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DE LEXTRACTION DUNE PLANTE A LA

LECTURE DE SA FICHE TECHNIQUE

Gontran GAILLOT BECARRE Natural (www.becarre-natural.com)

Lextraction correspond la sparation dun solide la plante - dans un liquide le solvant - dans le but bio-

technico-commercial de rpondre un besoin. Un extrait permet aux industriels dutiliser un produit plus riche

ou standardis en actifs ou en marqueurs, aux proprits diffrentes quelles soient biologiques, physiques ou

chimiques, tout en saffranchissant de certains soucis : stabilit par rapport la plante fraiche, talement de

limpact des saisonnalits, risque de pertes des actifs (hydrolyse, oxydation, mtabolisation par la plante, ),

facilit de la forme galnique. Afin dviter toute polmique, nous utiliserons le terme actif ou marqueur

puisque certains composs mentionns dans un document peuvent en fait ntre que des marqueurs aux

faibles proprits biologiques, quand dautres composs actifs peuvent ne pas tre mentionns dans la

description de lextrait.

LA PLANTE

MATIERE PREMIERE

Il est primordial de comprendre quun extrait dmarre ds la matire premire :

Lidentification permet-elle de garantir lextraction partir de la bonne plante ? Son origine correspond-elle aux tudes qui peuvent exister ? Sa collecte ou sa culture : zone et type de rcolte, impact sur la nature, part des besoins de

lextracteur ou du client par rapport la ressource disponible, risques gographiques et/ou

gopolitiques (pays en guerre, tensions aux frontires, climat en priode de rcolte, rupture de la

chaine dapprovisionnement).

Lanalyse de la variabilit du profil en actifs des plantes selon les zones, les saisons ou les pratiques de culture (par exemple : les ppins de Champagne apportent plus dOPC monomriques, quand le mme

cpage de Bourgogne apportent plus de dimres).

Etc

Lextracteur cherchera aussi minimiser limpact de la collecte sur la nature, planter, travailler des

programmes sociaux ou gouvernementaux (Good Agriculture Practices, licences gouvernementales, etc).

Certains extracteurs ont ainsi mis en place des filires depuis la fourniture des semences jusqu la

rmunration annexe de programmes sociaux.


PREPARATION DE LA MATIERE PREMIERE

La premire tape physique proprement parler de lextraction concerne la prparation de la plante. La coupe

(taille des particules et profil granulomtrique), le profil physique, la teneur en eau sont autant de paramtres

qui vont jouer sur le rendement de lextraction. De mme, les plantes fraiches apporteront un profil de

composs notamment volatiles diffrent de la plante sche quand le schage peut permettre dviter les

hydrolyses ou les dgradations enzymatiques naturelles. Le mode de schage peut dans certains cas tre

lorigine de nouvelles molcules voulues ou non, voire de contamination (par exemple les risques PAH issus de

la combustion).

Lextraction peut galement tre effectue partir de plantes congeles (le cas de certains fruits), toastes

(essentiellement pour le profil aromatique), ayant subi une pr-raction enzymatique en vue de la liqufier,

dcortiques, etc.

Enfin, toutes les plantes ne prsentent pas la mme aptitude tre extraites, ne serait-ce que la quantit de

plante quil est possible de charger dans un racteur par rapport la quantit de solvant apporter (par

exemple, certaines plantes gonflent et il devient impossible de remplir plus de 10% les racteurs, soit 100KG

de plantes par racteur de 1000L).

LEXTRACTION

LES SOLVANTS ET LA LATITUDE DE CHOIX

Le choix du solvant est un paramtre cl de lextraction. Il se fera en fonction :

De la slectivit recherche pendant lextraction (par exemple : solvants polaires pour extraire les molcules charges hydrophiles, solvants apolaires pour les molcules lipophiles sans pour autant

que ceci ne soit une rgle fige).

Du cot ramen lextraction ( lutilisation mais aussi lachat : dans de nombreux pays, par exemple, lthanol est beaucoup plus cher que le mthanol).

