Mise en évidence de la présence de la procyanidine B1 dans les extraits d’écorces

HT53

Un essai d’extraction solide/liquide des écorces de pin maritime est mené dans l’extracteur bi- vis Evolum HT53 dans la même configuration et le même profil de vis que pour les nœuds de pin maritime (Figure III-24). Les écorces de pin broyées sont introduites à leur humidité de

collecte (58,7 %) et les débits d’injection d’eau dans la première et la seconde zone de l’extracteur sont ajustés pour atteindre respectivement les ratios L/S de 1 et 4,5. La vitesse de rotation des vis et fixée à 350 rpm et le débit d’écorces de pin maritime sèches et de 14,7 kg/h. La température de consigne du fourreau est fixée à 125°C (pour les modules 3, 4, 5, 6 et 7), pour tenir compte de la sensibilité des extraits aux plus fortes températures. Un essai mené à 150°C de température de consigne n’a pas conduit à de meilleurs rendements d’extraction et pour une consigne de 100°C, le fonctionnement de l’extracteur s’est avéré instable, sans extraction significative des polyphénols. Les conditions opératoires et les débits obtenus à la température de consigne de 125°C sont rassemblés dans le Tableau III-59 et les résultats et les rendements de ces extractions sont rassemblés dans le Tableau III-60.

Tableau III-59 : Conditions opératoires et débits pour l’extraction solide/liquide des écorces de pin maritime en extracteur Evolum HT53

brut (kg/h) sec (kg/h) pompe 1 _(kg/h) pompe 2 _(kg/h) total (kg/h) clair brut _(kg/h) clair sec _(kg/h)

25,0 14,7 4,3 51,4 51,2 37,8 0,4

polyphénols

(kgEAG/h) pied brut (kg/h) pied sec (kg/h) filtrat (kg/h)sédiments secs (kg/h) brut (kg/h) sec (kg/h)sédiments

0,13 10,33 2,36 3,10 0,93 19,0 11,6 26,7

Débit solide Débit liquide Débit filtrat

Débit extrudat

Débit filtrat Intensité

courant moteur (A) Conditions opératoires : extraction aqueuse en extracteur bi-vis Evolum HT53, vitesse de rotation de vis : 350 rpm, température d’extraction : 125°C, ratio L/S : 4,5, durée de l’extraction : 20 min, répétition extraction n=1

Tableau III-60 : Rendements et résultats d’extraction solide/liquide des écorces de pin maritime en extracteur Evolum HT53

Rendement 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 extrudat (g par 100 g de matière sèche), MSEX 78,9 2,6 16,1 60,9 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) 51,6 0,90 6,9

Par comparaison avec les nœuds de pin maritime dans les mêmes conditions d’extraction (Tableau III-54), le rendement en extrudat obtenu à partir des écorces de pin maritime est plus

Malgré un pressage de la matière moins important (MSEX de 78 % pour PM-Nd), l’efficacité

de séparation liquide/solide est équivalente pour les deux matières avec un taux de récupération du filtrat clair similaire (en moyenne de 57 % pour PM-Nd), et le rendement en extractibles des écorces est près de deux fois plus élevé que celui des nœuds de pin maritime dans les mêmes conditions opératoires (1,4 % pour PM-Nd). A l’inverse, le rendement en polyphénols extraits des écorces est plus faible que pour les nœuds (0,15 % pour PM-Nd), bien que l’activité de l’extrait d’écorces soit nettement meilleure (CI50 de 60 mg/L pour

PM-Nd).

Tableau III-61 : Extraction des proanthocyanidines et de la procyanidine B1 d’écorces de pin maritime en extracteur bi-vis Evolum HT53

Concentration en proanthocyanidines des extraits (mg EPB2 par g

d'extrait sec)a Rendement d'extraction en proanthocyanidines (g EPB2 par 100 g de matière sèche)a Concentration en procyanidine B1 des extraits (mg par g d'extrait sec)b 163 ± 1 0,42 ± 0,05 4,21 ± 0,03

Conditions opératoires : extraction aqueuse en extracteur bi-vis Evolum HT53, vitesse de rotation de vis : 350 rpm, température d’extraction : 125°C, ratio L/S : 4,5, durée de l’extraction : 20 min, répétition extraction n=1

a _{Dosage par la méthode de Porter (Porter et al., 1986), exprimé en Equivalent Procyanidine B2}

