Extraction et Caractérisation de l’Huile de Pépins de Pomme Étoile Africaine (Chrysophyllum albidum) et des Propriétés Adsorbantes de la Coquille du Fruit au Ghana

Résumé

Ce travail de recherche a été entrepris pour déterminer les paramètres physico-chimiques de l’huile des graines de Pomme Étoile Africaine (Chrysophyllum albidum) et évaluer plus avant les propriétés adsorbantes de la coquille du fruit. L’huile a été extraite à l’hexane avec l’appareil soxhlet à une température de 65°C pendant 4 heures. Les résultats ont montré un rendement moyen en huile obtenu de 11,6%, densité de 0.92 kg / m3, l’indice de réfraction de 1,464 à 30 ° C, un indice d’acide de 7,72 mg KOH / g, un indice d’acide gras libre de 3,16 g / 100g, un indice de saponification de 200,56 mg KOH / g et un indice d’iode de 70,64 g / 100g. Une étude infrarouge par transformée de Fourier (IRTF) sur l’huile a identifié certains composés triglycérides, carbonyles, alcanes et alcènes. Des études d’adsorption de la coquille du fruit pour l’élimination du colorant ont également été effectuées après activation chimique avec CaCl2, MgCl2 et ZnCl2. La cinétique de l’adsorption a favorisé une voie de réaction de pseudo-premier ordre pour CaCl2 avec R2 de 0.941 alors que ZnCl2 et MgCl2 ont favorisé une voie de réaction de pseudo-second ordre avec R2 de 0,914 et 0,973, respectivement.

1. Introduction

Il existe plusieurs fruits au Ghana qui contiennent des huiles essentielles d’une grande importance médicale. La pomme Étoilée africaine (Chrysophyllum albidum) est une sorte de fruit cultivé au Ghana. L’arbre pousse comme une plante sauvage et appartient à la famille des Sapotaceae qui compte jusqu’à 800 espèces et constitue près de la moitié de l’ordre. C’est une espèce d’arbre de petite à moyenne taille, atteignant une hauteur de 25 à 37 m et une circonférence mature variant de 1,5 à 2,0 m. Les fruits ne sont généralement pas récoltés dans les arbres, mais laissés tomber naturellement au sol de la forêt où ils sont cueillis. La plupart des graines de plantes sont une source d’huiles essentielles. Des exemples de certaines graines de plantes qui ont été classiquement exploitées commercialement à cette fin comprennent le soja, les graines de coton, l’arachide, le maïs, les graines de palme et le tournesol. L’huile végétale et animale est utilisée dans la formulation d’aliments, de cosmétiques et de médicaments dans de nombreuses activités industrielles. Les fruits et légumes sont une bonne source d’antioxydants naturels, contenant de nombreux composants antioxydants différents qui protègent contre les radicaux libres nocifs impliqués dans l’étiologie de plusieurs affections humaines telles que le cancer, les troubles neuronaux, le diabète, l’arthrite et les troubles cardiovasculaires. Une enquête sur la valeur antioxydante et alimentaire de Chrysophyllum albidum a montré que la plante contient du phénol, des flavonoïdes, des anthocyanes et des proanthocyanidines, ainsi qu’une valeur antioxydante élevée. Généralement, les racines, les écorces et les feuilles de Chrysophyllum albidum sont largement utilisées pour traiter les entorses, les ecchymoses et les plaies dans le sud du Nigeria. Les extraits de graines et de racines de Chrysophyllum albidum sont utilisés pour arrêter le saignement des plaies fraîches et pour inhiber la croissance microbienne des contaminants connus de la plaie et également améliorer le processus de cicatrisation. L’huile de Chrysophyllum albidum a été extraite des graines correspondantes dans un extracteur de soxhlet avec de l’hexane (plage de point d’ébullition: 55 ° C – 65 ° C) et analysé pour la teneur en humidité, le pH, la densité, la valeur de saponification, l’indice de réfraction, la valeur de peroxyde, l’indice d’acide, l’acide gras libre et l’indice d’iode par. Leurs résultats ont montré que le rendement en huile était de 21,57% et les valeurs acides de 2,87. De même, a étudié l’extraction et la caractérisation de l’huile de graine. D’autres chercheurs ont étudié l’effet des variables du processus (taille des particules, température et temps) sur l’extraction de l’huile du chrysophyllum nigérian. Albidum pour déterminer les conditions optimales d’extraction de l’huile et également pour caractériser l’huile extraite et déterminer ses propriétés physico-chimiques. L’adsorption présente des avantages par rapport aux autres méthodes d’assainissement des métaux lourds des eaux usées car sa conception est simple; elle est sans boues et peut être à faible intensité de capital. L’adsorbant le plus utilisé est le charbon actif. Divers produits agricoles, tels que la coquille de noix de coco, la cosse de riz, la cosse d’arachide, les pelures de manioc, les coquilles de noix de pécan et les déchets de thé, ont été signalés comme efficaces pour l’assainissement des eaux usées. Les graines de Chrysophyllum albidum ont été utilisées dans l’adsorption du plomb Pb des eaux usées industrielles par certains chercheurs où les effets du pH, du temps de contact et de la masse d’adsorbant ont été surveillés. Le charbon actif à la vapeur préparé à partir de la coquille de graines de Chrysophyllum albidum pour l’adsorption du cadmium dans les eaux usées (études cinétiques, d’équilibre et thermodynamiques) a également été étudié par et a été observé comme un séquestrateur potentiel du cadmium dans les eaux usées. Des études ont été menées par sur l’effet du pH sur la sorption du cadmium (ll), du nickel (II), du plomb (II) et du chrome (VI) à partir de solutions aqueuses de la coquille de la pomme blanche africaine (Chrysophyllum albidum) et ont réalisé que le processus dépend fortement du pH. D’après la littérature, la plupart des travaux de recherche effectués proviennent du Nigeria et les coquilles ont toutes été utilisées pour éliminer les métaux lourds. Le but de ce document de recherche est d’extraire et de caractériser l’huile des graines de Chrysophyllum albidum du Ghana et d’utiliser la coquille de la graine comme adsorbant pour éliminer l’orange méthylique (colorant) des solutions aqueuses.