De la rgularit afin de garantir une qualit constante partir de plantes prsentant elles-mmes des variations.

Des risques de contaminations (lthanol 50 soit 50% de volume dans leau limitera plus la charge bactriologique que de lthanol 20% ou leau).

De la demande du march avals notamment pour des raisons rglementaires ou de scurit. De la demande du march amonts : difficults ou surcots (taxes) davoir tel ou tel solvant dans

certains pays.

Les solvants les plus courants en extraction vgtale sont leau, lthanol, lacetate dethyl, le CO2 mais aussi le

mthanol, lactone, lHexane, lIPA.


LA DESCRIPTION DU SOLVANT

Le solvant va servir extraire des composs de la plante et les maintenir dans la solution : chaque solvant

peut tre dcrit par ses forces dextraction qui vont agir sur la rupture des cohsions molculaires (forces

de Debye, London, Keesom, Van der Waals, etc), notamment son moment dipolaire (qui caractrise la

sparation des charges positives et ngatives par attraction lectrostatique et rpulsion).

Un solvant apolaire ou de faible moment polaire tel que le CO2 ou lhexane prsentera plutt des affinits avec

les molcules lipophiles (tel que les acides gras) quand les solvants polaires protiques ou aprotiques (donc peu

ionisant, tel lactone) permettront lextraction de molcules charges (par ordre croissant de moment :

Ethanol, Mthanol, Acide Actique, Acetate dEthyl, Eau, Actone, ). Lextraction peut associer plusieurs

solvants selon leurs miscibilits afin doptimiser la slectivit ou le rendement.

Dune rgle gnrale, il est faux de croire que nimporte quel solvant peut tre utilis avec la mme finalit,

chacun prsentant ses propres affinits.

Lanalyse des solvants rsiduels donne en gnral une bonne indication de ce qui a t utilis car mme un

lavage de lextrait par un autre solvant en vue de le dcharger du solvant initial laisse des traces rsiduelles.

LA METHODE DEXTRACTION SOLIDE / LIQUIDE

Lextraction la plus courante est lextraction dite solide / liquide : le solide (la plante plus ou moins prpare)

est mis en prsence du liquide (le solvant) en vue de sa solubilisation. Plusieurs terminologies existent:

Macration : contact avec la totalit du solvant temprature ambiante Digestion : solvant entre la temprature ambiante et son point dbullition Dcoction (reflux): solvant son point dbullition Infusion (teas) : Le solvant son point dbullition est vers sur le solide puis refroidit Percolation ou Lixiviation: le solvant traverse le solide et peut tre re-utilis jusqu sa saturation avec

ou sans agitation (la lixiviation correspond en gnral une percolation lente)

Optimisation : le choix de la dure de lextraction, de la temprature, du pH, des forces appliques (pression,

mlangeur) sont autant de paramtres pour optimiser lextraction. Dautres procds existent incluant par

exemple lextraction contre-courant par lutilisation de plusieurs racteurs en srie, lutilisation de

microondes ou dultrasons permettant daugmenter lagitation molculaire et ainsi le rendement dextraction

ou doptimiser la saturation du solvant, avec un possible surcot qui doit tre analys.

LEXTRACTION SUPER CRITIQUE

Il existe de nombreuses autres mthodes qui ne seront pas dcrites ici, dont lextraction super critique,

notamment au CO2. Ce mode dextraction consiste se positionner ltat super critique (temprature de

31C et pression de 73 bars) o le solvant peut passer rapidement entre ses tats gazeux et liquide. Lorsque le

solvant liquide est charg des composs extraire, il est pomp puis dtendu vers son tat gazeux laissant

lextrait - surtout des molcules apolaires - par dcantation. Inerte chimiquement et de retour ltat gazeux, il

ne reste aucun solvant rsiduel dans lextrait.


CONCENTRATION / SEPARATION / PURIFICATION

Lextrait obtenu peut ensuite tre concentr par vaporation du solvant, ou par de nouvelles tapes

dextraction ou de purification. Il sagit en gnral du solvant charg mais la valorisation peut aussi

correspondre la partie insolubilise (lpuis restant dans le racteur).

