Optimisation des procédés d`extraction des huiles de quelques

Réseau de chercheurs
Génie des procédés appliqués à l’agro-alimentaire
Action P2-2092RR513
Optimisation des opérations de traitement des amandes de la mangue sauvage
(Irvingia gabonensis) et de palmiste (Elais guineensis) en vue de l’extraction
d’huile : qualité des huiles et des sous produits.
Rapport scientifique
Présenté par
Hilaire Macaire WOMENI
Responsable Scientifique de l’action
Université de Dschang
Faculté des Sciences
Département de Biochimie
Laboratoire de Biochimie des Plantes Médicinales,
des Sciences Alimentaires et de Nutrition (LABPMAN)
B P 67 Dschang, Cameroun
Tél. : (237) 99 97 84 49
Courriel : [email protected]
1. Introduction
Au Cameroun, les huiles végétales sont essentiellement fournies par les noix de palme, les
graines de coton et les germes de maïs. Les besoins du marché des oléagineux et la
détection de fonctionnalités nouvelles ont suscité, au niveau national, un intérêt de la
recherche scientifique et technique en direction de sources oléagineuses végétales locales,
encore sous-exploitées. Les axes de recherche développés dans ce cadre concernent
notamment la maîtrise des procédés d’extraction, la caractérisation des huiles extraites et la
définition de leurs qualités et de leur fonctionnalité. Actuellement, le karité, le safou, l’aiélé et
le « djansang » bénéficient de cet intérêt. Les études scientifiques et techniques menées sur
la mangue sauvage (Irvingia gabonensis) et les noix de palmiste (Elais guineensis) ont
portés sur leur caractérisation botanique, leur valeur nutritionnelle, l’extraction et la
caractérisation de leur huile. Il est à relever que peu d’intérêt a été accordé sur l’historique
des fruits avant extraction de l’huile et encore moins sur la relation entre cet historique, la
qualité des huiles et des sous produits.
Les producteurs de palmiste et de mangue sauvage soumettent généralement les fruits, les
noix et les amandes à différents traitements (stockage, séchage au soleil, fumage, grillage et
friture) susceptibles d’influencer aussi bien le choix des procédés et outils de transformation
que les caractéristiques physico-chimiques des huiles et des sous produits. Il est évident
qu’après la récolte, les conditions de stockage et de transformation des fruits, noix et
amandes sont susceptibles de provoquer des modifications biochimiques qui se ressentent
au niveau de la qualité des huiles et des tourteaux. Or, dans les conditions artisanales de
stockage et de transformation, plusieurs paramètres restent peu contrôlés, ce qui justifie la
qualité variable des produits obtenus. On trouve alors sur le marché de l’huile de palmiste
des produits franchement noirs mieux prisés pour les usages cosmétiques par les
consommateurs, les produits jaunâtres parfois raffinés. Il convient soit d’envisager des
moyens de leur amélioration, soit d’envisager d’autres modes de stockage des fruits, noix et
amandes et de leur préparation.
2. Objectifs
L’objectif général est de recenser les procédés de transformation des amandes des
mangues sauvages et de palmistes, de les analyser et de déterminer les meilleures
conditions de traitement par rapport à la qualité des huiles.
Les objectifs spécifiques sont les suivants :
- Identifier à partir des principales caractéristiques chimiques et physiques des huiles et des
sous produits, les opérations qui constituent les points critiques des procédés de production
des huiles des mangues sauvages et des palmistes.
- Déterminer l’effet de la variation des modes et conditions de séchage des amandes sur la
qualité des huiles.
- Appliquer la méthode d’extraction aqueuse avec ajout d’enzymes à l’extraction de l’huile
des amandes de mangue sauvage.
- Evaluer, in vivo, l’effet de l’huile des amandes de mangue sauvage sur certains paramètres
biochimiques chez les rats.
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3. Bilan scientifique des travaux effectués
3.1. Irvingia gabonensis
3.1.1. Caractérisation physico-chimique des amandes et de l’huile
Les amandes des fruits d’Irvingia gabonensis sont constituées des hydrates de carbone
(19,20%), des protéines (8,48%), des cendres (2,21%) et d’une importante quantité de
matière grasse (70,11%) constituée essentiellement d’acide myristique (52%) et d’acide
laurique (38%) et peu de matières insaponifiables (0,27%). Cette fraction est constituée en
majorité d’hydrocarbures (62,54%). On y trouve également des stérols (22,44%) et des
alcools triterpéniques (2,24%). Le thermogramme de l’huile de mangue sauvage présente un
principal pic autour de 40°C. Ce pic est caractéristique des acides gras saturés qui
représentent 97% des acides gras d’huile de mangue sauvage. La prédominance de ces
acides gras saturés entraîne celle des triacylglycérols à trois acides gras saturés qui fondent
aux températures élevées. L’aspect solide à température ambiante de l’huile de mangue
sauvage se justifie par cette prédominance en acides gras saturés.
