L’ANACARDIER, LA NOIX ET LA POMME CAJOU

L’ANACARDIER, LA NOIX ET LA POMME CAJOU

Optimisation de l’opération d’extraction par pressage couplée à une macération enzymatique

Ce chapitre aborde l’étude de l’optimisation de l’extraction des caroténoïdes. Le travail est réalisé en deux étapes successives. La première étape consiste à sélectionner les facteurs les plus influents sur les résultats en utilisant un plan d’expériences de criblage (Plan factoriel de Placket-Burman – Matrice de Hadamard). La seconde étape consiste à optimiser les facteurs les plus influents à l’aide d’un plan d’expériences rotatable central composite (PECC). Pour construire la Matrice de Hadamard, l’ensemble des facteurs qui peuvent modifier les performances industrielles du procédé a été considéré. Les critères d’évaluation utilisés sont d’une part, les teneurs en caroténoïdes majoritaires, et d’autre part, la densité de flux de perméat de microfiltration, étape qui suit immédiatement l’extraction. Cette démarche d’optimisation qui couple 2 opérations unitaires successives nous semble en effet plus pertinente car les conditions d’extraction sont susceptibles de modifier le pouvoir colmatant de l’extrait.

Criblage des facteurs les plus influents

Le criblage des facteurs, qui peuvent interférer entre eux, a été choisi comme étape préliminaire pour sélectionner ceux qui sont les plus influents dans le domaine expérimental exploré. Pour le réaliser, nous avons utilisé comme outil statistique une matrice de Hadamard associée à un traitement par régression linéaire. Cette étude a été conduite au niveau des 7 facteurs identifiés susceptibles d’influencer les performances générales du procédé : la force appliquée, la vitesse de rotation de la vis, le ratio eau/tourteaux, le temps, la température de macération, l’utilisation de pectinase et d’amylase. L’effet de chacun de ces facteurs a été évalué à la fois sur les teneurs en caroténoïdes de l’extrait et sur les densités de flux de microfiltration obtenus, opération unitaire qui suit immédiatement l’extraction. En ce qui concerne les caroténoïdes, nous avons choisi les 4 composés les mieux quantifiables par chromatographie : le β-carotène et la β-cryptoxanthine détectés à 450 nm, 2 composés époxydés détectés à 400 nm et identifiés comme étant la cis- et la trans-auroxanthine. Les densités de flux de perméat sont, quant à elles, mesurées à 4 pressions transmembranaires comprises entre 1,25 et 2,75 bar.

L’extraction des caroténoïdes

L’extraction des caroténoïdes a été réalisée d’après les études précédentes de Dhuique-Mayer et al., 2007. Un aliquote de 20 g d’extrait aqueux (ou 10 g de concentré) a été collectée et homogénéisée par agitation magnétique avec 120 mg de MgCO3 et 35 mL d’un mélange éthanol/hexane 4/3 (v/v) contenant 0,1% de BHT (butyl hydroxytoluène) comme antioxydant. Elle a été agitée pendant 5 min pour l’extraction totale des caroténoïdes des échantillons. Le résidu a été séparé de la phase liquide par filtration à l’aide d’un entonnoir frité (porosité n°2) et ré-extrait avec 35 ml de la solution d’éthanol/hexane 4/3 comme précédemment. L’éthanol (30 ml) et l’hexane (30 ml) ont été successivement utilisés pour laver le résidu. Les phases organiques ont été transférées dans une ampoule à décanter et lavées avec deux aliquotes de 50 ml de chlorure de sodium à 10% (déstabilisation de l’émulsion) et trois aliquotes de 50 ml d’eau distillée. La phase aqueuse est éliminée. L’extrait hexanique a été évaporé à sec avec un évaporateur rotatif, à nouveau dissout à l’aide de 20 ml d’hexane et placé dans un flacon ambré de 50 ml dans lequel ont été ajoutés 20 ml de solution de KOH méthanolique à 10%.

La saponification

Une étape de saponification durant au moins 16 h à l’abri de la lumière était nécessaire pour hydrolyser les esters de caroténoïdes et faciliter l’interprétation des résultats. La phase de KOH méthanolique a été extraite avec trois aliquotes de 15 ml de dichlorométhane et ensuite lavée avec de l’eau distillée pour enlever l’alcalinité. Puis, les extraits de caroténoïdes ont été dissouts dans 1 ml d’un mélange de dichlorométhane, MTBE (méthyl tertiobutyl éther) et de méthanol 50/40/10 (v/v/v), filtré à 0,45μm avant injection en HPLC.

