Activité antiradicalaire des extraits

Les effets de la température et, dans une moindre mesure, de la pression sur les activités antiradicalaires des extraits s’avèrent très différents pour les coproduits de pin maritime et de peuplier (Figure II-23).

Figure II-23 : Surfaces de réponse de l’activité antiradicalaire (CI50, en mg/L) des extraits à l’eau

subcritique à partir a) de nœuds de pin maritime, b) d’écorces de pin maritime, c) de nœuds de peuplier et d) d’écorces de peuplier

Ainsi, dans le cas des nœuds de pin maritime, l’augmentation de la température et, à haute température, de la pression, bien que conduisant à une augmentation du rendement en polyphénols extraits (Figure II-23a), se traduit par une diminution très significative de l’activité antiradicalaire (Figure II-24a). Entre 100 et 125°C, températures pour lesquelles le rendement en polyphénols extraits varie entre 0,5 et 1 % et la teneur en polyphénols des extraits est supérieure à 150 mgEAG/g d’extrait sec, la valeur de la CI50 reste inférieure à

50 mg/L. Mais elle est deux à trois fois plus élevée à 200°C, correspondant à une faible activité antiradicalaire, bien que les rendements en polyphénols atteignent des valeurs deux à trois fois plus élevées. Ces résultats pourraient être liés d’une part à une dégradation des

2009), mais aussi à une proportion croissante de composés non phénoliques co-extraits dans ces conditions (Hartonen et al., 2007), la concentration en polyphénols dans l’extrait sec devenant alors inférieure à 100 mgEAG/g d’extrait sec.

Dans le cas des nœuds de peuplier, l’évolution de l’activité antiradicalaire en fonction de la température et de la pression (Figure II-3c) est très similaire à celle de la teneur en polyphénols dans l’extrait (Figure II-4c) : elle diminue avec la diminution de cette dernière, bien que le rendement en polyphénols extraits augmente avec la température. Globalement, l’activité antiradicalaire des extraits de nœuds de peuplier reste relativement faible, avec des valeurs de CI50 supérieures à 50 mg/L aux faibles températures d’extraction et proches de

100 mg/L pour les conditions d’extraction conduisant aux meilleurs rendement en polyphénols extraits (plus de 4 % de la matière sèche à 200°C).

L’effet d’une augmentation de la température sur l’activité antiradicalaire des extraits d’écorces de peuplier (Figure II-4d) est beaucoup moins marqué que celui observé pour les extraits de nœuds de pin maritime et de peuplier. Bien que l’activité antiradicalaire diminue avec l’élévation de la température, elle demeure élevée à 200°C, avec des valeurs de CI50

inférieures à 40 mg/L, avec des rendements en polyphénols atteignant près de 7 % de la matière sèche. L’augmentation de l’extraction des polyphénols avec la température pourrait ainsi compenser en partie la perte d’activité antiradicalaire provoquée par une dégradation de ceux-ci. La récupération d’extractibles non phénoliques co-extraits, bien qu’aussi favorisée dans ces conditions de température, ne pénaliserait pas outre mesure leur activité antiradicalaire.

L’activité des extraits d’écorces de pin maritime est remarquablement élevée à faible température d’extraction (Figure II-4b) : la CI50 reste inférieure à 10 mg/L jusqu’à 150°C,

pour des rendements en polyphénols compris entre 1 et 3 % en matière sèche, et l’activité antiradicalaire ne diminue que faiblement avec l’augmentation de la température jusqu’à 200°C (puisque la CI50 est inférieure à 15 mg/L). Bien que la quantité d’extractibles totaux

augmente nettement avec la température, le rendement en polyphénols extraits augmente lui aussi et la teneur en polyphénols dans l’extrait sec reste également élevée. Les polyphénols extraits des écorces de pin maritime apparaissent moins sensibles à une dégradation thermique et leur activité antiradicalaire est élevée. En effet, si l’on compare les activités antiradicalaires maximales déterminées par le plan d’expérience (Tableau II-39), la valeur de la CI50 de

l’extrait d’écorces de pin maritime pourrait atteindre la valeur de la substance de référence, le Trolox, qui est de 3,7 mg/L dans les mêmes conditions.

Tableau II-39 : Activités antiradicalaires maximales et conditions de température et de pression permettant de les atteindre, d’après le plan d’expérience pour l’extraction par l’eau subcritique des nœuds et écorces de pin maritime et de peuplier

Matière

première Température (°C) Pression (bar) Activité antiradicalaire des extraits, CI50 (mg/L)

PM-Nd 100 131 17,2

PM-Ec 100 50 4,3

Pe-Nd 108 104 53,9

Pe-Ec 100 95 19,1

II.3. Conclusion

Les coproduits de pin maritime sont plus riches en composés hydrosolubles extractibles à l’eau à 100°C (8,3-12,9 % en matière sèche) et en composés lipophiles extractibles au cyclohexane à 81°C (4,8-16,7 % en matière sèche) que les coproduits de peuplier (4,5-7,3 % et 2,6-3,8 % en matière sèche, respectivement). Les nœuds de pin contiennent une quantité de composés lipophiles très élevée, produits en réponses au stress de l’arbre, semblant interférer avec l’utilisation du réactif NDF, destiné à solubiliser les composés extractibles alors que de grandes quantités d’extractibles, dont des protéines et des matières minérales, sont récupérées des souches de pin maritime et des écorces de peuplier à l’aide de ce solvant. La teneur élevée en matières minérales des souches de pin maritime (7,9 % en matière sèche) pourrait porter préjudice aux moyens d’extraction employés par la suite. Par ailleurs, les coproduits de pin maritime et de peuplier sont, d’une manière générale, des matériaux très cellulosiques (50,9-63,0 % des fibres) contenant de faibles quantités de lignines (12,6-15,5 % des fibres) pour des organes d’arbres.