(EPB2), répétition analyse n=3

b _{Dosage par HPLC-MS, répétition analyse n=3}

Cette différence s’explique par la nature des polyphénols extraits. En effet, le dosage des proanthocyandines dans l’extrait d’écorces de pin maritime par la méthode de Porter (Tableau III-61) montre qu’ils représentent près de la moitié de la quantité de polyphénols extraits, avec une concentration de 163 mg EPB1 par g d’extrait sec de PAs pour 339 mg EAG par g d’extrait sec de polyphénols. Rappelons que l’extraction de ces composés nécessite, pour être efficace, le recours à un solvant moins polaire que l’eau (paragraphe I-4-2-2).

Or la mesure des températures et pressions dans le fourreau de l’extracteur bi-vis en fonctionnement lors de l’extraction solide/liquide des écorces de pin maritime donne 90°C et pratiquement 2 bar dans les malaxeurs bilobes, 102°C et 5 bar dans les vis à pas direct en amont des contre-filets. Ce qui indique que le mélange des phases liquide et solide atteint localement, dans le fourreau de l’extracteur bi-vis, des conditions d’extraction pour lesquelles l’eau est à son état subcritique. De plus, les rendements obtenus dans ces conditions d’extraction bi-vis (rendement en extractibles de 2,6 %, en polyphénols de 0,9 % et en proanthocyanidines de 0,4 %) sont très proches de ceux obtenus à 100°C et 100 bar dans

l’ASE (rendement en extractibles de 2,0 %, en polyphénols de 0,8 % et en proanthocyanidines de 0,34 %), correspondant à des valeurs très voisines de concentration en polyphénols (respectivement 339 et 381 mg d’EAG par gramme d’extrait sec) et en proanthocyanidines (respectivement de 163 et 170 mg EPB1 par gramme d’extrait sec), et à une même valeur élevée de l’activité antioxydante (CI50 de 6,9 et 5,4 mg/L, respectivement). Ces résultats

associés au dosage par HPLC-MS de la procyanidine B1 dans les extraits obtenus à l’extracteur bi-vis révélant sa présence (4,2 mg par g d’extrait sec), confirment que les conditions d’extraction par l’eau subcritique sont bien atteintes dans le fourreau de l’extracteur, notamment au niveau des modules 4 et 8.

III.4. Conclusion

Les écorces de peuplier constituent la matière première conduisant aux meilleurs rendements en extractibles (8,6 g par 100 g de matière sèche introduite) et en polyphénols (1,9 g EAG par 100 g de matière sèche), avec un effet du ratio liquide/solide sec (de 3 à 6) et de la température de chauffage du fourreau (de 100 à 150°C). L’activité antiradicalaire des extraits est également très élevée (45 mg/L). Cependant, le traitement de séchage et de broyage nécessaires pour alimenter correctement l’extracteur bi-vis ainsi que la forte production de particules fines au filtrat (de 26 %), ainsi que le caractère irritant des poussières générées lors de sa manipulation, sont des éléments qui limitent la processabilité des écorces de peuplier.

L’extraction des polyphénols des souches de pin maritime est efficace en extracteur bi-vis puisqu’à 150°C et pour un ratio L/S de 6, le rendement en extractibles dans le filtrat est de 3,1 %, pour 0,2 % de rendement en polyphénols, avec une contribution du ratio L/S et de la température, dans une moindre mesure. Cependant, la faible activité antiradicalaire des extraits de souches de pin comparée à celle des extraits des autres coproduits et la forte teneur en minéraux responsables de l’usure des vis de l’extracteur lors du traitement mécanique de ces dernières rendent cette matière moins intéressante pour la production d’un extrait industriel.

De même pour les extraits de nœuds de peuplier dont l’activité antioxydante n’atteint pas celle des extraits des nœuds de pin maritime ou des écorces de peuplier, malgré des rendements plutôt élevés en extractibles (3 %) et en polyphénols (0,16 %) à 100°C et au ratio

L/S de 6. L’extraction de ces matières subit une influence majeure du ratio L/S. Les nœuds de peuplier constituent une matière dure et peu sensible à la déstructuration, générant peu de particules entraînées au filtrat (inférieures à 5 %).

