ASPECTS EXPERIMENTAUX SUR L’EXTRACTION DES CAROTENOIDES

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LES XANTHOPHYLLES [2], [5]

La lutéine

La lutéine est obtenue par extraction par solvant volatil des souches naturelles des fruits et des plantes comestibles ainsi que des herbes, la marigold et de la luzerne.
Les principales matières colorantes sont constituée des caroténoïdes et en majeure partie de lutéine et de ses esters acides gras. Elle est responsable de la couleur jaune orangée des certaines plantes.
Les solvants suivants peuvent être utilisés pour extractionl’ : méthanol, éthanol, propanol-3, hexane, acétone, méthyléthylcétone, dichlorométhane et dioxyde de carbone.
Leur biodisponibilité mesurée par la réponse postprandiale, quelques heures après le repas, ou par la réponse plasmatique à moyen terme, est en effet meilleure que celle des carotènes.
La lutéine est le principal caroténoïde présent dans la partie centrale de la rétine nommée la macula).

Structure chimique

– Formule brute C40H56O2
– La structure développée plane de la lutéine renfermune fonction hydroxyle sur les deux cycles terminaux de β-ionone :

Propriétés physico-chimiques

Les caroténoïdes oxygénés comme la lutéine sont plus polaires et s’incorporent plus facilement dans les micelles mixtes intestinales que les carotènes tels le beta-carotène et le lycopène.
La lutéine possède une bonne stabilité à la température, à la lumière et au SO2 servant aux traitements de protection des fruits. Elle est moins sensible à l’oxydation que les autres caroténoïdes.

Vertus thérapeutiques

La lutéine est associée à la santé oculaire. Elle ourraitp donc contribuer à protéger les yeux contre la dégénérescence maculaire liée à l’âge, principale cause de cécité chez les adultes âgés. Sa présence dans l’œil permet de filt rer une partie de la lumière bleue et des ultraviolets et aide à protéger la rétine des radicaux libres. Il s’agit donc d’un antioxydant important dans les cellules photoréceptrices de l’œ il.
Dans le domaine alimentaire, elle est utilisée comme sauces salades.

La canthaxanthine

Structure chimique

– Formule brute C40H52O2
– La structure développée plane de la canthaxanthinerenferme une fonction cétone sur chaque cycle deβ-ionone terminal :

Propriétés physico-chimiques

La canthaxanthine est un pigment naturel de couleur rouge, elle permettra de donner un rouge plutôt foncé, mais un peu « terne » et manquant de luminosité. Elle est insoluble dans l’eau mais elle est soluble dans l’huile en mélange avec du β-carotène. Leur longueur d’onde d’absorption maximale est de λmax = 468 – 472 nm dans le cyclohexane.
Comme la canthaxanthine est d’origine biologique animale, les taux de canthaxanthine renfermés dans certains tissus ou organismes animaux sont les suivants : jaune d’œuf à 30 mg/kg, la peau graisse (tissu cible) chez les volailles à 2.5 mg/kg, le saumon à 10 mg/kg de chair et la truite à 5 mg/kg de chair.

Utilisation agro-alimentaire

La canthaxanthine est un colorant utilisé dans l’alimentation animale pour colorer les aliments d’origine animale.

Vertus thérapeutique

La canthaxanthine agit aussi comme un antioxydant.

La Zéaxanthine

La zéaxanthine de couleur jaune est particulièremen concentrée dans la partie centrale de la rétine. Elle forme le pigment maculaire, couche protectrice qui absorbe la lumière bleue.
On trouve la zéaxanthine dans certaines plantes comme le tagète « Tagetes erecta » ainsi que dans d’autres sources alimentaires comme le maïs, le chou vert, les épinards ou encore la courge.