Les écorces de pin maritime et de peuplier sont les matières les plus riches en polyphénols extractibles à l’eau à 100°C en Fibertec (rendement de 1,88 % et 1,74 % en matière sèche, respectivement) mais la nature des polyphénols, déterminée en fonction de leur affinité pour des solvants de polarité différente et l’activité antiradicalaire des extraits, n’est pas la même pour tous les coproduits. Les polyphénols extraits des nœuds de pin maritime et de peuplier et des écorces de peuplier sont moyennement polaires voire apolaires, dans le cas des nœuds de pin maritime, tandis que les polyphénols extraits d’écorces de pin maritime sont polaires. L’activité antiradicalaire des extraits évolue généralement avec leur concentration en

solvants polaires tels que le méthanol et l’éthanol sont les plus actifs, comme donneurs de proton, pour chaque coproduits, ce qui est cohérent avec l’affinité des polyphénols extraits pour ces solvants. Les extraits éthanoliques et méthanoliques des écorces ont une activité antiradicalaire très élevée (8,7-9,8 mg/L et 8,3-9,0 mg/L, respectivement), proches de la référence Trolox.

L’extraction en eau subcritique entre 100 et 200°C et 50 et 150 bar permet d’obtenir des rendements en extractibles totaux et en polyphénols supérieurs à ceux des techniques traditionnelles, notamment grâce à la diminution de la polarité de l’eau. L’élévation de la température entraîne une augmentation de ces rendements, qui s’accompagne certainement d’une hydrolyse de certains composés insolubles. La perte de masse par dégradation dans la gamme de températures étudiée (100-200°C) est plutôt faible, avec une perte maximale de 3,7 % en matière sèche pour les écorces de peuplier. La teneur en polyphénols des extraits diminue avec l’augmentation de la température à cause d’une dégradation des polyphénols et d’une co-extraction de composés non-phénoliques. L’effet est plus marqué pour les nœuds de pin maritime et les écorces de peuplier, les matières les plus riches en polyphénols (diminution de 250 à 65 mgEAG/g d’extrait sec et de 365 à 174 mgEAG/g d’extrait sec, respectivement). L’activité antiradicalaire des extraits est également affectée par la température d’extraction et, pour des températures élevées, le couple température-pression. Cette influence est moins marquée pour l’activité des extraits d’écorces de pin maritime et de peuplier dont l’activité antiradicalaire reste élevée à 100°C (de 4,3 et 19,1 mg/L, respectivement), proche de l’activité de la référence Trolox, et ne décroit pas fortement à 200°C. De même, les extraits réalisés en eau subcritique entre 125°C et 200°C sur du romarin (Rosmarinus officinalis) ont présenté une CI50 autourde 11,3 mg/L, tandis que des extraits

réalisés entre 120°C et 220°C sur des fruits de myrobalan (Terminalia chebula) ont présenté une CI50 autour de 1,8 mg/L (Ibañez et al., 2003; Rangsiriwong et al., 2009). On remarque

que, selon les matières premières, la réponse de l’activité antioxydante des extraits n’est pas toujours identique à la réponse de la concentration en polyphénols totaux des extraits. De nombreuses études n’ont pas réussi à établir une corrélation significative entre la teneur en polyphénols des extraits de plantes et leur activité antioxydante (Zhang and Hamauzu, 2004; Ku et al., 2007). Certains composés réagissent positivement avec le réactif de Folin-Ciocalteu mais ne répondent pas au test du DPPH, comme des monophénols, moins efficaces que les piégeurs de radicaux que les polyphénols (Qian and Nihorimbere, 2004). Le test de Folin- Ciocalteu permet de quantifier les polyphénols ainsi que les protéines présentant des résidus

tyrosine, mais peut répondre à d’autres composés facilement oxydables (Singleton and Rossi, 1965). D'autre part, les composés antioxydants tels que des impuretés polaires non phénoliques et oxydables à l’image des sucres réducteurs et des acides peuvent réduire le radical DPPH (Burns et al., 2000; Mozetic et al., 2006).

Néanmoins, les coproduits de bois sont des matières riches en polyphénols et en composés antioxydants dont l’extraction est influencée par la température d’extraction et la polarité du solvant. La quantité de ces matières produites chaque jour nécessitent la mise en œuvre d’une méthode d’extraction solide/liquide à l’échelle industrielle.