2. Procédure expérimentale

2.1. Collecte de fruits et Préparation des graines

Des fruits frais déchirés de Pomme Étoilée africaine ont été achetés auprès de vendeurs locaux du marché scientifique de l’Université de Cape Coast, situé dans le sud du Ghana. C’est un fruit de saison qui est disponible pendant les saisons sèches. Les graines ont d’abord été séchées à l’air au soleil à une température moyenne de 29 ° C pendant 7 jours, puis craquelées mécaniquement à l’aide d’un craquelin de noix pour que les graines soient retirées. Les graines séchées ont ensuite été séchées à l’air pendant 5 jours puis séchées au four à une température de 100 °C pendant 24 heures dans un four de laboratoire (MMM Medcenter Ecocell 55).

2.2. Procédure d’extraction et de concentration d’huile

Les graines séchées ont été broyées à l’aide d’un moulin rotatif de laboratoire (Moulin universel IKA M20). Une quantité de graines broyées a été utilisée pour l’extraction du Soxhlet. Un ballon à fond rond contenant du N-Hexane de qualité analytique (99%) a été équipé d’un réfrigérant à reflux vers le haut. Celui-ci a été placé dans un manteau chauffant à 65 ° C et le condensat liquide s’est égoutté dans le dé qui contenait l’échantillon broyé. L’extrait s’est infiltré à travers les pores du dé à coudre et a rempli un tube de siphon et cela a pu continuer pendant 6 heures. L’extrait est ensuite chauffé pour récupérer le solvant à l’évaporateur rotatif (R00102439, 50W/15A) laissant derrière lui l’huile extraite. On laisse ensuite refroidir le ballon et on détermine le rendement en pourcentage.

L’indice de réfraction, la viscosité, les valeurs de saponification, l’indice d’acide, l’indice d’iode, l’indice d’acide gras libre, la densité et d’autres paramètres de l’huile ont été déterminés à l’aide d’AOAC (2000).

