Brevet FR3056922A1 — publié le 20180406

PROCEDE PARTICULIER D'EXTRACTION DE MOLECULES PAR HAUTES PRESSIONS La présente invention se rapporte à l'extraction de molécules contenues dans des matières premières naturelles. L'extraction de molécules et l'obtention d'extraits à partir de matières premières naturelles, en particulier à partir de matrices végétales, est un enjeu important dans de nombreux domaines comme l'agroalimentaire, la cosmétique, la nutraceutique ou la médecine. Depuis plusieurs décennies, un intérêt croissant s'est porté sur les techniques d'extraction avec pour objectif de permettre de mieux sauvegarder les propriétés des constituants extraits, de limiter le coût économique de l'extraction et de développer des procédés plus en accord avec le développement durable. Les premiers procédés d'extraction faisaient appel à la température, comme par exemple le procédé Soxhlet ou le procédé d'extraction par la vapeur. Plus récemment, des procédés s'appuyant sur des techniques physiques ont été développés. On peut notamment citer : - l'extraction assistée par ultrasons [F. CHEMAT et al. « Ultrasound assisted extraction of food and naturai products . Machanisms, techniques, combinations, protocois and applications : A review » Ultrasonics Sonochemistry (2017), 34, p.540-560], - l'extraction assistée par micro-ondes [P.TATKE et Y. JAISWAL « An overview of Microwave Assisted Extraction and its Applications in Herbal Drug Research » Research Journal of Medicinal Plant (2011), 5(1), p.21-31], - l'extraction par solvants à l'état supercritique [A. CAPUZZO et al. "Supercritical fluid Extraction of Plant Flavors and Fragances"Molecules (2013), 18, p. 7194-7238], l'extraction par solvants à l'état subcritique [Xiaoxia LIANG, Qiaojia FAN "Application of sub-critical water extraction in Pharmaceutical Industry", Journal of Materials Science and Chemical Engineering (2013), 1, p.1-6]., - les procédés d'extraction assistés par champs électriques pulsés [N. BOUSSETTA et al. "Pulsed Electrical Technologies Assisted Polyphenols extraction from Agricultural 3056922 2 Plants and Bioresources: A review", International Journal of Food Processing Technology (2015,2, p.1-10], - et enfin les méthodes d'extraction assistées par Hautes Pressions, qui ont vu le jour il y a une douzaine d'années environ [S.ZHANG, J. ZHU, C. WANG, "Novel High 5 Pressure extraction technology" International Journal of Pharmaceutics (2004), 278, p.471-474]. Les procédés d'extraction mettant en oeuvre l'application d'une pression ont été étudiés dans plusieurs travaux et sont de deux catégories : - les procédés à relativement faibles pressions (entre 5 et 15 MPa c'est-à-dire entre 10 50 et 150 bar) qui visent la valorisation de co-produits issus de ressources végétales comme c'est le cas dans [H. WIJNGAARD et al." Techniques to extract bioactive compounds from food by-products of plant origin", Food Research International (2012), 46, p.505-513] ou encore dans [J.VIGANO et al. "Sequential high pressure extractions applied to recover piceatannol and scirpusin B from passion fruit 15 bargasse"Food Research International (2016),85, p.51-58]. - Les procédés mettant en jeu des pressions élevées (100 à 600 MPa c'est-à-dire entre 1000 et 6000 bar) qui concernent l'extraction de différentes molécules en particulier : o anthocyanines [M. CORRALES et al."Extraction of anthocyanins from grape 20 skins assisted by high hydrostatic pressure", Journal of Food Engineering (2009), 90, p.415-421], o polyphénols [J. XI et al."Characterization of polyphenols from green tea leaves using high hydrostatic pressure extraction", International Journal of Pharmaceutics (2009), 382 p.139-143], 25 o différents anti-oxydants [K. NAGENDRA-PRASAD et al. "Enhanced anti- oxidant and antityrosinase activities of longan fruit pericarp by ultra-high pressure assisted extraction", Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis (2010), 51, p.471 - 477]. Un résumé de l'ensemble des travaux menés sur ce type d'extraction est notamment décrit dans la publication [H.W. HUANG, C-P. HSU, B. BARRY-YANG, C.Y. WANG "Advances in the extraction of natural ingredients by high-pressure extraction technology", Trends in Food Science & Technology (2013), 33, p.54-62 ]. 