Chapitre I : Les coproduits de l’industrie papetière, des matières riches en polyphénols
I. 3.1.5.3 L’activité antioxydante des polyphénols
L’activité antioxydante, au sens large, est considérée comme responsable des propriétés « préventives » des polyphénols. Il est reconnu que, chez l’Homme, les radicaux libres sont responsables de la progression d’un grand nombre de maladies humaines, incluant l’arthrite, l’athérosclérose, les maladies d’Alzeihmer et de Parkinson, les tumeurs et la carcinogénèse (Gordon, 1996; Rohdewald, 2002). Les polyphénols sont de puissants piégeurs de radicaux
libres et agissent ainsi en prévention des maladies cardio-vasculaires, des cancers et autres maladie neuro-dégénératives (Jerez et al., 2007). Les principaux mécanismes de cette activité antioxydante sont le piégeage des radicaux libres (RiceEvans et al., 1996), la chélation de la transition métallique (Brown et al., 1998) et le maintien d’antioxydants et de détoxifiants endogènes tels que la gluthatione ou la superoxyde dismutase (Ishige et al., 2001; Katiyar et al., 2001). Les antioxydants extraits de plantes peuvent donc être valorisés en tant qu’ingrédients pour les produits agro-alimentaires, nutraceutiques, pharmaceutiques ou cosmétiques.
I.3.2.
Les extractibles des nœuds de bois
La teneur en extractibles, leur composition et les activités des extraits de nœuds de bois varient amplement en fonction de nombreux facteurs.
I.3.2.1.
Teneur et composition des extractibles de nœuds des espèces
de Pinus et de Populus
Les nœuds d’arbres feuillus ou résineux contiennent de grandes quantités de composés extractibles (entre 0,1 et 29,0 g par 100 g de matière sèche) et ont fait l’objet d’attentions particulières (Hillis and Inoue, 1968; Willför et al., 2003a; Willför et al., 2003c; Pietarinen et al., 2006a). Les métabolites secondaires identifiés dans ces extraits sont essentiellement des stilbènes, des flavonoïdes et des lignanes (Figure I-10). Les stilbènes se trouvent essentiellement dans les extraits de nœuds des espèces de Pinus, pour lesquelles les stilbènes prédominants sont les pinosylvines telles que la pinosylvine et la pinosylvine monométhyle éther. Les flavonoïdes pinobanksine et pinocembrine ont également été identifiés dans les espèces de Pinus (Neacsu et al., 2007; Phelan et al., 2009). Les flavonoïdes tels que le dihydroxykaempférol, la naringénine, la catéchine, la naringine et la taxifoline sont les composés extractibles hydrophiles les plus abondants des extraits de nœuds des espèces de
Figure I-10 : Principales molécules hydrophiles identifiées dans les extraits de nœuds des espèces de Pinus et de Populus
Les teneurs des nœuds des espèces de Pinus et de Populus en extractibles hydrophiles sont présentées dans le Tableau I-8, et le détail de la composition des extraits est présenté dans le Tableau AB-1 des Annexes bibliographiques.
Tableau I-8 : Teneur en extractibles hydrophiles de nœuds des espèces de Pinus et de Populus, réalisées par extraction à haute température sous pression (en ASE) à l’acétone/eau à 95 : 5 (v/v)
Teneur en extractibles hydrophiles (g par 100g
de matière sèche)
Pin sylvestre a, b Pinus sylvestris 8,8
Pin tordu c Pinus contorta 3,0
Pin de Sibérie c Pinus sibirica 16,0
Pin gris b Pinus banksiana 6,8
Pin blanc b Pinus strobus 19,0
Pin rouge b Pinus resinosa 6,8
Peuplier européen ou tremble b Populus tremula 6,3 Peuplier faux-tremble b Populus tremuloides 5,2
Peuplier à grandes dents b Populus grandidentata 10,0 Essence d’arbre
a Source : (Willför et al., 2003c) b Source : (Pietarinen et al., 2006a)
La quantité d’extractibles hydrophiles de nœuds peut être huit fois plus élevée que celle de l'aubier du bois d’un même arbre, comme c’est le cas pour les espèces de Populus (Pietarinen et al., 2005b; Pietarinen et al., 2006a). La teneur en polyphénols extractibles des nœuds de
Picea abies est de 50 à 100 fois plus élevée que celle du bois (Willför et al., 2003b). La teneur
en stilbènes extractibles dans les nœuds de jeunes Pinus sylvestris peut atteindre 200 fois celle du bois. Cette différence tend à diminuer dans le temps, puisque les nœuds de Pinus sylvestris ne contiennent plus que de 2 à 7 fois le contenu en stilbènes extractibles du duramen (Willför et al., 2003c).