3.1.2. Influence du séchage sur la qualité de l’huile
L’influence du séchage sur la qualité de l’huile a été étudiée par exposition des amandes
directement au soleil, par fumage, à l’étuve et par friture. Les séchages au soleil et par
fumage des amandes sont lents et irréguliers avec plusieurs pics d’augmentation de vitesse
de perte en eau. Ils sont favorables à l’action des lipases qui hydrolysent les acylglycérols.
Le séchage à l’étuve est un peu plus accéléré et régulier. Mais, il entraîne l’oxydation des
lipides favorisée par la convection à l’air. La friture des amandes accélère de 150 à 300 fois
la vitesse de perte en eau des amandes. En 10 minutes à 150°C on atteint 10% d’humidité
résiduelle. La température de friture élevée inactive les enzymes d’altération mais, par contre
elle favorise l’absorption de l’huile de bain de friture riche en acides gras libres.
3.1.3. Extraction aqueuse de l’huile
Le procédé d’extraction aqueuse avec ajout d’enzymes, permet d’éviter l’utilisation de
solvant organique pour extraire l’huile. Une dispersion de farine d’amandes de mangue
sauvage a été traitée avec une protéase (Alcalase ®), une pectinase (Pectinex®), un
mélange d’enzymes de dégradation de la paroi cellulaire (Viscozyme®) puis centrifugée pour
séparer l’huile. Le rendement d’extraction a été calculé par rapport au rendement
d’extraction à l’hexane considéré comme 100%. L’extraction aqueuse sans enzyme permet
de recueillir 27,36% de matière grasse des amandes. Lorsqu’on ajoute séparément de
l’Alcalase, du Pectinex et de la Viscozyme on obtient respectivement 34,86%, 42,24% et
67,97%.
Les conditions optimales d’extraction aqueuse avec la Viscozyme ont été recherchées selon
un plan d’expérience composite centré avec trois facteurs : le rapport farine d’amandes sur
eau (masse/volume) ; la concentration d’enzyme (volume/volume) et la durée d’incubation.
Cette recherche a conduit à un model de rendement d’extraction d’huile avec un coefficient
de détermination élevé (r2 = 0,9395). L’optimum est le suivant : rapport farine eau de 1119%, concentration d’enzyme 1,4-2% et temps d’incubation 14-18 heures. La confirmation
de ce model a donnée un rendement de 82,90% après traitement de farine dans le rapport
de 16% avec 2% de concentration de Viscozyme pendant 18 heures. Le traitement dans ces
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mêmes conditions suivi d’addition de 1% d’Alcalse pendant 2 heures a donné un rendement
de 89,63%.
En définitive, l’extraction aqueuse avec ajout d’enzyme qui permet de recouvrir une grande
quantité d’huile d’amandes de mangue sauvage consiste à : dans un premier temps,
hydrolyser les parois cellulaires de la farine d’amandes dispersée dans l’eau dans le rapport
16% avec 2% de Viscozyme pendant 18 heures. Dans un second temps, ajouter l’Alcalse
jusqu’à 1% de concentration et incuber pendant 2 heures. Puis, centrifuger, à 50°C, pour
recueillir autour de 90% d’huile par rapport à l’extraction chimique.
3.1.4. Evaluation de la qualité in vivo de l’huile
Les rats wistar albinos mâles et femelles âgés de 3 semaines ont été utilisés pour
l’évaluation, in vivo, de la qualité nutritionnelle de l’huile de mangue sauvage. Trois taux
d’incorporation d’huile ont été utilisés : 5,1% ; 7,34% et 13,48%. L’incorporation de l’huile
d’Irvingia gabonensis dans la ration des jeunes rats montre que cette huile influence de
manière importante les lipides du plasma. Ces ainsi qu’on observe une augmentation du
taux de cholestérol total sérique dans les rations test par rapport à celle des contrôles des
deux sexes. Cette augmentation est liée à la présence dans l’huile de mangue sauvage, des
acides gras à courte chaîne comme l’acide myristique et l’acide laurique qui sont connu
comme étant très hypocholestérolémiants. On observe également une augmentation du taux
HDL-cholestérol, transporteuse du bon cholestérol, qui s’élève avec l’augmentation du taux
d’incorporation. L’huile de mangue sauvage entraîne également une augmentation de la
concentration en triglycérides. Quel que soit le sexe, cette teneur en triglycérides, augmente
avec le taux d’incorporation.
