EXTRACTION PAR LIQUIDE PRESSURISÉ

Qu’est-ce que l’extraction par liquide pressurisé ?

Czernicka et al. (2020) parlent de « pressurized liquid extraction or accelerated solvent extraction », abrégée ASE.

Comment un appareil de PLE est-il constitué ?

Selon la revue de Barp et al. (2023), l’appareillage se compose pour l’essentiel d’un réservoir de solvant, d’une pompe, d’un four contenant les cellules d’extraction, de plusieurs vannes et restricteurs, et de flacons de collecte. L’appareillage de base varie selon que le procédé est statique, avec un volume fixe d’extractant, ou dynamique, l’extractant traversant l’échantillon en continu. La pression d’extraction est contrôlée par des vannes spéciales, et il peut (« may ») y avoir un circuit de gaz inerte, couramment l’azote, qui aide à chasser le solvant des lignes après l’extraction statique.

Comment l’échantillon est-il préparé ?

Selon la revue de Barp et al. (2023), les échantillons à forte teneur en eau, qui peut empêcher les solvants non polaires d’atteindre les analytes au sein de la matrice, sont habituellement séchés à l’étuve ou lyophilisés avant extraction, ou additionnés d’agents desséchants préalablement purifiés (sulfate de sodium, Na2SO4).

Comment la PLE se compare-t-elle aux autres méthodes d’extraction, selon une revue ?

Dans la comparaison, par la revue de Barp et al. (2023), des méthodes d’extraction les plus utilisées pour les échantillons solides, la PLE figure avec une consommation de solvant faible, une durée de procédé courte et un post-traitement de l’échantillon noté « Yes/no (in cell clean-up) ». Ses avantages indiqués sont la possibilité d’effectuer davantage de cycles d’extraction et un débit d’échantillons élevé. Le Soxhlet (SoxE) figure dans la même comparaison avec une consommation de solvant moyenne, une durée de procédé très longue et un post-traitement de l’échantillon noté « Yes ».

Qu’a mesuré une étude sur les rhizomes de gingembre ?

Dans l’étude de Czernicka et al. (2020), des rhizomes frais de gingembre (500 g) ont été achetés sur un marché local de Lublin (Pologne).

La matière végétale a été finement coupée, soigneusement mélangée et soumise directement aux essais ; seule l’extraction SFE a été conduite sur matière végétale séchée.

Comment les extractions ont-elles été conduites ?

Pour l’ASE, 1 g de rhizomes finement coupés a été placé dans une cellule d’extraction en acier inoxydable et extrait au n-hexane à 40, 60 et 80 °C, chaque extraction étant réalisée trois fois. Les autres conditions de travail de l’extracteur ASE 100 (Dionex) étaient un temps statique de 5 min, un volume de rinçage de 60 %, une durée de purge de 20 s et 3 cycles d’extraction, la pression étant maintenue à environ 100 bar pendant toute l’extraction. Les extraits ont d’abord été évaporés à l’évaporateur rotatif sous vide à 35 °C, puis redissous dans le n-hexane avant l’analyse GC-MS. Pour l’hydrodistillation, 50 g de rhizomes de gingembre finement coupés ont été placés dans un ballon avec 130 mL d’eau distillée, et l’opération a duré 3 h dans un appareil de Deryng. L’huile obtenue a été mélangée au n-hexane, séchée sur gel de silice et conservée en flacon scellé à 4 °C avant l’analyse GC-MS. Dans la liste des extraits obtenus dressée par les auteurs, l’hydrodistillation en appareil de Deryng (HD) figure à pression atmosphérique, à une température notée « >100 » °C et pendant 180 min, avec l’eau pour extractant, et a donné un « Liquid oil extract, light yellow ». Les extraits ASE 40, ASE 60 et ASE 80 figurent à 100 bar, respectivement à 40, 60 et 80 °C, en 3 × 5 min avec le n-hexane pour extractant, et sont décrits comme « Liquid extract, dark yellow ».

Qu’ont montré les analyses ?

