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Résumé L’extraction par CO2 supercritique démontre les avantages d’un procédé d

Résumé L’extraction par CO2 supercritique démontre les avantages d’un procédé de chimie verte en comparant ce procédé à la méthode d’extraction par solvant organiques et en tenant compte du degré de toxicité et de pollution du solvant. L’extraction par solvants organiques met en évidence l’influence du solvant d’extraction alors que l’extraction par CO2-SC met en évidence l’influence de différents paramètres dont la pression, la température, le temps de contact entre la matrice végétale et le CO2-SC, le diamètre moyen des particules et l’ajout d’un co-solvant. L’analyse chromatographique a permis d’identifier et de quantifier les flavonolignanes (silychristine, silydianine, silybine, taxifoline) dans les extraits de graines obtenus par solvants organiques et par CO2-SC avec co-solvant. A 220 bar, les concentrations en silydianine (38,87 mg/g) et en silybine (45,91mg/g) sont les plus élevés et à 40°C les concentrations en silychristine (31,97mg/g), en silydianine (38,87 mg/g) et en silybine (45,91mg/g) sont les plus importantes. Les extraits huileux obtenus à 220 bar et à 40°C des graines de Silybum marianum sont riches en acides gras : acide linoléique (65,22%), acide oléique (27,01%), acide palmitique (12,12%). L’activité antioxydante a été évaluée par deux tests : test DPPH et test ABTS. Ces deux tests sont complémentaires et ont permis de conclure que l’extrait ayant un effet antioxydant le plus important est l’extrait obtenu par CO2-SC à 220 bar et à 40°C. L’activité biologique de cet extrait est mise en évidence par rapport à une lignée cellulaire cancéreuse du colon Caco-2. La silychristine, la silydianine et la silybine ainsi que l’extrait obtenu par CO2-SC avec co-solvant (éthanol) à 220 bar et à 40°C ont été testés vis à vis de cette lignée cancéreuse. Ces expérimentations in vitro reflètent une activité cytotoxique quantifiable et une mortalité cellulaire des Caco-2 des flavonolignanes allant jusqu’à 71%. Mots clés : Extraction, CO2 supercritique, flavonolignanes, acides gras, activité anticancéreuse, lignée cancéreuse du colon Caco-2 IV. Extraction IV.1. Extraction par solvants organiques De nombreuses substances sont extraites de produits naturels d'origine végétale, animale ou minérale (colorants, parfums, arômes, huiles essentielles...). Il existe de nombreux procédés (filtration, décantation, distillation, extraction...) dont certains sont très anciens. Ces techniques sont très utilisées dans différents domaines de la chimie (industrie pharmaceutique, parfumerie, industrie alimentaire...). En ce qui concerne la matière végétale, il existe des techniques conventionnelles comme l’entrainement à la vapeur, l’hydrodistillation (Carnat et al. ,1998 ; Hadolin et al. ,2004 ; Carvalho et al. ,2005 ; Dastmalchi et al. ,2008 ; Rozzi et al. ,2002 ; Bocevska), l’extraction par Soxhlet (Toth et al. ,2003 ; Sterbova et al. ,2004 ; Grigonis et al. ,2005 ; Reighard) , l’extraction en mode batch (Herodez et al. ,2003 ; Zgorka et Glowniak,2001 ; Carnat et al. ,1998 ; Liu et al. ,2006 ; Cavalho et al. ,2005) et l’extraction assistée par sonication (Caniova et Brandsteterova,2001 ; Janiscsak et Mathe,1999 ; Janiscsak et Mathe,1997 ; Wang et al. ,2004 ; Tena et Valcarcel,1997). L'extraction par Soxhlet est souvent mentionnée dans la littérature (Luque de Castro et Garcia-Ayuso, 1998). C’est une méthode classique pour l’extraction solide-liquide. Le premier avantage à citer est que ce phénomène d’extraction se produit en faisant entrer le solvant d’extraction en contact avec la matrice solide, ce qui aide à déplacer l’équilibre de transfert vers le solvant. L'extraction peut durer aussi longtemps qu'il reste des extractibles dans la matrice végétale. Le principal inconvénient est la nécessité de chauffer les solvants jusqu'à leur point d'ébullition pendant l'extraction, ce qui peut entraîner la dégradation des molécules thermosensibles (Rozzi et al. ,2002). Par comparaison avec les autres techniques conventionnelles (entrainement à la vapeur et hydrodistillation), la durée d’extraction est plus importante et la quantité de solvant consommée est plus grande, ce qui conduit non seulement à des pertes économiques mais pose aussi des problèmes sur le plan environnemental ainsi que sur le plan d’utilisation de l’extrait obtenu puisque les résidus du solvant (même après son élimination persiste) dans l’extrait, limitant ainsi son emploi dans les domaines alimentaire et cosmétique. Puisque cette technique est généralement suivie d’une étape d’évaporation du solvant qui porte l’extrait obtenu à haute température pendant une période relativement longue, le risque de thermodestruction de certains composés n’est pas à négliger si la matière végétale contient des composés thermolabiles. Cependant des échauffements locaux sont également possibles (Grigonis et al. ,2005). Cette technique est limitée d’un point de vue de la sélectivité du solvant et n’est pas facilement automatisable (Wang et Waller, 2006). Ce procédé d’extraction en mode