3056922 3 Or, l'ensemble des procédés d'extraction actuellement connus faisant intervenir le paramètre pression n'est pas satisfaisant en particulier car ceux-ci ne permettent pas la sauvegarde de l'intégrité des constituants extraits, notamment dans le cas de l'utilisation de pressions élevées. 5 L'objectif de l'invention est de proposer un nouveau procédé d'extraction de molécules à partir de matières premières naturelles palliant ces inconvénients et permettant non seulement de sauvegarder la naturalité des constituants obtenus, mais également l'extraction de nouveaux constituants jusqu'alors impossible ou compliquée avec les procédés existants. Pour y répondre, l'invention a pour objet un procédé d'extraction de molécules par Hautes 10 Pressions Hydrostatiques mettant en oeuvre des paramètres particuliers qui permettent de limiter la valeur de la pression appliquée tout assurant une excellente efficacité d'extraction. En particulier l'invention vise un procédé d'extraction d'au moins un constituant (au moins une molécule) à partir d'au moins une matière première naturelle, comprenant la mise en oeuvre des étapes suivantes : 15 - A) Introduire dans une enceinte Hautes Pressions, au moins une matière première naturelle et au moins un solvant, ladite matière première et ledit solvant étant contenus dans un conditionnement souple fermé hermétiquement, le rapport massique entre le solvant et la matière première étant compris entre 1 et 10, - B) Mettre en oeuvre un procédé de traitement par Hautes Pressions Hydrostatiques 20 qui consiste à appliquer à la matière première naturelle et au solvant contenus dans le conditionnement souple une pression P comprise entre 20 MPa et 600 MPa avec les conditions suivantes : o un mode d'application MA continu ou cyclique, o une vitesse d'application VA de la pression P pour la compression comprise 25 entre 1 et 15MPals, o une vitesse de décompression VD comprise entre 1 et 400 MPa/s, et o une température initiale de la matière première et son solvant avant application de la pression comprise entre -20°C et +60°C, - C) Récupérer le contenu du conditionnement souple, 30 - D) Séparer la phase solide et la phase liquide, - E) Récupérer la phase liquide et éventuellement séparer les molécules contenues dans cette phase liquide. 3056922 4 Avantageusement, un tel procédé permet non seulement d'assurer l'extraction de constituants d'une matière première naturelle, tout en sauvegardant leurs propriétés intrinsèques notamment la naturalité des extraits obtenus, mais également l'extraction de nouveaux constituants. 5 L'invention est à présent décrite en détails. Définitions Par « matière première naturelle » ou « matière première » au sens de l'invention on entend tout ou partie d'une d'au moins matière première d'origine naturelle, notamment : - une matrice animale non humaine et prélevée sans souffrance pour l'animal, 10 généralement après sacrifice, comme par exemple de la peau de poisson, - ou une matrice végétale comme une plante ou un constituant d'une plante (tige, feuille, graine, racine..) quelle que soit l' espèce végétale. Par « enceinte Hautes Pressions » au sens de l'invention on entend tout équipement ou dispositif permettant l'application de Hautes Pressions Hydrostatiques. 15 Par solvant « au sens de l'invention » on entend une substance liquide à sa température d'utilisation qui a la propriété d'extraire des molécules de ladite matière première. Les solvants utilisés selon l'invention sont des solvants non toxiques ou faiblement toxiques. Il peut s'agir en particulier de l'eau, de solutions aqueuses, de mélanges hydro-alcooliques ou d'huiles. 20 Par « conditionnement souple » au sens de l'invention on entend un contenant ou emballage qui est déformable entièrement ou en partie (conditionnement souple entièrement ou partiellement), pour pouvoir transmettre la pression, c'est-à-dire pour que l'application de la pression puisse compenser la compressibilité du milieu traité qu'il contient. Il peut s'agir par exemple d'une poche constituée de couches de polymères ou d'un système constitué d'une 25 partie souple et d'une partie rigide (notamment pour la fermeture étanche). Par « constituant » au sens de l'invention on entend une molécule ou un ensemble de molécules présente(s) dans une matière première naturelle (par exemple des polyphénols, des anthocyanes, etc.). Par « fermé hermétiquement » au sens de l'invention on entend un conditionnement qui est 30 fermé hermétiquement en particulier : 3056922 5 - par soudures des parois préférentiellement lorsque le conditionnement souple est une poche (parois constituées de couches de polymères), - ou par tout moyen notamment vissage ou clippage, préférentiellement lorsque le conditionnement souple est un système constitué d'une partie souple et d'une 5 partie rigide. Description détaillée de l'invention L'invention a donc pour objet un procédé d'extraction d'au moins un constituant d'une matière première naturelle, préférentiellement d'au moins une molécule. Ce procédé comprend la mise en oeuvre de plusieurs étapes. 10 La première étape, l'étape A), consiste à introduire dans un conditionnement souple fermé hermétiquement, au moins une matière première naturelle et au moins un solvant. La présence du solvant permet à la fois l'extraction de constituants (qui est améliorée et accélérée par la mise en oeuvre d'un procédé Hautes Pressions Hydrostatiques) et à la fois la transmission de la pression au sein de la matière première. 15 La matière première naturelle peut être introduite brute ou préalablement traitée. Elle peut en particulier avoir été séchée. Dans ce dernier cas, l'étape suivante, l'étape B), n'est mise en oeuvre qu'après réhydratation de la matière première dans le solvant. Le rapport massique entre le solvant et la matière première naturelle est compris entre 1 et 10, préférentiellement entre 1 et 5. 20 Le conditionnement, contenant ladite matière première et ledit solvant, est lui-même introduit dans une enceinte Hautes Pressions. L'enceinte Hautes Pressions est ensuite fermée de façon classique par au moins un obturateur assurant l'étanchéité. Il n'y a généralement qu'un seul obturateur lorsque l'enceinte « Hautes Pressions » est en position verticale et il y a généralement deux obturateurs (un à chaque 25 extrémité) lorsque l'enceinte est en position horizontale. Le procédé selon l'invention comporte ensuite une étape B) qui consiste à mettre en oeuvre un procédé de traitement par Hautes Pressions Hydrostatiques à l'ensemble matière première et solvant. Cette étape B) consiste en effet à appliquer à la matière première naturelle et au solvant contenus dans le conditionnement souple une pression P comprise entre 20 MPa et 30 600 MPa avec des conditions particulières, notamment : o un mode d'application MA continu ou cyclique, 3056922 6 o une vitesse VA d'application de la pression P pour la compression comprise entre 1 et 15MPa/s, préférentiellement entre 5 et 10 MPa/s, o une vitesse VD de décompression comprise entre 1 et 400 MPa/s, préférentiellement entre 5 et 100 MPa/s, et 5 o une température initiale de la matière végétale et son solvant avant application de la pression comprise entre -20°C et +60°C. Le mode d'application MA de la pression représente la façon dont celle-ci est appliquée pendant le traitement : soit de manière continue avec la même valeur de la pression pendant toute la durée du traitement une fois la valeur désirée atteinte, soit de manière cyclique. 10 La vitesse de compression, c'est-à-dire la vitesse de montée de la pression, est comprise entre 1 et 15 MPa/s, préférentiellement entre 5 et 10 MPa/s. Cette vitesse peut être constante ou variable jusqu'à atteindre la pression désirée. De même, pour deux cycles différents si le mode d'application est cyclique, la vitesse de compression peut être identique ou différente. La vitesse de décompression, c'est-à-dire la vitesse de descente de la pression, est comprise 15 entre 1 et 400 MPa/s, préférentiellement entre 5 et 100 MPa/s. Cette vitesse peut être constante ou variable jusqu'à atteindre la pression désirée. De même, pour deux cycles différents si le mode d'application est cyclique, la vitesse de décompression peut être identique ou différente. La vitesse de décompression selon l'invention est rapide et joue un rôle important pour aider à la destruction de la matière première et faciliter le transfert des 20 constituants dans le solvant. Pour un même cycle, ou lorsque le mode d'application de la pression est continu, les vitesses de compression et de décompression peuvent être identiques ou différentes. Dans le cas d'une application cyclique le procédé est constitué d'un enchainement na de cycles. Un cycle est décrit par une montée en pression avec la vitesse de compression, un 25 maintien de la pression à une valeur P pendant une durée ta puis une descente en pression avec une vitesse de décompression : - soit jusqu'à la pression ambiante Po, - soit jusqu'à une pression intermédiaire P,n comprise entre la pression ambiante Po et la plus basse des pressions P appliquées pendant lesdits deux cycles. 