Optimisation de l’extraction des polyphénols et des flavonoïdes dans les coproduits d’asperge

Définition des polyphénols

Les polyphénols sont des métabolites secondaires synthétisés dans les plantes en réponse aux stress écologiques et physiologiques (Khoddami et al., 2013). Ils possèdent un ou plusieurs cycles aromatiques avec un ou plusieurs groupes hydroxyles allant de molécules phénoliques simples de 500 Dalton à des composés fortement polymérisés avec des poids moléculaires de plus de 30 000 Dalton (Bravo, 1998). Les polyphénols sont des composés phénoliques hydrosolubles ayant la capacité de précipiter certains alcaloïdes, la gélatine et autres protéines de la solution (Haslam and Cai, 1994). Le terme ‘polyphénols’ est un terme collectif pour plusieurs sous-groupes de composés phénoliques.

Les polyphénols sont largement distribués dans le règne végétal et sont les métabolites secondaires les plus abondants des plantes, avec plus de 8 000 structures phénoliques connues, allant de simples molécules telles que les acides phénoliques jusqu’à des substances fortement polymérisées telles que les tanins (Dai and Mumper, 2010). Ils sont présents dans différentes parties des plantes selon l’espèce végétale et le composé phénolique considéré (Di Ferdinando et al., 2014, Agati et al., 2012).

Les composés phénoliques sont des constituants largement répandus des aliments végétaux (fruits, légumes, céréales, olives, légumineuses, chocolat, etc.) et des boissons (thé, café, bière, vin, etc.) et responsables de plusieurs propriétés organoleptiques des aliments végétaux (Dai and Mumper, 2010).

Sélection du solvant de l’étude selon les principes de la chimie verte

Depuis leur apparition dans la littérature, les termes « vert » et « durable » sont de plus en plus utilisés et sont de nos jours omniprésents dans plusieurs domaines de recherche. L’origine de la « chimie verte » pourrait être attribuée au lancement de l’initiative « Care » par le Conseil américain de chimie. La chimie verte peut être considérée comme le contexte scientifique et économique dans lequel les universités, l’industrie et le gouvernement tentent de converger leurs efforts pour le développement d’une civilisation durable.

L’objectif principal de la chimie verte est d’intégrer la sécurité, la prévention de la pollution, la minimisation des déchets et l’optimisation énergétique dans les processus chimiques existants (Vaccaro, 2016).

Les solvants utilisés dans l’industrie chimique et pharmaceutique sont couramment des solvants pétrochimiques non renouvelables, inflammables et nocifs pour l’environnement. Pour se conformer aux principes de la chimie verte, les industriels et les chercheurs sont de plus en plus orientés vers les solvants renouvelables, biodégradables et non toxiques issus de produits naturels (Capello et al., 2007). Le solvent vert le plus utilisé en industrie chimique et pharmaceutique est l’éthanol vu sa disponibilité, son prix, sa non-toxicité et sa nature biodégradable. Ce projet de recherche est fait dans une vision verte d’où l’utilisation de l’éthanol et l’eau comme solvants principales de l’extraction.

Valorisation des coproduits d’asperge dans la littérature

L’asperge est une plante à forte valeur ajoutée avec une forte intensité de main-d’oeuvre et une croissance continue à travers le monde. L’industrie d’asperge génère des milliers de tonnes de déchets vu que seulement 50 % de la tige d’asperge est utilisée pour la consommation humaine alors que le reste est considéré comme un coproduit (Jaramillo-Carmona et al., 2013). Traditionnellement les coproduis ont été utilisés pour l’alimentation animale ou laissés dans le sol pour fertiliser la terre pour la prochaine génération d’asperge (Chen et al., 2014).

Des études récentes ont révélées que les coproduits d’asperge sont riches en plusieurs molécules bioactives (principalement des polyphénols et des saponines) présentes déjà dans la partie comestible d’asperge (Jaramillo-Carmona et al., 2013). Ces études ont augmenté la valeur des coproduits d’asperge et plusieurs travaux de valorisation de ses coproduits ont été lancés durant les dix dernières années. En 2015, les coproduits d’asperge ont été utilisés comme matériaux pour obtenir des composés antioxydants par extraction solide-liquide.

L’effet de différents paramètres (les solvants d’extraction, le temps, la température et le rapport soluté-solvant) sur l’extraction des polyphénols, des flavonoïdes et l’activité antioxydante a été étudié. L’activité antioxydante de l’extrait des coproduits d’asperge a été évaluée par HPLC- ABTS+ et les molécules bioactives ont été identifiées par HPLC-MS/MS. Les résultats ont montré que le rendement d’extraction était significativement influencé (p < 0,05) par la composition du solvant, le temps d’extraction et la température.

Les paramètres appropriés étaient 50 % d’éthanol avec un rapport soluté-solvant de 1:30 à 80 °C pour de 2 h (Fan et al., 2015). En 2014, les coproduits d’asperge ont été utilisés pour produire des peroxydases afin de les utiliser dans la biorestauration des eaux usées contaminées par des phénols comme le 4- chlorophénol, le 2,4-dichlorophénol, et l’hydroxytyrosol. La peroxydase a été purifiée par une chromatographie à échange d’ions et les valeurs optimales de pH et de température étaient respectivement de 4 et 25 °C (Jaramillo-Carmona et al., 2013).