Par comparaison avec les autres matières, les rendements d’extraction en bi-vis des écorces de pin maritime sont faibles (2,6 % pour les extractibles et 0,9 % pour les polyphénols), avec la génération d’un taux élevé de pied au filtrat. Par contre, l’activité antiradicalaire (CI50 de

7 mg/L), ainsi que la teneur en polyphénols (339 mg EAG/g d’extrait sec) et en proanthocyanidines (163 EPB2/g d’extrait sec) des extraits obtenus à 125°C et au ratio L/S de 4,5 sont très élevées, proches de celles obtenues pour des extractions en ASE à 100°C et 100 bar.

Les extraits de nœuds de pin maritime ont également une activité antiradicalaire élevée (46 mg/L), malgré des rendements en extractibles (2,6 %) et en polyphénols (0,35 %) plus faibles, même après un second passage dans l’extracteur bi-vis. Comme pour les nœuds de peuplier et les souches de pin maritime, l’influence du ratio L/S est prépondérante sur les rendements en extractibles et en polyphénols, grâce à un meilleur pressage du mélange liquide/solide. Cette matière nécessite un effort moindre que pour les souches de pin maritime ou les nœuds de peuplier, contrairement à ce que pouvait indiquer sa densité. Du fait de leur disponibilité continue dans le temps et leur facilité de manipulation, les nœuds de pin maritime ont permis d’appréhender les processus d’extraction solide/liquide mis en œuvre dans l’extracteur bi-vis.

Le temps de séjour à l’intérieur de l’extracteur bi-vis Evolum HT53 est de l’ordre de la minute, pour les nœuds de pin maritime au ratio L/S de 4,5 et à 150°C pour une vitesse de rotation des vis de 300 rpm et un débit d’alimentation solide de 21,7 kg/h. Cette durée de contact entre le solide et le liquide ainsi que le ratio L/S sont très faibles, comparés aux conditions des extractions réalisées en Fibertec (durée de 1 h au ratio L/S de 100), en appareil de Soxhlet (durée de 6 h au ratio L/S de 25) ou encore en ASE (durée de 5 min au ratio L/S de 20).

Le processus d’extraction solide/liquide ayant lieu au sein de l’extracteur bi-vis se réaliserait en 2 étapes : la première section entre l’introduction et les disques malaxeurs voit la mise en contact de la matière avec l’eau d’extraction avec un effet de contre-courant du liquide vers

l’introduction du solide sec et un ratio liquide/solide croissant. Le rétrécissement du pas des vis de convoyage et l’accumulation au niveau des malaxeurs bilobes donne lieu à une expression partielle du liquide absorbé par le solide, dans le sens de convoyage du solide et les fortes températures au niveau de ces modules entraînent la vaporisation du liquide.

La seconde zone, en aval des malaxeurs bilobes, s’étend jusqu’aux contre-filets. En sortie des malaxeurs bilobes, la phase solide se réhydrate et est transportée par les vis à pas direct jusqu’aux contre-filets où elle s’accumule pour former un second bouchon dynamique.

Le solide y est soumis à un fort cisaillement sous compression, provoquant aussi son auto- échauffement. L’extraction solide/liquide dans cette seconde zone de l’extracteur bi-vis se produirait donc grâce à un effet de lavage du solide partiellement déstructuré et hydraté dans la première zone, à 100°C et sous pression atmosphérique, suivi d’un effet de percolation sous compression de la phase aqueuse contenue dans le solide hydraté. L’injection d’eau à mi- parcours, bien que nécessaire pour atteindre des ratios L/S élevés, entraîne un refroidissement du mélange liquide/solide.

Les conditions de pression (5-6 bar) et de températures (102-113°C) générées dans la bi-vis en aval du bouchon dynamique pour l’extraction solide/liquide des nœuds et des écorces de pin maritime correspondent à un passage de l’eau à l’état subcritique. Les teneurs en polyphénols et en proanthocydanidines des extraits d’écorces de pin maritime proches de celles obtenues en eau subcritique en ASE (100°C et 100 bar), ainsi que la présence de procyanidine B1, seulement extraite par des solvants moins polaires que l’eau tels que le méthanol et l’éthanol, confirment que les conditions d’extraction par l’eau subcritique sont bien atteintes dans le fourreau de l’extracteur.