Les différents procédés d’extraction des principes actifs des plantes

Tout procédé d’extraction est basé sur la différence de solubilité des substances d’un mélange dans un solvant. Le mélange à extraire peut être solide ou liquide et le solvant liquide ou fluide supercritique.

Aussi, plusieurs techniques d’extraction peuvent être mises en oeuvre pour extraire les principes actifs des plantes, toujours très recherchés pour toutes sortes d’application en alimentaire, nutraceutique, cosmétique et pharmacie, …

Parmi les techniques conventionnelles, on trouve :

  • l’entrainement à la vapeur (hydrodistillation) : largement utilisée pour l’extraction des huiles essentielles. Elle présente l’avantage d’abaisser la température de distillation; les composés volatils sont donc entraînés à des températures beaucoup plus basses que leur température d’ébullition, ce qui évite leur décomposition.

Exemples : Brevet déposé par Biolandes en 1987; Process for the continuous hydro-distillation of plants – US 4935104 A

Fractionnement de coproduits de pin maritime (Pinus pinaster) et de peuplier (Populus tremula) pour l’obtention d’extraits polyphénoliques à activité antioxydante : procédé d’extraction aqueuse en extracteur bi-vis et étude des conditions subcritiques (Mars 2013)

  • l’extraction par Soxhlet : c’est une méthode classique pour l’extraction solide-liquide. L’échantillon entre rapidement en contact avec une portion  de solvant pur, ce qui aide à déplacer l’équilibre de transfert vers le solvant. De plus, elle ne nécessite pas de filtration après extraction et peut être utilisée quelque soit la matrice végétale.
    Ses inconvénients les plus significatifs sont la durée importante d’extraction et la grande quantité de solvant consommée (devant être ultérieurement évaporé), ce qui limite sa rentabilité économique et la rend peu écologique. Il n’y pas de possibilité de travailler à froid, ce qui peut être gênant avec des substances sensibles à la chaleur. Cette technique est limitée d’un point de vue de la sélectivité du solvant et n’est pas facilement automatisable .
  • l’extraction en mode batch par agitation : son avantage majeur vs le Soxhlet est la possibilité de travailler facilement avec des mélanges de solvants (ex: différents ratios alcool-eau) et de contrôler la température d’extraction pour éviter le risque de destruction des composés thermolabiles. C’est une méthode simple et efficace mais qui exige des procédures ultérieures de filtration et de concentration relativement longues.
  • et l’extraction assistée par sonication : méthode simple, efficace et peu couteuse. Par rapport à une extraction classique, elle offre une augmentation du rendement d’extraction et une accélération de la cinétique . Elle permet de travailler à des températures relativement basses et d’éviter la thermodestruction des composés. Elle est facile à mettre en œuvre. Comme le Soxhlet, l’extraction par sonication permet d’utiliser une large gamme de solvant afin d’obtenir différents composés naturels. Cependant, l’effet de l’extraction par ultrasons sur le rendement et la cinétique d’extraction est lié à la nature de la matrice végétale. La présence d’une phase dispersée mène à l’atténuation des ondes ultrasonores et les zones actives dans l’extracteur restent à proximité de l’émetteur d’ultrasons. Cette méthode ne permet pas de renouveler le solvant pendant le processus. L’étape limitante est la filtration et le rinçage après l’extraction.
    Exemple d’application au Québec : des résidus forestiers recyclés en nutraceutiques par une extraction par ultrasons

Parmi les « techniques nouvelles » on peut citer :

  • l’extraction assistée par micro-ondes (HydroDistillation par Micro-ondes sous Vide pulsé (VMHD)) : Elle utilise de plus petites quantités de solvant, n’est pas coûteuse et est considérablement rapide. Cependant, la température opératoire de cette technique est relativement haute (100 – 150 °C), ce qui pose des problèmes quand il s’agit de l’extraction d’antioxydants. Les autres inconvénients de cette technique sont d’une part le rendement faible lorsque les solutés ou les solvants sont apolaires et d’autre part le besoin de l’étape postérieure de filtration ou de centrifugation pour éliminer le résidu solide de l’extrait.
    Exemples d’applications :
    Extraction des huiles essentielles Sans Solvant Assistée par Micro-ondes ;
    Extraction de jus de fruits par micro-onde

    Vapo-Diffusion assistée par Micro-ondes

     