30 De façon préférée, le nombre de cycles na est compris entre 2 et 30 cycles. 3056922 7 La durée ta d'application de la pression P de chaque cycle est préférentiellement comprise entre 1 et 20 minutes, encore plus préférentiellement entre 3 et 10 minutes. Soit tous les cycles ont une durée identique, soit au moins deux des cycles ont une durée ta différente. De même la pression P peut être identique pour tous les cycles ou pour au moins deux des 5 cycles la pression P appliquée est différente. La vitesse de compression VA et/ou de décompression VD peuvent être identiques pour tous les cycles ou au moins deux des cycles présentent une vitesse de compression VA et/ou de décompression VD différente. Selon une variante, il est possible d'appliquer un profil de compression ou de décompression 10 spécifique caractérisé en ce que la vitesse VA ou VD peut varier. En effet, chaque cycle présente un profil de compression et de décompression. Le profil de compression ou de décompression correspond à l'allure générale de l'application de la pression durant la montée ou la descente. Ainsi, la compression et la décompression peuvent se faire de manière monotone (à vitesse constante ou avec des vitesses variables) ou avec un 15 ou plusieurs paliers de pression. Chaque palier est réalisé en appliquant une pression constante intermédiaire d'une valeur située entre la pression la plus basse du cycle et la pression la plus haute du cycle. L'atteinte de ce ou ces palier(s) peut se faire à vitesse constante ou à vitesses variables. Avant et après chaque palier, la vitesse d'application peut être identique ou différente. 20 Aussi, pour au moins un cycle, la vitesse de compression VA et/ou la vitesse de décompression VD peuvent varier jusqu'à atteindre la pression P. Soit tous les cycles présentent le même profil de de compression et/ou de décompression soit au moins deux cycles présentent un profil de compression et/ou de décompression différents. Par ailleurs, pour un même cycle, le profil de compression et le profil de décompression 25 peuvent être identiques ou différents, c'est-à-dire que pour un même cycle les vitesses VA et VD peuvent être identiques ou différentes. Un temps de latence tat peut être appliqué avant le premier cycle et/ou entre certains cycles et/ou entre chaque cycle : soit à la pression ambiante Po, soit à la pression intermédiaire P. Ce temps de latence est compris entre 3 et 10 minutes. Selon un mode de réalisation 30 particulier, le procédé comprend au moins un nombre na de trois cycles, et au moins un temps de latence. S'il y a au moins deux temps de latence ces temps de latence peuvent être identiques ou différents. 3056922 8 La durée totale d'application de la pression P pour le procédé est comprise préférentiellement entre 10 et 80 minutes. Ainsi, de façon préférée, le procédé d'application de Hautes Pressions Hydrostatiques de l'étape B) présente une durée totale comprise entre 10 et 80 minutes. Elle est dépendante dans le cas d'une application cyclique, du nombre de cycles na et de la durée 5 de chaque cycle ta à la pression de traitement P, de la durée du temps de latence s'il y en a, ainsi que des vitesses VA et VD. La température initiale du milieu est comprise -20°C et +60°C, préférentiellement entre -20°C et +40°C. Cette température peut être la température ambiante (20°C à 25°C) ou une température plus basse voire une température négative ou bien une température plus élevée. 10 Les températures basses (inférieures à 4°C) et négatives sont bien adaptées à l'extraction de molécules thermosensibles ou pour éviter la dégradation de certains constituants et les températures plus élevées comprises entre 30°C et 60°C, notamment entre 30°C et 40°C, permettent l'extraction de constituants non thermosensibles mais pour lesquels la température facilite le transfert de masse. 