VIII.1. Composition chimique
L’étude de la composition chimique des poudres hémicellulosiques produites par précipitation éthanolique, lyophilisation et atomisation après les différents traitements de purification subit montre des compositions en matières sèches très élevées. Ces matières sèches sont majoritairement composées de matières organiques, elles mêmes composées d’hémicelluloses, de protéines et de lignine (Figure 80).
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 % de M at iè re s
La composition en ces matières et molécules est assez similaires pour toutes les poudres produites, quelques soient les conditions de traitement, ce qui est assez logique car elles proviennent toutes du même extrait alcalin produit lors de l’étape de l’extrusion. Il apparaît que les différentes étapes de purification subites n’interfèrent pas au niveau de ces compositions, les quantités de matières organiques et d’hémicelluloses en particulier augmentent à peine de 5% après ces étapes.
Au contraire, la composition en matières minérales est très dépendante de ces traitements. Le taux de matières minérales diminue dans les poudres produites par précipitation alcoolique après les étapes d’ultrafiltration et de chromatographie sur résine échangeuse d’anion par rapport à celui présent dans les poudres obtenues par précipitation directe après évaporation, et ce pour les deux techniques de séparation Liquide/Solide utilisées. Ce résultat est souhaitable car il augmente la pureté des hémicelluloses isolées et conserve leurs propriétés rhéologiques et viscosifiantes.
En revanche, ce taux est plus élevé dans les poudres produites par lyophilisation. En effet, les sels minéraux qui n’ont pas été éliminés par l’ultrafiltration et qui restent présents dans les rétentats décolorés et lyophilisés, sont récupérés avec les hémicelluloses lors de cette étape. Les poudres obtenues par atomisation possèdent le taux en matière minérale le moins élevé par rapport à toutes les poudres produites. Ceci peut être expliqué par le fait que les sels minéraux, possèdant de petites tailles moléculaires par rapport aux macromolécules hémicellulosiques, sont éliminés lors de la séparation dans le cyclone de l’atomiseur.
Toutes ces observations montrent que finalement, même si l’étape de précipitation éthanolique constitue une étape supplémentaire de purification des hémicelluloses, elle n’est pas la seule méthode permettant de produire de poudres hémicellulosiques. Elle peut être bien remplacée par la lyophilisation mais plus avantageusement par l’atomisation.
A noter que moins de 60% de la composition en matière organique des poudres hémicellulosiques a été identifiée dans le cas de l’extrusion combiné paille/son, alors que l’identification dépassait les 80% dans le cas de l’extraction agité du mélange paille/son à l’échelle laboratoire. Ceci est probablement du au fait que l’extrusion peut entraîner la co- extraction de nombreuses autres molécules qui se retrouvent dans les poudres finales (pectines, cires végétales,…).
VIII.2. Composition en sucres
Comme pour les poudres hémicellulosiques produites à l’échelle laboratoire, la composition en sucres des poudres hémicellulosiques obtenues par extrapolation du procédé à l’échelle pilote a été étudiée par HLPC.
A l’issu des différentes étapes et traitements, les sucres composant les hémicelluloses isolées sont pratiquement les mêmes ce qui est assez logique, il s’agit de la même suspension hémicellulosique au départ (Figure 81).
La composition en xylose est majoritaire par rapport à celle d’arabinose, de glucose et de galactose, avec des ratios Xylose/Arabinose compris entre 2,6 et 3,3. Ces ratios sont caractéristiques des structures hémicellulosiques du son de blé, les ratios caractérisant la paille de blé étant aux alentours de 7. En effet, le trempage du son dans la solution alcaline pendant une heure avant son introduction avec la paille dans l’extrudeur bi-vis favorise l’extraction et la solubilisation des hémicelluloses du son par rapport à celles de la paille, le temps de séjour du mélange paille/son, une fois introduit dans l’extrudeur, étant très bref, de l’ordre de quelques minutes.
Ce résultat est souhaité puisque le but principal de l’extrusion est l’extraction des hémicelluloses du son possédant plus de propriétés viscosifiantes du fait de leurs chaînes très ramifiées. Ces chaînes ont tendances à former des films hémicellulosiques aux propriétés et caractéristiques très intéressantes pour des applications ultérieures. La paille sert juste de simple support pour le son dans l’extrudeur.
Néanmoins, les ratios Xylose/Arabinose obtenus sont légèrement supérieurs à ceux obtenus pour les poudres hémicellulosiques du son seul et du mélange paille/son à l’échelle laboratoire. Ceci indique qu’une partie des hémicelluloses de la paille est quand même extraite lors de l’extrusion, ou bien que le degré de branchement des chaînes hémicellulosiques dans ce cas est différent, du fait que la matière première (son et paille) utilisée pour la production des hémicelluloses à l’échelle pilote est différente de celle utilisée pour la production des hémicelluloses à l’échelle laboratoire ; les deux matières premières provenant de deux saisons de récolte différentes.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 % H é m ic e llul os e s
La somme de tous les monosaccharides présents constitue la pureté en hémicelluloses des poudres hémicellulosiques. Ces puretés augmentent légèrement après les étapes de purification mais restent très inférieures à celles obtenues lors de la production des hémicelluloses à l’échelle laboratoire. Cela peut être dû aux volumes assez importants obtenus après l’extrusion, à la multiplicité des étapes de traitement et au stockage des solutions dans la solution alcaline plusieurs jours avant d’être traitées. Ceci a peut être favorisée la dégradation des chaînes xylaniques et, lors de la production des poudres, a conduit à sous estimer les taux en hémicelluloses réellement extraits. De plus, l’action mécanique de l’extrudeur favorise l’extraction des molécules avec beaucoup moins de sélectivité que l’hydrolyse chimique. Au total, le taux d’hémicelluloses produites à la fin du procédé constitue 37,5% des hémicelluloses extraites lors de l’étape de l’extrusion et seulement 15,1% des hémicelluloses initialement présentes dans la matière végétale brute (son désamidonnée et paille broyée).
VIII.3. Couleur et aspect
L’étude des couleurs des poudres hémicellulosiques produites a été effectuée par mesure des indices de coloration (L*a*b*) par spectrocolorimétrie (Tableau 37).
L* a* b*
Etape de séparation Liquide/Solide : Centrifugation Pd – E – C – Ev – P 56,81 4,22 18,07 Pd – E – C – UF – P 58,97 4,55 18,01 Pd – E – C – UF – CHR – P 61,86 3,82 15,52 Pd – E – C – UF – CHR – L 47,24 7,44 27,90 Pd – E – C – UF – CHR – A 66,19 5,90 31,32 Etape de séparation Liquide/Solide : Filtration Centrifuge Pd – E – FC – Ev – P 57,15 3,56 16,98 Pd – E – FC – UF – P 55,84 5,32 18,00 Pd – E – FC – UF – CHR – P 61,66 3,51 15,51 Pd – E – FC – UF – CHR – L 46,32 8,69 30,31 Pd – E – FC – UF – CHR – A 67,02 5,39 31,70
Tableau 37 : Etude des couleurs des poudres hémicellulosiques produites à l’échelle pilote selon la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) par mesure des indices de couleur (L*a*b*), (cf. Figure 67 pour la codification)
Les indices de couleur des poudres produites dans le procédé utilisant la centrifugation comme technique de séparation Liquide/Solide sont très similaires à ceux des poudres