  • l’extraction accélérée par solvants (Accelerated Solvent Extraction) : technique brevetée de la société DIONEX qui utilise les solvants conventionnels à des températures (50 – 200 °C) et des pressions 100 – 150 bar) élevées. La pression exercée est assez élevée pour maintenir le solvant à l’état liquide à température élevée. Pendant l’ASE®, le solvant reste toujours en dessous de ses conditions critiques. Ses avantages vs les techniques conventionnelles sont qu’on évite les échauffements locaux et qu’on consomme de plus petites quantités de solvant (vs l’extraction par Soxhlet et par batch avec agitation). Ses inconvénients sont liés à son coût élevé et surtout à sa nonsélectivité, ce qui impose des procédures supplémentaires de nettoyage des extraits. Les températures opératoires élevées peuvent aussi mener à une dégradation des solutés thermolabiles.

  • l’extraction avec des fluides subcritiques ou supercritiques : cette technologie considérée « verte » est  très attractive et performante. Ses avantages sont une durée d’extraction plus courte, une sélectivité élevée et la facilité d’éliminer le solvant après l’extraction par simple décompression.
    Exemples d’applications : Extraction de molécules actives : décaféination du café, délipidation d’aliments, extraction/traitement d’arômes, épices, colorants, agents de texture, extraction de principes actifs à partir de plantes médicinales, purification de principes actifs, élimination de solvants résiduels, …

    Par exemple, l’eau devient subcritique à des températures comprises entre 100°C mais inférieures au point critique (374°C) et à des pressions inférieures à 221 bar, l’eau reste à l’état liquide mais se transforme en un solvant aux propriétés particulièrement intéressantes dans le domaine de l’extraction végétale. Dans ces conditions, la viscosité et la tension de surface de l’eau subcritique sont inférieures à celle de l’eau à température ambiante, sa diffusivité augmente et sa constante  diélectrique devient proche de celle de solvants organiques tels que l’éthanol ou l’acétone. Il en résulte une meilleure pénétration du solvant dans la matrice végétale, un transfert de masse amélioré et un taux de diffusion plus rapide donc des rendements d’extraction plus élevés avec des temps de contact très courts.

Tout le challenge pour les chimistes d’aujourd’hui est donc de trouver de nouveaux équilibres entre toutes ces techniques connues, pour définir de nouveaux process d’éco-extraction et obtenir la meilleure qualité de molécules actives à partir de nouveaux substrats en visant sur le long terme à la fois un modèle économique viable et un impact minimum pour l’environnement.

Ainsi une étude du CRIT d’Avignon de 2010 révèle un comparatif très intéressant  entre la plupart de ces nouvelles techniques d’éco-extraction mettant en oeuvre :

  • des solvants plus « safe » : Sans solvant,  Eau (normale, subcritique et supercritique, émulsions), CO2,  HFC…, Huiles végétales, Dérivés terpéniques (limonene..), Co-produits (glycérol…), Liquides ioniques)
  • et de nouveaux procédés : Turboextraction, Extraction assistépar Ultrasons (UAE), Extraction avec solvant sous pression (ASE), Extraction assistépar les microondes (MAE), Extraction par fluides supercritiques (SFE), Champs électriques pulsé(PEF), Détente instantanécontrôlé(DIC),  Extraction assistépar extrusion, induction …,

Source : Étude des procédés d’extraction et de purification de produits bioactifs à partir de plantes par couplage de techniques séparatives à basses et hautes pressions – Petko Ivanov PENCHEV – 07/2010

Lire aussi : Les extractibles forestiers : des opportunités pour l’industries  (Octobre 2011)

Procédés d’extraction et de purification des produits d’origine naturelle par Archimex 2006

A propos Nathalie Piriou-Deslandes

Bonjour à tous, Ingénieur chimiste, depuis plus de 20 ans, dans diverses industries, je souhaite aujourd'hui, au travers de ce blog, partager mes sujets de prédilection ou simplement des idées nouvelles qui s'offrent à nous pour ouvrir des voies enthousiastes vers un avenir enfin plus ouvert à tous. Tant du point de vue de l'innovation technologique que de l'instauration de modes de management beaucoup plus participatifs, j'essaye de collecter ici des articles, des sites, des blogs de tous ces acteurs du changement qui montrent qu'il est possible de penser autrement et positivement notre monde de demain. Bienvenue sur ce blog. Merci de vous y attarder avec intérêt, je l'espère, et de me faire part de vos commentaires ... Hello everybody, For more than 20 years, I exercise my job of chemical engineer in different industries. And today, through this blog, I wish simply to share my favorite topics or new ideas which come to light and can open enthusiastic pathways towards a future finally more fruitful for all. Both from the point of view of the technological innovation and implementation of more participative models of management, I try to collect here articles, sites, blogs of all these actors of the Change who show us that it is really possible to think differently and mostly positively our tomorrow world. Welcome to this blog. Thank you for passing by there with interest, (I hope), and don’t hesitate to pass on me any reactions and/or any questions …
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7 commentaires pour Les différents procédés d’extraction des principes actifs des plantes

