Optimisation de l'extraction des polyphénols sans pesticides ......Les analyses des extraits de...
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© Ichrak Hichri, 2019 Optimisation de l'extraction des polyphénols sans pesticides ainsi que leurs caractérisations dans les extraits d'oignon jaune et rouge Mémoire Ichrak Hichri Maîtrise en sciences et technologie des aliments - avec mémoire Maître ès sciences (M. Sc.) Québec, Canada
Transcript of Optimisation de l'extraction des polyphénols sans pesticides ......Les analyses des extraits de...
© Ichrak Hichri, 2019
Optimisation de l'extraction des polyphénols sans pesticides ainsi que leurs caractérisations dans les
extraits d'oignon jaune et rouge
Mémoire
Ichrak Hichri
Maîtrise en sciences et technologie des aliments - avec mémoire
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
Optimisation de l’extraction des polyphénols sans pesticides ainsi que leurs caractérisations dans les
extraits d’oignon jaune et rouge
Mémoire
Ichrak Hichri
Sous la direction de :
Paul Angers, directeur de recherche
Yves Desjardins, codirecteur de recherche
iii
Résumé L’oignon est riche en composés phénoliques antioxydants qui sont largement étudiés pour
leurs effets sur la santé, notamment sur les maladies cardiovasculaires et le diabète, etc. La
récupération des polyphénols à partir de la matière première ayant été exposés à
l’application de pesticides présente un risque d’enrichir les fractions en ces composés
toxiques. L’objectif de la présente étude était d’optimiser les paramètres d’extraction des
polyphénols d’oignons jaune et rouge afin d’obtenir un produit riche en composés
phénoliques et sans pesticides. Cette étude a été menée sur différentes parties d’oignons :
tige, racine, bulbe et pelure. Les analyses des extraits de pesticides pour les différentes
parties d’oignon jaune et rouge ont été faites par GC/MS. Les résultats obtenus ont montré
que seules les racines des oignons jaunes contiennent 0,7 mg/kg matière sèche de
PENDIMETHALIE, une teneur qui dépasse la norme européenne exigée (0,1 mg/kg de
matière sèche). Par conséquent, l’étude de la caractérisation des polyphénols des
différentes parties d’oignons jaune et rouge a été faite sur des variétés d’oignons n’ayant
pas reçu de pesticides. Ainsi, l’analyse des polyphénols par UPLC-MS a montré que la tige
des oignons rouges, en contenait beaucoup et contenait en particulier de grande quantité de
quercétine (7810,33 mg équivalent quercétine/kg matière séchée). Afin d'augmenter le
rendement en polyphénols, quatre paramètres d’extraction ont été optimisés : le temps de
macération (0h, 0,5h et 1h), la température (22, 50 et 78 °C), la concentration en éthanol
(0%, 50% et 100%) et le ratio soluté/solvant (1:10, 1:30 et 1:50 g/ml) en utilisant un plan
d’expérience statistique D-optimal. Le travail d’optimisation a été fait sur le plateau de
tallage des oignons rouges dépourvue en pesticides et riche en polyphénols. L’extrait
éthanolique a montré un meilleur rendement pour un temps d’extraction de 50 minutes et
une concentration en éthanol de 53,75%. L’extraction a été répétée avec les conditions
optimisées et a donné un rendement de 119,45 g polyphénols/kg matière sèche.
iv
Abstract The onion possesses a specificity by the antioxidant phenolic compounds. The latter is
widely studied for their diverse effects on the health in particular on the cardiovascular
diseases, the diabetes, etc. The objective of the present study was to optimize the
parameters of extraction of the polyphenols from yellow and red onions to obtain a product
rich in antioxidizing molecules without pesticides. This study was led on the various parts
of onions: stalk, root, bulb and peel. The analyses of the extracts of pesticides for the
various parts of yellow and red onions was made with GC / MS. The result showed that
only the roots of the yellow onions contain a pesticide: the PENDIMETHALIN with a
quantity of 0,7 mg / kg dry material, which exceeds the European require standard (0,1 mg
/ kg of dry material). Consequently, the study of the characterization of the polyphenols of
the various parts of yellow and red onions established was made on varieties of onions
devoid of pesticides. So, analysis of the polyphenols by UPLC-MS/MS showed the wealth
of the part stalk of the red onions in the latter, in particular in quercetin (7810,33 mg / kg
in dry material). To increase the kinetics of extraction of polyphenols, four parameters of
extraction were optimized: the time (0h, 0,5h and 1h), the temperature (22°C, 50°C and
78°C), the ethanol concentration (0%, 50% and 100%) and the solute/solvent ratio g / ml
(1:10, 1:30 and 1:50) by using a plan of statistical experience D-optimal. After the
statistical study, the ethanolic extract showed a better yield for a while on extraction of 50
min and a ethanol concentration in 53,75 %. The extraction was repeated with the
optimized conditions and gave a yield on 119,45 g of polyphenols totals / kg dry material.
v
Table des matières
Résumé .............................................................................................................................. iii
Abstract ............................................................................................................................. iv
Table des matières............................................................................................................. v
Liste des figures .............................................................................................................. viii
Liste des tableaux ............................................................................................................. ix
Remerciements .................................................................................................................. x
Introduction ....................................................................................................................... 1
Revue de littérature ....................................................................................... 5
1.1 L’oignon : une plante riche en composés phénoliques ............................................. 5
1.1.1 Production ........................................................................................................... 5
1.1.2 Une plante riche en bienfaits .............................................................................. 6
1.2 Les polyphénols : molécules complexes aux propriétés bienfaitrices....................... 8
1.2.1 La structure ......................................................................................................... 8
1.2.2 Classification des polyphénols ........................................................................... 8
1.2.3 Les effets bénéfiques des polyphénols ............................................................. 11
1.3 Méthodes d’extraction des molécules bioactives .................................................... 13
1.3.1 Méthodes d’extraction conventionnelles .......................................................... 13
1.3.2 Techniques d’extraction innovantes ................................................................. 14
1.4 Les pesticides .......................................................................................................... 16
1.4.1 Définition des pesticides ................................................................................... 16
1.4.2 Les principales familles de pesticides utilisées dans la culture de légumes et de
fruits ........................................................................................................................... 16
1.4.3 Les pesticides utilisés dans la culture de l’oignon ............................................ 17
Problématique, hypothèse de recherche, objectif principal et objectifs
spécifiques ........................................................................................................................ 23
2.1 Problématique.......................................................................................................... 23
2.2 Hypothèse de recherche .......................................................................................... 23
2.3 Objectif général ....................................................................................................... 23
2.4 Objectifs spécifiques ............................................................................................... 23
Analyse des pesticides dans les extraits d’oignon ..................................... 25
vi
3.1 Résumé .................................................................................................................... 25
3.2 Introduction ............................................................................................................. 26
3.3 Matières premières étudiées .................................................................................... 28
3.4 Réactifs et solutions ................................................................................................ 28
3.5 Méthodes ................................................................................................................. 28
3.5.1 Préparation des échantillons pour analyse des pesticides : chlorpyrifos, lambda-
cyhalothrine et pendimethaline .................................................................................. 28
3.5.2 Disque QUECHERS kit- AOAC METHOD 2007 ........................................... 29
3.5.3 Analyse ............................................................................................................. 30
3.6 Résultats et discussion ............................................................................................. 30
3.6.1 Résultats............................................................................................................ 30
3.6.2 Discussion ......................................................................................................... 32
3.7 Conclusion ............................................................................................................... 33
Caractérisation des sous-produits de l’oignon (Allium cepa L.) pour leur
teneur en polyphénols et flavonoïdes à l'aide de méthodes UPLC MS/MS et
spectrophotométrique ..................................................................................................... 34
4.1 Résumé .................................................................................................................... 34
4.2 Introduction ............................................................................................................. 35
4.3 Matériel et méthodes ............................................................................................... 37
4.3.1 Préparation des différentes parties d’oignons pour l’optimisation de l'extraction
des polyphénols et leur caractérisation ...................................................................... 37
4.3.2 Réactifs et solutions .......................................................................................... 37
4.3.3 Procédé d'extraction .......................................................................................... 37
4.3.4 Analyse ............................................................................................................. 37
4.4 Résultats et Discussion ............................................................................................ 40
4.5 Conclusion ............................................................................................................... 43
Optimisation du processus d'extraction des composés phénoliques à
partir des rejets industriels de l’oignon (Allium cepa L.) ............................................ 44
5.1 Résumé .................................................................................................................... 44
5.2 Introduction ............................................................................................................. 45
5.3 Matériel et méthodes ............................................................................................... 47
5.3.1 Réactifs et solutions .......................................................................................... 47
5.3.2 Matière première ............................................................................................... 47
5.3.3 Méthode ............................................................................................................ 47
vii
5.3.4 Analyse ............................................................................................................. 48
5.4 Résultats et discussions ........................................................................................... 51
5.4.1 Résultats............................................................................................................ 51
5.4.2 Discussion ......................................................................................................... 54
5.5 Conclusion ............................................................................................................... 55
Discussion, conclusion et perspectives........................................................................... 57
Discussion ..................................................................................................................... 57
Conclusion ..................................................................................................................... 58
Perspectives ................................................................................................................... 58
Bibliographie ................................................................................................................... 59
viii
Liste des figures Figure 1-1 : Répartition mondiale de la production d'oignon (Source : FAO STAT,2014)
............................................................................................................................................. 5
Figure3-1 : Différentes parties des oignons jaunes : a) pelure, b) bulbe, c) tige et d) racine
........................................................................................................................................... 29
Figure 3-2 : Chromatogramme des standards des pesticides chlorpyrifos (15.78 min),
lambda- cyhalothrine (21.11 min) et pendimethaline (16.57 min) ................................... 31
Figure 3-3 : Spectre de masse et structure de chlorpyrifos .............................................. 31
Figure 3-4: Spectre et structure de la lambda-cyhalothrine ............................................. 31
Figure 3-5 : Spectre de masse et structure de la pendimethaline ..................................... 32
Figure 5-1 : Courbe 3D montrant l'effet d'interaction de paramètres d'extraction temps et
concentration de solvant sur le rendement en polyphénols .............................................. 52
ix
Liste des tableaux Tableau 1-1 : listes des Pesticides identifiées dans des extraits de polyphénols d’oignons
cultivés au Québec en 2013 et ses Limites de quantification en mg/kg selon la norme
canadienne et le règlement (396/2005) exigé par l’Union européen ................................ 19
Tableau 3-1 : Conditions chromatographiques d’analyses des pesticides ....................... 30
Tableau 3-2 : Quantification des pesticides dans les extraits de différentes parties des
oignons jaunes ................................................................................................................... 32
Tableau 4-1 : Standards de polyphénols utilisés pour l’identification et la quantification
des extraits de différentes variétés d’oignons. .................................................................. 39
Tableau 4-2 : Profil des polyphénols dans les différentes parties des variétés d’oignons
jaunes Trekker et Lasalle. ................................................................................................. 40
Tableau 4-3 : Profil des polyphénols dans les différentes parties des variétés d’oignons
rouges Red emperor et Red wing ...................................................................................... 41
Tableau 5-1: Matrice des quatre variables utilisées avec le modèle D-optimal pour
l’extraction des polyphénols de la partie tige d’oignon rouge variété Red emperor avec un
mélange éthanol/eau.......................................................................................................... 50
Tableau 5-2 : Analyse de variance (ANOVA) du modèle polynomial quadratique de
polyphénols ....................................................................................................................... 52
Tableau 5-3 : Coefficients de régression pour les rendements estimés en polyphénols.. 53
x
Remerciements
Ce manuscrit est le résultat d’un travail d’équipe et il n’aurait pas vu le jour sans
l’aide scientifique et technique ainsi que le soutien moral de nombreuses personnes.
