1.8 Procédés d’extraction de Romarin .1 Principe
1.8.3 Exemples des Procédés d’extraction de Romarin
Plusieurs techniques d’extraction ont été observées dans la littérature pour extraire l’huile essentielle de Romarin. Les méthodes les plus utilisées sont l’hydrodistillation, l’entraînement à la vapeur et l’extraction par solvants organiques. Cependant ces dernières années l’intérêt a surtout porté sur l’introduction de nouvelles techniques qui sont plus
économiques et capables de donner une huile essentielle de haute qualité comme dans le cas
de l’extraction par fluide supercritique et la détente instantanée contrôlée.
L’extraction par fluide supercritique est l’une des technique qui a connue une très
premier travail d’extraction de l’huile essentielle de Romarin par le CO2 supercritique revient à 1992 quand Reverchon et Senatore [76] ont réalisé l’extraction de l’huile essentielle de
Romarin par le CO2 supercritique à partir des feuilles de Romarin suivie par un
fractionnement de l’extrait dans deux séparateurs. L’huile extraite et celle obtenue par
hydrodistillation ont été analysées par chromatographie en phase gazeuse montrant pratiquement la même composition mais avec des pourcentages différents. Le montage utilisé
est représenté sur la figure 1.9. Il est constitué d’un extracteur dont la capacité est de 400 ml,
suivi par deux séparateurs installés en série de 200 ml chacun.
Figure 1.9 Dispositif d’extraction par CO2 supercritique; E : Extracteur, S1 et S2 séparateurs, FM dispositifs de mesure d'écoulement [76]
Le rendement d’extraction par fluide supercritique était de 1.03 % (g de huile/g de la matière
végétale sèche).
L’hydrodistillation est réalisée pendant deux heures, selon les recommandations de la
procédure standard de « European Pharmacopoeia ».
L’analyse par GC-MS a été réalisée par un Hewlett Packard 5890 équipé par un spectromètre
de masse MSD 5970 HP. Les pourcentages de chaque groupe de constituants obtenus par les deux méthodes sont résumés dans le tableau 1.5 suivant :
Tableau 1.5 Pourcentage des groupes de constituants de l’huile essentielle de Romarin
obtenue par extraction par CO2supercritique et par hydrodistillation
Groupe de constituants Extraction par CO2 SC (%) Hydrodistillation (%)
Monoterpènes 15.5 36.5
Monoterpènes Oxygénés 73.7 59.4
Sesquiterpène Oxygénés 0.8 0.9
Autres constituants 1.3 0.7
En 1997 Luiz et al. [77] ont étudié les effets de la température et de la densité du solvant sur les caractéristiques des extraits obtenus à partir de l'extraction par fluide supercritique (SFE) des composés volatils de Romarin brésilien employant l'anhydride carbonique (CO2) comme solvant
Figure 1.10 Schéma de l'appareillage de SFE [77] ; A réservoir du CO2, B refroidisseur, C et D bains thermostatiques, E colonne d'extraction, F tube de collection, G dispositifs de mesure d'écoulement, H pompe à haute pression, I capteur de pression absolue, J réchauffeur électrique
Les expériences ont été exécutées dans une unité à l’échelle de laboratoire (semi-batch), à
deux températures différentes de 310.15 et 320.15 K, sur un intervalle de pression de 100 à 160 Bar. Cette étude a permis de déterminer le point de croisement et la solubilité maximum d'huile. Les produits ont été analysés par GC-MS. Le modèle proposé par Sovova [90](1994) a été adopté afin d'essayer d'interpréter les phénomènes de transfert de masse dans le
processus d'extraction. La figure 1.10 montre l’unité conçue et réalisée localement pour mener
les expériences à l'échelle de laboratoire. Approximativement une expérience complète durait
environ 500 minutes. L’huile extraite était analysée par GC-MS.
Le modèle adopté pour ce cas pour représenter le processus d'extraction considère un solvant passant axialement par un lit de matière végétale fraisée dans un extracteur
cylindrique et il suppose que la température et la pression sont maintenues constantes dans
tout l'extracteur. La résolution du système d’équations obtenu à partir des bilans se fait par le
modèle de Sovova [90].