Cette concentration se fait via la solubilit des composs, leur taille (comme un micro tamis pouvant tre au

niveau molculaire), leur masse, leur charge ionique ou lectrostatique, leur comportement volatile en

fonction de la temprature, etc dont voici une liste non exhaustive :

La filtration est utilise pour enlever le(s) solvant(s) en complment de colonnes de rectification (souvent des filtres multiples sous pression) et/ou modifier la solubilit.

Les membranes jouent sur le couple absorption / diffusion, voire jusquau niveau molculaires (nano filtration).

La sparation liquide / liquide est une forme de purification qui consiste croiser le solvant charg issu de lextraction avec un solvant non charg prsentant des affinits particulire avec certain actifs

ou marqueurs en jouant sur la miscibilit, la saturation, la charge. Elle peut aussi tre utilise pour

nettoyer un extrait de son solvant initial.

La cristallisation apporte une plus grande slectivit puisquelle consiste former des cristaux de certaines molcules spcifiques (procd prcis et long) souvent par nuclation. La cristallisation peut

inclure une re-solventisation, en jouant sur la miscibilit.

La chromatographie est trs utilise pour purifier les molcules polaires. La solution charge scoule sur un support qui va retenir les molcules en fonction de leurs affinits chimiques et du temps

dcoulement. La chromatographie en colonne sur rsines est la plus habituelle.

LHPLC reprend le principe de la chromatographie avec encore une plus grande slectivit via des paramtres de pression, dinjection, de charge, mais galement plus coteuse.

LE SECHAGE

Lextrait ou le concentr peut tre propos sous forme liquide (extrait hydroalcoolique, glycrin, etc) ou en

poudre pour une plus grande stabilit et sa facilit dutilisation dans les produits secs. Le schage ncessite la

prsence de matire sche issue de lextraction ou de lpuis, ou dun support externe apport (souvent la

maltodextrine). Nous pouvons citer parmi de nombreux systmes :

Latomisation, schage par brumisation du solvant charg au travers dun souffle dair chaud, Lvaporation, par exemple sur bande (scheur continu) ou sur plateaux, sous vide ou non (le vide

permet dacclrer lvaporation tout en diminuant la temprature de schage),

La lyophilisation, qui joue sur la capacit de leau de se sublimer lorsquelle passe rapidement ltat gazeux via le changement de temprature.


LEXTRAIT DE PLANTE

Lextrait obtenu est ainsi propos aux industriels, nantis des documents en permettant sa description et la

garantie de qualit. En vue de larrt plante et de son Annexe II, le groupe de travail plantes du Synadiet a

dailleurs travaill un modle de description.

Les lments relatifs lextrait de plante sont usuellement mentionns dans la fiche technique, la fiche de

spcification, la fiche de scurit, le certificat de composition, le certificat dorigine, ou encore le procd de

production, mais dune faon plus ou moins prcise. Dautres informations peuvent tre fournies sous formes

de certificats ou dattestations, parfois sur demande ou aprs un accord mutuel de confidentialit.

LA DESCRIPTION DE LEXTRAIT ET SA DOCUMENTATION

La bonne description permet de garantir la qualit et la conformit de lextrait, la charge de lextracteur

dinformer correctement lutilisateur. Il nexiste pas de listes exhaustives, mais il est commun de citer :

Le nom spcifique et code du produit garantissant son unicit, nom de marque. La description de la plante avec son nom (vernaculaire, latin, scientifique), les parties utilises, ses

spcificits de collecte ou de rcolte (zone, priode, GPA, accords spcifiques, licences, protection des

espces CE338/97,).

Le(s) solvant(s) utilis(s), avec leur puret (dnatur ou non) et leur concentration, lorigine des solvants.