15 L'accroissement de pression pour la mise en oeuvre de l'étape B) peut être réalisé soit à l'aide d'une ou plusieurs pompes associées à des dispositifs permettant de contrôler les vitesse VA et VD (dans ce cas, le volume de l'enceinte « Hautes Pressions » est généralement constant), soit par diminution de volume de l'enceinte. Les différents paramètres caractérisant le traitement Hautes Pressions Hydrostatiques à 20 appliquer sont saisis sur un automate ou sur ordinateur (selon le système de transmission des données à l'équipement). Une fois le traitement de l'étape B) terminé l'enceinte « Hautes Pressions » est ouverte et le conditionnement souple est récupéré à l'étape C). Cette étape consiste à récupérer le conditionnement dans l'enceinte Hautes Pressions et à en récupérer son contenu. Ce contenu 25 peut être constitué d'une phase solide représentant le résidu de la matière première et d'une phase liquide renfermant au moins un constituant ou un mélange de constituants. Ce contenu est constitué d'une phase solide et d'une phase liquide. L'étape D) du procédé d'extraction selon l'invention consiste ensuite à séparer la phase solide et la phase liquide. Cette séparation peut être réalisée par tout moyen connu par l'homme du métier, en 30 particulier par centrifugation et/ou filtration. La phase liquide est récupérée à l'étape E). Soit l'extrait liquide est utilisé en tant que tel soit, les molécules contenues dans la phase liquide sont séparées. Cette séparation peut être 3056922 9 réalisée par tout moyen connu de l'homme du métier en particulier par chromatographie, suivie éventuellement d'un dosage des constituants par spectrométrie de masse. L'extrait liquide obtenu avant ou après séparation des molécules, peut être stocké tel quel dans un contenant adapté ou transformé en une poudre par exemple par lyophilisation. 5 Avantageusement, le procédé selon l'invention permet d'extraire des constituants non altérés ou non modifiés par le traitement d'extraction ou des constituants totalement originaux. En outre, il est possible d'optimiser l'ensemble des paramètres du procédé de hautes pressions hydrostatiques de telle manière que le ou les constituant extraits soient sécurisés du point de vue microbiologique. 10 L'invention est à présent illustrée par des exemples de procédés selon l'invention Exemples Pour tous les exemples, une matrice végétale a été introduite avec un mélange eau/éthanol 50/50 dans un conditionnement souple qui est ensuite fermé hermétiquement. Le rapport de la masse de solvant sur la masse de matrice végétale est de 5. 15 Les exemples sont basés de façon non limitative sur l'extraction de constituants de type « polyphénols » de diverses matrices végétales. Exemple 1 Une matrice végétale V1 a été soumise à un procédé selon l'invention pour extraire de l'acide caftarique (acide phénolique). Deux traitements (étape B) ont été réalisés dans les conditions 20 énoncées ci-dessous . Le rapport massique entre le solvant eau/éthanol 50/50 et la matière première végétale était de 5. Traitement Pression (MPa) VA (MPa/s) MA T (°C) 1 400 6,6 Continu 15 -4 min. 2 400 6,6 Cyclique -4 3x5min 3056922 10 Les phases liquide et solide ont ensuite été séparées par filtration et l'acide phénolique ou les autres composés phénoliques ont ensuite été séparés au sein de la phase liquide par ultra-chromatographie liquide haute performance puis ont été dosés par spectrométrie de masse. Pour le traitement 1 on observe une extraction de 3,17 µg/mL d'acide caftarique et que pour 5 le traitement 2 l'extraction cyclique conduit à 2,31 u.g/mL d'acide caftarique. Exemple 2 La matrice végétale V1 a été soumise à un procédé selon l'invention pour extraire de l'acide caftarique et de la procyanidine dimère B1. Un traitement a été réalisé dans les conditions énoncées ci-dessous . Le rapport massique entre le solvant eau/éthanol 50/50 et la matière 10 première végétale était de 5. Traitement Pression (MPa) VA (MPa/s) MA T (°C) 3 400 6,6 Cyclique +20 3x5min Les phases liquide et solide ont ensuite été séparées par filtration et l'acide phénolique ou les autres composés phénoliques ont ensuite été séparés au sein de la phase liquide par ultra-chromatographie liquide haute performance puis ont été dosés par spectrométrie de masse. Le traitement 3 permet une extraction de 5,08 u.g/mL d'acide caftarique et de 13,30 ug/mL de 15 procyanidine dimère B1. Exemple 3 Une autre matrice végétale V2 été soumise à un procédé selon l'invention pour extraire de l'acide caftarique et de la procyanidine dimère B l'acide caftarique (acide phénolique), la catéchine (flavan-3-ols) et la Trans-s viniférine (stilbène). Deux traitements ont été réalisés 20 dans les conditions énoncées ci-dessous . Le rapport massique entre le solvant eau/éthanol 50/50 et la matière première végétale était de 5. 