Les valeurs de toutes les propriétés des échantillons et du solvant ainsi que celles des rendements du processus d'extraction sont données dans le tableau 1.6 avec les paramètres caractéristiques du lit dans les conditions étudiées dans ce travail. Le rendement a été défini comme étant le pourcentage de masse d'huile extraite par rapport à la charge initiale de la matière première dans l'extracteur. Les valeurs de solubilité ont été obtenues en prenant la pente de la partie linéaire (taux d'extraction constant) des courbes d'extraction. Les densités du solvant ont été estimées par la corrélation de l'Angus et al. [78].
Tableau 1.6 Propriétés physique de la matière végétale et du solvant et rendements obtenus
T (K) P (Bar) ρs (g/cm3) ρf (g/cm3) ε yr 103 U (cm/min) rendement (%) 310.15 100 0.4896 0.6865 0.5573 1.750 0.174 0.600 310.15 120 0.4896 0.7504 0.5573 2.450 0.140 0.788 310.15 140 0.4896 0.7882 0.5573 2.150 0.139 0.770 310.15 160 0.4896 0.8165 0.5573 2.000 0.135 0.643 320.15 100 0.4896 0.4496 0.5573 0.535 0.244 0.303 320.15 120 0.4896 0.6337 0.5573 1.280 0.165 0.470 320.15 140 0.4896 0.7042 0.5573 2.400 0.131 0.631 320.15 160 0.4896 0.7468 0.5573 2.800 0.147 0.870
Figure 1.11 Courbes d'extraction obtenues, A : 310.15 K et 160 Bar, B : 310.15 K et 100 Bar
Temps (min) Temps (min) Ext ra it g d’ hui le /g ma tiè re Ext ra it g d’ hui le /g ma tiè re B A
La figure 1.11 montre la variation de la solubilité de l’huile essentielle en fonction de la
température et de la pression où il peut être constaté que le croisement se dirige vers une
pression de 140 Bar et la solubilité maximale à 310.15 K est atteinte dans l’intervalle de
pression de 120 à 140 Bar. Donc une augmentation de la pression à une température constante peut donner une augmentation de la solubilité due à une élévation de la densité du solvant.
Figure 1.12 Point de croisement pour l'huile essentielle de Romarin par le CO2supercritique
En 1998, Rezzoug et al. [74] ont extrait les huiles essentielles de Romarin de France en utilisant un nouveau procédé économique et très flexible appelé la Détente Instantanée Contrôlée (DIC). Il consiste à soumettre les feuilles de Romarin à une pression de vapeur de 0,5 à 3 bar pour une durée assez courte, suivi par une décompression instantanée sous vide
(15 mbar). Ils ont étudié par la suite l’influence de la pression, du temps et du nombre de
décompression sur l’efficacité de l’extraction. Ils ont montré que, pour une teneur en eau des
feuilles maintenue à 35%, une pression de 1 bar et un temps de traitement de 10 minutes avec
deux compressions, l’une au milieu et l’autre à la fin du traitement thermique, plus de 90% de l’huile essentielle peut être extraite.
En 1999 Ibanez et al. [79] ont réalisé une extraction par fluide supercritique de Romarin à des pressions et températures fixes. Une fraction de l'oléorésine obtenue détermine
l’activité antioxydante et l’autre l’huile essentielle. Des feuilles de Romarin obtenues à partir
de différentes sources ont été extraites et évaluées en termes d'activité antioxydante et Pression (Bar) S ol ubi li té ( g hui le /g C O2
rendement en huile essentielle. Des feuilles de Romarin (Officinalis de Rosmarinus) ont été obtenus à partir de trois sources différentes : (1) épice commerciale de Romarin (McCormick, Madrid, Espagne) obtenue dans un marché local ; (2) feuilles sèches de Romarin obtenues à partir du magasin d'un herboriste (sec en utilisant la méthode traditionnelle, comme suit : une fois que rassemblée, la matière végétale est aérée pour enlever l'humidité, les feuilles sont
couvertes afin d’éviter la lumière du soleil, ce qui permis de les sécher dans un endroit aéré
pendant 20-30 jours ; (3) les feuilles fraîches de Romarin se sont récoltée d'un jardin à
Madrid, Espagne. Les échantillons 1 et 2 ont été soumis à l'extraction sans d’autre
prétraitement, tandis que l'échantillon 3 a été séché selon les procédures suivantes: (a) lyophilisation (dessiccation); (b) placement dans un four a 45 °C; (c) placement dans un évaporateur rotatif sous vide a 35 °C. Les échantillons ont été broyés et stockés dans des flacons ambre dans le réfrigérateur prêts pour être utilisés.