2.3. Analyse Infrarouge (FTIR) Couplée à la Transformée de Fourier

L’utilisation du spectromètre Infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) pour déterminer les groupes fonctionnels a été rapportée par divers chercheurs. Il a été réalisé pour déterminer les différents groupes fonctionnels des composants chimiques en utilisant le modèle de spectroscopie par transformée de Fourier I-R Prestige 21 Shimadzu.

2.4. Préparation de la coquille Avant l’expérience d’adsorption

Les coquilles de graines du Chrysophyllum albidum ont été séchées à l’air pendant 14 jours jusqu’à un poids constant et broyées en poudre. Il a ensuite été séché à l’air pendant 7 jours puis séché à l’étuve dans un four de laboratoire (MMM Medcenter Ecocell 55) à 105 °C pendant 8 heures pour réduire la teneur en humidité. Il a ensuite été pyrolysé dans un four (Nabertherm, LE140K1BN, 230V, 1/N/PE) à une température de 500°C pendant deux heures. Lors de la pyrolyse, de l’azote gazeux à un débit de 0,1 m3/ h a été utilisé comme gaz de purge. Les coquilles pyrolysées ont été broyées sous forme pulvérulente et tamisées avec un maillage de laboratoire de taille + 500µm.

L’activation chimique de la coquille pyrolisée et en poudre de Chrysophyllum albidum a été réalisée en utilisant CaCl2, MgCl2 et ZnCl2

2,5. Activation chimique des coquilles de Chrysophyllum albidum À l’aide de CaCl2, MgCl, 2 et ZnCl2

L’activation chimique de la coquille de Chrysophyllum albidum pyrolisée et en poudre a été réalisée à l’aide de solutions aqueuses de 0,5 M de chaque CaCl2, MgCl2 et ZnCl2. 20g des coques en poudre pyrolisées ont été pesées et ajoutées à 250ml des différentes solutions aqueuses chimiques d’activation. Les mélanges ont ensuite été agités avec un agitateur à plaque chauffante à 200 tr/min et 60°C pendant quatre heures. Celui-ci a ensuite été filtré à l’aide d’un papier filtre Whatman et le résidu a été séché à l’étuve à 200 ° C pendant 2 heures. Les coquilles séchées ont ensuite été activées dans un four à une température de 550 ° C pendant 4 heures pour compléter le processus d’activation des coquilles de Chrysophyllum albidum.

2.6. Essais d’adsorption

Des essais d’adsorption ont été effectués dans un Erlenmeyer de 2L en utilisant chacune 1g de coquilles activées par CaCl2, MgCl2 et ZnCl2. L’orange méthylique avec une concentration de 0,2 mg /L et 0,5 mg /L a été préparé et utilisé comme adsorbant pour cette étude. 1g de la coque activée a été pesée et dissoute dans un litre de solution et agitée à l’aide d’un agitateur de laboratoire à 250 tr/min. 50ml de la solution sont collectés après une heure et filtrés à l’aide d’un papier filtre Whatman et la concentration d’orange de méthyle dans le filtrat mesurée à l’aide du spectromètre UV-VIS Shimadzu T70. Les données obtenues ont été adaptées à des modèles d’isotherme d’adsorption. Les concentrations initiales de l’orange méthylique sont respectivement de 0,2 mg/l pour CaCl2 et MgCl2 et de 0,5 mg/l pour ZnCl2.

3. Calculs

Le pourcentage d’élimination du sorbant a été calculé en utilisant où R% est le pourcentage de récupération de l’orange méthylique de la solution CO est la concentration initiale de l’orange méthylique dans la solution Ct est la concentration de l’orange méthylique au temps t.