3056922 11 Traitement Pression VA MA T Acide Catéchine Trans- (MPa) (MPa/s) (°C) caftarique (1,1g/mL) viniférine (lag/mL) (gg/mL) 4 400 6,6 3x5 +4 1,38 28,02 0,42 min. 5 400 6,6 5x3 +4 1,94 37,39 0,74 min. Ainsi, le mode d'application de la pression MA peut ainsi permettre de moduler la quantité de polyphénols extraits à partir de la même matrice végétale. REVENDICATIONS1. Procédé d'extraction d'au moins un constituant d'une matière première naturelle caractérisé en ce qu'il comprend la mise en oeuvre des étapes suivantes : - A) Introduire dans une enceinte Hautes Pressions, au moins une matière première naturelle et un solvant, ladite matière première et ledit solvant étant contenus dans un conditionnement souple fermé hermétiquement, le rapport massique entre le solvant et la matière première étant compris entre 1 et 10, - B) Mettre en oeuvre un procédé de traitement par Hautes Pressions Hydrostatiques qui consiste à appliquer à la matière première et au solvant contenus dans le conditionnement souple une pression P comprise entre 20 MPa et 600 MPa avec les conditions suivantes : o un mode d'application continu ou cyclique, o une vitesse d'application de la pression P pour la compression comprise entre 1 et 15MPa/s, o une vitesse de décompression comprise entre 1 et 400 MPa/s, et o une température initiale de la matière végétale et son solvant avant application de la pression comprise entre -20°C et +60°C, - C) Récupérer le contenu du conditionnement souple, - D) Séparer la phase solide et la phase liquide, - E) Récupérer la phase liquide et éventuellement séparer les molécules contenues dans cette phase liquide. 2. Procédé d'extraction selon la revendication 1, caractérisé en ce que procédé de traitement par Hautes Pressions Hydrostatiques de l'étape B) a une durée de totale comprise entre 10 et 60 minutes. 3. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le procédé de traitement par Hautes Pressions Hydrostatiques de l'étape B) est cyclique et comporte entre 2 et 30 cycles. 4. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le procédé de traitement par Hautes Pressions Hydrostatiques de l'étape B) est cyclique et en ce que chaque cycle a une durée comprise entre 1 et 20 minutes. 3056922 13 5. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le procédé de traitement par Hautes Pressions Hydrostatiques de l'étape B) est cyclique et en ce que au moins deux des cycles présentent des durées différentes. 6. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce 5 qu'à l'étape A), la matière première est introduite à l'état brut. 7. Procédé d'extraction selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'à l'étape A), la matière première est introduite sous forme séchée et en ce que l'étape B) n'est mise en oeuvre qu'après réhydratation de la matière première végétale dans le solvant. 8. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que 10 l'étape D) de séparation des phases solide et liquide est réalisée par filtration et/ou centrifugation. 9. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que l'étape E) comprend la séparation des molécules contenues dans la phase liquide par chromatographie, suivie éventuellement d'un dosage des molécules par spectrométrie 15 de masse. 10. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le solvant est choisi parmi l'eau, les solutions aqueuses, les solutions hydro-alcooliques et les huiles. 11. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que 20 ledit au moins un constituant est une molécule. 12. Procédé d'extraction selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que la matière première d'origine naturelle est une matrice végétale.