Rapport d’extraction

2.38.6.1.1 Extraction Solide-Liquide (ELS)

L’extraction des composés phénoliques par le SLE a été traditionnellement réalisée en utilisant du méthanol, de l’éthanol, de l’acétone ou des mélanges de ces solvants avec de l’eau. Ensuite, un nouveau fractionnement peut être effectué par fractionnement liquide (LLE), généralement avec de l’hexane ou de l’acétate d’éthyle, qui peut aboutir à un nettoyage par SPE ou à un fractionnement par chromatographie sur colonne (Ajila et al., 2010). Par exemple, ce flux de travail traditionnel a été utilisé pour obtenir des extraits enrichis en cucurbitacines et flavonoïdes à partir d’Ecballium elaterium, à partir d’un extrait brut préparé par SLE avec de l’éthanol à 96% à un rapport solvant / échantillon de 20 mL g−1. Le fractionnement de l’extrait brut avec de l’acétate d’éthyle a donné un extrait aux activités antioxydantes et anti-inflammatoires (Bourebaba et al., 2018). Néanmoins, ce n’est pas l’approche la plus respectueuse de l’environnement et il serait recommandé de la remplacer par des stratégies conduisant à la réduction de la consommation de solvants, du temps et des étapes d’évaporation.

L’utilisation d’eau pure est l’une des options les moins chères et les plus faciles à réaliser. Il est largement utilisé pour préparer des extraits de plantes, de nourriture et de déchets alimentaires afin d’étudier leur composition chimique et leurs effets potentiels sur la santé. L’utilisation du LED avec de l’eau bouillante est très intéressante car elle imite les processus se produisant lors de l’infusion ou de la décoction de plantes, de sorte que la composition de ces extraits doit être similaire au profil chimique des tisanes consommées analogues. De plus, les extraits aqueux de déchets alimentaires ayant une activité biologique potentielle peuvent être facilement mis à l’échelle pour la valorisation de ces produits. D’autre part, certains métabolites végétaux peuvent subir une hydrolyse lors de l’extraction ou de la conservation d’extraits aqueux et l’eau est un bon milieu pour la croissance des bactéries (Belwal et al., 2018). L’élimination du solvant est également un inconvénient, car l’eau ne s’évapore pas facilement et la lyophilisation nécessite un apport énergétique élevé et prend du temps ; c’est généralement une étape nécessaire, car les cycles de gel-dégel produits à la suite de la conservation des extraits à basse température peuvent dégrader les composés d’intérêt. Ces inconvénients sont généralement surmontés par l’utilisation de mélanges d’eau avec d’autres solvants organiques.

De bons exemples d’application de solvants verts pour l’extraction de composés phénoliques actifs biologiques sont plusieurs études qui ont été publiées récemment pour l’ELS de composés phénoliques de différentes espèces de Salvia. Macération de Salvia eriophora (Bursal et al., 2019) et Salvia amplexicaulis Lam. (Alimpić et coll., 2017) avec de l’eau (10 mL de g−1) ont produit des extraits prometteurs ayant une activité inhibitrice contre des enzymes telles que l’acétylcholinestérase (AChE), liées aux voies neurodégénératives. Les extraits aqueux de différentes espèces de salvia présentaient un profil phénolique différent, mais le profil chimique de l’extrait éthanol de la même espèce était analogue à celui de l’extrait aqueux, de sorte que l’extrait alcoolique était également bioactif (Alimpić et al., 2017). Dans les deux études, le méthanol a également été testé comme solvant, car il fournit un rendement élevé en composés phénoliques. Le méthanol est légèrement plus polaire et moins cher que l’éthanol, et il est plus facile à évaporer en raison de son point d’ébullition inférieur; cependant, en raison de ses pires caractéristiques environnementales, le méthanol est de plus en plus remplacé par de l’éthanol ou des mélanges éthanol / eau. Néanmoins, malgré l’utilisation de solvants verts, la méthode d’extraction proposée est longue et peut être améliorée, depuis l’extraction proposée de S. eriophora et S. amplexicaulis Lam. a été réalisée pendant 12 h et 24 h, respectivement. L’extraction à reflux au moyen d’un extracteur de Soxhlet peut contribuer à réduire le temps nécessaire à la récupération des composés bioactifs de l’échantillon. Par exemple, l’extraction Soxhlet de composés bioactifs à partir de grains de café vert avec de l’éthanol a été obtenue en 5 h (Resende Oliveira et al., 2019).