4. Cinétique de sorption

4.1. Modèle cinétique Pseudo-Premier Ordre

Il est représenté par ce qui suit:L’intégration de l’équation ci-dessus avec des conditions aux limites de t = 0, qt = 0 et t = t, qt = qt donne ce qui suit: où qe et qt sont les quantités de colorant adsorbé à l’équilibre et au temps t (mg / g), respectivement, t est le temps de contact (min) et K1 est la constante de vitesse du pseudo-premier ordre (/ min). Le tracé en ligne droite de log (qe-qt) par rapport à t donne log (qe) comme pente et ordonnée à l’origine égale à k1/2,303. Par conséquent, la quantité de soluté sorbée par gramme de sorbant à l’équilibre (qe) et la constante de vitesse du premier ordre (k1) peuvent être évaluées à partir de la pente et de l’interception.

4.2. Modèle cinétique du pseudo-Second Ordre

Ceci est représenté par ce qui suit: L’intégration de l’équation ci-dessus avec des conditions aux limites de t = 0, qt = 0 et t = t, qt = qt donne ce qui suit: où k2 représente la constante de vitesse et qt est la capacité d’absorption à tout moment (t).

5. Résultats et discussion

5.1. Caractérisation de l’huile

Les paramètres physiques et chimiques de l’huile de pépins de Pomme Étoilée africaine (Chrysophyllum albidum) sont présentés dans le tableau 1.

L’huile extraite des graines de Pomme Étoilée Africaine (Chrysophyllum albidum) avec de l’hexane à l’aide de l’appareil soxhlet a été analysée physiquement et chimiquement et a donné les résultats suivants présentés dans le tableau 1.

La couleur s’est avérée être rouge foncé tout comme rapporté par Musa, Isah mais différente d’Adebayor, Orhevba et Ominyi, Ominyi qui l’ont enregistrée comme rouge.

5.1.1. Rendement en huile

Le rendement en huile a été calculé sur la base des différences de poids de l’échantillon et du dé à coudre avant et après extraction: où Wi est le poids du dé à coudre et de l’échantillon avant extraction Wf est le poids du dé à coudre et de l’échantillon après extraction.

Le rendement en huile était très faible avec une valeur de 11,6% par rapport à celle de 12% enregistrée par Adebayor, Orhevba, 8,05% et 12,70% pour. Cela indique que la graine peut ne pas être une bonne source d’huile abondante. Le faible rendement en huile pourrait être attribué à la variation des gènes, du climat, des espèces végétales, de l’état du sol et à des techniques de traitement inappropriées telles que l’exposition prolongée des graines récoltées à la lumière du soleil, ce qui peut considérablement altérer le rendement en huile.

5.1.2. Indice de réfraction

L’indice de réfraction indique le niveau de clarté optique de l’échantillon de pétrole brut par rapport à l’eau. L’indice de réfraction de l’huile extraite est de 1,464 ce qui concorde avec celui de 1. 46 et 1,672 à 31,2°C pour Adebayor, Orhevba. Elle n’est pas non plus aussi épaisse que la plupart des huiles siccatives dont les indices de réfraction se situent entre 1,475 et 1,485.

5.1.3. Densité

Il a une densité de 0,92 à 30 °C qui est différente de celle d’Adebayor, Orhevba qui avait 0,89 à 25 °C, 0,8269 à 25 °C pour. La valeur de saponification de l’huile est un paramètre important pour déterminer l’aptitude de l’huile à la fabrication du savon.

5.1.4. Indice d’acide

L’indice d’acide est un indicateur important de l’oxydation de l’huile. C’est le poids (mg) d’hydroxyde de potassium nécessaire pour neutraliser l’acide libre dans 1 g de l’huile. Dans une bonne huile, l’indice d’acide doit être très faible (< 0,1) et une augmentation de l’indice d’acide est un indicateur d’oxydation de l’huile qui peut entraîner la formation de gomme et de boues en plus de la corrosion. L’indice d’acide s’est également avéré être de 7,72 mg / KOH / g. Ceci est différent des valeurs de 2,57 mg / KOH / g par Musa, Isah, 4,50 mg / KOH / g pour Adebayor, Orhevba et 19,70 mg / KOH / g pour Ominyi, Ominyi.

