Les différentes techniques d'extraction
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Au 13ème siècle, la distillation, technique issue du Moyen-Orient, permet d’obtenir des huiles essentielles odorantes.
Jusqu’au 19ème siècle où le développement de nouveaux solvants permet d’isoler de certaines plantes, les molécules chimiques, utilisées, par exemple, comme principes actifs de médicaments.
Après un aperçu de quelques techniques ancestrales, nous détaillerons l’extraction par solvant selon les phases mises en présence puis l’extraction par hydrodistillation.
Toutes ces extractions séparent les constituants sans qu’il se produise de réaction chimique.
Depuis la haute Antiquité (Egypte…), l'homme utilise
des colorants, des parfums, des arômes, et les extraits de
produits naturels grâce aux techniques suivantes :
• La filtration. Elle date de la
préhistoire et permet, par exemple, au travers
d’un lit de sable ou de mousse de rendre une eau boueuse
limpide.
• Le pressage. Par exemple, il s'agit
d'exercer une pression sur une orange pour obtenir le jus, ou
d'écraser des fleurs pour extraire les arômes comme le
faisaient les égyptiens.
• La décoction. On place la racine ou
l'écorce d’une plante dans de l'eau froide ; le tout
est porté à ébullition et les constituants se
dissolvent dans l’eau. Cette méthode
est très ancienne.
• L’enfleurage. Les fleurs
fragiles (violette ou jasmin) sont posées sur des
châssis enduits de graisse animale très pure et inodore
qui absorbe le parfum des fleurs au contact ; en fin de
séchage, les graisses sont imprégnées de
substances odorantes que l’on extrait avec de
l’alcool.
• L'infusion. On verse de l'eau bouillante
sur les feuilles ou les fleurs finement hachées puis on les
laisse tremper pour dissoudre les principes actifs. Le thé
en est un exemple.
• La macération. Une substance
séjourne à froid dans un solvant organique pour en
extraire les constituants solubles dans ce solvant. Ex : la
présence de fruits dans l'alcool.
• Entraînement à la vapeur ou
hydrodistillation. Les parfums de la plante (huiles
parfumées ou huiles essentielles) sont entraînés
par de la vapeur d'eau. Cette technique date de l'Egypte
ancienne.
• Extraction par solvant.
c'est un procédé plus récent
(19ème siècle) qui permet d'extraire des
composés qui ne peuvent pas l'être avec de l'eau.
Toutes ces techniques connues depuis longtemps ont été
perfectionnées et sont toujours utilisées.
Une extraction est un
procédé qui permet d’obtenir une espèce
chimique à partir d’une substance naturelle qui la
contient.
On peut extraire une substance grâce à un solvant lorsque l’espèce chimique à extraire est solubilisée préférentiellement dans ce solvant.
Pour choisir un solvant dans lequel l’espèce
chimique à extraire y soit le plus soluble
possible, il faut tenir compte de la solubilité
de l’espèce dans ce solvant qui doit être
la plus grande possible.
La solubilité
d’une espèce chimique dans un solvant est égale
à sa concentration dans une solution saturée de cette
espèce dans le solvant considéré. Elle
s’exprime en g/L.
La figure suivante présente un exemple d'extraction solide-liquide réalisée en laboratoire. Il s'agit de l'extraction de la chlorophylle.
L’extraction d’une substance chimique d’un solvant A vers un autre solvant, dit extracteur, B est basée sur la plus grande solubilité de la substance à extraire dans le solvant B, en utilisant une ampoule à décanter.
Une autre condition est nécessaire. Il doit exister une différence de densité entre les solvants A et B pour qu’ils ne soient pas miscibles :
La densité d’un liquide par rapport à
l’eau est égale au rapport de la masse
m d’1 L du liquide par la masse
m0 d’1 L
d’eau : d= m/m0. La
densité s’exprime par un nombre sans unité.
Le liquide le moins dense se retrouve
au-dessus de l’autre liquide non
miscible.
Si le solvant A est l’eau (d = 1,00) et que le solvant B est l’acétone (d = 0,79) alors l’eau (plus dense) se trouvera dans la phase inférieure de l’ampoule à décanter. On l’appellera phase aqueuse :
La manipulation de l’ampoule à
décanter nécessite l'application de
règles de sécurité :
• Verser le mélange des deux liquides à
l’aide d’un entonnoir ;
• après une première agitation
(en maintenant le bouchon avec l’index et en dirigeant
l’extrémité du côté du robinet vers
l’extérieur) ;
• dégazer aussitôt et
fréquemment ensuite pour éviter une surpression dans
l’ampoule à décanter ;
• après plusieurs agitations et dégazages
successifs, laisser reposer l’ampoule en
la débouchant pour que les deux phases se
discernent bien.
Une distillation sert à séparer les constituants d’un mélange de deux liquides lorsqu’on le porte à ébullition.
Application
:
Lorsque l’on porte une boisson alcoolisée à
ébullition on peut en extraire l’éthanol qui
bout à 78°C alors que l’eau et les autres
composés bouent à de plus hautes températures.
Les vapeurs d’alcool passent dans le système
réfrigérant qui les condensent et les refait passer
à l’état liquide.
L’hydrodistillation consiste à porter à ébullition un liquide dont les vapeurs vont entraîner des substances volatiles qui ne sont pourtant pas solubles dans ce liquide.
On parle d’hydrodistillation lorsque le
liquide entraîneur est l’eau.
On utilise souvent cette technique pour extraire les
huiles essentielles des fleurs, de la lavande, par
exemple.
Ainsi, on récupère dans l’erlenmeyer, après le réfrigérant, un mélange d’eau et du liquide. Ces deux liquides, alors non miscibles, constituent le distillat.
Dans le ballon on place le mélange eau/ solide dont on veut extraire la substance (anis, fleurs..) ainsi que de la pierre ponce pour réguler l’ébullition.
La vapeur d’eau, à 100°C, fait éclater les
cellules du solide qui libère alors les huiles
essentielles. Ces dernières nécessitent de plus
hautes températures pour passer à
ébullition.
Les huiles ne peuvent être vaporisées mais seront
entraînées par la vapeur d’eau
dans la colonne de distillation puis dans le
réfrigérant pour se condenser en
distillat.
Il suffira de les séparer grâce à une ampoule à décanter dans laquelle on transfère le distillat.
Cependant, pour augmenter la différence de densité entre les deux phases et faciliter l’extraction, on effectue l’opération de relargage. Ceci consiste à ajouter du chlorure de sodium (sel) pour rendre les produits organiques moins solubles dans l’eau salée car celle-ci est plus dense.
De nombreuses techniques d’extraction ont évolué au cours des siècles.
Les principales utilisées de nos jours sont :
• l’extraction par solvant : on solubilise dans un solvant l’espèce chimique à extraire du fait de la grande solubilité de cette espèce dans le solvant.
Pour une extraction liquide-liquide les deux solvants, initial et extracteur, doivent être non miscibles ;
• l’hydrodistillation : la vapeur d’eau entraîne les espèces à extraire qui se retrouvent dans le distillat avec l’eau (ainsi on obtient deux liquides non miscibles séparés dans une ampoule à décanter).
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