Le type d'extraction et/ou de purification. Les ratios dextraction (voir encadr). La composition de lextrait comprenant les additifs et leur puret, le(s) support(s), les risques

dimpurets, lhumidit, les cendres,

Les conformits rglementaires (solvants rsiduels, microbiologie, pesticides, mtaux lourds, contaminants, ...) et leurs normes (EP, USP, rglements europens : CE1881/2006 et ses amendement

spcifiques, CE396/2005, CE32/2009, ), ainsi que les brevets pouvant exister.

Les indications spcifiques dtiquetage (OGM, allergnes, nanotechnologies, ionisation, Casher, Halal, Agriculture Biologique ).

Les marqueurs et/ou les actifs avec une mention claire du type de mthode et de la norme utilise, du standard de rfrence sil y a lieu, et la rfrence de la mthode (interne, publie, officielle).

Les informations physiques de l'extrait: donnes de mise en uvre, stabilit, solubilit, couleur, aspect, odeur, et leurs modes de contrle.

Les informations de scurit et de qualit : point de contrles HACCP, fiche de scurit (CE 1907/2006, CLP 1272/2008), certifications.

Autres conditions: stockage, manutention, emballage, etc .... Les tudes (cliniques, bibliographiques, in-vitro, de caractrisation) dveloppes avec lextrait ou avec

la plante.


Comprendre les ratios dextraction de la fiche de spcification La matire premire - la plante - fournit lors de son extraction une certaine quantit d'une partie soluble et dune partie insoluble. Les ratios dextraction sont donc intrinsquement lis la plante et au procd. Le ratio est indiqu selon la norme x:y ou x reprsente la part de plante et y la part dextrait, base sche. Le NER (Native Extract Ratio), mme sil nest pas couramment utilis, fait gnralement rfrence lextrait natif, soit le

rapport entre la plante traite et lextrait, sans considrer les purifications possibles ni lajout de support. Il ne doit pas beaucoup varier car il correspond la quantit de matire sche qui peut tre extraite selon le procd. Certains pays font rfrence indiffremment au NER ou PER comme le mme ratio.

Le PER (Plant Extract Ratio) correspond au rapport entre la quantit de plante avant lextraction et aprs lensemble du process dextraction, donc juste avant toute addition de matriel externe (support, additifs, drches, ). Un PER lev correspond en gnral un extrait purifi.

Le DER (Drug Extract Ratio) correspond au rapport entre la quantit de plante avant lextraction et le produit final propos, donc aprs addition de matriel externe ou mlange.

Exemple : une plante riche en anthocyanes extraite lthanol 30% apporte 1% danthocyanes pour un PER (ou NER ici) de 10-12:1 (donc, 10 12kg de plante pour 1kg dextrait en sortie de racteur). Sch sur 30% de support de maltodextrine, le DER est de 7-9:1 (car 70% du PER). Lextrait 10-12:1 peut tre purifi pour atteindre le titre de 15% danthocyanes, conduisant un PER de 150:1. Obtenant alors suffisamment de matire sche, il nest plus ncessaire dutiliser un support, donc un DER galement de 150:1. Note : la standardisation un titre prcis, ainsi que le schage, peut se faire par dilution avec un support, mais aussi par ajout dun extrait moins riche ou de lpuis la part rsiduelle de lextraction permettant ainsi datteindre le titre et la teneur en matire sche tout en conservant un produit 100% issu de la plante.

LES METHODES DANALYSE

Exception faite des molcules pures, ou des extraits dfinis simplement par un ratio (et dans ce cas, nous

pouvons nous questionner sur la garantie de lactivit ou de la teneur en extrait ou de support), la fiche de

spcification inclut une analyse des marqueurs / actifs.

Une analyse nindique pas ncessairement une teneur relle, mais bien comment lextrait a ragi une

mthode donne .