Ce travail a été réalisé à Institut sur la Nutrition et des Aliments Fonctionnels
(INAF), université Laval, je tiens à remercier M. Paul Angers et M. André Gosselin de
m’avoir accueilli dans leur établissement.
Je suis reconnaissant envers mon directeur M. Paul Angers, professeur à université
Laval, de qui j’ai beaucoup appris au cours de mes années d’étude, aussi j’ai apprécié la
liberté de décision au cours de ces années, m’ayant permis d’acquérir beaucoup
d’autonomie et de responsabilité.
Mes vifs remerciements s’adressent à M. Yves Desjardins, co-directeur de ce projet,
d’avoir bien voulu m’accorder de son temps pour juger mon travail et ses révisions de
qualité de mon rapport. Je lui exprime ma profonde gratitude pour m’avoir guidé et
largement soutenu tout au long de cette année. Cette étude a bénéficié de sa rigueur
scientifique et de son esprit critique et pour avoir apporté une dimension industrielle au
projet avec Diana Food Canada (anciennement Nutra Canada). Je remercie aussi M. André
Gosselin pour son soutien.
Je remercie ainsi toute l’équipe du laboratoire : Lemia, Ashraf, Minty, Rafik et
Maelle pour leur aide afin de résoudre les problèmes techniques lors de la réalisation de
mes expérimentations.
Je remercie tout le personnel de l’INAF pour l’ambiance agréable de travail et la
disposition de leur expérience.
Merci à toutes les personnes qui ont partagé le bureau ainsi que mes collègues et
amis INAFiens qui ont rendu cette expérience encore plus belle : Ana-Sofia, Juan, Elena,
Carolina et José Luis.
xi
Je voudrais également remercier tous mes amis Fatima Ezzahra, Chourouk, Ghada,
et Hajar, pour leur soutien, les moments passés ensemble et leur présence assidue aux
apéros.
Je voudrais remercier bien évidemment mes parents et ma sœur, pour m’avoir
encouragée et soutenue tout au long de ce travail par les nombreux appels. Merci également
de m’avoir donné tout au long de ma vie les outils me permettant de prétendre maintenant
au grade de maitre. Cette réalisation est en grande partie possible grâce à vous.
1
Introduction
Au cours des dernières décennies, le domaine de la nutrition a radicalement changé. Il s'est
transformé en une discipline non seulement intéressée aux éléments nutritifs essentiels, à
la survie et la croissance, mais aussi aux composés bioactifs présents dans l'alimentation
humaine qui peuvent optimiser la fonction du corps et la santé globale. Les molécules
bioactives sont des substances qui ne sont pas essentielles au maintien des fonctions
corporelles, mais qui peuvent favoriser la santé et / ou prévenir contre l’apparition de
certaines maladies. Le développement de production des produits bioactifs et les études
concernant leur impact sur la santé humaine vise à couvrir un domaine de recherche qui n'a
pas cessé de croître au cours des deux dernières décennies et qui promet de continuer à
attirer des scientifiques pour les années à venir. Par conséquent, ce développement se
concentre sur les méthodes d’extraction des bioactifs végétaux et les changements
biologiques associés à leur consommation, en tenant compte de leur impact sur le
développement de la maladie (Fraga and Oteiza, 2018). Plusieurs études épidémiologiques
et leurs méta-analyses associées ont montré que le suivi d’un régime alimentaire à base des
plantes riches en molécules bioactives tel que polyphénols, offrent la protection contre le
développement des cancers, des maladies cardio-vasculaires, du diabète, de l'ostéoporose
(Pandey and Rizvi, 2009; Williamson, 2017).
La valorisation de co-produits et des résidus issus des procédés de transformation
alimentaire représente une alternative économique intéressante pour les entreprises,
puisqu'elle permet de réduire ou éliminer les coûts reliés à leur disposition, tout en générant
des revenus additionnels. Dans le monde, environ le tiers de la partie comestible des
aliments destinés à la consommation humaine est perdu ou gaspillé, ce qui représente
environ 1,3 milliard de tonnes par an. Les produits agroalimentaires sont gaspillés tout au
long de la chaîne alimentaire, de la production initiale jusqu’à la consommation finale
(FAO, 2012). Les végétaux constituent la majeure partie de ces pertes ce qui justifie la
nécessité de développer des techniques pour valoriser ces sous-produits qui représentent
une source peu coûteuse.
2
L’oignon (Allium cepa L.) est un légume très consommé à travers le monde. La production
mondiale d'oignons est environ 85 millions de tonnes par année. Les principaux
producteurs sont la Chine, l'Inde et les États-Unis (Eurostat élaboration, 2017). L'Asie
représente 50% de la production mondiale d'oignons loin devant l'Europe, l'Afrique ou
l'Amérique qui représentent chacune environ 10%. Il existe plus de 1000 variétés d'oignons
qui sont généralement classés selon la couleur de leurs bulbes (Eurostat élaboration, 2017).
Au Canada, le Québec est le premier producteur d’oignon puisque sur environ 5000
hectares cultivés au pays, plus 2000 le sont au Québec (Statistique Canada, 2015). Le
rendement commercial varie entre 35 à 40 tonnes à l’hectare. Selon statistique Canada, la
valeur de la production totale d’oignons secs est de plus de 28 millions de dollars.
L’oignon est un légume qui a des propriétés nutritionnelles et thérapeutiques appréciables.
Sur le plan alimentaire, l’oignon est une excellente source de nutriment, fournissant des
quantités importantes de vitamines C, B6 et potassium (Ormsby and Pottinger, 2009). Il
est reconnu comme une source importante de phytonutriments précieux comme les
flavonoïdes, les fructo-oligosaccharides (FOS) et les thiosulfinates et d'autres composés
soufrés. Les flavonoïdes sont reconnus pour leur action bénéfique sur un certains nombres
de maladies chroniques et préviendraient l'inflammation, les maladies cardiovasculaires et
le cancer(Lanzotti, 2006). Cela justifie que la consommation des légumes riches en
composés phénoliques, permet de prévenir de façon très efficace l’apparition de certaines
de ces maladies (Cai et al., 2004; Cassidy and Hooper, 2006). Le principal polyphénol de
l’oignon est la quercétine. Ce flavonoïde omniprésent dans les légumes et les fruits a
montré plusieurs effets biologiques in vitro et in vivo notamment des activités
antioxydantes, anti-inflammatoires, anticancéreuses, et antidiabétiques (Kawabata et al.,
2015).
Les méthodes utilisées de manière usuelle pour l’extraction des molécules bioactives sont
soit des méthodes comme l’extraction par macération, par reflux (soxhlet) et
l'hydrodistillation. On retrouve dernièrement des méthodes innovantes dites vertes qui font
appel à l’extraction assistée par ultrasons, l'extraction enzymatique, l'extraction assistée par
micro-ondes, l'extraction par champ électrique pulsé, l'extraction par fluide supercritique
et l'extraction par liquide pressurisé (Azmir et al., 2013). Dans notre travail, la méthode
3
utilisée pour l’extraction des polyphénols est la macération avec un solvant non toxique
(éthanol). Le choix de cette méthode est justifié principalement par la haute qualité de
l’extrait. Ainsi, cette méthode permettra de réduire la consommation d'énergie par rapport
aux autres méthodes puisque le temps d’extraction plus court et il y a une réduction
significative des volumes de solvant utilisés.
Le domaine de l’extraction végétale, favorise le développement des techniques d’extraction
des molécules bioactives saines et sécuritaires pour le consommateur et respectueuse de
l’environnement tout en étant peu coûteux (Chemat, 2015). L’utilisation généralisée de
pesticides dans la culture des légumes et des fruits a entraîné une pollution importante de
l’environnement et des produits végétaux mis en marché (Milda et al., 2015). Dans le
monde, environ 95 % des producteurs d’oignons utilisent les pesticides chimiques tel que:
delthaméthrine, chlorpyrifos, diméthanoate lambda- cyhalothrine et pendimethaline, etc.
(Rabiou et al., 2018). La société Nutra Canada s’intéresse à la production des extraits
bioactifs non toxiques. Cette société a réalisé un ensemble d’analyses des pesticides dans
ses extraits des oignons. Les résultats de ses analyses ont montré que les extraits présentent
un risque pour l’Homme puisqu’ils contiennent trois pesticides: chlorpyrifos, lambda-
cyolathrine et pendimethaline qui dépassent la norme européenne exigée.
Ce projet a donc pour but de valoriser les sous-produits d’oignons. Plus précisément, ces
travaux visent à optimiser les paramètres d’extraction des polyphénols d’oignons
(température, temps de macération, concentration et ratio solvant/soluté) permettant
d’obtenir des extraits bioactifs tout en utilisant de matériel végétal qui contient des
quantités de pesticides ne dépassant pas les normes européennes. Ce produit va être
expédier au marché européen pour une utilisation pharmaceutique, cosmétique ou
nutritionnelle. La technique d’extraction optimisée dans ce projet doit répondre aux besoins
de l’industrie « Nutra Canada ».
Le présent mémoire est divisé en six chapitres. Tout d’abord, le premier chapitre sera
consacré à la recherche bibliographique en présentant un végétal riche en polyphénols et
par conséquent riche en bienfaits. D’autre part, on évoque la structure, la classification et
les bienfaits des polyphénols. De plus, On aborde l’usage de divers pesticides dans la
culture de l’oignon et les problèmes qui en découlent. Ensuite, le deuxième chapitre
4
présente la problématique, l’hypothèse de recherche, l’objectif principal et les objectifs
spécifiques Le troisième chapitre s’attarde à l’analyse des pesticides dans les extraits et les
comparent aux normes européennes exigées. Le quatrième chapitre se consacre à la
méthodologie et les résultats de la caractérisation des sous-produits de l’oignon (Allium
cepa L) quant à leur teneur en polyphénols et flavonoïdes à l'aide de méthodes UPLC-
MS/MS et de spectrophotométrie. Le cinquième chapitre porte sur l’optimisation du
processus d'extraction des composés phénoliques à partir des rejets industriels de l’oignon
(Allium cepa L.). Enfin, une discussion de la signification des résultats, une conclusion du
travail et des perspectives d’avenir sont présentés au dernier chapitre.
5
Revue de littérature 1.1 L’oignon : une plante riche en composés phénoliques
1.1.1 Production
1.1.1.1 Production mondiale L’oignon (Allium cepa L.) est la deuxième culture horticole la plus importante au monde,
après la tomate, avec une production annuelle actuelle d'environ 64 millions de tonnes. Il
est cultivé dans plus de 170 pays dont les pays de continent Asie sont les principaux
producteurs (figure 1-1) (Statistiques mondiales agriculture, 2011). Le premier producteur
est la Chine suivie par l'Inde, les États-Unis et la Turquie, avec des productions annuelles
de 3,93, 3,35, 2,45 et 1,55 million de tonnes, représentant 32%, 12,5% et 4% de la
production mondiale respectivement (Lee et al., 2008; Zang et al., 2013). Dans le monde,
il existe à peu près 1020 variétés d'oignons qui sont généralement classés selon la couleur
de leur bulbe (Statistiques mondiales agriculture, 2011).