Un Suprex PrepMaster (Suprex Corp., Pittsburgh) extracteur supercritique a été utilisé pour exécuter toutes les expériences. Un échantillon de 0.85g (base de poids sec) a été placé dans une cellule d'extraction d'acier inoxydable de 5 ml. Le débit de CO2 supercritique était commandé à l'aide d'une soupape à pointeau en tant que restrictif variable, des débits unitaires entre 3 et 4 mL/min ont été obtenus aux conditions expérimentales examinées. L'échantillon a
été soumis à l’extraction en utilisant une méthode en deux étapes : la première fraction a été
obtenue a 40°C et 10 MPa et la deuxième à 40 MPa et 60°C. Le temps d'extraction était de 5 minutes extraction statique suivie de 30 minutes d'extraction dynamique pour chaque étape. Le résidu obtenu par la première extraction a été ré- extrait aux conditions fixées.
La deuxième fraction, qui contient les composés antioxydants, a été obtenue par l'extraction aux conditions précédemment suggérées par d'autres auteurs [80, 81]. Des extraits liquides supercritiques ont été rassemblés dans un dispositif particulièrement conçu qui a deux avantages principaux comparés aux dispositifs de rassemblement conventionnels:la minimisation des pertes de matière et la conservation des composants volatils d'huile essentielle dans la première fraction . La figure 1.13 montre le schéma du dispositif réalisé au
laboratoire. Il se compose d’une chambre divisée en deux pièces avec la partie inférieure
contenant une fiole en verre remplaçable (2 cm × 0.5 cm) où l'extrait se dépose pendant l'extraction. La fiole est entourée par une jaquette de refroidissement utilise un gaz ou un liquide bien choisi.
Figure 1.13 L'arrangement du dispositif conçu pour rassembler les extraits après extraction
[79]
En utilisant ce dispositif, des rendements entre 1 à 1.5% (par rapport au poids de la matière sèche) pour la première fraction et de 1 à 1.8% (par rapport au poids de la matière sèche) pour
la deuxième fraction ont été obtenus. La composition de l’huile des deux fractions est
caractérisée par un GC-MS et des différences en composition en huile essentielle ont été obtenues en raison du type de Romarin et de la méthode de prétraitement. La composition en huile essentielle la plus proche de Romarin frais, comparativement aux résultats précédents obtenus par Reglero et al. 1989, correspond a l’échantillon de Romarin 2 (ramène d’un
magasin du herboriste, sec à la température ambiante); ses composants principaux étaient ceux typiquement décrits pour le Romarin , c'est-à-dire, le camphre (40%), le 1, 8-cineole (12%), le verbénone (9%), le bornéol ( 7%), et l'acétate de bornyle (2.5%).
Par conséquent cette étude montre bien la grande influence de type de Romarin et de prétraitement de séchage sur les résultats finaux, particulièrement à la température ambiante et dans un endroit aéré.
En 2003 Leal et al. [82] ont évalué des extraits de Gingembre (officinale Roscoe de Zingiber), de Romarin (officinalis L. de Rosmarinus), et de Safran des indes (longa L. de safran des Indes). Les extraits ont été obtenus en utilisant le CO2 supercritique avec et sans
cosolvant (éthanol, isopropyle alcool). Les extraits de gingembre et de safran des indes ont été obtenus par le biais de travaux précédents dans le même laboratoire [83-84].
Les feuilles sèches de Romarin d’origine brésilienne maintenue à 20°C ont été emballées dans des sachets en plastique, sous vide afin de les protéger de la lumière et donc d’une éventuelle
photo- dégradation. La quantité totale de matière solubilisée et le rendement global à une température et une pression indiquées ont été déterminés en utilisant un système d’extraction
par fluide supercritique équipé d'une cellule d'extraction de 3 ou 5 ml. Le rendement de
l’extraction est calculé comme étant le rapport de la masse d'extrait par le CO2 et la masse
initiale de Romarin (masse sèche). Des expériences ont été réalisées à des pressions de 200 et 300 Bar et des températures du 30, 40, et 50°C. Les extraits de Romarin ont été analysés dans un chromatographe GC-MS. Le tableau 1.7 montre les rendements globaux pour l’extraction
de l’huile essentielle de Romarin par le CO2 supercritique.