5.1.5. Valeur de saponification

La valeur de saponification (SV) est liée à la masse moléculaire moyenne d’acide gras dans l’échantillon d’huile. La valeur de saponification obtenue est de 200 mg/KOH/g ce qui est plus proche de la valeur de 199,50 mg/KOH/g obtenue pour Adebayor, Orhevba. Elle était cependant supérieure à celle d’Ominyi, Ominyi qui était de 90,71 mg / KOH / g mais inférieure pour Musa, Isah qui a rapporté 228,4 mg / KOH / g. La valeur de saponification élevée suggère l’utilisation de l’huile dans la production de savon liquide, de shampooings et de crèmes à raser moussantes. La valeur de saponification élevée peut être attribuée à des paramètres de processus tels que le temps d’extraction, la température d’extraction et la taille des particules des graines broyées, comme indiqué par.

5.1.6. Acide gras libre

L’acide gras libre de l’huile extraite était de 3,16 mg/KOH/g contre 2,25 mg/KOH/g par Adebayor, Orhevba et 9,90 mg/KOH/g par. Une faible teneur en acides gras libres indique une faible hydrolyse enzymatique. Cela pourrait être un avantage car l’huile à haute teneur en acides gras libres se développe hors saveur pendant le stockage.

5.1.7. Indice d’iode

L’indice d’iode est une mesure du degré d’insaturation des huiles végétales et détermine la stabilité à l’oxydation et permet de mesurer quantitativement l’insaturation globale de la graisse. L’indice d’iode de l’huile extraite a été mesuré et s’est avéré être de 72,8 mg / KOH / g. Celui-ci était supérieur à celui obtenu par Adebayor, Orhevba et Musa, Isah mais inférieur à celui obtenu par Ominyi, Ominyi.

La spectroscopie FT-IR a été utilisée pour identifier les différents groupes fonctionnels présents dans l’huile. Un spectromètre Nicolet 870 équipé d’un détecteur de sulfate de triglycine deutéré a été utilisé. L’analyse FTIR de l’huile extraite s’est également avérée contenir certains groupes fonctionnels. L’analyse spectrale telle que représentée sur la figure 1 montre les différents pics des groupes fonctionnels présents dans l’huile. Des fréquences comprises entre 3008,01 cm−1 et 2853 cm−1 avec des transmittances de 92,69 (% T) et 62,1 (% T), respectivement comme indiqué dans le tableau 2, ont montré un étirement asymétrique et symétrique de C-H représentant des alcanes tout comme les huiles de maïs et de Moutarde qui ont montré 2854,7–2925,8 cm−1 comme vibrations d’étirement asymétriques et symétriques de C-H du CH2 aliphatique. Les groupes fonctionnels identifiés dans la longueur d’onde de 1709 – 1744 cm−1 ont été comparés à l’huile de Camomille et de romarin par Anwer S. El-Badry, et Sameh S. Ali ainsi qu’à l’huile de Maïs et de Moutarde pour représenter le carbonyle ester C=O des triglycérides.

Figure 1

Analyse spectrale de l’huile de graines de Chrysophyllum albidum.

5.2. Études d’adsorption

Les études d’adsorption d’une solution de colorant orange méthylique de la coquille de fruit du Chrysophyllum albidum activé par MgCl2, CaCl2 et ZnCl2 ont été effectuées. La figure 2 montre l’effet du temps de contact de l’adsorption des coquilles dans la solution de colorant. À partir de la figure 2, on observe que le taux de réduction du colorant augmente généralement rapidement au cours des deux premières heures de contact pour les trois coquilles avec des produits chimiques d’activation différents. Cela pourrait être attribué aux sites vacants actifs dans les coquilles activées comme indiqué par. Après les deux premières heures, le taux de réduction du colorant diminue jusqu’à ce que l’équilibre soit atteint après 5 heures de temps de contact pour les trois coquilles de graines avec une activation différente. ZnCl2 et MgCl2 présentent des caractéristiques de réduction similaires sur le colorant. Les performances globales des trois coques montrent que ZnCl2 a légèrement mieux réussi que MgCl2 à réduire la concentration d’orange méthylique dans la solution. L’activation chimique avec CaCl2 ne semble pas être aussi efficace que celle du ZnCl2 et du MgCl2, comme le montre la figure 2.