Au cours des 10 dernières années, la production mondiale d'oignons a augmenté de 25%
(Waldron, 2001). La demande pour les oignons transformés a augmenté, ce qui a entraîné
des quantités importantes de résidus. En conséquence, plus de 500 000 tonnes de déchets
d'oignons sont produites chaque année par les pays de l'Union européenne, principalement
en Espagne, au Royaume-Uni et aux Pays-Bas. Les principaux déchets d'oignon
comprennent les pelures, les deux écailles charnues externes et les racines générées lors du
pelage industriel, ainsi que des bulbes sous-dimensionnés, malformés, malades ou
endommagés (Waldron, 2001).
Figure 1-1 : Répartition mondiale de la production d'oignon (Source : FAO STAT,2014)
74.48% Asie
15.77% Amériques
7.05%Europe
2.7% Afrique0% Océanie
Asie Amériques Europe Afrique Océanie
6
1.1.1.2 Production canadienne Le Québec est le principal producteur d’oignons au Canada (Statistique Canada, 2015).
Selon les statistiques en 2011, environ 80% de la production québécoise est faite en
Montérégie, principalement dans la région des terres noires connue sous le nom des Jardins
de Napierville. En 2015, à peu près 40% de la production québécoise a été produite par les
producteurs d’oignons membres de l’organisation PRISME. Le Québec produit chaque
année environ 90,000 tonnes d’oignons secs et espagnols. Les quantités destinées au
marché de consommation sont environ 35 à 40 tonnes à l’hectare. Cependant pour les
producteurs répertoriés par PRISME, le rendement est autour de 50 à 60 tonnes à l’hectare
(Statistique Canada, 2015).
1.1.2 Une plante riche en bienfaits
Les composés de l'oignon ont un éventail d'avantages pour la santé qui comprennent des «
effets hypo-cholestérolémiques, hypo-lipidémiques, anti-hypertensifs, anti-diabétiques,
anti-thrombotiques, anti-hyperhomocysteinémiques et beaucoup d'autres activités
biologiques telles qu’anti-microbienne, anti-carcinogène, antimutagène, antiasthmatique,
immuno-modulatrice, prébiotique et antioxydante. » (Corzo-Martinez et al., 2007). Grâce
à ces effets, l’oignon intervient dans la prévention de nombreuses maladies telles que
certains cancers, les maladies cardiovasculaires, l’obésité, l’hypercholestérolémie, le
diabète du type 2, l’hypertension, la cataracte et les troubles gastro-intestinaux.(Lanzotti,
2006).
L’oignon est une plante contenant de nombreux composés bioactifs. Parmi ces constituants,
on retrouve des vitamines, des fibres, des minéraux, des composés organo-soufrés, des
fructooligosaccharides, de l’inuline, des polyphénols (la quercétine), les saponines et
plusieurs autres métabolites secondaires. Les oignons sont spécifiquement riches en deux
groupes chimiques qui ont des avantages pour la santé humaine, ce sont les flavonoïdes et
les alk-(en)-yl-cystéine sulfoxydes (ACSO) (Griffiths et al., 2002). Deux sous-groupes de
flavonoïdes se trouvent dans l'oignon, les anthocyanines, qui confèrent une couleur rouge
/ pourpre à certaines variétés et des flavonols tels que la quercétine et ses dérivés
responsables des peaux jaunes et brunes de nombreuses autres variétés (Griffiths et al.,
2002). La quercétine, en particulier, présente de puissantes propriétés antioxydantes in
vitro, principalement contre les dommages oxydatifs des lipides membranaires et des
7
particules lipoprotéiques (O'Reilly et al., 2001). Une étude réalisée avec des extraits
aqueux d’oignons a montré que les glucosides de quercétine présentaient des effets
significatifs sur les lignées de cellules cancéreuses HepG2, PC-3, et HT-29 après 72 h
d'incubation. Ces résultats approuvent que la quercétine-4'-O-glucoside présente des effets
cytotoxiques plus élevés que les autres glucosides de quercétine testés dans cette étude
(Pan et al., 2018a).
Les ACSO sont les précurseurs de saveur qui, lorsqu'ils sont clivés par l'enzyme alliinase,
génèrent l'odeur et le goût caractéristiques de l'oignon. Cette réaction donne comme produit
les acides sulféniques tels que les thiosulfinates (Griffiths et al., 2002). Les thiosulfinates
sont des composés très instables et se transforment en composés soufrés tel que les
thiosulfonates, les composés di- et tri-sulfurés, la 2-vinyl-2,4-dihydro-1,3-dithiin et le 3-
vinyl-3 et 4-dihydro-1,2-dithiin. Mais, à des températures plus élevées (environ 100 °C),
ils se transforment en composés poly-sulfurés contenant jusqu'à cinq atomes de soufre
(Lanzotti, 2006). Les composés organosulfurés de la famille Allium inhibent l'agrégation
des plaquettes sanguines humaines et ont un impact positif sur la santé cardiovasculaire.
En outre, ces composés ont la capacité de modifier positivement les systèmes antioxydants,
apoptotiques et inflammatoires chez l’humain (Osmont et al., 2003; Rose et al., 2005).
L’oignon est une source abondante de saponines stéroïdiennes qui à leur tour sont classées
en trois groupes: cholestane, furostane et spirostane (Lanzotti et al., 2012). Les saponines
ont démontré des fonctions biologiques et pharmacologiques importantes, telles que les
activités antifongiques, antibactériennes, antitumorales, anti-inflammatoires,
antithrombotiques et hypocholestérolémiques (Lanzotti, 2006).
Cette plante à une haute valeur nutritionnelle due à la présence de fortes teneurs en
minéraux tels que le cuivre, le zinc et les vitamines A, B et C (Allouh et al., 2014). Les
oignons contiennent également du chrome, qui est considéré comme une molécule
préventive du diabète. Le chrome est reconnu depuis des décennies comme un facteur
nutritionnel qui améliore la tolérance au glucose en améliorant l'action de l'insuline in vivo.
Des études cliniques sur des patients diabétiques ont montré que le chrome peut diminuer
les niveaux de glucose à jeun, améliorer la tolérance au glucose, abaisser les niveaux
d'insuline et diminuer les niveaux de cholestérol total et de triglycérides (Wang et al.,
2005).
8
Les oignons contiennent une grande quantité de glucides non structuraux (jusqu'à 65% ou
plus du poids) qui comprennent le glucose, le fructose, le saccharose et des fructo-
oligosaccharides. Les principaux fructo-oligosaccharides dans les bulbes d'oignon sont le
kestose, le nystose et le fructofuranosylnystose. Ces composés représentent des propriétés
prébiotiques significatives (Benitez et al., 2011b).
Aux vues de ces bienfaits sur la santé humaine, c’est donc naturellement que l’entreprise
Nutra Canada a voulu réaliser des extraits d’oignons riches en polyphénols.
1.2 Les polyphénols : molécules complexes aux propriétés bienfaitrices
1.2.1 La structure
D’après les recherches scientifiques, il existerait dans le monde végétal plusieurs milliers
de molécules présentant une structure polyphénolique et plusieurs centaines dans les
plantes comestibles. Les polyphénols sont le résultat du métabolisme secondaire des
plantes à travers deux voies métaboliques fondamentales: la voie du shikimate et la voie
de l'acétate (Bravo, 1998; Manach et al., 2004). Ces métabolites secondaires des plantes
sont principalement impliqués dans la défense des plantes contre le rayonnement ultraviolet
et contre les agressions par des agents pathogènes (Manach et al., 2004).
Par définition, les polyphénols regroupent toutes les molécules composées de plusieurs
groupes phénoliques. Un phénol est formé d’un cycle benzénique, composé aromatique
formée de six atomes de carbone, et d’au moins une fonction hydroxyle –OH (Manach et
al., 2004).
Les polyphénols peuvent être classés en différents groupes en fonction du nombre de cycles
phénols qu’ils possèdent et des éléments de structure qui se lient à ces cycles les uns aux
autres. Ils peuvent se présenter sous la forme de molécules simples comme le pyrogallol,
le catéchol, ou l’acide gallique jusqu’à des polymères à haut poids moléculaire comme les
tanins (Manach et al., 2004).
1.2.2 Classification des polyphénols
De nombreuses classifications existent dans la littérature, on peut cependant distinguer
deux classes principales de polyphénols : les flavonoïdes et les non flavonoïdes (Del Rio
et al., 2013).
9
1.2.2.1 Les flavonoïdes Les squelettes des flavonoïdes sont composés de deux cycles phényls (A et B) et d'un
hétérocyclique oxygéné (C), qui donne une structure générale avec un squelette à 15
carbones (squelette C6-C3-C6) (Bravo, 1998; Manach et al., 2004). Le squelette flavonoïde
de base est composé de divers substituants qui peuvent présenter au moins trois groupes
hydroxyles phénoliques (OH), qui sont généralement combinés avec des sucres pour
former des glycosides, avec du glucose comme sucre prédominant, ou d'autres sucres tels
que galactose, rhamnose et xylose. Ils sont divisés et classés en fonction du degré
d'oxydation de l'anneau C, dont les sous-classes principales sont les flavonols, les flavones,
les isoflavones, les flavan-3-ols, les flavanones et les anthocyanidines (Bravo, 1998;
Manach et al., 2004; Del Rio et al., 2013; Alvarez-Suarez et al., 2017).
Les flavonols sont caractérisés par un squelette 2-phénylchromen-4-one, qui possède
structurellement une instauration entre les carbones C2 et C3, un groupe cétone en C4 et
un groupe OH en position 3 du cycle. Les flavonols sont omniprésent dans les plantes, les
plus connus sont :la quercétine, la myricétine et le kaempférol. (Bravo, 1998; Del Rio et
al., 2013; Bohn, 2014). Les oignons rouges et jaunes contiennent des quantités importantes
des flavonols, ils sont riches particulièrement en quercétine-4-O-glucoside et de
quercétine-3,4-O-diglucoside (Del Rio et al., 2013).
Les flavones ont une structure similaire à celle des flavonols, mais la seule différence
qu’elles n’ont pas d’atome d’oxygène en C3. Il existe plusieurs flavones parmi eux :
l’apigénine, la lutéoline et la diosmétine, qui sont généralement présent dans les plantes
sous forme de 7-O-glycosides (Del Rio et al., 2013).
Les isoflavones ont une structure différente par rapport aux autres flavonoïdes, puisque
l'anneau B est attaché à l'hétérocycle C en position 3. Il existe plusieurs formes des
isoflavones tel que : 7-O- (6"-O-malonyl), 7-O- (6"-acétyl) glucosides et les aglycones (Del
Rio et al., 2013).
Les flavan-3-ols forment un groupe hétérogène de flavonoïdes où sont inclus la catéchine,
le gallate d'épicatéchine, l'épigallocatéchine, le gallate d'épigallocatéchine, les
proanthocyanidines, les théaflavines et les thearubigines (Zanotti et al., 2015; Blade et al.,
2016). La formation des isomères de ce flavonoïde dépend de niveau d'hydroxylation
10
d’anneau B en position C2 ou C3 (Crozier et al., 2009; Del Rio et al., 2013; Zanotti et al.,
2015).