Tableau 1.7 Rendement de l’extraction par CO2 supercritique de Romarin en fonction de la pression et la température [82]
Conditions opératoires 200 Bar 300 Bar
30°C ρCO2 = 890.5kg/m3 R = 4.1 ± 0.5 ρCO2 = 948.0 kg/m3 R = 4.5 ± 0.5 40°C ρCO2 = 839.8 kg/m3 R = 3.2 ± 0.5 ρCO2 = 909.9 kg/m3 R = 4.7 ± 0.5 50°C ρCO2 = 784.3 kg/m3 R = 3.0 ± 0.5 ρCO2 = 830.4 kg/m3 R = 4.2 ± 0.5
Le rendement global était approximativement indépendant de la température à la pression de 300 Bar avec une valeur moyenne de (4.4 ± 0.5) (%poids), contrairement à la pression de 200 Bar où il a diminué de (4.1 ± 0.5) à 30°C à (3.0 ± 0.5) à 50°C.
Ce comportement du rendement global est analogue à celui de la solubilité d'un corps dissous dans un fluide supercritique. Il y a deux effets principaux de la température sur la solubilité (rendement global) : (1) la pression de vapeur de corps dissous et (2) la densité du solvant. La densité de CO2 diminue à mesure que la température augmente aux deux pressions, mais à la pression de 200 Bar cet effet est prédominant, par conséquent, le rendement global (solubilité) de l'extrait de Romarin a diminué et le phénomène rétrograde a été observé. A la pression de 300 Bar, l'augmentation de la pression de vapeur du corps dissous avec la température est
également importante à la diminution de la densité du solvant, ainsi, le rendement global reste approximativement constant.
Le tableau 1.8 montre la composition des extraits de Romarin. Le constituant principal détecté dans les extraits de Romarin était le camphre.
Tableau 1.8 Composition des extraits de Romarin [82]
Constituant Pourcentage (%) Alpha-pinène 2.2 1,8 Cineole 10.3 Camphor 39.6 Borneol Trace Alpha-terpineol Trace Verbenone 20.3 Trans-caryophyllene 10.3 Nonaeicosane 5.7 Heneitriacosane Trace Non identifie 11.6
En 2005, Rezzoug et al. [75], ont optimisé les conditions opératoires de l’extraction de l’huile essentielle de Romarin par DIC en utilisant la méthode des surfaces de réponse. Les
conditions opératoires optimales obtenues sont les suivantes : une pression de 410 kPa, une
teneur en eau égale à 0,40g d’eau/g de matière séchée, et un temps d’environ 16 minutes.
En 2005 aussi, Lo Presti et al. [85] ont extrait l’huile essentielle de Romarin de l’Italie par différentes méthodes à savoir l’hydrodistillation (HD), le solvant organique (solution
d'hexane/acétone «70/30») (SO), l’hydrodistillation accélérée par micro-ondes (HDAM), et le
CO2 supercritique (CO2-SC) (P=250 atm, T=60°C, masse de l’échantillon=50g, débit du
CO2= 5 ml/min et le temps d’extraction 30 minute).
Les feuilles de Romarin de Messine (Italie) ont été récoltées en juillet 2004 et utilisées pour chaque processus de distillation et d'extraction.
La composition chimique identifiée par CG-MS des huiles essentielles de Romarin obtenues par les différentes techniques ainsi que la composition rapportée par la Pharmacopée Européenne est donnée par le tableau 1.9.
