Extraction supercritique des substances actives de Silybum Marianum

Revue de génie industriel 2009, 1, 13-17
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Revue de
Génie Industriel
ISSN 1313-8871
http://www.revue-genie-industriel.info
Extraction supercritique des substances actives de Silybum
Marianum
1
1
2
3
Svetlomir Diankov , Evgeni Simeonov , Angel Sirakov , Pascale Subra-Paternaut
1
Université de technologie chimique et de métallurgie, Sofia, Bulgarie
2
Ministère de l’environnement et des eaux, Bulgarie
3
Université Paris 13, Institut Galilée, LIMHP
Revised and accepted 05 october 2008
Available online 30 december 2008
Resumé
L’extraction des substances actives, présentant un intérêt d’industrie pharmaceutique
et agro-alimentaire, de Silybum marianum était étudiée expérimentalement dans un
milieu de dioxyde de carbone supercritique (SC-СО2). Un cosolvant non toxique –
alcool éthylique, était ajouté. La masse totale de l’extrait était déterminée. L’influence
des paramètres opératoires : température et % volumique de cosolvant, était étudiée.
La pression opératoire était fixée à 18 МРа, le débit volumique total de solvant (SC3
СО2 + alcool éthylique) – à 1.5 cm /min, le rapport en volume entre les deux solvants
étant variable. Les résultats obtenus montrent une diminution considérable du temps
d’extraction, un protocole opératoire fiable et un taux d’extraction élevé par rapport
aux méthodes classiques.
Abstract
Extraction of active substances, presenting interest for pharmaceutics and food, wine
and tobacco industries, from milk thistle (Silybum marianum) in supercritical carbon
dioxide (SC-CO2) medium was studied. A non toxic cosolvent– ethyl alcohol was
added. The total amount of substance extracted was determined. The influence of the
working parameters : temperature and cosolvent volume % was investigated. The
working pressure was set at 18 МРа and the total solvent flow-rate (SC-CO2 + ethyl
3
alcohol) – at 1.5 cm /min, volume ratio between the two solvents being varied. The
obtained results show considerable decrease in extraction time, reliability of the
established working method and high extraction ratio.
Mot-clés : extraction supercritique, Silybum Marianum, SC-СО2
Keywords : supercritical extraction, milk thistle (Silybum Marianum), SC-СО2
Introduction
L’extraction de différentes composées actives de matières primaires végétales, assisté
par fluides supercritiques (FSC), présente un certain intérêt pour l’industrie
pharmaceutique et agro-alimentaire et suscite de nombreuses recherches
scientifiques [1-5]. Cela est dû à la possibilité des FSC de substituer certains solvants
organiques toxiques, répandus dans l’industrie. La diversification des applications
offertes par l’utilisation des FSC repose principalement sur leurs propriétés spécifiques :
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dans le point critique la masse volumique de la phase gazeuse s’égalise avec celle de la
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phase liquide. La compressibilité du fluide (∂P/∂V)T=0 et (∂ P/∂V2)T=0 correspond aux
changements locaux rapides de la densité en conséquence d’une variation isothermique
de la pression. Il faut noter que dans le domaine SC une variation d’un paramètre d’état
(pression, température) une variation continue des propriétés physicochimiques.
Le CO2 est un des solvants SC les plus utilisés dans la pratique car il possède des
conditions SC relativement douces, permettant le traitement des substances
thermolabiles, c’est une molécule de petite taille, impliquant une excellente
pénétrabilité, et de coût modéré par rapport aux solvants traditionnels. La séparation du
produit final et du solvant SC est facile à effectuer par une simple chute de pression [69].
L’extraction d’un matériau solide est un processus de transfert de matière dont le but
est d’extraire le maximum possible des composées actives pour un temps optimal. Dans
la pratique la pureté du produit extrait est d’une importance primordiale. Ce travail
expérimental est mené afin d’étudier la possibilité d’extraire les substances actives,
parmi lesquelles le silybine, de silybum marianum dans un milieux SC-CO2. Le silybine
est à la base de la production des médicaments suivants : Legalon®, Silymarin®,
Carsyl®, Silybor®, Silymar®.
Matériels et méthodes
Pour l’extraction ont été utilisées des semences de silybum marianum (Fig. 1), elles sont
moudrées et la fraction entre 0.4 et 0.5 mm est prise pour l’expérimentation. La matière
végétale était choisie à cause du fait, qu’il existe un grand intérêt dans l’industrie
pharmaceutique vers les substances actives dans son contenu, le silybum marianum
étant l’unique contenant la composée naturelle silybine. Le solvant SC est le CO2 :
producteur Air Liquide, pureté 99.5 %. Tenant en compte la spécifique de l’extraction
d’un composé polaire, il était nécessaire d’ajouter un cosolvant polaire afin d’améliorer
l’affinité du solvant SC vers les substances actives : le cosolvant est l’alcool éthylique :
producteur Prolabo, pureté 99.6 %.
Les résultats expérimentaux ont été obtenus à l’installation expérimentale, montrée sur
la Fig. 1.
Figure 1. Dispositif expérimental.
Le dispositif utilisé contient : pompe transportant le CO2 (3) - SPA Spectromonitor ;
pompe transportant l’alcool éthylique (6) - LDC Analytical ; colonne en inox, volume
3
10 cm (13) - producteur TOP IND, USA ;
vannes - producteur AUTOCLAVE Eng,
France ; tuyauterie et raccords – producteur SWAGELOK ; capteur de pression (9) –
producteur TOP IND, USA ; capteur de pression (12) et capteur de température (10) –
producteur TM, France.