Dosage chromatographique

Un chromatographe AGILENT 1100 (Massy, France), équipé d’un détecteur à barrettes de photodiodes a été utilisé. La séparation a été réalisée avec une colonne C30 (250 x 4,6 mm di, 5 µm, YMC EUROP GMBH, Allemagne). La phase mobile utilise l’eau comme éluant A, le méthanol comme éluant B et le MTBE comme éluant C (débit 1 mL.min-1). La température de la colonne a été réglée à 25°C et le volume d’injection était de 20 µL. Les lectures et interprétation des pics chromatographiques ont été effectuées à des longueurs d’onde de 400 et 450 nm. Le gradient d’élution utilisé est le suivant : 0-5 min (40% de A et B de 60%) ; 5-10 min (20% de A et 80% de B) ; 10-60 min (4% A, 81% B et 15% de C) ; 60-71 min (4% de A, 11% de B et 85% de C) ; 71-72 min (100% de B), et retour à l’état initial pour l’équilibrage. Les caroténoïdes ont été analysés quantitativement via un étalonnage externe avec du β-carotène, de la β-cryptoxanthine et de la lutéine. Les courbes ont été construites avec 5 niveaux de concentration en triplicata. Les coefficients de corrélation s’échelonnaient de 0,994 à 0,998.

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Table des matières

1. INTRODUCTION
2. SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE
2.1. L’ANACARDIER, LA NOIX ET LA POMME CAJOU
2.1.1. Les produits de l’Anacardier
2.1.2. Production de cajou dans le monde et au Brésil
2.1.3. L’anacardier nain précoce
2.2. LES CAROTÉNOÏDES
2.2.1. Principales caractéristiques
2.2.2. Le cajou comme source de caroténoïdes
2.2.3. Le marché mondial des caroténoïdes
2.3. PROCÉDÉS DE SÉPARATION BAROMEMBRANAIRES
2.3.1. Concepts initiaux
2.3.2. Microfiltration tangentielle
2.3.3. Classification des membranes
2.3.4. Colmatage et nettoyage des membranes
2.4. PURIFICATION PAR DIAFILTRATION
2.5. PROCÉDÉS D’EXTRACTION DES CAROTÉNOÏDES À PARTIR DE VÉGÉTAUX
3. MATÉRIELS ET MÉTHODES
3.1. MATIÈRE PREMIÈRE
3.2. INSTALLATIONS PILOTES
3.2.1. Presse à vis
3.2.2. Pilote de microfiltration tangentielle
3.3. DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE
3.3.1. Étude de l’extraction
3.3.2. Optimisation des paramètres opératoires les plus influents
3.4. CONDUITE DES ESSAIS DE MICROFILTRATION TANGENTIELLE
3.4.1. Essais de microfiltration sans concentration
3.4.2. Concentration des caroténoïdes par microfiltration
3.4.3. Purification par diafiltration
3.5. MÉTHODES D’ANALYSES DE LA MATIÈRE PREMIÈRE ET DES PRODUITS
3.5.1. Analyse chromatographique des caroténoïdes
3.5.2. Autres analyses
4. RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
4.1. CARACTÉRISATION DES PROFILS CAROTÉNOÏDIQUES DE POMME CAJOU ET DES EXTRAITS OBTENUSERREUR ! SIGNET NON
DÉFINI.
4.2. OPTIMISATION DE L’OPÉRATION D’EXTRACTION PAR PRESSAGE COUPLÉE À UNE MACÉRATION ENZYMATIQUE
4.2.1. Criblage des facteurs les plus influents
4.2.2 ‐ Optimisation des facteurs les plus influents
4.2.3. Étude de l’extraction à cycles de pressage successifs
4.3. CONCENTRATION PAR MICROFILTRATION ET PURIFICATION PAR DIAFILTRATION DES EXTRAITS DE CAROTÉNOÏDES
4.3.1. Concentration par microfiltration
4.3.2. Purification par diafiltration
4.3.3. Proposition d’un outil prévisionnel
5. CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE 1 : PATENTE DE INVENÇÃO
ANNEXE 7 : PROJET PUITS DE CARBONE FORESTIER DE LA VILLE DE PARIS AU
CAMEROUNANNEXE 8 : LETTRE D’INFORMATION DES POPULATION RIVERAINES POUR LE BORNAGE