Tableau 1.9 : Composition chimique des huiles essentielles de Romarin extraites par
différentes techniques [85]
Composant Littérature SO HDAM HD CO2-SC
α-pinène 9-14 12,1 8,1 8,6 2,3 camphène 2,5-6 3,5 2,7 2,6 1,1 β-pinène 4-9 4,5 6,3 4,8 2,3 myrcène 1,2-2 1,9 2,1 2 1,1 ρ-cymène 0,8-2,5 -- 0,5 1,6 0,7 1,8-cinéole 38-55 50,8 45,8 56,9 35,6 camphre 5-15 2,5 5,9 5,9 3,7 bornéol 1,5-5 2,8 2,9 2,5 6,8 α-terpinol 1-2,6 3,3 3,1 2,3 5,9 acétate de bornyle 0,1-1,5 0,6 1,1 0,5 1,1
Les huiles obtenues par hydrodistillation, hydrodistillation accélérée par micro-ondes et par solvant organique ont montré une composition quantitative similaire aux gammes des quantités rapportées par la Pharmacopée Européenne. En ce qui concerne les principaux
composants aromatiques, tels que β-pinène, myrcène, et camphre, les huiles obtenues par
hydrodistillation accélérée par micro-ondes en contiennent les quantités les plus élevées. Par contre, ces huiles contiennent la plus faible quantité de ρ-cymène. Ce dernier est un produit
dérivé de la dégradation thermique de l’α-terpinène.
Dans la même année Carvalho Jr. et al. [86] ont étudié les rendements et les courbes globales d'extraction de Romarin par le CO2 supercritique. La composition chimique et l'activité antioxydante des extraits de Romarin ont été aussi déterminées. Les expériences ont été exécutées dans deux unités d'extraction supercritiques.
Les rendements globaux ont été déterminés pour les isothermes de 30 et de 40°C pour des pressions de 100-300 Bar et où la valeur la plus élevée a été obtenue à 40°C et 300 Bar. Les composés principaux détectés dans les extraits étaient le camphre et 1,8-cineole.
Les modèles de Crank et al. [89], Sovova [90], Goto et al. [91], Esquivel et al. [92], Tan et Liou [93], et Martınez et al. [94] ont été quantitativement adaptés aux courbes globales d'extraction. Néanmoins, les déviations moyennes pour les modèles de Martınez et al. [94],
Crank et Coll [89], et Tan et Liou [93] étaient approximativement cinq fois plus grandes que celles par les modèles de Goto et al. [91], Sovova [90], et d'Esquivel et al. [92].
Le Romarin utilisé dans cette étude a été cultivé dans la municipalité de Botucatu (Sao Paulo, Brésil). L'humidité a été déterminée par la méthode de distillation au xylol décrite par Jacobs [87].
En 2008 A Z. Genena et al. [97] ont obtenu des extraits des feuilles de Romarin par
l’extraction par fluide supercritique et par l'extraction avec solvant. Leurs compositions
chimiques ont été évaluées par GC-MS afin de montrer leurs activités antimicrobiennes et antioxydantes.
Le Romarin est une épice employée couramment comme une Herbe médicinale autour du monde. Le romarin a été largement accepté en tant qu'une des épices avec l'activité antioxydant la plus élevée [98-99]. De l'huile essentielle de Romarin est également employée en tant qu'antibactérien, antifongique [74], [100-101] et agent anticancéreux [82]. Beaucoup de composés ont été isolés dans le Romarin, y compris des flavones, les diterpènes, les stéroïdes, et les tri terpènes. De ces derniers, l'activité antioxydante des extraits de Romarin a été principalement liée à deux diterpènes phénoliques: les acides carnosol et carnosique [103]. Les composés principaux responsables de l'activité antimicrobienne sontα- pinène, acétate de
bornyle, camphre et 1,8-cineole [104-105].
L'unité de laboratoire de l’extraction par fluide supercritique présentée sur la figure 1.15a été conçue et établie à l’université de Hambourg (Allemagne). L'unité se compose
principalement de bouteille du CO2, un compresseur, un extracteur (volume 100ml) et trois bains thermostatiques (un pour refroidir et deux pour le chauffage). Le CO2 comprimé passe par la soupape d'admission dans l'extracteur. L'écoulement du solvant a été ajusté par une valve extrêmement sensible de micro aiguille et dosé avec un rotamètre.
