Brevet FR3033682A1 — publié le 20160923

PROCEDE DE PREPARATION D'UN EXTRAIT DE PLANTE PAR EXTRUSION AVEC UNE SOLUTION HYDROTROPIQUE Le domaine de la présente invention concerne un procédé de préparation d'un extrait de plante par extrusion avec une solution hydrotropique. L'extrusion est un procédé par lequel un matériau susceptible de s'écouler sous diverses conditions contrôlées est ensuite contraint à passer dans une filière à vitesse déterminée (Dziezak, J. D. (1989). Single and twin-screw extruders in food processing. Food Technol., April, 164- 174). Initialement, cette technologie a été utilisée dans l'industrie métallurgique, en Angleterre, à la fin du 18ième siècle. Quelques temps plus tard, elle a été mise en place dans l'industrie agro-alimentaire pour la fabrication de saucisson, et de pâtes alimentaires. Aujourd'hui, l'industrie alimentaire utilise abondamment cette technique d'extrusion à travers la cuisson-extrusion des produits amylacés (biscuits, biscottes, snacks, etc.) mais aussi la texturation des protéines et la fabrication d'aliments pour les animaux d'élevage ou de compagnie. Parallèlement, la technologie d'extrusion a été largement développée pour l'industrie des thermoplastiques, et a conduit à la conception de nouvelles vis, un développement de la technologie et une ouverture vers de nouvelles applications. Plusieurs études ont ainsi porté sur l'utilisation de l'extrudeur pour conduire des actions chimiques, mécaniques, thermomécaniques en une seule étape et en continu, comme par exemple l'extraction d'hémicelluloses (N'Diaye, S., Rigal, L., Larocque, P., Vidal, P.F., 1996. Extraction of hemicelluloses from poplar populus tremuloides, using an extruder type twin-screw reactor: A feasibility study. Bioresearch Technology 57, 6167), de pectines (Marechal V., Rigal L. Characterization of by-products of sunflower culture - Commercial applications for stalks and heads (1999) Industrial Crops and Products, 10 (3), pp. 185-200). etc.. Dans ces cas, un solvant acide ou basique est introduit dans l'extrudeur en même temps que la matière première végétale, afin de faciliter l'extraction et la solubilisation des macromolécules recherchées (extrusion réactive). Certaines applications sont déjà connues dans l'extraction des végétaux : la mise en oeuvre de l'extrudeur mono-vis pour l'expression d'huiles à partir de graines oléagineuses avec lequel aucun solvant n'est injecté dans le fourreau, cette extraction d'huile reposant sur la compression du solide (Sriti J., Talou T., Faye M., Vilarem G. and Marzouk B. Oil extraction from coriander fruits by extrusion and comparison with solvent extraction processes. (2011) Industrial Crops and Products, 33, 659-664). 3033682 2 L'extrusion est également utilisée comme prétraitement, sur des marcs de fruits (pomme, cassis, canneberge..) en association avec un support solide tel que l'amidon de maïs, afin d'augmenter l'extraction des composés phénoliques (White Brittany L., Howard Luke L., Prior Ronald L.. Polyphenolic composition and antioxidant capacity of 5 extruded cranberry pomace. (2010), J. Agric. Food Chem. 58, 4037-4042.). Dans le domaine de l'extraction végétale, en fonction du solvant utilisé, les membranes des cellules végétales sont plus ou moins fragilisées, ce qui permet ou non la libération des composés qu'elles renferment. L'eau est certes un solvant naturel considéré comme renouvelable ; mais sa 10 forte polarité ne permet pas d'extraire certaines molécules lipophiles d'intérêt. Les agents hydrotropes sont des composés organiques solubles dans l'eau qui, à partir d'une certaine concentration appelée « MHC » (pour « Concentration Minimale Hydrotropique »), permettent une augmentation significative de la solubilité de composés organiques pratiquement insolubles dans l'eau dans les conditions 15 normales. Les hydrotropes sont amphiphiles et peuvent être ioniques (anioniques, cationiques, zwitterioniques) ou non ioniques (résorcinol, nicotinamide, alkyl polyglycosides etc.) et peuvent avoir diverses structures, par exemple aromatiques, aliphatiques, cycliques ou non. Les agents hydrotropes sont des composés solubles dans l'eau dans toute proportion et n'ayant pas de propriété tensioactive. 20 La concentration minimale hydrotropique (MHC) est la concentration à partir de laquelle les hydrotropes commencent à former des agrégats, c'est-à-dire de nouveaux micro-environnements avec des propriétés physiques différentes de celles observées lorsque le composé est dilué, et différentes d'un comportement micellaire. Cette concentration minimale hydrotropique est spécifique à chaque hydrotrope et est 25 généralement de l'ordre de grandeur de la molarité. Elle peut être déterminée par plusieurs méthodes physico-chimiques, telles que la mesure de la tension de surface, la conductivité, ou la diffusion dynamique et statique de la lumière (Self-association of Nicotinamide in aqueous solution: Light-scattering and vapor pressure osmometry studies (1996) 85(8) : 848-853). 