Structure chimique

– Formule brute C40H56O2
– Structure développée plane de la zéaxanthine renferme une fonction hydroxyle de substitution sur les deux cycles terminaux de β-ionone :

Vertus thérapeutique

Dans le domaine pharmaceutique, sa présence dans l’œil lui permet de filtrer une partie de la lumière bleue et des ultraviolets. Elle aide à la protection de la rétine et les cellules photoréceptrices de l’œil dont la membrane extérieure est riche en acides gras polyinsaturés contre les radicaux libres. La zéaxanthine est associée donc à la santé oculaire. Elle contribue
à protéger les yeux contre la dégénérescence maculaire liée à l’âge, principale cause de cécité chez les personnes âgées.

LES APOCAROTENOIDES [2], [7]

Le β,8-apocarotenal

Il est synthétisé naturellement. Les souches naturelles de β,8-apocarotenal sont les agrumes, les légumes, et l’herbe.

Structure chimique

– Formule brute C30H40O
– Structure disposant d’un noyau de β-ionone et d’une fonction aldéhyde.

Propriété physico-chimique

Il se présente sous forme de poudre fine cristalline violette. Il est insoluble dans l’eau mais peu soluble dans l’éthanol et dans l’huile. Il est miscible avec le chloroforme. Il est sensible à la lumière, la chaleur, l’air et l’humid ité. Il est plus sensible à la lumière que le bêta-carotène. Leur longueur d’onde d’absorption est de λmax = 462 nm dans le cyclohexane.

Vertus thérapeutiques

Il est utilisé souvent avec le bêta-carotène pour voira une couleur orange plus soutenue.
Il est un antioxydant important luttant contre les radicaux libres en les empêchant d’endommager les membranes.

La Bixine

Il s’agit de la constituante colorée de l’enveloppe des graines de rocou provenant du rocouyer (Bixa orellana). Il est cultivé dans les tropiques.

Structure Chimique

– Formule brute C25H30O4
– Sa structure développée présente une fonction acideet une fonction ester :

Propriété physico-chimique

La bixine est soluble dans les huiles et les graisses. Leur solubilité augmente avec le degré d’insaturation de l’huile. La bixine est facile à solubiliser dans le chloroforme, la pyridine et l’acide acétique glacial. Leur longueur d’onde d’absorption est de λmax = 443-475 nm dans le cyclohexane et 509nm dans le chloroforme.

Utilisations agro-alimentaires

La bixine est utilisé dans l’agroalimentaire pour colorer uniformément les aliments comme la glace, le fromage à pate molle et le yaour t.

Vertus thérapeutique

Elle est également utilisée comme un antioxydant.

LES EQUIVALENCES VITAMINIQUES DES CAROTENES [8], [9], [10],

La Vitamine A

La vitamine A est une vitamine liposoluble. Elle est connue sous deux noms chimiques « rétinol » et « axérophtol ». La vitamine A provient :
– soit de vitamine A de synthèse chimique,
– soit de carotènes convertis en rétinol dans l’organisme par l’aide de la bile. Elle s’agit d’un alcool provenant du métabolisme des carotènes. La vitamine A se trouve dans les produits animaux tels que l’huile de poisson et le foie. Ces aliments d’origine végétale contiennent un pigment jaune appelé carotène, dont une partie est convertie en vitamine A dans l’organisme, pour cela, il a besoin de matières grasses et de bile.

Structure chimique

– Formule brute : C20H30O
– Structure disposant d’un noyau de β-ionone et d’une fonction alcool.

Propriétés physico-chimiques

Dans sa forme cristalline, la vitamine A est une substance jaune-verte pâle, soluble dans la graisse mais insoluble dans l’eau, qui existe uniquement dans les produits d’origine animal.
Le rétinol est à la fois la forme principale et la forme active de vitamine A dans l’alimentation humaine. Il est véhiculé dans notreorganisme sous forme d’esters d’acides gras.
Le foie régule le taux sanguin de vitamine A. Ellecircule dans notre corps grâce à une protéine de transport. Un apport adéquat en protéines et en lipides est nécessaire à l’absorption de la vitamine A.

