-absolue utilisant la technologie aux ultrasons pour l’application en alimentaire
IV.1. Introduction
IV.2. Matériels et Méthodes
IV.2.1 Matériel végétal et produits chimiques
IV.2.2 Procédures d’extraction
IV.2.3 Plan d’expériences
IV.2.4 Etude de cinétique
IV.2.5 Analyse GC-MS
IV.2.6 Composés phénoliques totaux
IV.2.7 DPPH
IV.2.8 Test de l’huile de friture
IV.3. Résultats et discussion 
IV.3.1 Etudes de plan d’expériences
IV.3.1.1 Résultats des rendements d’absolues
IV.3.1.2 Optimisation de l’extraction aux ultrasons
IV.3.2 Etude de cinétique
IV.3.3 Rendements et qualité des absolues
IV.3.4 Identification par GC-FID et GC-MS
IV.3.5 Composés phénoliques totaux
IV.3.6 DPPH
IV.3.7 Test de friture
IV.4. Conclusion
Références bibliographiques
Conclusion générale et perspectives

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