Les auteurs écrivent que seules l’HD et la SFE ont récupéré des hydrocarbures monoterpéniques de la matrice végétale, les autres techniques donnant des extraits riches en constituants plus complexes, comme les sesquiterpènes. Ils écrivent aussi que l’hydrodistillation classique et l’extraction SFE ont été les seules techniques testées à extraire des hydrocarbures terpéniques simples, tels que l’α- et le β-pinène, le myrcène, l’eucalyptol, le camphène ou d’autres, les autres protocoles d’extraction n’étant pas assez efficaces pour récupérer ce groupe de métabolites des cellules végétales. Selon les auteurs, l’ASE « in all tested temperature settings (40, 60, and 80 °C) was found to be inefficient », « probably » en raison de la décomposition des composés volatils pendant l’extraction. Les extraits ASE obtenus à 40 °C ne contenaient aucun terpène, tandis qu’aux températures plus élevées leur teneur restait « still very low ». Dans le tableau des auteurs consacré aux constituants majeurs des extraits volatils, en µg/g d’extrait, l’ar-curcumène figure à 120,95 ± 3,6 pour l’HD, 0,00 pour ASE 40, 45,85 ± 4,2 pour ASE 60 et 35,84 ± 7,3 pour ASE 80. Dans le même tableau, l’α-zingibérène figure à 320,82 ± 25,4 pour l’HD, 0,00 pour ASE 40 et ASE 60, et 110,90 ± 6,9 pour ASE 80. L’α-sesquiphellandrène figure à 143,07 ± 35,1 pour l’HD, 0,00 pour ASE 40 et ASE 60, et 98,86 ± 15,2 pour ASE 80. Dans un autre tableau, qui donne en pourcentage le contenu des extraits volatils de rhizomes de gingembre, les résultats des auteurs donnent l’α-zingibérène à 27,24 pour l’HD et à 18,11 pour ASE 80 (extraction accélérée par solvant à 80 °C, 3 fois 5 min). Pour l’ar-curcumène, le même tableau donne 2,77 pour l’HD et 2,75 pour ASE 80.

Qu’a mesuré une étude sur les feuilles de romarin ?

Selon Hirondart et al. (2020), l’extraction Soxhlet conventionnelle (CSE) présente plusieurs inconvénients, comme une longue durée d’opération demandant au minimum des heures ou des jours, de grands volumes de solvant et une inadéquation aux analytes thermolabiles. Dans leur étude, les feuilles de romarin, Salvia rosmarinus Spenn. (Rosmarinus officinalis L. dans l’étude), ont été fournies par la société Naturex (Avignon, France) et récoltées au Maroc en 2015. Leur humidité initiale était de 8,2 ± 0,2 % ; elles ont été broyées avant extraction dans un broyeur muni d’un tamis de 0,5 mm, et la granulométrie de la poudre de romarin était de 610 ± 22 µm. Le solvant d’extraction était composé d’éthanol alimentaire à 96° v/v et d’eau déminéralisée. Selon les auteurs, les solutions hydroalcooliques offrent de nombreux avantages comme solvant, car elles peuvent solubiliser à la fois des « active compounds » hydrophiles et lipophiles.

Comment la PLE a-t-elle été conduite dans cette étude ?

La PLE a été conduite sur un extracteur accéléré par solvant ASE200 (Dionex, Thermo Fisher Scientific), qui permet d’extraire la matière végétale à haute pression (jusqu’à 130 bar) et à haute température (jusqu’à 200 °C). Le chargement optimal a été établi à 3,1 g de feuilles de romarin broyées et 7,3 g de sable de Fontainebleau, homogénéisés dans une cellule en acier inoxydable de 11 mL munie de frittés en acier inoxydable aux deux extrémités et d’un filtre en cellulose au fond pour obtenir un extrait filtré. À chaque cycle d’extraction, la cellule était remplie de solvant d’extraction par une pompe HPLC, mise sous pression et placée dans le four préchauffé ; selon la température d’extraction choisie, le préchauffage de la cellule durait de 5 à 9 min, suivi d’une période d’extraction statique. La cellule était ensuite rincée au solvant frais (60 % du volume de la cellule d’extraction) et purgée par un flux d’azote pendant 1 min. Selon les auteurs, plusieurs cycles d’extraction peuvent être effectués pour épuiser la matrice végétale en « active compounds » ; les extraits étaient recueillis dans un flacon de verre et analysés sans étape de concentration.

Quels paramètres l’étude a-t-elle testés ?

Des essais préliminaires ont évalué l’effet du solvant, du pourcentage de dispersant et du volume de rinçage, les autres paramètres d’extraction étant fixés d’après la littérature à 100 °C, 80 bar, un temps d’extraction statique de 5 min et 3 cycles d’extraction. La PLE a été conduite avec 0, 20, 40, 60, 80 et 100 % (g/g) d’éthanol dans l’eau. À 0 et 20 % d’éthanol, le RA a été extrait mais pas le CA, extrait lui aussi à partir de 40 % d’éthanol. Le solvant qui a maximisé l’extraction du RA et du CA à la fois était l’éthanol à 80 %, avec 10,13 ± 0,02 mg de RA/g de romarin et 20,6 ± 0,4 mg de CA/g de romarin extraits. Le sable de Fontainebleau a servi de dispersant « in order to favor a uniform distribution of sample and maximize the extraction yield ». Dans des essais avec 30, 50, 70 et 90 % g/g de dispersant, la proportion de dispersant dans la cellule a eu un faible effet sur le rendement massique d’extraction, qui a varié entre 31 ± 2 % et 37 ± 2 %. Dans des extractions avec des volumes de rinçage de 40, 60, 80 et 100 % mL/mL, un volume de rinçage de 60 % mL/mL a maximisé le rendement massique d’extraction (36,9 ± 2,0 %), des volumes plus élevés le diminuant.