Par exemple, un saut contient des balles : son titre en balles est de 9 balles de ptanque, mais aussi de 32

balles de ping pong, voire 110 balles si lanalyse se rfre des billes. Et lanalyse devient encore plus complexe

si le saut contient la fois tous les types de balles cest le cas de lanalyse des polyphnols par HPLC, du fait

parfois du nombre de polyphnols prsents dans un extrait. Certains marchs ont galement dvelopp leurs

propres mthodes danalyse en fonction de leurs besoins (cest le cas par exemple de la mthode danalyse des

anthocyanes lorsque ceux-ci sont recherchs dans un but de coloration).

Pour des raisons techniques, financires et parfois commerciales, les rsultats des mthodes danalyses

peuvent savrer approximatifs, de mme que le choix de certains des marqueurs analyss. La mthode la plus

prcise est sans doute lHPLC et ses drivs (telle lUPLC) lorsquelle est possible (ie. lorsque le profil analyser

nest pas trop complexe) et lorsque le tmoin existe, sachant quil nexiste aucune linarit prcise entre les

mthodes (voir encadr).

La comprhension des mthodes vient aussi du bon sens, par la vrification de la traditionnalit, de lhistorique

et de la prennit de la mthode, ainsi que du standard de rfrence utilis.


Des carts de mthodes ? Des valeurs sont indiques seulement pour faciliter la comprhension, et ne signifient aucunement un ordre de rsultats et encore moins lapprciation dun ratio entre des mthodes. Un mme extrait riche en polyphnols peut tre titr 75% de Polyphnols par UV (Folin, ractif Denis), ou 85% de

polyphnols par UV (Folin, Ciocalteu) ou encore prs de 100% de Polyphnols toujours par UV (en lecture 280 nm). Autant de rsultats que de mthodes UV et sans linarit ni ordre fixe entre les mthodes UV - la multitude des polyphnols pouvant ne pas permettre lanalyse par HPLC hors la recherche fondamentale en laboratoire.

Un extrait peut tre titr 10% de vitexine (UV), ou 12% de vitexine (UV, vitexin et Isovitexin as vitexin), ou 15% de vitexine (UV, total flavonoides as vitexin), ou encore 8% de vitexine (HPLC, Flavonoid as vitexin), etc (l aussi, des valeurs sont indiques pour la comprhension).

Un extrait apporte 2,5% dharpagoside (HPLC), ou 8% dharpagosides (UV), ou 12% dharpagosides (total iridoides par UV). La mme plante cette fois 10% dharpagoside par HPLC (donc 4 fois plus par HPLC que 2,5%) ne titrera plus que 20% dharpagosides par UV (le rapport UV/HPLC nest pas linaire pour une mme plante et un mme marqueur, valeurs indicatives).

Mme lHPLC peut varier : un extrait est dos 25% danthocyanes par HPLC en utilisant la Cyanidin 3-O-Glycoside en standard, mais peut rpondre 31% en utilisant cette fois la Cyanidine en standard : il est donc important de bien connatre le standard utilis (ici la diffrence entre Cyanidin et Cyanidin 3-0-G), quil soit clairement indiqu dans la documentation, ainsi que les paramtres de lecture

La couleur, lodeur ou encore la solubilit sont galement des paramtres de contrles dune mthode

danalyse : un extrait titr 1% de Xanthophylle (ex. la fucoxanthine) est brun-orange fonc ne peut tre en

aucun cas tre blanc crme. La simple vrification sur internet dune molcule permet en gnral den

connatre sa couleur, son odeur et ses autres caractristiques physico-chimiques.

LE PRIX

Un autre critre de contrle dun extrait de plante est lapprciation de son prix, ne serait-ce que sur la base du

ratio plante:extrait et du prix de la plante utilise, agrment dune estimation des cots annexes : cots de

production, charges adaptes la taille de lentreprise, investissements et tudes, etc

Il sagit naturellement de savoir pondrer cette apprciation. Par exemple, si la purification est plus coteuse

quune simple Extraction / Schage, elle peut aussi permettre en contrepartie un meilleur recouvrement des

marqueurs / actifs (part des actifs initiaux prsents dans la plante que lextracteur saura extraire). Ou encore,

lextraction dune plante peut savrer particulirement complexe (gonflement de la plante dans les racteurs

do un faible chargement par lot de production, sensibilit spcifique aux solvants, extraction multiple,

production faon), entrainant un cot important de process.