Les flavanones sont connues par la présence de centre d’asymétrie en C2 et l’absence de
double liaison en position 2 et 3 (Del Rio et al., 2013). Ils sont généralement trouvés sous
forme glycosylée avec un disaccharide en position C7 pour donner des glycosides de
flavanone, bien qu'ils se produisent également sous forme de dérivés hydroxylés ou O-
méthylés. Les principales flavanones alimentaires comprennent l'hespérétine, la
naringénine et l'hespéridine (herpétine-7-O-rutinoside) (Del Rio et al., 2013; Santhakumar
et al., 2018).
Les anthocyanines sont responsables de différentes couleurs : orange, rouge, bleu et violet
dans les plantes. Ils sont le résultat d’addition des sucres et/ou des acides organiques aux
anthocyanidines aglycones. Les hydrates de carbone qui sont principalement attachés aux
aglycones sont le glucose et le rhamnose, suivis par le galactose, le xylose et l'arabinose et
parfois le gentiobiose, le rutinose et le soforose (Crozier et al., 2010; Del Rio et al., 2013;
Santhakumar et al., 2018).
1.2.2.2 Les non-flavonoïdes Les acides phénoliques sont dérivés de l'acide cinnamique (squelette C3-C6) avec un ou
plusieurs substituants du groupe OH dans le cycle aromatique tel que les dérivés
phénylpropanoïdes ou l'acide benzoïque avec une squelette C1-C6 tels que l’acide gallique,
des aldéhydes (la vanilline), ou une structure C2-C6 tels que les acides phénylacétiques et
les acétophénones (Bravo, 1998; Alvarez-Suarez et al., 2013; Del Rio et al., 2013). Les
acides hydroxycinnamiques sont très répandus dans le règne végétal. Dans ce groupe
d’acides, on trouve essentiellement les acides p-coumariques, caféiques, féruliques et
sinapiques. Ces acides sont rarement trouvés sous leur forme libre, sauf dans les aliments
transformés ayant subi une congélation, une pasteurisation ou une fermentation. Les acides
hydroxycinnamiques sont présents dans toutes les parties des fruits, bien que les plus hautes
concentrations soient observées dans les parties extérieures des fruits mûrs. Les fruits
possédant la plus forte teneur en acides hydroxycinnamiques sont les bleuets (entre 2000
et 2200 mg/kg), les kiwis (entre 600 et 1000 mg/kg), les cerises (entre 180 et 1150 mg/kg)
et les prunes (entre 140 et 1150 mg/kg) (Manach et al., 2004). Le plus abondant des acides
11
hydroxycinnamiques et plus généralement des acides phénoliques est l’acide caféique.
Celui-ci se combine à l’acide quinique pour former l'acide chlorogénique, présent dans de
nombreux fruits et à forte concentration dans le café (de 350 à 1750 mg/mL) (Manach et
al., 2004).
Les tanins hydrolysables sont divisés en deux sous-classes: gallotannins et ellagitannins.
Le noyau de la molécule de tanin hydrolysable est formé par un hydrate de carbone,
habituellement le D-glucose, où leurs groupes hydroxyles sont partiellement ou totalement
estérifiés par un acide phénolique, tel que l'acide gallique ou l'acide ellagique (Bravo, 1998;
Del Rio et al., 2013; Santhakumar et al., 2018).
Les stilbènes sont constitués par deux molécules benzéniques liées entre eux par l'éthanol
ou l'éthylène. Le resvératrol (5 - [(E) -2- (4- hydroxyphényl) éthényl] benzène-1,3 diol) est
le stilbène le plus répandu dans le règne végétal, Il existe sous deux formes des isomères :
cis et trans. Le ptérostilbène (4-[(E)-2-(3,5-dimétoxyphényl) éthényl] fénol) est un stilbène
méthylé structurellement similaire au resvératrol, à la différence près que l’on retrouve
deux groupes méthoxy sur la molécule de ptérostilbène qui remplacent les groupes hydroxy
sur le resvératrol (Del Rio et al., 2013; Weiskirchen and Weiskirchen, 2016).
1.2.3 Les effets bénéfiques des polyphénols
« Plusieurs études épidémiologiques ont montré qu’un régime alimentaire riches en fruits
et légumes est associé à une réduction du risque d'un certain nombre de maladies
chroniques, notamment les maladies cardiovasculaires, les cancers et les maladies
neurodégénératives» (Del Rio et al., 2013; Demir et al., 2017; Kent et al., 2017; Lo Vasco
et al., 2017). « Les effets bénéfiques de ces régimes ont souvent été attribués aux (poly)
phénols qu'ils contiennent. En effet, des études cliniques ont montré qu’un apport
alimentaire riche en (poly) phénols peut réduire le risque de telles maladies chroniques. »
(Hertog et al., 1997; Commenges et al., 2000; Cutler et al., 2008; Del Rio et al., 2013).
Les polyphénols ont montré des activités biologiques in vivo et in vitro telles que la
prévention contre les maladies cardiovasculaires. Il a été montré que les polyphénols
réduisent la progression de l'athérosclérose en améliorant le profil lipidique en augmentant
le HDL, en réduisant le LDL et le cholestérol total. En plus, ils ont un effet sur la pression
sanguine, la rigidité artérielle, le cholestérol sanguin et l’agrégation plaquettaire (Forbes-
12
Hernandez et al., 2017). Le resvératrol est considéré comme un médicament candidat pour
la prévention et le traitement des maladies cardiovasculaires. Cette molécule agit sur les
cellules endothéliales, qui attaquent les parois internes des vaisseaux sanguins et jouent un
rôle dans le développement des maladies cardiovasculaires. Le resvératrol augmente la
production d'oxyde nitrique endothélial, améliore l'équilibre redox endothélial et inhibe
l'activation endothéliale lors de la présence d'une pro-inflammation (Schmitt et al., 2010).
En plus de leurs effets sur les maladies cardiovasculaires, la consommation régulière de
ces derniers réduit le risque de diabète de type 2 selon une méta-analyse récente (Guo et
al., 2017). La quercétine est l'un des polyphénols les plus biologiquement actifs in vitro.
Ce flavonol est présent à forte concentration dans le thé vert, les oignons rouges et les
pommes. Plusieurs études ont été menées sur les effets bénéfiques de la quercétine et ses
dérivés, lorsqu'elle est consommée sous la forme 4'-O-glucoside, l'agrégation plaquettaire
et la formation de thrombus ont été réduites (Hubbard et al., 2004). Une étude a montré
que les extraits des oignons et ails riches en 4'-O-glucoside inhibe la croissance des cellules
cancéreuses HepG2, PC-3 et HT-29 (Pan et al., 2018b). Une autre étude a montré que la
consommation chronique de la quercétine sous forme de 3- O-glucoside pendant 4
semaines, améliore la fonction endothéliale et réduit l’inflammation, mais n'affecte pas la
dilatation ou la résistance à l'insuline (Dower et al., 2015). Lorsqu'elle est consommée sous
forme d'aglycone (sans sucres), la quercétine en tant que supplément diminue l'acide urique
plasmatique chez les mâles légèrement hyperuricémiques sur une période de 4 semaines
(Shi and Williamson, 2016), l'agrégation plaquettaire ou le cholestérol sérique et les
triglycérides (Conquer et al., 1998) et aide à établir la protection contre le stress oxydatif
après l'effort (Conquer et al., 1998; Nieman et al., 2007; McAnulty et al., 2008). La
consommation des fortes doses de la quercétine réduit l'endothéline-1 plasmatique (Loke
et al., 2008), diminue la pression artérielle chez les volontaires en surpoids (Egert et al.,
2011), mais ne réduit pas les F2-isoprostanes urinaires (Loke et al., 2008), ni la pression
artérielle chez les volontaires de poids normal (Egert et al., 2011). Ces différentes études
suggèrent que la quercétine exerce certains effets chez l'homme mais l'effet exact dépend
fortement de leur structure chimique et du statut métabolique et génétique de l'individu.
13
Enfin, l’épigallocatéchine-3-gallate, l'acide chlorogénique, la curcumine, la quercétine et
le resvératrol sont des polyphénols représentatifs et ont été largement étudiés pour leurs
bienfaits pour la santé. Plusieurs études épidémiologiques et cliniques ont discuté les effets
des polyphénols végétaux sur la santé, ainsi que leurs mécanismes d'action au niveau de
l’organisme. Des recherches fondamentales ont suggéré que les principaux mécanismes
d'action des polyphénols végétaux agissent sur les dérivés réactifs de l'oxygène (DRO), la
protéine kinase 5'-AMP activée (AMPK) et le facteur de transcription NF-κB (Tanabe et
al., 2017). Les polyphénols sont considérés comme des molécules « signal » qui pourraient
stimuler les défenses antioxydantes d’une part via l’inhibition des activités enzymatiques
pro-oxydantes et d’autre part via la modulation de diverses voies de signalisation
impliquées dans l'adipogenèse, la lipogenèse et la lipolyse κB (Tanabe et al., 2017). De
nombreuses études in vitro ont montré que les polyphénols et plus précisément les
flavonoïdes pourraient agir en modulant certaines activités enzymatiques, la signalisation
cellulaire, à l’aide des récepteurs membranaires ou cellulaires, ou via des régulations
épigénétiques (Fraga et al., 2010). La diversité de ces mécanismes d’action explique le
large spectre d’activités biologiques des flavonoïdes observées in vivo, parmi lesquelles
des activités anti-inflammatoires, anti-angiogéniques, antioxydantes, ou anti-
prolifératives.
1.3 Méthodes d’extraction des molécules bioactives
1.3.1 Méthodes d’extraction conventionnelles
Il existe plusieurs techniques d’extraction utilisées de manière conventionnelle depuis de
nombreuses années dans l’industrie chimique, pharmaceutique ou même agroalimentaire.
Ces techniques d’extraction se résument en extraction au soxhlet, la macération et
l’hydrodistillation (Yim et al., 2014).
L’extraction au soxhlet a été développée en 1879 par le chimiste allemand Franz Ritter
Von Soxhlet. Il a été utilisé principalement pour l'extraction des lipides mais au cours des
années il a été utilisé pour extraire des composés bioactifs précieux de diverses sources
naturelles. Le principe de l'extraction au Soxhlet (SOE) nécessite que l'échantillon soit
placé dans un porte-cartouche qui est progressivement rempli de solvant. Lorsque le liquide
atteint le niveau de débordement, un siphon aspire le soluté du porte-cartouche et le
décharge dans le ballon de distillation. Cette opération est répétée jusqu'à ce que
14
l'extraction soit terminée (Luque de Castro and Priego-Capote, 2010). Les avantages de
l’extraction au soxhlet peuvent être arrangés comme suit : contact rapide entre le solvant
et l’échantillon, meilleur transfert de matières et pas d’étape de filtration après l’extraction.
Cette technique présente plusieurs inconvénients tels que : temps d’extraction important,
consommation importante de solvants, consommation d’énergie importante, utilisation de
hautes températures pendant longues périodes et dégradation des composés thermolabiles
(Wang and Weller, 2006).
La macération est une méthode d’extraction populaire et peu coûteuse. La
macération consiste à laisser un matériel végétal dans un solvant, dans le but d’extraire les
molécules solubles. Cette méthode a plusieurs avantages : utilisation de mélange de
solvants, contrôle de la température d’extraction et maintien des molécules
thermosensibles. La macération nécessite des étapes de filtration et d’évaporation qui sont
plus ou moins longues (Azmir et al., 2013).
