Chapitre III : Etude de l’extraction des polyphénols des coproduits de bois en extracteur
III.1. Etude de l’extraction des polyphénols en extracteur bi-vis BC45
III.1.3. Synthèse sur la mise en œuvre de l’extracteur bi-vis BC45 pour l’extraction
III.1.3.4. Cas des nœuds de pin maritime
Les nœuds de pin maritime, bien qu’apparemment aussi durs que les nœuds de peuplier, sont moins denses et contiennent aussi une forte proportion d’extractibles à l’eau chaude (13 %) et de composés résiniques lipophiles, extractibles au cyclohexane (17 %). Les rendements en extractibles en extracteur bi-vis, dans le domaine 100-150°C et pour des ratios liquide/solide entre 3 et 6 ne sont pas à l’image de ces potentiels extractibles : REXS au maximum L/S de 6 et
à 100°C atteint 1,8 % soit seulement 13 % du potentiel extractible. De même, le rendement en polyphénols (0,21 %) ne représente que 12,5 % des polyphénols extractibles (1,7 %). Mais comme dans le cas des souches de pin maritime, l’extraction solide/liquide de l’extrudat en extracteur bi-vis (Tableau III-50) montre que ces extractibles, dont les polyphénols, sont disponibles pour une seconde extraction avec des rendements équivalents.
Tableau III-50 : Conditions opératoires et débits de l’extraction solide/liquide en extracteur bi-vis BC45 réalisée sur l’extrudat de nœuds de pin maritime obtenu à un ratio L/S de 6 et 100°C
brut (kg/h) sec (kg/h) pompe 1 (kg/h) pompe 2 (kg/h) total brut (kg/h) clair brut (kg/h) clair sec (kg/h) 1er étage PM-Nd 5,59 100 13,9 13,5 15,0 60,0 63,5 57,3 0,24
2ème étage PM-Nd 4,81 100 20,0 9,9 2,5 35,0 40,8 36,4 0,16
polyphénols
(kgEAG/h) pied brut (kg/h) pied sec (kg/h) brut (kg/h) sec (kg/h) 1er étage PM-Nd 5,59 100 0,029 4,46 2,09 17,0 11,2 2ème étage PM-Nd 4,81 100 0,025 3,52 0,97 12,6 8,8 Matière première Ratio L/S Tempéra ture (T°C) Matière première Ratio L/S Tempéra ture (T°C) 23,5 27,5 Débit solide introduit Débit liquide introduit Débit filtrat
Débit filtrat Débit d'extrudat Intensité courant moteur (A)
Conditions opératoires : extraction aqueuse en extracteur bi-vis BC45, durée de l’extraction : 15 min, vitesse de rotation de vis : 206 rpm, répétition extraction n=1
Les rendements cumulés pour ces deux étages d’extraction en extracteur bi-vis atteignent 3,68 % pour les extractibles et 0,51 % pour les polyphénols, soit le quart des potentiels extractibles à 100°C au Fibertec. De même, l’augmentation du ratio liquide/solide (L/S de 7) selon les conditions décrites dans le Tableau III-51 avec un nouveau jeu de vis de contre-filet non usé assurant un meilleur pressage de la matière (Tableau III-52) ont généré plus de fines particules, mais ont également permis d’obtenir des rendements en extractibles de 2,6 % et en polyphénols de 0,35 %, lors d’un essai de longue durée (4 h) destiné à produire les extraits lyophilisés.
Tableau III-51 : Conditions opératoires et débits pour l’extraction solide/liquide sur une longue durée (4 h) des nœuds de pin maritime en extracteur bi-vis BC45
brut (kg/h) sec (kg/h) pompe 1 (kg/h) pompe 2 (kg/h) (kg/h)total clair brut (kg/h) clair sec (kg/h)
13,5 12,8 15,0 75,0 80,6 76,5 0,3
polyphénols
(kgEAG/h) pied brut (kg/h) pied sec (kg/h) (kg/h)brut (kg/h)sec
0,013 2,90 1,49 14,6 10,9
Débit solide Débit filtrat
Débit filtrat
Débit liquide
Débit extrudat Intensité courant moteur (A)
43,5
Conditions opératoires : extraction aqueuse en extracteur bi-vis BC45, vitesse de rotation de vis : 206 rpm, température d’extraction : 100°C, ratio L/S : 7, répétition extraction n=1
Tableau III-52 : Rendements et résultats d’extraction des nœuds de pin maritime pour l’extraction solide/liquide sur une durée de 4 h en extracteur bi-vis BC45
Rendement en extrudat sec (g par 100 g de matière sèche), REXS
Rendement en extractibles (g par 100 g de matière
sèche), RES
Rendement en pied sec au filtrat (g par 100 g de
matière sèche), RPF
Matière sèche de l'extrudat (g par 100 g de
matière sèche), MSEX
85,8 2,6 11,6 74,9
Rendement en filtrat clair (g par 100 g d'eau
injectée), RFC Rendement en polyphénols (g EAG par 100 g de matière sèche), RPS Activité antiradicalaire, CI50 (mg/L) EMS (W.h/kg) 83,9 0,35 46,4 516
L’activité antiradicalaire des extraits obtenus à l’extracteur bi-vis à partir des nœuds de pin maritime est élevée (CI50 de 56 mg/L pour le ratio L/S de 6 et de 46 mg/L pour le ratio L/S
de 7) et le second passage d’extraction permet aussi d’obtenir une activité élevée (36 mg/L), proche de celle obtenue pour les extraits à 100°C au Fibertec (CI50 de 22 mg/L).