Figure 2

Réduction en pourcentage des colorants avec le temps (heures).

5.3. Études cinétiques

La figure 3 montre le tracé linéaire de log (-) par rapport à t pour le modèle du pseudo-premier ordre de Lagrangien et la figure 4 montre le tracé linéaire de t / par rapport à t pour le modèle du pseudo-second ordre de Lagrangien pour la réduction de l’orange méthylique à l’aide de coquilles de Chrysophyllum albidum activées par CaCl2, MgCl2 et ZnCl2. Les constantes de vitesse d’équilibre et le coefficient de corrélation pour les modèles de pseudo-premier ordre et de pseudo-second ordre sont présentés dans le tableau 3. L’équation du pseudo-premier ordre correspondait bien aux données expérimentales pour CaCl2 (R2 = 0,94) tandis que MgCl2 (R2 = 0,97) et ZnCl2 (R2 = 0.97) a ajusté l’équation du pseudo-second ordre. Sur la base du coefficient de corrélation, l’adsorption du colorant orange méthylique de la solution par des coquilles de Chrysophyllum albidum activées par CaCl2 suit une voie de réaction de premier ordre tandis que les coquilles activées par MgCl2 et ZnCl2 suivent une voie de second ordre.

Figure 3

Pseudo-first-order adsorption kinetics of the dye.

Figure 4

Cinétique d’adsorption du pseudo-second ordre du colorant.

6. Conclusion

Les résultats de l’analyse physico-chimique de l’huile extraite des graines de pomme Étoile africaine ont été comparés favorablement avec ceux d’autres huiles de graines traditionnelles telles que le palmiste et l’arachide. Le rendement en huile de 11,6% était faible par rapport à l’huile de palmiste (45,6%) et à l’huile d’arachide (35.76%) Les propriétés physico-chimiques de l’huile de pépins de pomme Étoile africaine indiquent qu’elle n’est pas séchée (valeur de saponification de 200 mg / KOH / g) et peut être utilisée comme matière première pour la production de savons, d’huiles lubrifiantes et de bougies allumeuses. Cependant, il peut ne pas convenir à la production de revêtements de surface, de vernis et de peintures à l’huile en raison de son attribut non desséchant. Le faible niveau d’insaturation de l’huile est dû au fait qu’elle contient de l’acide oléique qui est généralement un acide gras insaturé. En conclusion, les graines peuvent ne pas avoir un potentiel de volume d’huile suffisant pour être utilisées comme huile comestible (domestique) et industrielle. L’analyse FTIR a également révélé que l’huile contient plusieurs groupes fonctionnels tels que les alcènes et les aromatiques qui peuvent être bénéfiques pour le corps humain. Les coquilles de graines peuvent également être utilisées comme adsorbant à faible coût lorsqu’elles sont activées avec CaCl2, ZnCl2 et MgCl2. Cependant, l’activation avec ZnCl2 a obtenu de meilleurs résultats avec une élimination du colorant d’environ 70% que celle de CaCl2 et de MgCl2.

Disponibilité des données

Les propriétés physiques et chimiques des données sur l’huile extraite utilisées pour étayer les résultats de cette étude sont incluses dans l’article. Les données infrarouges de transformée de Fourier utilisées pour identifier les différents groupes fonctionnels concernant l’huile de cette étude sont incluses dans l’article. Les données d’adsorption utilisées pour étayer les résultats de cette étude sont incluses dans le fichier d’information supplémentaire (disponible ici).

Conflits d’intérêts

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.

Financement

Ce travail de recherche a été autofinancé par les auteurs.

Matériaux supplémentaires

Ce sont les données d’adsorption qui ont été utilisées pour cette étude. Il montre les concentrations initiales du colorant (Orange méthylique) ainsi que de l’adsorbant (coquille de graine de Chrysophyllum albidum) qui a été activé avec trois produits chimiques différents (CaCl2, MgCl2 et ZnCl2). L’expérience a été menée à une température ambiante de 25 C. L’évolution de la concentration du colorant avec le temps peut être vue dans la date ci-dessus. (Documents supplémentaires)