L'hydrodistillation est une méthode d'extraction de molécules bioactifs et d'huiles
essentielles. Il existe trois types d'hydrodistillation : la distillation à l'eau, la distillation à
l'eau et à la vapeur et la distillation di à la vapeur. L'eau chaude et la vapeur sont les
principaux facteurs influençant l’extraction des composés bioactifs du tissu végétal. Au
cours de l’hydrodistillation trois processus physico-chimiques principaux s’interviennent:
hydrodiffusion, hydrolyse et décomposition par la chaleur. L’inconvénient principal
l’hydrodistillation qu'à une température d'extraction élevée, certains composants volatils
peuvent être perdus, ce que rendre son utilisation limitée pour l'extraction de composés
thermosensibles (Azmir et al., 2013).
1.3.2 Techniques d’extraction innovantes
Comme les méthodes d’extraction conventionnelles ont des désavantages importants, de
nouvelles méthodes d’extractions ont été inventées dans le but d’améliorer l’efficacité de
l’extraction de molécules bioactives. Ces nouvelles méthodes d’extractions permettent de
réduire la consommation d’énergie et favorisent l’utilisation de solvants non toxiques dans
le but d’améliorer la qualité de l’extrait.
L’extraction assistée par micro-ondes est une méthode d’extraction très simple, un champ
électromagnétique assure la destruction des cellules végétales permettant ensuite la
15
libération de leurs contenus. L’appareil émet des ondes de hautes fréquences varient de 300
MHz à 300 GHz ce qui occasionne un réchauffement de l’eau contenue dans la matière
végétale par le champ électromagnétique, provoquant une lyse des cellules végétales
(Herrero et al., 2010; Herrero et al., 2013; Herrero and Ibanez, 2015; Gong and Bassi,
2016). Plusieurs avantages de l’extraction assistée par micro-onde ont été décrits par
(Cravotta, 2008) : chauffage rapide, gradients thermiques réduits, réduction de la taille de
l'équipement et augmentation du rendement en extrait. Cette méthode peut extraire les
composés bioactifs plus rapidement et assure une meilleure récupération que les procédés
d'extraction conventionnels. L’inconvénient principale de cette méthode est la chaleur
émise au cours du procédé peut être très élevée, qui peut provoquer la destruction des
molécules thermosensibles (Herrero et al., 2010; Herrero et al., 2013; Herrero and Ibanez,
2015; Gong and Bassi, 2016).
L’extraction assistée par liquide pressurisé est une méthode très efficace. Le concept de
cette technique consiste à l'application de haute pression pour que les solvants restent au-
delà de leur point d'ébullition normal (Azmir et al., 2013). En tenant compte du rendement,
de la reproductibilité, du temps d'extraction et de la consommation de solvant, l’extraction
assistée par liquide pressurisé a été considérée comme une alternative aux méthodes
conventionnelles en raison d'un procédé plus rapide et d'une utilisation plus faible des
solvants (Howard and Pandjaitan, 2008). L’utilisation d’une température et d’une pression
plus élevée permet d’augmenter la solubilité des composés dans le solvant tout en
diminuant la viscosité et la tension de surface du solvant utilisé, ce qui favorise un meilleur
contact avec la matrice (Mattea et al., 2009; Jaime et al., 2010).
L’extraction par de l’eau subcritique est une technique largement utilisée pour l’extraction
de molécules bioactives. Un liquide atteint son état subcritique lorsque la température ou
la pression arrive à une température supérieure à son point critique (la température
maximale en phase liquide). À l’état subcritique l’eau possède une constante diélectrique
(𝜀) beaucoup plus faible de l’ordre 25 qu’à son état normal (température et pression
normale est de l’ordre 80). Cette valeur est identique à celle de solvants organiques à un
état normal (température et pression normale), tels que le méthanol et l’éthanol (Herrero et
al., 2006). À une constante diélectrique basse, le solvant organique présente des
16
caractéristiques apolaires et ce qui permette de séparer les charges caractérisant les
molécules polaires (Schoefs, 2005). Le fluide supercritique a un coefficient de diffusion
plus élevé et une viscosité et une tension de surface plus faibles qu'un solvant liquide ce
qui permet une pénétration dans la matrice de l'échantillon et un transfert de masse
favorable. Le temps d'extraction de cette technique est considérablement réduit par rapport
aux méthodes conventionnelles. Le reflux répété du fluide supercritique sur l'échantillon
fournit une extraction complète (Lang and Wai, 2001).
1.4 Les pesticides
1.4.1 Définition des pesticides
Pesticide dérive du mot anglais « Pest », signifiant tout organisme vivant (virus, bactéries,
champignons, herbes, insectes, rongeurs, et oiseaux…) présente un danger à l'homme et/ou
à son environnement. De manière général, les pesticides sont des molécules qui possèdent
des propriétés toxiques permettent de lutter contre les organismes nuisibles dont le but de
protéger les cultures. Selon la définition de la FAO, un pesticide est « une substance utilisée
pour neutraliser ou détruire un ravageur, un vecteur de maladie humaine ou animale, une
espèce végétale ou animale nocive ou gênante au cours de la production ou de l'entreposage
de produits agricoles ». Les pesticides, encore appelés produits phytosanitaires sont donc
toutes les substances chimiques ou biologiques utilisées en agriculture pour protéger les
plantes des insectes, des mauvaises herbes et des infections (Comité sécurité Alimentaire
d’Aprifel, 2004).
1.4.2 Les principales familles de pesticides utilisées dans la culture de légumes et de fruits
Il existe trois familles principales qui sont les fongicides, les herbicides et les insecticides.
1.4.2.1 Les fongicides Les fongicides sont utilisés contre les maladies cryptogamiques et le développement des
champignons parasites afin d’obtenir de plantes saines. Il existe deux groupes de
fongicides : les fongicides minéraux et les fongicides organiques qui sont généralement des
produits de synthèse (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).
1.4.2.2 Les insecticides Les insecticides organiques de synthèse se divisent en trois grandes familles qui sont :
• Les organochlorés : insecticides de synthèse dont les molécules contiennent du
carbone, de l’hydrogène et au moins un atome de chlore. Ces insecticides sont les
17
plus anciens. Parmi ces insecticides, on peut citer : DDT, le DDD, le dicofol et le
méthoxychlore (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).
• Les carbamates : insecticides dérivés de l’acide carbamique. Les carbamates le
plus utilisé sont : le carbaryl, le carbofuran et l’aldicarbe. Ils attaquent le système
nerveux central des insectes en provoquant une excitation nerveuse répétée au
niveau des pompes à sodium (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).
• Les organophosphorés : insecticides contenant au moins un atome de phosphore.
Ces phytosanitaires appartiennent à la famille chimique des anticholinestérasiques.
Ils sont utilisés fréquemment en milieu agricole. Les organophosphorés ont une
action de surface sur la plante et ne pénètrent pas dans la plante. Pour les insectes
nuisibles, la pénétration des organophosphorés se fait généralement par contact,
digestion ou inhalation (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).
1.4.2.3 Les herbicides Les herbicides sont divisés en deux familles en fonction de leur mode d'application et de
leur mode d'action.
• Les herbicides appliqués au niveau des plantes qui sont des régulateurs de
croissance. Ces composés chimiques améliorent la croissance des plantes en
agissant sur la synthèse des protéines et la division cellulaire. Ces herbicides
entraînent une croissance rapide des plantes dans des courtes périodes. Parmi Les
herbicides le plus connue est le 2,4-D, le dichloprop.
• Les herbicides appliqués au niveau du sol : Ces herbicides inhibent les étapes de
la division cellulaire responsables de la séparation des chromosomes et de la
formation de la paroi cellulaire au niveau des racines de la plante. Le résultat de
cette inhibition est un nombre de racines trop faible dans le but d’assurer la bonne
nutrition de la plante. Ils existent plusieurs herbicides tel que : la trifluraline, la
prodiamine, la pendiméthaline, le butylate, le cycloate, EPTC, l’alachlore et le
métolachlore (Comité sécurité Alimentaire d’Aprifel, 2004).
1.4.3 Les pesticides utilisés dans la culture de l’oignon
Les pesticides ont rapporté des énormes avantages à l'humanité en augmentant la
production alimentaire et en contrôlant les diverses maladies des cultures. Malgré les
nombreux avantages de l'utilisation de pesticides dans les champs et leur contribution
18
indirecte à l'économie, ils peuvent être dangereux s'ils ne sont pas utilisés de manière
appropriée et constituent un facteur de toxicité pour l’environnement et l’Homme (Verma
and Srivastava, 2018). Beaucoup d'entre eux représentent des dangers potentiels dus à la
contamination des aliments, de l'eau et de l'air, ce qui entraîne de graves problèmes de santé
non seulement pour les humains, mais aussi pour l'ensemble de l'écosystème (Mrema et
al., 2013; Naksen et al., 2016; Tsaboula et al., 2016). Pour ces raisons, l’utilisation de ces
produits chimiques doit être faite sous contrôle. Les plantes sont les récepteurs biologiques
directs de pesticides et sont un excellent choix pour évaluer leurs effets cytotoxiques parce
que les tests avec des plantes sont simples, rapides et donnent de bons résultats par rapport
à ceux obtenus chez les animaux (Grant, 1982; Chauhan et al., 1998; Firbas and Amon,
2014). Différentes espèces végétales comme Allium cepa L., Tradescantia sp et Vicia faba
ont été utilisés comme modèle d'essai pour évaluer les effets toxiques des pesticides (Liman
et al., 2010; Rodriguez et al., 2015; Ventura-Camargo et al., 2016; de Souza et al., 2017;
Silveira et al., 2017).
La société Nutra Canada s’intéresse à la production des extraits des molécules bioactives
biologiques et non toxiques. Pour atteindre son but, l’entreprise a réalisé un ensemble
d’analyses des pesticides de l’oignon frais, fourni par une entreprise canadienne "Onipro",
ainsi dans ses extraits de polyphénols pendant quatre années de 2011 à 2014. Le but
principal de cette étude était connu les pesticides utilisés dans la culture des oignons ainsi
que leurs niveaux de toxicité. Les résultats ont montré que la matière première contient des
faibles doses de pesticides; plus de 85 des pesticides (tableau 1-1) ont été identifiés et la
liste diffère d’une année à l’autre. Cette différence s’explique par le fait que les agriculteurs
utilisent différents produits chimiques selon l’objectif à réaliser (les produits de traitement
des maladies des plantes ou celles d’amélioration de production). Le problème est que les
extraits des polyphénols représentent un risque pour l’Homme puisqu’ils contiennent trois
pesticides: chlorpyrifos, lambda- cyolathrine et pendimethaline qui dépassent la norme de
USA/Canada et la norme européenne (Règlement 396/2005) exigés. Ces résultats
s’expliquent que lors de l’extraction des polyphenols certains pesticides se
concentrent. Ainsi, la matière première peut sembler bonne mais elle donne un extrait
polyphénolique qui contient des concentrations des pesticides hors les normes exigées.
