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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

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Encadrement : Dornier, Manuel

Abstract : 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. (Résumé d'auteur)

Mots-clés Agrovoc : Hibiscus sabdariffa, 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 - Food processing and preservation
Q04 - Food composition

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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