Les rendements d’extraction peuvent apparaître plus faibles dans le cas des nœuds de pin maritime et de peuplier, coproduits les plus durs. Mais ces résultats sont obtenus pour des temps de séjour (quelques minutes à un ratio L/S de 6) et des taux de solvant nettement plus faibles que ceux mis en œuvre pour déterminer les teneurs en hydrosolubles et en polyphénols (1 h avec un ratio L/S de 100). Par ailleurs, la comparaison avec les rendements obtenus par extraction à l’ASE dans une gamme de température de 50 à 150°C, sous une pression de 35 à 50 bar et un ratio L/S de 25 (Figure III-29), montre que, dans l’intervalle 50-100°C, l’obtention d’extractibles et de polyphénols dans l’extracteur bi-vis se fait avec une efficacité proche. A 100°C, et pour deux passages dans l’extracteur bi-vis, correspondant au total à un ratio L/S de 13, les nœuds de pin maritime conduisent à un rendement en extractibles (3,68 %) et en polyphénols (0,51 %) atteignant 72 % des valeurs de rendements d’extraction obtenus à l’ASE à 100°C sous 42,5 bar.
Figure III-29 : Comparaison des rendements en extractibles et en polyphénols extraits des nœuds de pin maritime et de peuplier en extraction bi-vis BC45 et à l’extracteur ASE
Conditions opératoires :
- Extraction aqueuse en extracteur bi-vis BC45, vitesse de rotation de vis : 206 rpm, répétition extraction n=1
- Extractions à haute température sous pression en ASE 100, masse de matière : 1,5 g frais, durée d’extraction : 5 minutes, répétition extraction n=3,
*Dosage par la méthode de Folin-Ciocalteu, exprimé en Acide Gallique (EAG), répétition analyse n=3
Au-delà de 100°C, le différentiel de rendement d’extraction entre les deux techniques s’accroît considérablement. L’élévation de la température de consigne de la zone d’extraction de l’extracteur bi-vis n’augmente alors pas significativement les rendements en polyphénols extraits, ni l’activité antiradicalaire des extraits (CI50 de 56 mg/L pour PM-Nd et 107 mg/L
pour Pe-Nd, obtenues à 100°C de température de consigne). Par contre, cette activité est deux fois moins élevée que celle des extraits obtenus en conditions subcritiques de l’eau (Figure III-30) (CI50 de 30 mg/L pour PM-Nd et 51 mg/L pour Pe-Nd à 125°C et une pression de 50 et
température de consigne et/ou que la pression dans l’extracteur bi-vis est inférieure à celle atteinte en ASE. On remarque que lors des extractions en ASE, l’activité antioxydante des extraits de nœuds est affectée par la température au-delà 125°C, qui correspondrait à une température de dégradation des composés actifs.
Figure III-30 : Activité antiradicalaire des extraits de nœuds de pin maritime et de peuplier obtenus à l’extracteur ASE
Conditions opératoires : extractions à haute température sous pression en ASE 100, masse de matière : 1,5 g frais, durée d’extraction : 5 minutes, répétition extraction n=3, détermination par méthode au DPPH, exprimée en Concentration Inhibitrice de 50 % des radicaux (CI50), répétition des analyses n=3
Il apparait donc que les nœuds de pin maritime sont les coproduits les plus intéressants pour l’étude du transfert d’échelle du procédé d’extraction solide/liquide en extracteur bi-vis :
- Les extractions conduisent aux concentrations en polyphénols dans l’extrait sec les plus élevées (78 à 145 mg d’EAG par g d’extrait sec), à des rendements en extrudat élevés (supérieure à 83 %) et à une EMS limitée (en majorité inférieure à 300 W.h/kg). - L’augmentation des rendements d’extraction peut être obtenue par augmentation du
ratio L/S et/ou par la mise en œuvre d’un second étage d’extraction.
- L’activité antioxydante de l’extrait pourrait être encore améliorée dans la mesure où il serait possible d’atteindre les conditions de température et de pression dans l’extracteur bi-vis permettant à l’eau de passer à l’état subcritique.