Des ELS utilisant de l’éthanol, de l’eau et leurs mélanges ont été utilisés pour la récupération de composés phénoliques et de flavonoïdes à partir de sous-produits de différentes industries alimentaires, dans le but principal de valoriser des produits généralement considérés comme des déchets. Par exemple, l’ELS utilisant 80% d’éthanol dans l’eau a montré une récupération efficace des polyphénols des grignons (peau et graines) de différentes variétés de vin rouge dans l’industrie du vin (Makris, 2018). Un mélange éthanol/eau 70:30 (v/v) a été utilisé pour la récupération de composés phénoliques à partir de la peau de Citrus reticulata Blanco, un autre sous-produit industriel alimentaire. L’extrait a été obtenu en faisant bouillir l’échantillon dans le solvant pendant 60 min, avec un rapport solvant/échantillon de 20 mL g-1. L’extrait purifié par SPE présentait une activité antiproliférative contre les cellules de carcinome mammaire humain BT-475 (Ferreira et al., 2018). Cette approche est assez intéressante du point de vue de la chimie verte, car la valorisation d’un sous-produit contribue à l’économie circulaire et à la durabilité, et le temps d’extraction proposé de 1 h pour obtenir des extraits bioactifs est plus viable que les temps de macération allant de 12 h à 24 h. Même un temps d’extraction plus réduit a été proposé pour la récupération des composés phénoliques bioactifs des feuilles de kiwis (Actinidia deliciosa), considérés comme un déchet de l’industrie fruitière. Dans cette application, 10 min d’eau bouillante ont été utilisés dans un rapport solvant/échantillon de 10 mL g−1, et l’étape SLE a été suivie d’une précipitation éthanolique des fibres. Des effets sur le profil protéique et un effet d’inhibition sur l’AChE ont été observés, montrant le potentiel de l’extrait aqueux de ce sous-produit (Henriques et al., 2018).

Outre les composés phénoliques, les combinaisons d’eau et d’éthanol sont largement utilisées pour l’extraction conventionnelle des glucides. Par exemple, le LED avec de l’eau a été utilisé pour l’extraction de polysaccharides intéressants du champignon Hericium erinaceus. De l’eau bouillante (15 mL g−1, 1h, deux fois) a été utilisée pour obtenir une fraction polysaccharidique brute et après cela, une fraction polysaccharidique concentrée a été obtenue par précipitation à l’éthanol. Cet extrait a été soumis à une précipitation protéique et dialysé, afin d’obtenir un extrait raffiné. Ces fractions ont été fournies à des souris par administration orale et une amélioration de la santé colique a été observée (Wang et al., 2018c).

Parmi toutes les personnes exposées jusqu’à présent, on observe facilement que les composés phénoliques et les glucides sont des molécules polaires aptes à être extraites avec de l’eau et de l’éthanol, mais moins de solvants verts polaires sont nécessaires pour l’extraction de molécules comme les caroténoïdes ou les lipides. Ces analytes apolaires ont été traditionnellement extraits avec des mélanges chloroforme / méthanol et leur remplacement par des solvants plus respectueux de l’environnement pour les LED classiques est une tâche difficile. À cet égard, une méthode sans chloroforme a été proposée pour l’extraction lipidique totale de tissus animaux à base de SLE avec un mélange butanol/ méthanol (3:1) (ca. 10 µL mg-1) suivi de LLE avec acide acétique 1% et mélange heptane/acétate d’éthyle (3:1) (Löfgren et al., 2016). Cette méthode de récupération des lipides était supérieure à la méthode Folch classique basée sur l’utilisation du mélange chloroforme / méthanol (2: 1), et également meilleure que l’extraction des lipides avec du méthyl tert-butyl éther (MTBE). Néanmoins, tous les solvants utilisés dans le protocole proposé ne sont pas respectueux de l’environnement, bien que tous les solvants chlorés soient inclus.

Enfin, il convient de mentionner un exemple d’utilisation du SLE avec des solvants respectueux de l’environnement dans des applications de sécurité alimentaire. À cet égard, la méthode d’extraction la plus populaire pour l’analyse des résidus de pesticides est la méthode dite de QuEChERS (acronyme de quick, easy, cheap, effective, rugged and safe), basée sur le SLE suivi du SPE dispersif (dSPE) pour le nettoyage des extraits (http://quechers.cvua-stuttgart.de). Les pesticides polaires sont généralement extraits à l’aide d’acétonitrile ou de méthanol avant leur analyse par chromatographie en phase liquide à haute performance (CLHP), mais moins de pesticides polaires sont extraits par le solvant d’acétate d’éthyle respectueux de l’environnement, analyse préalable par chromatographie en phase gazeuse (GC). A titre d’exemples, deux méthodes d’analyse des résidus de pesticides dans les fruits et légumes (Uclés et al., 2014) et dans les bonbons (Gérez et al., 2017) sont inclus dans le tableau 1, tous deux basés sur l’extraction de QuEChERS à l’acétate d’éthyle.