19
Tableau 1-1 : listes des Pesticides identifiées dans des extraits de polyphénols d’oignons
cultivés au Québec en 2013 et ses Limites de quantification en mg/kg selon la norme
canadienne et le règlement (396/2005) exigé par l’Union européen
Pesticides Limites de quantification (mg/kg)
Acephate 0,050
Alachlor 0,005
Aldrine 0.010
Azinphos Ethyl 0,020
Azinphos Methyl 0,020
Bromopropylate 0,020
Chlorpyrifos Ethyl 0.010
Chlorpyrifos Méthyl 0.010
Cyhalothrine (Lambda) 0.020
DDD (Σ op', pp') 0,010
DDE (Σ op', pp') 0,010
DDT (Σ op', pp') 0,010
Fenpropathrine 0,020
Fensulfothion (Σ oxon, oxonsulfon, sulfon ) 0.020
Fenthion (Σ oxon, oxonsulfone,
oxonsulfoxyde, sulfone, sulfoxyde)
0.010
Fenvalerate 0.020
Flucythrinate 0.020
Fonofos 0.005
Heptachlor 0.005
Hexachlorobenzène 0.005
Hexachlorocyclohexane 0.30
Lindane (gamma-hexachlorocyclohexane) 0.60
Malathion 0.005
Mecarbam 0.010
Methacrifos 0.020
Methamidophos 0.05
Méthidathion 0,005
Métolachlor 0,010
Metoxychlor 0,020
Mirex 0,005
Monocrotophos 0,050
Parathion Ethyl et paraoxon Ethyl 0,005
Parathion Méthyl et paraoxon Méthyl 0,005
Pendimethaline 0,050
Pentachloroanisole 0,005
Perméthrine (Σ des isomères) 0,020
Phosalone 0.020
Phosme 0.020
Pipéronyl Butoxyde 0.020
Procymidone 0.010
Profenofos 0.020
Prothiofos 0.020
Pyréthrines naturelles 0.050
20
1.4.3.1 Chlorpyrifos
1.4.3.1.1 Définition Le chlorpyrifos (C9H11Cl3NO3) est un insecticide organophosphoré utilisé pour lutter
contre les moustiques, les mouches, divers insectes nuisibles, dans les cultures sur le sol
ou le feuillage et les larves aquatiques. Il lutte aussi contre les ectoparasites chez l’agneau
et les bêtes à cornes. L’utilisation de ce produit varie de 100 000 à 500 000 kg chaque
année au Canada (Canada Environnement Canada/Agriculture Canada, 1986). Sa solubilité
dans l’eau est de 2 mg/L à 25°C (Agriculture Canada, 1982). Le chlorpyrifos est fortement
absorbé par le sol. Il persiste dans le sol pendant des périodes allant de 60 à 120 jours. Sa
dégradation est principalement attribuable à l’action microbienne (Environnement Canada,
1987). Ses produits de dégradation sont le trichloro-3,5,6 pyridinol-2, qui va ensuite être
hydrolyser en composés organochlorés et en dioxyde de carbone. La vitesse d’hydrolyse
du chlorpyrifos dans l’eau varie en fonction du pH et de la température ainsi que la présence
de cuivre (Tatton, 1984).
1.4.3.1.2 Effets sur la santé L’absorbation de chlorpyrifos par le système digestif est très rapide ainsi que sa
métabolisation. (FAO/OMS, 1975).
Plusieurs expériences ont étudié l’effet de chlorpyrifos sur l’activité du cholinestérase
érythrocytaire. Sur des humains (quatre hommes par groupe) la consommation de
chlorpyrifos par voie orale à différentes concentrations (la concentration plus élevée est de
l’ordre 0,10 mg/kg par jour) pendant des différentes périodes a montré que ces doses n’ont
pas d’action sur l’activité du cholinestérase érythrocytaire (Coulston et al., 1971).
D’autres expériences ont été faites sur des chiens. Ces derniers ont été exposés pendant
deux ans à des aliments contenant des teneurs en chlorpyrifos variant de 0 jusqu’à 3,0
mg/kg par jour. Les doses de 1,0 et de 3,0 mg/kg par jour ont inhibé le cholinestérase
érythrocytaire chez les chiens (McCollister et al., 1975). La même expérience sur des rats,
a montré que l’activité du cholinestérase du cerveau était inhibée à la dose de 3,0 mg/kg
par jour alors qu’elle était légèrement abaissée à la dose de 1,0 mg/kg par jour (McCollister
et al., 1975). Selon une étude récente, les enfants exposés au chlorpyrifos dans l'utérus
présentent à l'âge de 3 ans un risque accru de retards de développement mental et montrent
aussi un trouble accru d'hyperactivité avec déficit de l'attention (Rauh et al., 2006).
L’AQA (l'apport quotidien acceptable) de chlorpyrifos a été calculé par l’Organisation des
21
Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO) et l’Organisation mondiale de la
santé (OMS). En plus, les concentrations maximales de résidus de chlorpyrifos (LMR) ont
été fixées à l'annexe II du règlement européen (396/2005) comme suit :
AQA = (0,1 mg/kg p.c. par jour) /10= 0,01 mg/kg par jour
Où :0,1 mg/kg par jour est la dose sans effet nocif observé obtenue à la suite d’une étude
d’une durée de deux ans chez le chien et le rat et d’études réalisées chez des volontaires
humains.
10 est le facteur d’incertitude.
1.4.3.2 Lambda- cyhalothrine
1.4.3.2.1 Définition Cette substance active insecticide est une pyréthrine. Il agit sur le système nerveux par voie
de contact et provoque la paralysie et la mort des insectes même à faible dose. Elle bloque
l’activité des acariens phytophages, en plus elle a une action ovicide sur les œufs de
lépidoptères (papillons) (Réseau National des Chambres d’Agriculture du Niger, 2013).
La lambda cyhalothrine, dont le nom commercial est Matador au Canada, est surtout
utilisée pour lutter contre plusieurs insectes tels que les chenilles (attaqueurs des feuilles).
Elle est aussi utilisée contre la noctuelle de la tomate, les cicadelles, les pucerons et les
mouches des cucurbitacées (melon, courge) (Réseau National des Chambres d’Agriculture
du Niger, 2013).
1.4.3.2.2 Effet sur la santé Des études ont montré que l'exposition des mammifères au Lambda- cyhalothrine pouvait
provoquer de nombreux effets toxiques, notamment génotoxique (Campana et al., 1999;
Cavas and Ergene-Gozukara, 2003), neurotoxique (Hornychova et al., 1995) et
mutagénique (Cavas and Ergene-Gozukara, 2003; Celik et al., 2003).
La lambda cyhalothrine est classé comme un perturbateur endocrinien (Commission staff
working document on implementation of the Community Strategy for Endocrine
Disrupters, 2004). Une étude a été faite sur des souris mâles adultes qui ont reçu 0,2,0,4 et
0,8 mg / kg de lambda cyhalothrine / jour pendant 6 semaines ont eu une diminution
significative du poids de la vésicule séminale, un organe androgène-dépendant, une
augmentation du taux de dégénérescence des cellules de Leydig, et une réduction de la
motilité des spermatozoïdes à la dose la plus élevée (Al-Sarar et al., 2014). Cette substance
22
est classée avec le HPV (virus du papillome humain). La lambda cyhalothrine est classée
selon son niveau de toxicité catégorie 1 pour l’homme et catégorie 2 pour la faune sauvage
(Petersen and Rasmussen, 2007).
Les normes de qualité exigent que la concentration de lambda cyhalothrine 0.02 mg/kg
pour l’eau destinée à la production d’eau potable (Directive du conseil relative à la qualité
des eaux destinées à la consommation humaine, 1998).
1.4.3.3 Pendiméthaline
1.4.3.3.1 Définition La pendiméthaline (C13H19O4N3) est un membre des herbicides de la famille dinitroanaline.
Il est utilisé comme additif de pré-émergence pour contrôler les mauvaises herbes dans les
céréales, les légumineuses et les cultures maraîchères. Il est lipophile ce qui explique sa
forte adsorption du sol. Son rôle principal est d’arrêter la germination et/ou le
développement de mauvaises herbes en bloquant l’élongation et la division cellulaire. Son
action est sur les organes souterrains (racines et tigelles) (Ying and Williams, 2000; Yen
et al., 2003).
1.3.3.3.2 Effets possibles sur l'environnement et sur la santé Sur la santé des êtres humains, la consommation d’une forte dose de pendiméthaline
provoque des lésions hépatiques (inflammation et hémosiderose), une augmentation du
poids du foie, une augmentation de la TSH (thyréostimuline) et une diminution des niveaux
de T3 (triiodothyronine) et de T4 (thyroxine), ce qui peut provoquer un effet négatif sur la
croissance (Dunkelberg et al., 1994). Selon la norme européenne (Règlement 396/2005),
la limite maximale de résidus (LMR) de pendiméthaline doit être inférieure à 0.05 mg/kg
dans l’ail, l’échalote et l’oignon.
23
Problématique, hypothèse de recherche, objectif principal et objectifs spécifiques
2.1 Problématique De grandes quantités de nourriture sont gaspillées dans toute la chaine
d’approvisionnement alimentaire : dans la production primaire, pendant la distribution et
la vente des produits alimentaires, la préparation et la distribution de la nourriture dans les
environnements commerciaux et domestiques. Ces résidus peuvent être valorisés pour
leurs contenus en biomolécules, notamment en polyphénols et qui pourront être destinées
aux marchés des aliments fonctionnels et des nutraceutiques. Les pesticides sont des
produits phytopharmaceutiques qui augmentent la production alimentaire et contrôlent
certaines maladies, mais présentent des dangers pour l'environnement, ainsi que les
personnes: intoxications aiguës, cancer, asphyxie, incendie, explosion, pollution… Le suivi
de ces molécules dans les industries agroalimentaire et pharmaceutique est devenu une
nécessité qui a pour but de limiter leurs effets négatifs car elles sont utilisées de façon
excessive par les agriculteurs. En se basant sur la littérature, nous avons pu remarquer que
les extraits des polyphénols produits à l’échelle industrielle contiennent toujours des
résidus des pesticides qui sont présents en quantités très importantes.
2.2 Hypothèse de recherche L’optimisation des paramètres expérimentaux de l’extraction des polyphénols d’oignon en
utilisant l’éthanol comme solvant non toxique permet de produire des extraits biologiques
riches en polyphénols et sans pesticides.
2.3 Objectif général Optimiser le procédé d’extraction des polyphénols d'oignon dans le but d’avoir un extrait
sans pesticides et avec un meilleur rendement.
2.4 Objectifs spécifiques - Caractériser les pesticides présents dans les extraits des oignons ainsi que leurs teneurs
- Caractériser les différents types des polyphénols présents et leurs teneurs dans les variétés
d’oignons reçus de la société « Onipro ».
-Optimiser les paramètres expérimentaux d’extraction (température, concentration du
solvant, temps et ratio soluté/solvant).
24
- Produire des extraits riches en polyphénols.
25
Analyse des pesticides dans les extraits d’oignon 3.1 Résumé Le mot « pesticide » est un terme générique qui englobe les produits phytopharmaceutiques
(herbicides, fongicides, insecticides) utilisés en milieu végétal. Ces derniers peuvent
également avoir des impacts sur la santé humaine si leurs teneurs dans les aliments
dépassent certaines concentrations. Une méthode d'extraction qui s’appelle QUECHERS,
a été utilisée afin d'extraire ces composés toxiques à partir des oignons jaune et rouge. Les
analyses des extraits ont été faites par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de
masse. Les résultats obtenus ont montré que seules les racines des oignons jaunes
contiennent un pesticide, la pendimethaline, à une teneur de 0,7 mg/kg matière sèche, ce
qui dépasse les normes canadienne et européenne exigées (0,1 mg/kg de matière sèche).