  1. Stephane dit :

    Bonjour Nathalie, je viens de decouvrir votre blog car je me renseigne sur la fabrication d’huile a partir de plantes. J’ai en effet decouvert recemment l’huile de Rick Simpson et les tres nombreux temoignages de personnes qui se guerissent de maladies graves a l’aide de cette huile qu’ils fabriquent eux meme. Voila sa page Facebook http://www.facebook.com/pages/Rick-Simpson/298774923502987?ref=stream&hc_location=stream
    Cordialement,

    • Bonjour Stéphane, Avec beaucoup de retard, merci pour cette info. Il est question sur cette page facebook de l’huile de chanvre qui a effectivement beaucoup de vertus nutritionnelles et thérapeutiques, assez méconnues du grand public à ce jour. Pour en savoir plus, voici le site d’une société Finola, productrice d’huile de chanvre en Finlande (http://www.finola.com). Son PDG, le Dr C. Callaway (Professeur auxiliaire des Départements de Chimie Pharmaceutique et de Neurobiologie de l’Université de Kuopio) est l’auteur de nombreuses publications pour faire connaître les belles qualités de cette huile (http://www.finola.com/Hempseed%20Nutrition.pdf).
      En effet, le chanvre (Cannabis sativa L.) est certainement l’une des plus anciennes semences utilisées dans l’alimentation humaine, la médecine chinoise et aussi bien sûr dans toutes sortes d’industries (textile, papiers fins, non tissés, cosmétique, peintures, matériaux de construction, …). Au milieu du 20éme siècle, sa culture fut interdite en Allemagne et dans certains autres pays de l’Europe de l’Ouest, du fait d’une possible production de drogue par des parties résineuses des feuilles. Depuis 1996, la culture de variétés de chanvre pauvres (<0,2%) en Tetrahydrocannabinol (THC, agent psychotrope du Cannabis) est de nouveau autorisée (Règlement EU no. 796/2004), ce qui suscite un regain d’intérêt pour cette plante.

      • Stephane dit :

        Bonjour Nathalie,

        Merci pour votre reponse. Il faut bien distinguer l’huile de chanvre, faite a partir des graines broyees, de l’huile essentielle de cannabis, faite a partir des tetes de cannabis passees dans un bain pour en extraire les cannabinoides. La premiere est faible en THC et autres cannabinoides. La seconde peut etre tres concentree, et c’est celle qui est appellee l’huile de Rick Simpson, utilisee contre toute une liste de pathologies comme les cancers, alzheimer, parkinson, etc… Je vous engage a lire le petit livre de Rick Simpson ou plus simplement de regarder son film sur YouTube. Je me demandais si vous aviez un avis sur sa methode de fabrication. Cela serait tres interessant.

        Cordialement,

        Stephane Eybert

      • Bonsoir Stéphane,
        Tout est dit sur les problématiques posées par cette extraction d’huile essentielle de cannabis plutôt artisanale dans l’article ci-après : http://www.alchimiaweb.com/blogfr/huile-cannabis-rick-simpson/
        Effectivement mieux vaut utiliser de l’huile d’olive (ou d’arachide, soit des huiles riches en oméga 9 qui leur confèrent une bonne résistante à la chaleur) comme solvant d’extraction plutôt que surtout les éthers de pétrole très nocifs (Fiche Toxico : http://www.inrs.fr/accueil/produits/bdd/doc/fichetox.html?refINRS=FT%2096). Même si cela dilue plus le principe actif.

        Certains commentaires de cet article sont aussi très instructifs sur les pratiques les plus fiables selon les utilisateurs.
        Bonne lecture

      • Stephane dit :

        Un grand merci pour cet article, je vais lire ça au plus tôt !

  2. diagne dit :

    bonjours très instructif blog :je voudrais quand même quelque renseignement sur l’extraction avec par un fluide souscritique comme le R600a;et le mode opératoire

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