La variation des composés majeurs tels que le dihydrokaempférol, l’hydroxymatairésinol ou encore la naringénine a été étudiée en fonction de l’état des nœuds (Pohjamo et al., 2003; Willför et al., 2004; Pietarinen et al., 2005b; Pietarinen et al., 2006b) et la comparaison des nœuds vivants et morts ne révèle pas une diminution systématique de la teneur en extractibles (Tableau I-9). Chez la plupart des espèces de Picea et Salix, le contenu en extractibles est plus élevé dans les nœuds vivants mais la différence n'est pas nette (Pohjamo et al., 2003; Willför et al., 2004). Chez d'autres espèces telles que Populus et Acacia, la composition en extractibles varie selon l'état du nœud (Pietarinen et al., 2005b; Pietarinen et al., 2006b), ce qui signifie que le nœud, même après sa mort, reste une riche source en extractibles, notamment phénoliques, comme le montre le Tableau AB-2 des Annexes bibliographiques.
Tableau I-9 : Teneur en extractibles de nœuds vivants et morts de diverses essences d'arbres pour des extraits obtenus en extraction à haute température sous pression (en ASE) avec de l’acétone/eau à 95 : 5 (v/v)
Nœud vivant Nœud mort
Epicéa commun a Picea abies 17,0-21,0 14,0-17,0
Epinette blanche a Picea glauca 6,4-9,2 9,2-14
Epinette noire a Picea mariana 5,0-13,0 6,5-9,4
Epinette de Sitka a Picea sitchensis 4,7-5,0 4,9-5,0
Peuplier européen ou tremble b Populus tremula 4,5-10.0 8,5-8,6 Peuplier faux-tremble b Populus tremuloides 6,3-6,5 8,2-16,1 Peuplier à grandes dents b Populus gradidentata 5,2-15,0 7,7-8,5
Essence d’arbre Teneur en extractibles (g par 100g de matière sèche)
a Source : (Willför et al., 2004) b Source : (Pietarinen et al., 2006a)
La variabilité de la teneur en extractibles des nœuds est liée à leur emplacement dans le tronc et à la situation géographique. En effet, selon sa place sur l’arbre et son âge, la branche n’a pas le même diamètre, la même masse foliaire ou n'est pas soumise aux mêmes charges. Plus la branche subit des contraintes, plus les métabolites secondaires s’accumulent dans le nœud (Piispanen et al., 2008). Cela explique les variations de contenu en extractibles entre les nœuds de différents arbres ou entre les nœuds d’un même arbre. En outre, la localisation géographique de l’arbre est un autre facteur influençant l’accumulation en extractibles et donc la variabilité entre les nœuds. Si l’on compare des arbres ayant poussé sur un même site, la différence est davantage liée à un effet génétique qu’à un facteur environnemental (Pohjamo et al., 2003). Par conséquent, la composition en extractibles d’un nœud est la combinaison d'une production constitutive et une réponse à l'environnement.
I.3.2.2.
Activités des extraits des nœuds
Dans le cas des nœuds, les métabolites secondaires servent généralement à prévenir une blessure et à défendre la partie blessée contre l'oxydation ou les prédateurs tels que les bactéries ou les champignons (Celimene et al., 1999; Lindberg et al., 2004; Välimaa et al., 2007). Les stilbènes sont produits à proximité d'une plaie, pour les conifères et feuillus (Eyles et al., 2004; Harju et al., 2009). En tant qu’agent anti-pourrissement, les stilbènes sont également synthétisés dans les tissus à décomposition lente (Jorgensen, 1961). Leur rôle dans la résistance au pourrissement est notamment corrélé à une activité antifongique (Hart, 1981; Karppanen et al., 2007). Par ailleurs, la concentration en lignanes est plus élevée dans les nœuds des petites branches, qui sont plus sensibles aux charges telles que la neige ou la pluie (Piispanen et al., 2008). Puisque le nœud représente l'ancrage de la branche, cette distribution suggère que les lignanes sont produits dans des conditions défavorables, contre d’éventuels stress environnementaux, afin de rendre les nœuds plus forts pour soutenir les branches les plus faibles. Enfin, les tanins hydrolysables sont souvent présentés comme une réponse des plantes aux infections d’agents pathogènes, agissant comme inhibiteurs de croissance microbienne (Ockels et al., 2007). Il résulte de ces fonctions métaboliques dans la plante plusieurs types d’activités pour les extraits de nœuds de bois.