Vertus thérapeutiques

La vitamine A est un antioxydant, élément qui protège contre les maladies en neutralisant les molécules d’oxygène instable, lesradicaux libres, du corps. Cette vitamine est impliquée dans la vision nocturne car elle contribue à entretenir la muqueuse des yeux et elle est nécessaire pour la conversion de la lumière enun signal nerveux dans la rétine, la croissance, les différenciations cellulaires et lareproduction. Plus une femme enceinte séropositive est carencée en vitamine A, plus il est probable que son enfant se retrouve porteur du virus du SIDA.
Elle maintient aussi la santé de la peau (prévientl’acné et les dermatoses) et la surface des tissus, principalement ceux qui ont des membranes muqueuses. Les muqueuses sont les premières barrières de protection c’est pourquoi la vitamine A aide à lutter contre les coups de froid et les infections principalement au niveau des yeux, des oreilles, du nez, de la gorge, des poumons, de l’estomac, de l’urinaire et de l’intes tinale. Il semblerait qu’elle permette de prévenir des cancers du sein.
Précautions :
La vitamine A est une vitamine liposoluble, elle peut donc être stockée dans notre corps et être responsable d’hypervitaminoses. De trop importants apports en vitamine A peuvent provoquer des effets indésirables tels que des maux de têtes, des vomissements, des troubles de la vision, la perte des cheveux, des douleurs osseuses, l’hépatomégalie, les altérations cutanées et peut induire des anomaliescongénitales pendant la grossesse.

Teneur en vitamine A

Voici la teneur en vitamine A de 100 g quelques produits alimentaires d’origine animale :
• Huiles de poisson : 18 000 à 120 000 µg
• Foies de poisson : 3 000 à 300 000 µg
• Foies d’animaux : 3 000 à 12 000 µg
• Beurre : 700 µg.
• Jaune d’œuf : 570 µg
• Fromages : 200 à 300 µg
• Poissons gras : 200 à 800 µg.

Equivalence

Les quantités de vitamines et minéraux sont habituellement exprimées en milligrammes (mg) ou microgrammes ( g). La vitamine A dans les aliments s’exprime et se mesure aujourd’hui en équivalents de rétinol (ER) plutôt qu’en unités internationales (UI) utilisées auparavant.

Besoin journalier

Une carence de vitamine A se traduit par une sécheresse pathologique de l’œil aboutissant à une xérophtalmie et parfois une cécité. D’autres tissus épithéliaux peuvent être affectés ; la peau peut présenter une kératose folliculaire.
L’apport recommandé par la FAO et l’OMS est de 750µg d’équivalent de rétinol par jour chez l’adulte ; une femme qui allaite doit augmenter l’apport de 50 pour cent, et un enfant le réduire. Cela est valable pour une alimentation diversifiée comportant à la fois de la vitamine A et du bêta-carotène.
Si l’alimentation est d’origine entièrement végétale, un apport plus important de bêta-carotène est recommandé pour compenser la faible conversion en vitamine A.
Les groupes suivants peuvent être particulièrementbénéfique pour inclure des sources naturelles de vitamine A dans leur régime alimentaire :
– Les végétariens qui peuvent avoir un apport limitéde vitamine A provenant de produits laitiers, ou ceux qui ne consomment pas assez de légumes contenant du bêta-carotène.
– Ceux qui consomment trop d’alcool, étant donné quel’apport d’alcool peut épuiser les réserves de vitamine A de l’organisme.
– Les jeunes enfants d’âge préscolaire, y compris les enfants qui reçoivent des soins de santé inadéquats et ceux qui vivent dans esd milieux comportant des carences nutritionnelles.
– Les personnes dont les intestins ont de la difficulté à digérer et à assimiler les matières grasses ou celle qui souffrent la diarrhéeou de grippe intestinale chronique.
– Ceux dont l’apport quotidien de protéines, de calorie et de zinc sont insuffisant, étant donné que ces nutriments sont nécessaires pour mobiliser la vitamine A du foie afin de faire parvenir à l’appareil circulatoire.

Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I : ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I : HISTORIQUE DES CAROTENOIDES
CHAPITRE II : DESCRIPTION DES CAROTENOIDES
I-LES HYDROCARBURES
II-LES XANTHOPHYLLES
III-LES APOCAROTENOIDES
IV-LES EQUIVALANCES VITAMINIQUES DE CAROTENE
CHAPITRE III : ETUDES BOTANIQUES DE QUELQUES PLANTES CAROTENOIDE
I- GENERALITE SUR LA CAROTTE
II- GENERALITE SUR LA MANGUE
III- GENERALITE SUR LA PAPAYE
IV- GENERALITE SUR LA PEAU DE MANDARINE
V- GENERALITE SUR LA COURGE
CHAPITRE IV: GENERALITE SUR LES METHODES EXTRACTIVES
I-EXTRACTION PAR SOLVANT VOLATIL
II- EXTRACTION PAR GAZ SUPERCRITIQUE CO2
III- METHODE ENZYMATIQUE
CHAPITRE V : GENERALITE SUR LES METHODES D’ANALYSE DES CAROTENOIDES
I-METHODES QUALITATIVES
II-ANALYSE QUANTITATIVE PAR LE METHODE
MICROBIOLOGIQUE
CHAPITRE VI : GENERALITE SUR LES METHODES DE PURIFICATION
I-METHODE DE FRACTIONNEMENT ET PURIFICATION PAR LA CHROMATOGRAPHIE LIQUDE SUR COLONNE CLC)
II-METHODE DE PURIFICATION PAR VOIE CHIMIQUE
III- METHODE DE PURIFICATION PAR HIGH PERFORMANCY LIQUID CHROMATOGRAPHY (HPLC)
PARTIE II : ASPECTS EXPERIMENTAUX SUR L’EXTRACTION DES CAROTENOIDES
CHAPITRE I : EXTRACTION DES CAROTENOIDES A PARTIR DE LA CAROTTE
I-EXTRACTION
II-RESULTAT DE L’EXTRACTION
CHAPITRE II : EXTRACTION DES CAROTENOIDES A PARTIR DE LA MANGUE
I-EXTRACTION
II-RESULTAT DE L’EXTRACTION
CHAPITRE III : EXTRACTION DES CAROTENOIDES A PARTIR DE LA PAPAYE
I-EXTRACTION
II-RESULTAT DE L’EXTRACTION
CHAPITRE IV : EXTRACTION DES CAROTENOIDES A PARTIR DE LA PEAU DE MANDARINE
I-EXTRACTION
II-RESULTAT DE L’EXTRACTION
CHAPITRE V : EXTRACTION DES CAROTENOIDES A PARTIR DE LA COURGE
I-EXTRACTION
II-RESULTAT DE L’EXTRACTION
CHAPITTRE VI : ANALYSE PAR CCM DES FRACTIONS OBTENUES
PARTIE III : ASPECTS SOCIO-ECONOMIQUES ET ENVIRONNEMENTAUX
CHAPITRE I : ASPECT ECONOMIQUE DU PROJET
I-LES COUTS D’INVESTISSEMENT
II-LE FRAIS OPERATOIRE
III-LE FRAIS DE DEMARRAGE
IV-L’AMORTISSEMENT
V-MONTANT DES CHARGES FIXES
VI-COUT OPERATOIRE
VII-CHIFFRE D’AFFAIRE
IX-SEUIL DE RENTABILITE ET LE DELAI POUR ATTEINDRE LE SEUIL
XI-INVESTISSEMENT GLOBAL
XII-BENEFICE BRUT ANNUEL
XIII-RESULTAT PREVISIONNEL DE LA PREMIERE ANNEE DE FONCTIONNEMENT
XIV-RECAPITULATION GENERALE
CHAPITRE II : ASPECT ENVIRONNEMENTAL
CHAPITRE III : ASPECT SOCIAL
CONCLUSION GENERALE

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