26
3.2 Introduction En se basant sur plusieurs études et travaux scientifiques, les termes "pesticide" ou produit
"phytosanitaire" ont été introduits à partir de l’époque coloniale, principalement pour la
protection des cultures. Plusieurs insecticides organochlorés comme l’aldrine, l’endrine, le
DDT, le dieldrine, l’heptachlore et le lindane ont été massivement utilisés dans la lutte
chimique contre les ravageurs du caféier, du cacaoyer et du cotonnier (Kolani et al., 2003).
Les pesticides regroupent plus de 900 matières actives qui rentrent dans la composition de
8800 produits chimiques commercialisés. Les pesticides sont généralement classés selon
leur mode d’action principal ce qui permet de définir plusieurs catégories : les insecticides,
les fongicides et les herbicides (Gonzalez et al., 1997).
Les pesticides existent sous deux formes naturelle ou, majoritairement, de synthèse. Ces
produits biologiquement actifs peuvent être très toxiques pour les organismes cibles
(Multigner, 2005). Les systèmes de production agricole actuels reposent sur l'utilisation
intensive de pesticides pour maintenir des rendements élevés. Cependant, la plupart des
pesticides appliqués sur les terres agricoles peuvent également affecter les organismes non
ciblés et contaminer les sols et les milieux aqueux. Ces dernières années, il y a eu une
préoccupation croissante puisqu’ils représentent un risque à la population globale à cause
de la présence des résidus dans les approvisionnements alimentaires (Margni et al., 2002).
L’homme constitue l’un de principaux organismes menacés par les pesticides résiduels du
fait qu’il est l’applicateur de ces substances mais aussi le consommateur de produits
alimentaires contaminées par ces résidus. Ces deux modes d’exposition, professionnel et
environnemental, à ces molécules actives présentent deux risques bien différents, le
premier est lié à des expositions habituellement très élevées puisqu’il y a un contact direct
avec le produit chimique, le deuxième est associé à des expositions généralement très
faibles mais répétées dans le temps qui peuvent provoquer certaines complications
(Multigner, 2005).
L’introduction de politiques efficaces pour réduire les effets néfastes des pesticides, tout
en maintenant les niveaux de production agricole, constitue un défi majeur sur la voie de
l'amélioration de la durabilité de l'agriculture (Tilman et al., 2002). Les pesticides sont
réglementés de façon strictes dans de nombreux pays et sont soumis à des tests rigoureux
27
et à des paradigmes d'évaluation des risques très prudents. Dans l'Union européenne, aux
États-Unis et en Chine, des politiques publiques ont été établies pour lutter contre les
risques liés aux pesticides (Sun et al., 2012; Osteen and Fernandez-Cornejo, 2013;
Lefebvre et al., 2015; Bocker and Finger, 2016; Zhang et al., 2016).
« Le règlement (CE) n° 396/2005 du Parlement européen et du Conseil en 2005 fixe des
limites maximales acceptables aux résidus de pesticides (LMR). Ces dispositions confient
à l’Agence européenne de sécurité alimentaire l’évaluation de la sécurité des produits, sur
la base des propriétés des pesticides, des limites maximales et des différents régimes
alimentaires des consommateurs européens » (La Commission des affaires économiques,
2005).
Le but de ce chapitre est donc de déterminer la quantité de pesticides dans les extraits de
pelures, de bulbes, de racines et de tiges des oignons rouges et jaunes, en utilisant la
méthode disque Quechers kit (AOAC, 2007) en comparant les résultats obtenus avec les
normes canadiennes et européennes exigées puisque notre produit va être expédie en
France.
28
3.3 Matières premières étudiées Il convient tout d’abord de décrire le matériel de départ. Nous avons travaillé à partir des
lots rejetés d’oignons rouges et jaunes frais de la compagnie Onipro (Sherrington, Canada).
Ces lots étaient non commercialisés pour plusieurs raisons principalement parce qu’ils ne
sont pas conformes aux normes d'exportation et de commercialisation : mauvaise qualité
des oignons (taille, couleur) ou trop vieux.
3.4 Réactifs et solutions Des standards de chlorpyrifos, lambda- cyhalothrine et pendimethaline (pureté de 95%)
ont été achetés chez Sigma Aldrich (Oakville, Canada). L’éthanol (95%) et l'acétonitrile
utilisés pour l'extraction ont été obtenus de les Alcools du commerce inc. (Boucherville,
Canada). Des solvants de qualité HPLC ont été achetés chez VWR (Mississauga, Canada).
De l'eau HPLC a été préparée en utilisant un système de purification d'eau MilliQ de
Millipore (Etobicoke, Canada).
3.5 Méthodes
3.5.1 Préparation des échantillons pour analyse des pesticides : chlorpyrifos, lambda-
cyhalothrine et pendimethaline
Pour les expériences, les oignons jaunes ont été coupés horizontalement en deux parties et
chaque partie est divisée en cinq parties : pelure, première tunique (partie racine/partie
tige), bulbe, racine et tige. Les oignons rouges biologiques ont été divisés en quatre parties :
pelure, bulbe, racine et tige. Pour faciliter l’extraction et obtenir des résultats plus précis,
les échantillons ont été séchés par lyophilisation puis broyés afin d’obtenir une fine poudre.
Les pesticides ont été choisis sur la base qu’ils sont utilisés dans la production d’oignon.
• Les oignons jaunes
a) b)
29
Figure3-1 : Différentes parties des oignons jaunes : a) pelure, b) bulbe, c) tige et d) racine
3.5.2 Disque QUECHERS kit- AOAC METHOD 2007
En 2003, (Anastassiades et al., 2003) ont décrit la méthode “quick, easy, cheap, effective,
rugged and safe” (QUECHERS) pour l'analyse multiclasses et multirésidus des pesticides
dans les fruits et légumes. Les auteurs ont remis en question les conditions typiques
utilisées précédemment pour l'analyse des résidus de pesticides et grâce à une
expérimentation approfondie et une nouvelle utilisation du MgSO4 pour l'extraction en
phase solide dispersive (d-SPE). Ils ont ainsi mis au point une méthode de préparation des
échantillons avec d'excellents résultats pour une large gamme des pesticides dans de
nombreux types d'aliments. L'approche QUECHERS tire parti de la large portée analytique
et du haut degré de sélectivité et de sensibilité fournis par les chromatographies gazeuse et
liquide (GC et LC) couplées à la spectrométrie de masse (MS) pour la détection. La
méthode QUECHERS est devenue le principal outil analytique dans la plupart des
laboratoires de surveillance des pesticides pour répondre aux normes mondiales, ainsi que
les caractéristiques rationalisées, les avantages du pratiques et les excellents résultats
fournis par l'approche. Elle représente une méthode d’analyse des résidus de pesticides des
fruits et des légumes qui est simple et peu coûteuse (Anastassiades et al., 2003). En raison
de ces avantages, l'approche est devenue populaire et a été appliquée dans d'autres matrices
(Kowalski et al., 2011) telle que l’extraction par liquide sous pression (PLE), l’extraction
solide-liquide (SLE), la dispersion de la matrice sur phase solide (MSPD) et la
microextraction en phase solide (SPME) (Rodrigues et al., 2005).
Concernant le traitement des échantillons, la méthode QUECHERS a été la méthode
principale utilisée pour la détermination des pesticides dans les extraits des polyphénols
c) d)
30
des oignons. Elle consiste en une extraction suivie d’un nettoyage SPE dispersif (dSPE) de
l'extrait (Anastassiades et al., 2003). Le kit de la méthode QUECHERS se compose de
deux tubes:
• Tube d'extraction : sulfate de magnésium et d’acétate de sodium
• Tube de nettoyage : sulfate de magnésium et PSA (absorbant SPE amine primaire-
secondaire).
3.5.3 Analyse
L’analyse des pesticides dans les extraits des polyphénols a été faite par GC-MS
(chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse), qui permet
l’identification et la quantification des molécules. Cette technique couple les performances
de la chromatographie en phase gazeuse avec celles de la spectrométrie de masse , dans le
but de la séparation des composés d'un échantillon et la détection et l’identification des
composés en fonction de leur rapport masse sur charge. Elle permet d'identifier et/ou de
quantifier précisément de nombreuses substances présentes en très petites quantités et
même sous forme de trace (Menet et al., 2010).
Tableau 3-1 : Conditions chromatographiques d’analyses des pesticides
Colonne RTX-5MS, 30 m x 0.25mm (0.25µm film)
Débit de l’helium 1 mL/min
Température d’injecteur 250°C
Gradient de température 100°C pendant 1 min
Augmentation de température à 10°C/minute jusqu’à 320°C
Volume d’injection 2µl
Temps d’analyse 37 min
3.6 Résultats et discussion
3.6.1 Résultats
L'extraction des pesticides des oignons a été effectuée avec l’acétonitrile pour déterminer
la teneur totale et la structure chimique de chlorpyrifos, lambda- cyhalothrine et
pendimethaline par GC/MS (figure 3-2, 3-3, 3-4 et 3-5).
31
Figure 3-2 : Chromatogramme des standards des pesticides chlorpyrifos (15.78 min),
lambda- cyhalothrine (21.11 min) et pendimethaline (16.57 min)
Figure 3-4: Spectre et structure de la
lambda-cyhalothrine
Figure 3-3 : Spectre de masse et
structure de chlorpyrifos
32
Figure 3-5 : Spectre de masse et structure de la pendimethaline
Tableau 3-2 : Quantification des pesticides dans les extraits de différentes parties des
oignons jaunes
Les résultats sont exprimés en moyenne de triplicata ± écart-type.
n.d non détecté
Les résultats ont montré que seule les racines contiennent un pesticide, la pendimethaline,
à une concentration 0.07± 0,03 mg/100g M.S.
3.6.2 Discussion
L'utilisation de pesticides en agriculture est nécessaire pour lutter contre divers ravageurs
qui pourraient détruire les cultures et améliorer la qualité de la nourriture produite.
L’impact de l’exposition par voie alimentaire aux résidus toxiques dépend de la quantité
ingérée et du degré de contamination de la denrée. Sur la base des résultats obtenus de
l’analyse des pesticides dans les extraits de différentes parties des oignons jaunes et rouges
Pesticide
Échantillon
Pendimethaline
(mg/100g M.S)
λ-Cyhalotrine
(mg/100g M.S)
Chlorpyrifos
(mg/100g M.S)
Racine 0.07 ± 0,03 n.d n.d
Tige n.d n.d n.d
Pelure (partie
tige)
n.d n.d n.d
Bulbe (partie tige) n.d n.d n.d
1er tunique de
bulbe (partie tige
n.d n.d n.d
Pelure (partie
racine)
n.d n.d n.d
Bulbe (partie
racine)
n.d n.d n.d
1er tunique de
bulbe (partie
racine)
n.d n.d n.d
33
(tige, racine, bulbe et pelure) on pourrait conclure que les extraits de polyphénols des
oignons rouges ne représentent pas un danger pour le consommateur à cause de l’absence
des pesticides. Pour les oignons jaunes, ils présenteraient un risque pour l’Homme puisque
les racines de ces derniers contiennent un seul pesticide, la pendiméthaline, à hauteur de
0.7 mg/kg MS, qui dépasse la norme européenne exigée (0.1 mg/kg M.S). La
pendiméthaline est un pesticide inhibiteur mitotique qui peut empêcher la division
cellulaire dans les méristèmes racinaires. Il inhibe également la synthèse des microtubules,
qui est importante pour la formation des parois cellulaires et de fibre fusiforme (Devine et
al., 1993). L'inhibition de la croissance racinaire et les effets néfastes sur les chromosomes
fournissent des indications de cytotoxicité et de génotoxicité (Rank and Nielsen, 1993).
