Integrated eco-extraction of plant bioactive compounds. Investigation of supercritical fluid extraction (SFE)
Procédés intégrés d'éco-extraction de composés bioactifs de plantes. Investigation de l'extraction par fluides supercritiques
Résumé
The utilization of natural plant ingredients from sustainably derived sources is a topic of current interest in the cosmetic industry. The inherent properties featured by plants (anti-aging, antioxidant, depigmentation, etc.) can be attributed to their chemical composition, particularly secondary metabolites. This thesis aimed to develop sustainable extraction methods for polar and non-polar bioactive molecules employing supercritical fluids (SFE), and more specifically supercritical carbon dioxide (SC-CO2). The objective is to reduce organic solvents consumption, unit operations (filtration, centrifugation, concentration, etc.), and increase the yield of the metabolites of interest. Statistical tools like experimental design were employed to optimize the extraction while reducing the number of experiments for both polar and non-polar compounds. Initially, SFE was optimized to extract polar bioactive compounds from several key plants: green tea leaves, pomegranate pericarp, and black locust heartwood. A comparison between SFE and ultrasound assisted extraction was evaluated in each case, demonstrating the benefits of SFE application in terms of yield and solvent consumption. In addition, a selective-sequential supercritical fluid extraction (S3FE) was applied to marigold flowers. This plant is rich in both hydrophilic and lipophilic compounds, interesting for cosmetic application. This allowed to reduce unit operation thanks to sequential dynamic extraction, recovering two fractions one rich in esterified triterpenoids and the second in glycosylated flavonoids. Finally, the application of Derringer functions allowed separation optimization of marigold's esterified triterpenoids isomers using supercritical fluid chromatography with a stationary phase consisting of five coupled C18 core shell columns, enhancing separation efficiency.
L'utilisation d'ingrédients naturels d'origine végétale provenant de sources durables est un sujet d'actualité dans l'industrie cosmétique. Les propriétés inhérentes aux plantes (anti-âge, antioxydant, dépigmentation, etc.) peuvent être attribuées à leur composition chimique, en particulier aux métabolites secondaires. Cette thèse vise à développer des méthodes d'extraction verte pour les composés bioactifs polaires et non polaires en utilisant des fluides supercritiques (SFE), à base de dioxyde de carbone (SC-CO2). L'objectif est de réduire la consommation de solvants organiques et les opérations unitaires (filtration, centrifugation, concentration, etc.), tout en augmentant le rendement d'extraction de ces métabolites. Pour cela, des approches de sélection des paramètres d'extraction ont été mises en œuvre au travers de plan d'expériences, pour les molécules d'intérêt polaires ou non-polaires.Tout d'abord, la SFE a été optimisée pour extraire les composés polaires de plusieurs plantes clés : les feuilles de thé vert, le péricarpe de la grenade et le bois de cœur du robinier (faux-acacia). Des comparaisons avec l'extraction assistée par ultrasons ont montré la pertinence de l'emploi de la SFE. De plus, une méthode d'extraction sélective et séquentielle (S3FE) a été développée et appliquée aux fleurs de calendula (soucis). Celle-ci est riche en composés lipophiles et hydrophiles intéressants pour des applications cosmétiques. Cette méthode a permis de réduire les opérations unitaires grâce à l'extraction dynamique séquentielle et de récupérer deux fractions, l'une riche en triterpénoïdes estérifiés et l'autre en flavonoïdes glycosylés. Enfin, l'application des fonctions de Derringer ont permis d'optimiser la séparation d'isomères de triterpénoïdes estérifiés du calendula par chromatographie en fluide supercritique en utilisant cinq colonnes C18 couplées, améliorant ainsi l'efficacité de la séparation.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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