30 La MHC peut être déterminée par plusieurs méthodes physico-chimiques, telles que la mesure de la tension de surface, la conductivité, ou la diffusion dynamique et statique de la lumière (Self-association of Nicotinamide in aqueous solution: Lightscattering and vapor pressure osmometry studies (1996) 85(8) : 848-853). 3033682 3 Le potentiel des hydrotropes comme adjuvants de solubilisation en milieu aqueux de certaines molécules lipophiles a été exploré. (Da Silva R.C., Spitzer M., Da Silva L.H.M., Loh W. Investigations on the mechanism of aqueous solubility increase caused by some hydrotropes. (1999) Thermochimica Acta 328, 161-167) Le potentiel 5 des hydrotropes ioniques comme adjuvants d'extraction de métabolites d'origine végétale en milieux aqueux a également été montré. (Dandekar D.V., Jayaprakasha G.K., Patil B.S., Hydrotropic extraction of bioactive limonin from sour orange (Citrus aurantium L.) seeds. (2008) Food Chemistry, 109, 515-520). Il existe toujours un besoin d'améliorer les procédés d'extraction existants afin, 10 entre autres, de diminuer leur impact environnemental et d'améliorer la qualité de l'extrait obtenu. La Demanderesse a mis en évidence qu'un procédé de préparation d'un extrait de plante par extrusion avec une solution hydrotropique est particulièrement avantageux car il permet d'obtenir des extraits de plantes riches en composés d'intérêt 15 et dans de plus larges gammes de polarités ; tout en réduisant la consommation énergétique. Avantageusement, le procédé offre également la possibilité d'utiliser des solvants alternatifs aux solvants traditionnels issus de la pétrochimie et qui sont à la fois plus respectueux de l'environnement et conduisent à des extraits particulièrement adaptés aux usages pharmaceutiques, cosmétiques ou agro-alimentaires. 20 La présente invention concerne un procédé d'extraction de plantes sèches ou fraîches par extrusion en présence d'une solution aqueuse hydrotropique contenant au moins un agent hydrotrope de nature ionique ou non ionique, en quantité suffisante pour extraire des composés lipophiles. L'extrusion permet d'obtenir un extrait total en très peu de temps, avec un rapport poids / solvant bien inférieur à une extraction 25 classique, et une qualité comparable voire supérieure. L'impact environnemental du procédé est ainsi largement amélioré. De plus, dans le cadre de la présente invention, l'extrait peut être soit total (contenant des composés polaires, moyennement polaires et lipophiles), soit enrichi en composés lipophiles d'intérêt du fait de la sélectivité de l'extraction à l'aide de la solution hydrotropique. 30 Plus précisément, l'invention vise un procédé d'obtention d'un extrait de plante, caractérisé en ce que lesdites plantes fraîches ou sèches sont soumises à un traitement mécanique consistant à extruder les plantes dans un extrudeur, associé ou non à un traitement thermique, en présence d'une solution aqueuse contenant au moins un agent hydrotrope de préférence à une concentration minimale hydrotropique, 35 suivi d'une opération de récupération de l'extrait. 3033682 4 Par « solution hydrotropique » ou « à concentration minimale hydrotropique », on entend selon la présente invention une solution aqueuse contenant l'hydrotrope à une concentration supérieure ou égale à la concentration minimale hydrotropique (MHC) précédemment rappelée et bien connue de l'homme de l'art. Cette 5 concentration doit être ajustée afin de tenir compte de la teneur en eau éventuellement apportée par la plante. Ces hydrotropes, utilisés au delà de cette concentration minimale hydrotropique sont des molécules non tensio-actives pour éviter la formation des micelles. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la concentration 10 minimale hydrotropique de l'hydrotrope dans ladite solution aqueuse est supérieure ou égale à 0.8 mol/L. Préférentiellement, cette concentration est supérieure ou égale à 1 mol/L. Plus préférentiellement, cette concentration est supérieure à 1,5 mol/L. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, l'hydrotrope ionique ou non ionique peut être choisi parmi le groupe constitué de : sodium n-butyl benzène 15 sulfonate, sodium cumène sulfonate, sodium paratoluène sulfonate ou sodium xylène sulfonate, heptyglucosides, alkylglycosides et alkylpolyglycosides, diméthyl isosorbide, N,N-diéthylnicotinamide, N,N-diméthylbenzamide, isopentyldiol, utilisés seuls ou en mélange. Par « composés lipophiles », on entend au sens de la présente invention, des 20 composés avec un coefficient de partage octanol/eau, encore appelé logP ou log kow, positif. Selon une caractéristique de l'invention, l'agent hydrotrope est de type ionique, en particulier choisi parmi les alkylbenzène sulfonates tels que le cumène sulfonate de sodium et le xylène sulfonate de sodium. 