Dans une étude comparative une extraction par solvant a été effectuée en parallèle en utilisant
Figure 1.14 Schémas représentatif d’une unité d’extraction par fluide supercritique [97]
Le tableau 1.10 montre les rendements globaux pour l'extrait par extraction supercritique et l'extrait par solvant organique de Romarin. Le rendement global augmente avec
l’augmentation de la pression. Pour des pressions entre 200 et 300 Bars, il y avait une augmentation du rendement d'extraction avec l’augmentation de la température et le
comportement opposé a été observé pour de basses pressions à 100 Bars, comme rapporté aussi par [86]. Le rendement global le plus élevé (3.52 %) a été obtenu à 300 Bars et 50°C et le plus faible (1.50%) à 100 bars et 50°C. Ces rendements étaient inférieurs à ceux obtenus en utilisant l'extraction par l'éthanol (30.25%) et l'extraction par l'hexane (8.76%).
Différents extraits de feuille de Romarin ont été examinés par GC-MS. Le composant le plus abondant dans tous les échantillons était isocarnosol qui est connu comme un antioxydant important dans le Romarin [106]. Les extraits contiennent également les
α-pinène, acétate de bornyle, camphre et carvacrol, qui sont responsables de l'activité antimicrobienne dans le Romarin [104-107].
Tableau 1.10 Comparaison des rendements obtenus par extraction par solvant organique et
l’extraction par le CO2 supercritique de Romarin[97]
Méthode d’extraction Rendement obtenu (%)
Extraction par l’hexane 8.76
Extraction par l’éthanol 30.25
Extraction par FSC 30°C et 100 Bar 2.41
Extraction par FSC 40°C et 100 Bar 2.27
Extraction par FSC 50°C et 100 Bar 1.50
Extraction par FSC 30°C et 200 Bar 2.56
Extraction par FSC 40°C et 200 Bar 2.66
Extraction par FSC 50°C et 200 Bar 3.32
Extraction par FSC 30°C et 300 Bar 3.10
Extraction par FSC 40°C et 300 Bar 3.18
Extraction par FSC 50°C et 300 Bar 3.52
En 2009 Bensebia et al. [108]. ont étudié les effets des paramètres opératoires sur
l'extraction de l’huile essentielle de Romarin en utilisant l'anhydride carbonique supercritique.
Les paramètres testés sont le diamètre des particulaire (dp 0.150-0.436 mm), le débit du solvant (1-5 g/min), la pression d’extraction (100-180 Bar), la température (40-60°C) et l’addition de l'éthanol comme co-solvant avec un pourcentage de 3% en masse. Dans le
procédé un séparateur à deux étages a été utilisé pour induire la séparation partielle des extraits. Le modèle de Sovova [90] a été utilisé pour décrire le processus d'extraction. La fraction del’huile difficilement accessible xk et les coefficients de transfert de masse dans la phase fluide (kfa) et la phase solide (ksa) ont été utilisés en tant que paramètres ajustable du modèle.
Le Romarin est une plante aromatique utilisée en médecine et dans l’industrie
alimentaire, pour les produits de beauté. Les extraits de Romarin (Officinalis de Rosmarinus L.) possèdent des propriétés antioxydant significatives dues à la teneur des diterpènes phénoliques, la composition de l'extrait de Romarin change en raison des facteurs de climat. Peu d'études au sujet de la composition chimique de Romarin algérien ont été rapportées, le
romarin d’Alger contient 30-50% de 1, 8-cineole [109] et un chemotype camphre/bornéol
L'huile est traditionnellement obtenue par l’hydrodistillation qui peut mener à la dégradation
des composés thermolabiles et à l'hydrolyse partielle de l'eau. L'extraction avec de l'anhydride carbonique supercritique comme méthode alternative préserve les composants indigènes d'huile essentielle mais le solvant peut dissoudre également d'autres groupes de composés. L'efficacité du procédé partiel de séparation a été démontrée par Reverchon et al. [76].
1.9 Conclusion
Ce chapitre a bien permis de revoir les propriétés des fluides supercritiques et surtout
leur exploitation dans les procédés d’extraction de produits assez importants pour des secteurs
très sensibles comme les industries agroalimentaires et pharmaceutiques. La revue a été axée
surtout sur le dioxyde de carbone qui est utilisé à l’état supercritique pour extraire de l’huile essentielle d’une plante locale algérienne le romarin.
A travers cette revue bibliographique il a été bien constaté combien le pouvoir solvant
à géométrie variable d’un fluide supercritique peut offrir des possibilités en terme de