batch convient à des végétaux dont le rendement en huile est suffisamment important. Les solvants les plus utilisés sont : l’éther, l’hexane, le chloroforme et le méthanol qui s’évaporent rapidement. Le solvant lave la matière première qui subira après décantation et concentration, une distillation partielle. Ce solvant volatil est alors séparé de la concrète par filtrage puis glaçage de -12°C à -15°C. La précieuse substance ainsi obtenue est à nouveau filtrée et condensée à faible pression (Grigonis et al. ,2005). Plusieurs solvants ont été utilisés dans l’extraction des graines de chardon Marie : l’éther de pétrole/éthanol (Subramaniam et al. ,2008), l’éther de pétrole, l’hexane (Martinez, 1989), le dichlorométhane, le chloroforme (Hadolin et al. ,2001). Subramaniam et al. ,(2007) ont étudié l’effet du prétraitement de la matrice végétale (graines de Silybum marianum) par l’hydroxyde de sodium, par l’acide sulfurique, la cellulase et le bicarbonate de sodium afin d’étudier l’influence de la température et de la pression de l’extraction par CO2 supercritique. De nombreuses recherches ont été menées dans le but d’éviter certains inconvénients des procédés d’extractions conventionnels et ont conduit aux développements de nouvelles méthodes d’extraction utilisant les fluides supercritiques ; nous nous intéresserons dans ce travail à l’extraction par le dioxyde de carbone supercritique. IV. 2. Extraction par le dioxyde de carbone supercritique IV. 2.1. Introduction La première application d’extraction par fluide supercritique fut la décaféinisation de grains de café en 1971. Suite à l’avancée de cette technique, l’Agence Américaine de Protection de l’Environnement (1989) lança un programme de développement des méthodes d’extraction par fluide supercritique en vue de diminuer de 95% la consommation de solvants organiques chlorés. Au cours de ces dernières années, les fluides supercritiques ont suscité un intérêt croissant dans différents domaines d’application industrielle tels que le domaine agro- alimantaire, la pharmacie, l’environnement (la dépollution des sols, l’extraction de pesticides, de métaux lourds et d’hydrocarbures...). Cette diversité d’application repose principalement sur les propriétés spécifiques qui concernent les phénomènes de solvatation sélectifs, de pouvoir de solubilité ou de réactivité. L’existence d’un ‘état’ supercritique fut découverte par le Baron Cagniard de la Tour 1822-1859 (physicien et ingénieur français de l’Ecole Polytechnique). Il constata la disparition de l’interface gaz- liquide de certaines substances chauffées en milieu fermé. Johannes Diderick Van der Waals (1837-1923) a énoncé le principe du «point critique » qui est le point d’arrêt de la courbe d’équilibre liquide- vapeur. En 1879, le pouvoir solvant des fluides supercritiques fut décrit par Hannay et Hogarth. Ils observèrent la solubilité élevée de l’iodure de potassium dans l’éthanol supercritique (Tc=243°C et Pc=63 atm) et montrèrent que la réduction de la pression provoquait la précipitation du sel à partir du fluide homogène (Sevhla, 1976). IV. 2.2. Diagramme de phase d’un corps pur Par définition, le domaine supercritique est caractérisé par la disparition de l’interface séparant le domaine liquide et le domaine gazeux au- dessus d’une certaine température et d’une certaine pression. Comme mentionné précédemment le point critique est défini par sa température et sa pression critique (Pc ; Tc) et prend des valeurs particulières pour chaque corps pur (Clifford, 1989). L’exemple d’un diagramme de phases (dioxyde de carbone) est présenté sur la figure I.11. Figure I. 11 Diagramme de phase du CO2 supercritique (Luque de Castro et al.,1994). IV. 2.4. Applications des technologies supercritiques Depuis une trentaine d’années les fluides supercritiques ont été utilisés en tant que solvants dans divers procédés : la micronisation à haute pression, la chromatographie (Hodulin et al. ,2003 ; Ramirez et al. ,2005) ainsi que pour des réactions chimiques et biochimiques (Hodulin et al. ,2003 ; Hadolin et al. ,2004) Et de nos jours le monde industriel et pharmaceutique s’appuie sur la vaste gamme de technologies innovantes d’extraction par fluides supercritiques comme la meilleure alternative à l’usage de solvants organiques. Parmi les exemples d’applications dans l’industrie, on peut citer l’extraction de la caféine des grains de café (Zosel,1972 ; Katz et al. ,1988 ; Moorman et al. ,1989) et dans le domaine pharmaceutique , l’extraction de la nicotine (Fisher et Jefferies,1996 ; Fantozzi et al. ,1993) , de la digoxine (Moore et Taylor, 1997), du paclitaxel (Moon- Kyoon et al. ,1996 ;Vandana et al. ,1996), de la coronaridine et de la voacangine (Pereira et al. ,2004) , de l’artémisinine (Kohler et al. ,1997) , de l’acétate d’aurentiamide (Peng et al. ,2005) , de la vinblastine (Choi et al. ,2002) , du parthénolide (Smith et Burford, 1992) , de la cocaïne (Brachet,2000), de la tagitinine C (Ziemons et al. , 2005), des pyréthrines (Pan et al. ,1995) ; dans le domaine agroalimentaire pour l’extraction de colorants naturels (Mira et al. uploads/Finance/ chardon-mari1.pdf