Qu’a montré le plan d’expériences ?

Dans une étude multivariée de 20 essais, la température a varié de 40 à 190 °C, la pression de 40 à 130 bar et la durée d’extraction statique de 3 (3 × 1 min) à 33 min (3 × 11 min). Le rendement massique d’extraction a varié de 26,3 à 49,6 %, la teneur en RA de 9,93 à 12,24 mg/g de romarin et la teneur en CA de 19,90 à 22,12 mg/g de romarin.

Au niveau de confiance de 95 %, l’effet linéaire de la température (A) et tous les effets quadratiques (A2, B2 et C2) étaient significatifs, avec des valeurs p inférieures à 0,05, et l’effet le plus influent était le terme linéaire de la température. Dans le résumé de l’ANOVA du plan composite centré, la ligne de la pression (B) donne des valeurs p de 0,6225 pour le rendement massique, 0,7389 pour la teneur en RA et 0,1756 pour la teneur en CA. Expérimentalement, la formation d’un produit de la réaction de Maillard s’est produite à 150 °C ou au-dessus, mise en évidence par la couleur brune de l’extrait et l’odeur de brûlé. Les auteurs précisent que dans cette étude l’extraction était étudiée à des fins analytiques et que les caractéristiques sensorielles des extraits n’ont pas été prises en compte. Les auteurs écrivent que la dégradation des composés visés ne s’est pas produite, les teneurs en RA et en CA des extraits n’étant pas plus faibles à 190 °C qu’à 115 °C. Il n’y a pas eu de différence significative de la teneur en CO, ce qui indique selon les auteurs l’absence de dégradation du CA en CO par oxydation. Les réglages qui ont maximisé à la fois le rendement massique, la teneur en RA et la teneur en CA étaient une température de 183 °C, une pression de 130 bar et une durée d’extraction de 3 × 1 min. Ailleurs dans l’article, les auteurs écrivent que le plan d’expériences a identifié comme réglages optimisés de la PLE une température de 183 °C, une pression de 130 bar et une durée d’extraction de 3 min.

Comment la PLE se compare-t-elle au Soxhlet dans cette étude ?

Dans le tableau des auteurs consacré à la reproductibilité de l’extraction et à la comparaison statistique entre PLE et CSE, qui donne huit valeurs par procédure et leur moyenne, le rendement d’extraction moyen est de 27,91 % pour la CSE et de 46,20 % pour la PLE. Dans le même tableau, la teneur moyenne en RA est de 9,86 mg/g pour la CSE et de 10,01 mg/g pour la PLE, et la teneur moyenne en CA de 17,68 mg/g pour la CSE et de 21,13 mg/g pour la PLE. Selon Hirondart et al. (2020), les teneurs moyennes en RA sont de 10 ± 1 mg/g de romarin par PLE et de 9,9 ± 0,5 mg/g de romarin par CSE, et les teneurs moyennes en CA de 21 ± 1 mg/g de romarin par PLE et de 17,7 ± 0,9 mg/g de romarin par CSE.

Références

• Barp L., Višnjevec A.M., Moret S. Pressurized Liquid Extraction: A Powerful Tool to Implement Extraction and Purification of Food Contaminants. Foods 2023;12(10):2017. doi:10.3390/foods12102017 — https://www.ebi.ac.uk/europepmc/webservices/rest/PMC10217656/fullTextXML
• Czernicka L., Ludwiczuk A., Rój E., Marzec Z., Jarzab A., Kukula-Koch W. Acetylcholinesterase Inhibitors among Zingiber officinale Terpenes—Extraction Conditions and Thin Layer Chromatography-Based Bioautography Studies. Molecules 2020;25(7):1643. doi:10.3390/molecules25071643 — https://www.ebi.ac.uk/europepmc/webservices/rest/PMC7181192/fullTextXML
• Hirondart M., Rombaut N., Fabiano-Tixier A.S., Bily A., Chemat F. Comparison between Pressurized Liquid Extraction and Conventional Soxhlet Extraction for Rosemary Antioxidants, Yield, Composition, and Environmental Footprint. Foods 2020;9(5):584. doi:10.3390/foods9050584 — https://www.ebi.ac.uk/europepmc/webservices/rest/PMC7278715/fullTextXML
• Govaerts R. (éd.), World Checklist of Vascular Plants (WCVP), Royal Botanic Gardens, Kew — https://sftp.kew.org/pub/data-repositories/WCVP/wcvp.zip