3.2. Elais guineensis
3.2.1. Caractérisation physico-chimique des amandes et de l’huile
Les amandes de palmiste (Elais guineensis) sont riches en matières grasses (52,76%), elle
contient en outre 34,82% d’hydrate de carbone, 10,24% de protéine, 2,19% des cendres, et
9,44% d’eau. Les acides gras les plus représentés dans l’huile des amandes sont : l’acide
laurique (C12:0) 54,51% suivi de l’acide myristique (C14:0) 15,49%. Cette huile est
constituée de 88,58% d’acides gras saturés, 11,37% d’acides gras insaturés et 0,81%
d’insaponifiables. Le thermogramme de l’huile des amandes de palmiste présente un pic
principal autour de 20°C. L’huile de palmiste est constituée à près de 90% d’acides gras
saturés et cette prédominance des acides gras saturés entraîne celle des triacylglycérols à
trois acides gras saturés. Ceci justifie l’aspect solide de l’huile de palmiste lorsqu’elle est
stockée autour de 20°C.
3.2.2. Analyse des procédés d’extraction
Les conditions de stockage, de séchage (soleil ou four électrique) et d’extraction varient d’un
producteur à un autre et conduisent à la variabilité de la qualité des huiles obtenues des
procédés traditionnels et mécanisés. L’analyse des procédés mécanisés a permis de les
récapituler et de distinguer deux procédés : procédé SOGECO (Société générale de
commercialisation) et procédé SOCIR-SARL (Société de commercialisation industrielle et de
représentation) qui ont servis de support pour l’étude. Les amandes utilisées dans les
différents procédés sont reséchées au soleil, au four électrique ou de bois, conductif ou
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convectif, muni des tuyaux de conduction de chaleur et d’un système de ventilation motorisé
qui refoule la chaleur vers le séchoir situé au-dessus de la chambre de combustion.
L’huile traditionnelle des amandes non cuites présente un taux d’acide gras libre et de taux
de peroxyde élevé, comparée à celles des amandes cuites. L’analyse des procédés
industriels d’extraction d’huile de palmiste montre que l’aptitude de l’huile à l’altérabilité
dépend de la teneur en eau des amandes, en impureté et en triglycérides. Cette analyse
laisse apparaître que les impuretés et le séchage au soleil des amandes accroissent les
acides gras libres et diminuent l’indice d’iode par activation enzymatique alors que le
séchage au four les inactive, diminuant l’acidité grasse et augmentant l’indice d’iode. Le
stockage prolongé des amandes permet le développement de la microflore fongique, ce qui
apporterait des lipases d’origine externe, augmentant le degré d’hydrolyse donc les acides
gras libres dans les huiles industrielles contrairement aux extraits directement obtenus par
séchage des amandes. Le séchage à haute température (cas de SOCIR), et le stockage
prolongé de ses amandes moisies accélèrent la production des peroxydes. Malgré les
fluctuations observées dans la composition des acides gras des 2 procédés industriels, ces
variations restent non significatives.
3.2.3. Influence du séchage sur la qualité de l’huile
Le séchage au soleil est une technique de déshydratation lente. Lors de l’exposition
au soleil, la présence des brisures et de la farine facilite la perte d’eau mais les
échantillons d’huile provenant de farines présentent des taux d’acide gras libre et de
peroxyde élevés preuve que lors du broyage et du séchage il y a facilitation de
contact entre la lipase et l’huile d’une part, entre l’oxygène et l’huile d’autre part.