25 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'agent hydrotrope est de type non ionique, préférentiellement agrosourcé, en particulier chois parmi les alkyl(poly)glycosides de formule générale Alk-O-Zp, dans laquelle : - Alk désigne un fragment hydrophobe aliphatique hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié comprenant de 3 à 7 atomes de carbone, et 30 - Z représente un groupement glycoside hydrophile tel que le glucose, le xylitol et l'arabinose, et - 1 REVENDICATIONS1. Procédé d'obtention d'un extrait de plante, caractérisé en ce que lesdites plantes fraîches ou sèches sont soumises à un traitement mécanique consistant à extruder les plantes dans un extrudeur, associé ou non à un traitement thermique, en présence d'une solution aqueuse contenant au moins un agent hydrotrope, en particulier à une concentration minimale hydrotropique, suivi d'une opération de récupération de l'extrait. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent hydrotrope est de type ionique, en particulier choisi parmi le sodium n-butyl benzène sulfonate, sodium cumène sulfonate, sodium paratoluène sulfonate ou sodium xylène sulfonate. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent hydrotrope est de type non ionique, préférentiellement agrosourcé, en particulier un alkyl-(poly)glycoside de formule générale Alk-O-Zp, dans laquelle : - Alk désigne un fragment hydrophobe aliphatique hydrocarboné, saturé ou insaturé, linéaire ou ramifié comprenant de 3 à 7 atomes de carbone, et - Z représente un groupement glycoside hydrophile tel que le glucose, le xylitol et l'arabinose, et - 1 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit traitement thermique est conduit à des températures comprises entre 20°C et 200°C, de préférence entre 60°C et 120°C. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les plantes soumises au traitement thermomécanique en présence de solution aqueuse d'agent hydrotrope sont constituées par tout ou partie des parties aériennes et/ou des parties souterraines de plantes sèches ou de plantes fraîches, entières, fragmentées ou broyées. 3033682 14 6. Procédé selon la revendication 5 en ce que les parties de plantes sont représentées par les parties aériennes telles que tiges, branches, feuilles, fruits, graines et/ou fleurs ; et/ou les parties souterraines telles que les rhizomes, les racines et/ou les bulbes 5 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les plantes sèches ou fraîches soumises au traitement thermomécanique en présence de solution aqueuse d'agent hydrotrope sont choisies parmi les fruits de Physalis peruviana, les graines d'Embelia ribes, les feuilles de Myrtus communis, les feuilles d'Eucalyptus 10 globulus, les péricarpes de Garcinia mangostana, les inflorescences femelles d'Humulus lupulus, l'écorce de Cinchona sp., les parties aériennes d'Urtica dioica, les parties aériennes d'Helichtysum spp., les fruits de Vanilla spp., les rhizomes de Zingiber officinale, les rhizomes de Curcuma spp., les rhizomes de Piper methysticum, les feuilles de Piper spp. 15 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plantes subissent un pré-traitement avant extrusion, un traitement aux ultra-sons, par micro-ondes, une digestion enzymatique, une macération dans la solution hydrotropique, une préparation de la plante telle que cryobroyage, fragmentation, 20 broyage, en particulier une macération dans la solution hydrotropique. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrait récupéré est soumis à une étape ultérieure de clarification et/ou filtration. 25 10. Procédé selon les revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'extrait récupéré est dilué, concentré, séché ou conservé comme tel, par l'ajout de conservateur adapté. 11. Procédé selon les revendications 1 à 8 caractérisé en ce que l'extrait récupéré est dilué dans un volume d'eau suffisant pour récupérer un extrait sec enrichi en 30 composés lipophiles. 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrusion est mise en oeuvre dans un extrudeur bi-vis. 3033682 15 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'extrudeur bi-vis comporte une première zone bi-vis corotatives et copénétrantes où se réalise la trituration desdites plantes. 5 14. Procédé selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que l'extrudeur bi-vis comprend une seconde zone bi-vis où se réalise la séparation solide/liquide. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit extrudeur comporte au moins un fourreau et de préférence plusieurs fourreaux 10 successifs adjacents. 16. Compositions alimentaires, cosmétiques et/ou pharmaceutiques contenant un extrait de plante total ou concentré en composés lipophiles obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 15. 15 17. Compositions selon la revendication 16, caractérisées en ce qu'elles sont mises sous une forme propre à l'administration topique. 18. Compositions selon la revendication 16, caractérisées en ce qu'elles sont mises 20 sous une forme propre à l'administration orale.