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Protocole : remplissage de la colonne
Une quantité donnée de Silybum marianum est pesée (Tableau 1). À l’entrée de la
colonne sont placées des billes d’un volume de 1 cm3 en verre de diamètre 2 mm qui
contribuent à une meilleure répartition du flux de solvant dans la pleine section de la
colonne avant d’atteindre la zone d’extraction. Après, le Silybum marianum est
3
introduit. A la sortie de la colonne sont placées 2 cm billes en verre de diamètre 2 mm,
sur lesquelles la matière se disperse, augmentant ainsi la surface de contact entre les
phases. Afin d’éviter l’entrainement des particules fins et non dissoutes dans le solvant,
la colonne est munie de microfiltres à des deux extrémités.
Mode opératoire
La colonne (13) est montée dans le four thermostaté (8) et on attend 30 min de se
tempérer. Les deux pompes (2 et 6), à débit imposé, sont mises en marche
simultanément. Les deux flux se mélangent dans le mélangeur (4) avant d’entrer dans la
zone thermostatée. La température opératoire est maintenue constante, avec une
précision de ±1°C. La vanne (14) à la sortie est fermée et la vanne de laminage (15) est
légèrement ouverte pour éviter un coup hydraulique. La pression est montée à 18 MPa.
La pression opératoire atteinte, la vanne (14) est ouverte et la pression est réglée par la
vanne laminage (15). La durée du processus d’extraction est fixée à 120 min, qui
correspond aux temps rapportés dans la littérature [4,10,11]. L’extrait à l’issue de
chaque manipulation est récupéré dans l’éprouvette (16) et traité avec de l’azote pour
obtenir une matière sèche.
Résultats et discussion
Les résultats expérimentaux et les conditions opératoires sont présentés dans le Tableau
3
1. La pression est 18 MPa, le débit volumique total – 1.5 cm .
Tableau 1. Résultats expérimentaux, conditions opératoires
№
matière, g
température,°С
vol. % éthanol
masse d’extrait, g
1
3.5865
35
25
0.80028
2
3.6323
55
25
0.73342
3
3.5709
70
25
0.64719
4
4.0027
55
15
0.54008
5
4.0043
55
40
0.59130
6
3.8169
55
50
0.59227
7
3.8747
35
15
0.41101
8
4.0104
35
40
0.80234
9
3.6787
35
50
0.69146
10
3.8732
55
50
0.64810
11
3.9124
55
50
0.62555
Afin d’étudier l’influence de la température, des expériences sont menées à 35 °C, 55 °C
et 70°C. Le débit du cosolvant est fixé à 25 %vol. On observe un décroissement de la
masse d’extrait avec l’augmentation de la température. La masse d’extrait détroit de
0.80028 g à 35 °C jusqu'à 0.64719 à 70 °C. Nous pouvons relier ce fait avec la
diminution de la masse volumique du solvant SC avec la température à pression
constante [7], et ainsi son pouvoir solvant d’où sa capacité de dissoudre moins de
substance.
L’influence du cosolvant rajouté sur la quantité de la substance extraite a été aussi
étudiée. Les expériences sont menées à 15, 25, 40 et 50 % vol. d'alcool éthylique dans le
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flux de solvant SC (à rappeler–fixé à 1.5 cm ). Les résultats obtenus sont montrés sur la
Fig. 4. Les deux températures sont : 35 °C et 55 °C Pour les deux températures on
observe une augmentation sensible de la masse d’extrait de 0.41101 g à 0.80028 g au
début, quand le pourcentage volumique d’éthanol augment de 15 à 25 %vol. Après cette
valeur, aucune croissance de la quantité extraite ne s’affiche pas. Les résultats sont
ambigus pour en tenir plus des conclusions, mais montrent qu’il est inutile de rajouter
plus de cosolvant.
La reproductibilité du protocole et de la méthode a été évaluée en répétant trois fois un
même jeu de conditions expérimentales. L’incertitude, calculée comme [(m1m2)/m1].100% ne dépasse pas 8.5 %. La reproductibilité est jugée satisfaisante pour une
étude expérimentale.
En temps de manipulations, les étapes suivantes ont été observées :
•
Au début ils apparaissent des gouttes blanches troubles ;
•
Après ils apparaissent des gouttes translucides avec une couleur jaune intensif ;
•
L’intensité de la couleur diminue et finalement il n’apparaissent que des gouttes
non colorées d’éthanol pur ;
•
Les particules de Silybum marianum récupérées de la colonne après l’extraction
sont blanches et ont complètement perdu sa couleur jaune.
Conclusions
A la base des résultats obtenus on peut conclure que l’extraction de substances actives
de Silybum marianum utilisant un mélange (SC-CO2+éthanol) est un processus faisable
et perspectif. Le dispositif expérimental mis au point est fiable et facile à manipuler. Le
temps nécessaire d’extraction est réduit considérablement par rapport aux méthodes
traditionnelles : 120 min vers 24 h, et, de plus, l’alcool méthylique est remplacé par un
cosolvant non toxique. Finalement, d’après les observations sur les particules de
Silybum marianum récupérées de la colonne après l’extraction, on peut supposer que le
taux d’extraction est élevé.
Références
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10. Alvarez Barreto J.F., Carrier D.J., Clausen E.C. Extraction of silymarin compounds from milk
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Increase. Journal of chromatography 1991, 543, 413-423.
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