La recherche des conditions optimales par rapport aux paramètres physico-chimiques des
amandes et des huiles montre qu’il serait préférable de sécher à moins de 120°C pendant
moins de 700 minutes pour une déshydratation sans perte d’huile par exsudation. Les huiles
moins acides (% d’acide oléique ≤ 1) s’obtiennent en travaillant à des températures
supérieures à 60°C pendant plus de 100 minutes. Alors que pour avoir des indices d’iode
élevés (Ii >13) des huiles stables du point de vue thermique on doit sécher à moins de 400
minutes et à des températures inférieures à 100°C ou à plus de 100°C pendant plus de 400
minutes. Les huile moins oxydées c'est-à-dire les indices de peroxyde faibles (Ip < 30,90
meq/kg) étant obtenus lorsque les amandes sont séchées entre 80°C et 120°C pendant plus
de 300 minutes.
L’huile extraite des amandes séchées au soleil rentre dans les normes OMS/FAO, pour une
huile alimentaire, si la durée de séchage reste inférieure à une semaine et en absence de
brisures et de farinette d’amandes. Au cours du séchage des amandes dans un four
électrique, la limitation de la perte d’huile par exsudation et de l’altération des huiles est
obtenue en appliquant aux amandes entières des températures de 80 à 120°C pendant 5 à
12 heures.
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4. Missions/stages menés dans le cadre du projet
Missions
- Hilaire Macaire WOMENI (Docteur, Enseignant-chercheur à l’Université de Dschang)
* 05 au 13 août 2005. Destinations : Bafang, Nkongsamba, MBanga, Douala et
Ebolowa.
* 14 au 17 septembre 2005. Destinations : Bafang, Nkongsamba, MBanga et Douala.
- César KAPSEU (Professeur, Université de Ngaoundéré)
* 27 novembre au 04 décembre 2005 : Destination : Université de Dschang.
* 27 septembre au 04 octobre 2006. Destination : Laboratoire de Science et Génie
Alimentaires (LSGA) de l’Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL).
- Jacques FANNI (Professeur, Institut national polytechnique de la Lorraine).
* 27 novembre au 04 décembre 2005. Destination : Université de Dschang.
- Félicité TCHOUANGUEP MBIAPO (Professeur, Université de Dschang)
10 au 21 octobre 2006. Destination : Université de Ngaoundéré.
- Thierry NANGUE (Etudiant Master, LABPMAN, Université de Dschang)
* 14 au 20 août 2006. Destination : Yaoundé, Sangmélima et Ebolowa.
Stages
- Hilaire Macaire WOMENI (Docteur, enseignant-chercheur à l’Université de Dschang)
* 16 août au 11 septembre 2005 et du 18 septembre au 16 octobre 2005.
Destination : Université de Ngaoundéré.
* 25 septembre au 12 novembre 2006. Destination : Laboratoire des Science et Génie
Alimentaires (LSGA) de l’Institut National Polytechnique de Lorraine (INPL).
5. Autres retombées au terme du projet
6. Annexe : version électronique des publications issues du projet
- H.M. Womeni, R. Ndjouenkeu, C. Kapseu, Félicité Tchouanguep Mbiapo, M. Parmentier &
J. Fanni. Influence des techniques de séchage sur la cinétique de perte en eau des
amandes et la qualité de l’huile d’Irvingia gabonensis. Procédés Biologiques et
Alimentaires, Volume 3, N°1 pp 46-60, 2006.
- H. M. Womeni, R. Ndjouenkeu, C. Kapseu, Félicité Tchouanguep Mbiapo, M. Parmentier et
J. Fanni. Aqueous enzymatic oil extraction from Irvingia gabonensis seed kernels. 4th Euro
Fed Lipid Congress - Fats, Oils and Lipids for a Healthier Future. Madrid, 01-04 October
2006.
- B. Tiencheu, H. M. Womeni, Félicité Tchouanguep Mbiapo, J. Fanni & M. Parmentier.
Effect of time and drying temperature of palm kernels on the quality of palm kernel oil. XIIIe
Conférence Annuelle de Biosciences, 14-16 décembre 2006, Université de Douala,
Douala, Cameroun.
- N. Tenyang, H. M. Womeni & V. Bikay Bikay. Analyse des propriétés d’extraction
traditionnelle d’huile de palmiste au Cameroun et recherche des conditions améliorées.
XIIIe Conférence Annuelle de Biosciences, 14-16 décembre 2006, Université de Douala,
Douala, Cameroun.
- H.M. Womeni, R. Ndjouenkeu, C. Kapseu, Félicité Tchouanguep Mbiapo, M. Parmentier et
Jacques Fanni. Aqueous enzymatic oil extraction from Irvingia gabonensis seed kernels.
Soumis pour publication à European Journal of Lipid Science and Technology. Référence :
EJLT-2007-0172.
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