Couplage de procédés membranaires pour la production d'extraits anthocyaniques : application à Hibiscus sabdariffa

Cisse Mady. 2010. Couplage de procédés membranaires pour la production d'extraits anthocyaniques : application à Hibiscus sabdariffa. Montpellier : Montpellier SupAgro, 266 p. Thèse de doctorat : Génie des procédés : Montpellier SupAgro Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques

Encadrement : Dornier, Manuel

Résumé : Hibiscus sabdariffa L. est une plante vivace herbacée localisée dans les zones tropicales et subtropicales des deux hémisphères. Au Sénégal, où elle a été introduite au 19ème siècle, H. sabdariffa, encore appelé bissap ou roselle, est cultivé sur l'ensemble du territoire et exploité principalement pour ses calices. Une boisson désaltérante est traditionnellement élaborée à partir des calices séchés par extraction à l'eau. La caractérisation physico-chimique et biochimique des calices nous a tout d'abord permis de mieux évaluer le potentiel de ce produit. Ainsi, les calices contiennent entre 767 et 1480 mg.100g -1 d'anthocyanes et entre 1347 et 3736 mg.100g-1 de polyphénols totaux. Ils présentent un pouvoir antioxydant voisin de 260 ?molTrolox.g-1. L'acide malique y est l'acide organique majoritaire avec une teneur pouvant atteindre 2,3 g.100g-1. De part ces caractéristiques, l'extrait aqueux de calices d'H. sabdariffa constitue une excellente source d'anthocyanes. Le travail s'est ensuite focalisé sur le procédé d'obtention de cet extrait. L'étude de l'extraction solide-liquide a été réalisée à partir de calices séchés et d'eau à des températures comprises entre 25 et 90 °C. Un rendement d'extraction en anthocyanes maximum de 88 % a été obtenu à 25 °C avec un ratio calice/eau de 1/25. La réduction de la taille des particules et l'augmentation de la température diminuent le temps d'extraction mais n'affectent pas le rendement d'extraction. Un modèle d'extraction solide-liquide incluant les cinétiques de dégradation thermique des anthocyanes a été proposé puis validé. La microfiltration tangentielle sur membrane céramique de diamètre moyen de pores 0,2 ?m a permis de produire un extrait stérilisé à froid, stable pendant 90 j à 20 °C. Nous avons montré à ce niveau que la pression transmembranaire optimisée à un facteur de réduction volumique (FRV) égal à 1 n'est plus optimale lorsque le FRV augmente. Pour concentrer les anthocyanes présents dans l'extrait, l'ultrafiltration sur une membrane de seuil de coupure de 5 kDa peut être utilisée malgré une rétention incomplète (95- 97 %). Par contre, la nanofiltration offre une rétention totale des anthocyanes. Le procédé, mis en oeuvre dans des conditions semi-industrielles, a permis d'augmenter la teneur en extrait sec soluble (ESS) de 40 à 250 g.kg-1 à 35 °C, à une pression transmembranaire comprise entre 20 et 30 bar avec un flux moyen de 15 kg.h-1.m-2. L'évaporation osmotique, testée sur un pilote équipé d'une membrane en polypropylène de 10 m2, a permis de concentrer l'extrait anthocyanique jusqu'à 620 g d'ESS.kg-1. Cet extrait concentré conserve toutes les qualités physico-chimiques, biochimiques, nutritionnelles et aromatiques de l'extrait initial. Le flux évaporatoire est directement corrélé à la teneur en extrait sec soluble du produit à concentrer. Enfin, divers couplages d'opérations unitaires ont été comparés pour obtenir un extrait concentré à partir de calices d'H. sabdariffa. Le procédé qui associe une extraction à froid, une préconcentration par nanofiltration et une concentration par évaporation osmotique est la meilleure voie tant en terme de coûts d'investissement et de fonctionnement que de qualité de l'extrait.

Mots-clés Agrovoc : Hibiscus sabdariffa, fibre de roselle, extrait d'origine végétale, anthocyane, qualité, aptitude à la conservation, modèle de simulation, membrane, concentration, séparation, extraction, composition chimique, microfiltration, ultrafiltration, nanotechnologie, biodégradation, stabilité

Mots-clés géographiques Agrovoc : Sénégal, France

Mots-clés complémentaires : Cinétique

Classification Agris : Q02 - Traitement et conservation des produits alimentaires
Q04 - Composition des produits alimentaires

Champ stratégique Cirad : Axe 3 (2005-2013) - Alimentation accessible et de qualité

Auteurs et affiliations

• Cisse Mady, Montpellier SupAgro (FRA)

Source : Cirad - Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/567903/)

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