Il nen reste pas moins quun extrait au ratio DER de 10:1, travaill partir dune plante 3 EUR et avec une

teneur en marqueurs endognes de 7 10 fois les marqueurs initiaux devrait tre propos au moins 30 EUR

(prix de la matire entrante) plus les cots de production et charges, mme si cette apprciation ne peut

devenir une rgle.

LE PROCESS FLOW CHART

Le flow chart de production dbute depuis la plante (et non dune matire dj extraite) et doit indiquer dune

faon claire les diffrentes tapes, aussi bien apportes la plante que les tapes connexes : lextraction et ses

paramtres, la purification, le type de schage, les interventions physico-chimiques (Temprature, modification

du pH, mais aussi les tapes de filtration, tamis, broyage, mlange), le process des solvants rsiduels, les

points de contrle, .


Le niveau de dtail dun Flow Chart varie trs fortement dun extracteur lautre, certains allant jusqu

indiquer les paramtres de concentrations, de temprature, de retraitement des diffrents solvants, des

matriels utiliss, etc voire des procdures qualit qui y sont associes et leurs impacts en cas de non-

conformit.

Elment incontournable dun extrait de plante, le schma du procd de production vous informe des tapes

depuis la plante jusquau produit fini, et doit tre conforme aux autres documents : un profil granulomtrique

spcifique est la consquence dune tape du flow chart, les solvants rsiduels trouvs dans lextrait doivent

correspondre aux solvants mis en uvre, etc

Lecture de Flow Charts incomplets Fruits Ethanol Extract Filtering Absorption Separation Drying Packing Aucun ratio nest ici mentionn, ni de plantes ni de solvant (lthanol est-il pur ou dilu ?). Ltape Absorption correspond sans aucun doute une purification sur colonne de chromatographie, sans mention du solvant permettant llution. Ltape Separation peut correspondre une sparation des impurets, ou du solvant. Il nest pas indiqu le mode de schage, ni si le produit est tamis ou broy aprs schage, homognis, tamis, ni mme sil est mlang un support ou des additifs avant lemballage. Oleoresin Hydro-alcoholic Extraction Prcipitation -> Packing Le procd nindique pas comment est obtenue lolorsine, ni mme lalcool utilis (mme si le terme hydro-alcoolique laisse penser lthanol). Aucune mention de dsolventisation, mais ltape prcipitation augure dune cristallisation. Il sagit l dun flow chart extrmement simpliste.

CONCLUSION

Lextraction est utilise depuis des millnaires et quotidiennement ne serait-ce que pour le caf ou le th du

petit djeuner. Un extrait de plante prsente la complexit de la variabilit de la matire premire associe

celle de procds parfois traditionnels mais aussi hautement techniques.

La multiplicit des procds et des paramtres permet de rpondre des besoins varis et rels, quand la

lecture des documents techniques et commerciaux permet lindustriel utilisateur une parfaite comprhension

de la qualit achete.

De nombreux extracteurs savent aujourdhui rpondre aux exigences du march, tant sur les critres

biologiques, techniques, rglementaires que marketing, et la majorit mettent un point dhonneur dcrire

leurs produits et en garantir la conformit et la traabilit. Le projet de larrt plantes insiste dautant plus

en ce sens, et lharmonisation et le contrle qui sauront en dcouler ne peuvent tre que bnfiques parlant

dun point de vue de la dfinition de lextraction bien sr.

Enfin, noublions pas le bon sens et la confiance - deux excellents critres en complment des comptences

techniques.

BECARRE Natural reprsente, distribue et dveloppe des actifs naturels de plantes, titrs et tudies, pour

les secteurs des complments alimentaires, de la cosmtique et de la pharmacie, via des fabricants

slectionns pour leur srieux, leurs recherches et leurs comptences (liste des produits et des tudes sur

www.becarre-natural.com).

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