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Table des matières

Introduction
Chapitre 1 : Revue de la littérature
1 Valorisation des résidus agricoles et alimentaires
2 Présentation de la plante étudiée : Asperge : Asparagus officinalis L.
2.1 Définition
2.2 Description
2.3 Production mondiale d’asperge
2.4 Production canadienne d’asperge
2.5 Coproduits d’asperge
2.6 Effet sur la santé et composés majeurs d’asperge
3 Les polyphénols
3.1 Définition des polyphénols
3.2 Classification des polyphénols
3.2.1 Les acides phénoliques
3.2.2 Les flavonoïdes
3.2.2.1 Flavonols
3.2.2.2 Flavones
3.2.2.3 Flavanones
3.2.2.4 Isoflavones
3.2.2.5 Flavan-3-ols
3.2.2.6 Les anthocyanes
3.2.3 Alcools phénoliques
3.2.4 Stilbènes
3.2.5 Lignanes
3.3 Propriétés biologiques et thérapeutiques des polyphénols
4 Les saponines
4.1 Définition
4.2 Classification des saponines
4.3 Distribution des saponines dans le règne végétal
4.4 Propriétés biologiques et pharmacologiques des saponines
5 Les techniques d’extraction des molécules bioactives
5.1 Les techniques conventionnelles d’extraction des molécules bioactives
5.1.1 Macération
5.1.2 Extraction par reflux et par soxhlet
5.1.3 Extraction par méthodes d’extraction conventionnelles successives
5.2 Les techniques vertes d’extraction des molécules bioactives
5.2.1 Extraction assistée par ultrasons (UAE)
5.2.2 Extraction assistée par micro-ondes (MAE)
5.2.3 Extraction accélérée par solvant (ASE)
5.2.4 Extraction par fluide supercritique (EFS)
6 Sélection du solvant de l’étude selon les principes de la chimie verte
7 Valorisation des coproduits d’asperge dans la littérature Problématique, hypothèse de recherche, objectif principal et objectifs spécifiques
1 Problématique
2 Hypothèse
3 Objectif principal
4 Objectifs spécifiques
Chapitre 2 : Études des polyphénols et des flavonoïdes dans l’asperge et ses coproduits
1 Études des polyphénols et des flavonoïdes dans deux segments de la tige d’asperge
1.1 Matériel
1.2 Réactifs et solutions
1.3 Extraction et quantification des polyphénols totaux dans deux segments de la tige d’asperge
1.3.1 Méthode
1.3.2 Résultats et Discussion
1.4 Extraction et quantification des flavonoïdes totaux dans deux segments de la tige d’asperge
1.4.1 Méthode
1.4.2 Résultats et Discussion
1.5 Caractérisation par UPLC des polyphénols totaux dans deux segments de la tige d’asperge
1.5.1 Méthode
1.5.2 Résultats et Discussion
2 Études des polyphénols et des flavonoïdes dans différentes variétés d’asperge
2.1 Matériel
2.2 Réactifs et solutions
2.3 Extraction et quantification des polyphénols et des flavonoïdes dans différentes variétés d’asperge
2.3.1 Méthode
2.3.2 Résultats et Discussion
2.4 Caractérisation des polyphénols par UPLC dans la variété d’asperge Guelph Millenium
2.4.1 Méthode
2.4.2 Résultats et Discussion
3 Études des polyphénols et des flavonoïdes dans les coproduits d’asperge
3.1 Matériel
3.2 Réactifs et solutions
3.3 Extraction et quantification des polyphénols et des flavonoïdes dans les coproduits d’asperge
3.3.1 Méthode
3.3.2 Résultats et Discussion
3.4 Caractérisation des polyphénols par UPLC dans les coproduits d’asperge
3.4.1 Méthode
3.4.2 Résultats et Discussion
4 Optimisation de l’extraction des polyphénols et des flavonoïdes dans les coproduits d’asperge
4.1 Matériel
4.2 Réactifs et solutions
4.3 Méthode
4.4 Résultats et Discussion
Chapitre 4 : Études des saponines dans l’asperge et ses coproduits
1 Mise au point d’un protocole d’extraction et de dosage des saponines totales
1.1 Mise au point et comparaison de différents protocoles d’extraction et de dosage des saponines totales
1.1.1 Matériel
1.1.2 Réactifs et solutions
1.1.3 Méthode
1.1.3.1 Protocole 1 : Méthode gravimétrique avec pesage direct
1.1.3.2 Protocole 2 : Méthode gravimétrique avec pesage après lyophilisation
1.1.3.3 Protocole 3 : Méthode spectrophotométrique
1.1.4 Résultats et Discussion
1.2 Mise au point d’un protocole d’extraction et de dosage des saponines totales à partir des coproduits d’asperge
1.2.1 Matériel
1.2.2 Réactifs et solutions
1.2.3 Méthode
1.2.3.1 Extraction des saponines totales
1.2.3.2 Purification des saponines totales
1.2.3.3 Quantification des saponines totales
1.2.3.4 Étude de l’effet de dégraissage sur la quantification des saponines totales
1.2.4 Résultas et Discussion
2 Extraction et quantification des saponines dans l’asperge et ses coproduits
2.1 Matériel
2.2 Méthode
2.2.1 Purification des saponines totales
2.2.2 Quantification des saponines totales
2.3 Résultats et Discussion
Chapitre 5 : Discussion générale, conclusion et perspectives
1 Discussion générale
2 Conclusion et perspectives
Bibliographie

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