Les résultats s’expliquent que lors de l’extraction des polyphénols, ce pesticide se
concentre puisque la matière première peut sembler bonne mais elle donne des extraits de
polyphénols qui contiennent des quantités des pesticides dépassants les normes. La
présence de ce pesticide dans les extraits phénoliques de la partie racine des oignons laisse
supposer soit que ce dernier est utilisé en forte concentration, soit que les pesticides
s’accumulent dans les sols et passent ensuite dans les plantes par la voie racinaire (Fismes
et al., 2002; Otani and Seike, 2007).
3.7 Conclusion Suite à la mise en place de la stratégie de Nutra canada qui tend à produire des extraits
biologiques non toxiques, la présence du pesticide pendiméthaline, avec une concentration
de 0.7 mg/kg MS qui dépasse la norme européenne exigée (0.1 mg/kg M.S), nous a obligé
pour la suite des travaux à changer les variétés d’oignons par d’autres qui sont moins traités
par les pesticides.
34
Caractérisation des sous-produits de l’oignon (Allium cepa L.) pour leur teneur en polyphénols et flavonoïdes à l'aide de méthodes UPLC MS/MS et spectrophotométrique
4.1 Résumé Les produits et les résidus agroalimentaires générés par l'industrie maraîchère contiennent
des composés bioactifs pouvant être valorisés afin de produire des extraits riches en
biomolécules. La production des oignons génère environ 27 % de déchets, riches en
biomolécules, précisément des polyphénols. Une méthode de caractérisation UPLC (Ultra
Performance Liquid Chromatography) a été utilisée afin de caractériser les composés
phénoliques dans les pelures, les bulbes, les racines et les tiges d'oignons rouges et jaunes.
La caractérisation des polyphénols des différentes parties des oignons jaunes et rouges a
été faite sur des échantillons d’oignons dépourvus de pesticides, tel que confirmé par des
analyses. La caractérisation des polyphénols par UPLC a montré la richesse de la partie
tige des oignons rouges en ces derniers, en particulier en quercétine et ses dérivés, avec
une valeur de 7810 mg/kg matière sèche.
35
4.2 Introduction Plusieurs études épidémiologiques ont démontré une relation entre une alimentation riche
en produits végétaux et la prévention des maladies cardiovasculaires et de certains types
de cancers (Lampe, 1999; Del Rio et al., 2013; Lo Vasco et al., 2017).
L'oignon (Allium Cepa L.) est la deuxième culture légumière au monde dont la production
et les surfaces cultivées ont augmenté constamment depuis 1998, avec une production de
85 millions de tonnes par année. Sa transformation génère 27% de déchets qui sont la
plupart de temps non utilisés. De nos jours, les industries de la transformation des aliments
et des produits agricoles génèrent des quantités substantielles de sous-produits riches en
phénols, qui pourraient être des sources naturelles d'antioxydants à utiliser comme
ingrédients. Certains de ces sous-produits ont fait l'objet d'études et se sont avérés être des
sources efficaces d'antioxydants phénoliques (Balasundram et al., 2006; Roldan et al.,
2008).
La composition nutritionnelle de l'oignon est très complexe. Il a été démontré que c'est
l'une des principales sources de flavonoïdes alimentaires. Plus précisément, l'oignon a été
caractérisé pour ses flavonols, en particulier la quercétine et ses dérivés (Benitez et al.,
2011a; Wiczkowski et al., 2014; Ren et al., 2017). De plus, ce légume est riche en d’autres
composés bioactifs tels que les frutooligosaccharides et les composés soufrés (Roldan et
al., 2008). Dans une étude faite sur 28 légumes et 9 fruits (Hertog et al., 1992), l’oignon
était le plus riche en quercétine. Dans la littérature récente, la quercétine 4'-glucoside et la
quercétine 3,4'-diglucoside ont été rapportées comme les principaux flavonols d'oignon
(Roldan-Marin et al., 2009; Downes et al., 2010), alors que les peaux d'oignons contiennent
des concentrations plus élevées de quercétine aglycone (Downes et al., 2009)
Ce flavonoïde a une activité antioxydante, prévent des maladies coronariennes et démontre
une activité anticancéreuse, tandis qu’il présente un potentiel pour affecter les fonctions du
virus de l'immunodéficience humaine (Yao et al., 2004).
Le but de ce chapitre était de caractériser et quantifier les différents polyphénols présents
dans les pelures, les bulbes, les racines et les tiges de différentes variétés d’oignons rouges
et jaunes. Les principaux composés phénoliques des extraits testés ont été provisoirement
36
identifiés par chromatographie liquide ultra-performante couplée à l'analyse par
spectrométrie de masse (UPLC-MS / MS).
37
4.3 Matériel et méthodes
4.3.1 Préparation des différentes parties d’oignons pour l’optimisation de l'extraction des
polyphénols et leur caractérisation
Dans cette partie, en se basant sur les résultats du chapitre 3, nous avons opté pour les
variétés d’oignons suivantes, moins traitées par les pesticides :
• Oignon jaune : Delflan, variété Lasalle
Hotte et Van Winden, variété Trekker
• Oignon rouge : JPL Guérin, variété Red wing
Jardin A Guérin, variété Red emperor
La préparation des échantillons a été faite de la même manière que dans le chapitre 3. Les
différentes parties des oignons ont subi un test d’analyse des pesticides selon la méthode
décrite à la section 3.1, pour confirmer que ces nouvelles variétés ne contiennent pas de
quantité des pesticides dépassant les normes canadiennes et européennes exigées.
4.3.2 Réactifs et solutions
Les solvants utilisés sont de grade HPLC provenant de VWR International (Ville Mont-
Royal, Québec, Canada). L’éthanol 95% utilisé est de grade ACS et a été acheté de Les
Alcools de Commerce Inc. (Boucherville, Québec, Canada). L'eau ultrapure a été produite
en utilisant un système milli-Q de Millipore Sigma (Burlington, Massachusetts, États-
Unis).
4.3.3 Procédé d'extraction
Les polyphénols dans les sous-produits des oignons ont été extraits selon le protocole de
(Singleton, 1985), avec certaines modifications : changement de solvant d’extraction, le
méthanol a été remplacé par l’éthanol, et de température d’extraction. 1 g d’échantillon
lyophilisé a été mélangé avec 20 ml de 80 % éthanol puis l’extraction est faite dans un
sonicateur à 70 ° C pendant 20 min. Le mélange a été centrifugé pendant 5 minutes à 3500
tr / min, le surnageant résultant a été recueilli pour les analyses. Toutes les extractions ont
été faites en trois répétitions.
4.3.4 Analyse
L'analyse UPLC-MS des composés phénoliques des oignons a été réalisée à l'aide d'un
système de Chromatographie liquide ultra performance UPLC (Waters, Milford, MA),
38
équipé d'un système de pompe quaternaire. Une colonne de silice haute résistance C18
(longueur de 100 mm, diamétre en 2,1 mm, taille de particule 1,7 µm) a été utilisée
(Waters). Les composés phénoliques ont été séparés avec un gradient de phases mobiles
constituée de 0,2% d'acide acétique (éluant A) et d'acétonitrile (éluant B). Le débit était de
0,4 ml / min et le gradient de l’élution était initialement 2% de B (0-4,5 min), 2-15% de B
(4,5-6,5 min), 15-20% de B (6,5-13,5 min), 20-45% de B (13,5-16,5 min), 45-100% de B
(16,5-18,5 min), 100% isocratique de B (18,5-19 min) et isocratique 2% de B (19-22 min).
Les analyses par spectrométrie de masse (MS) ont été effectuées sur un spectromètre de
masse quadripolaire (Waters). L'analyse a été réalisée en mode négatif et les données ont
été acquises via de multiples réactions de surveillance (MRM). Les paramètres de la source
d'ionisation étaient une tension capillaire de 0,6 Kv, une température de source 120 °C et
une température de la sonde 600 °C. L'azote (pureté 99%) a été utilisé comme gaz de
nébulisation. Le cône a été réglé à 15 V pour toutes les masses avec un temps de passage
de 0,005 sec. L'acquisition des données a été réalisée avec le logiciel MassLynx 4.1. La
limite de quantification a été calculée à 0,2 μg / L à l’aide de l’acide gallique. Tous les
résultats ont été quantifiés sous forme d'équivalent en d'acide gallique ou d’équivalent en
quercétine, en utilisant une courbe d'étalonnage externe. Le tableau 4-1 présente
l'identification proposée, les ions M-H et les standards de quantification utilisés.
39
Tableau 4-1 : Standards de polyphénols utilisés pour l’identification
et la quantification des extraits de différentes variétés d’oignons.
Molécules à identifier MRM M-H Standard
Acide 4-hydrobenzoïque 137 Acide gallique
Acide protocatéchique 153 Acide gallique
Acide p-coumarique 163 Acide gallique
p-Coumarique-hexose 325 Acide gallique
Acide vanillique 167 Acide gallique
Acide gallique 169 Acide gallique
Acide caféique 179 Acide gallique
Acide homovanillique 181 Acide gallique
Acide férulique 193 Acide gallique
Caféoyl glucose 341 Acide gallique
Phloridzine 435 Quercétine
Myricétine 317 Quercétine
Dyhydroquercétine 303 Quercétine
Quercétine 301 Quercétine
Kaempferol 285 Quercétine
Isoramnéthine 315 Quercétine
Quercétine-rhamnoside 447 Quercétine
Quercétine-glucoside 463 Quercétine
Taxifolin-glucoside 465 Quercétine
Quercétine-rutinoside 609 Quercétine
Quercétine-diglucoside 625 Quercétine
Isorhamnétine-diglucoside 639 Quercétine
40
4.4 Résultats et Discussion
Tableau 4-2 : Profil des polyphénols dans les différentes parties des variétés d’oignons jaunes Trekker et Lasalle.
Variété Trekker (mg EAG ou Quercétine/kg matière sèche) Variété Lasalle (mg EAG ou Quercétine/kg matière sèche)
Polyphénols Bulbe Racine Pelure Tige Bulbe Racine Pelure Tige
Acide 4-hydrobenzoïque 4,21 ± 0,09 62 ± 2 74 ± 2 37,9 ± 0,6 4,5 ± 0,8 84 ± 4 147 ± 4 48 ±2
Acide protocatéchique n.d. n.d. 4627 ± 50 1979 ± 90 91 ± 6 1938 ± 229 4789 ± 300 2221 ±2
Acide p-coumarique n.d. 94 ± 5 190 ± 12 143 ± 90 n.d. 74, ± 8 164 ± 4 140 ±2
p-Coumarique-hexose 2,4 ± 0,2 14,4 ± 0,6 n.d. n.d. 2,7 ± 0,1 18,8 ± 0,4 n.d. n.d.
Acide vanillique n.d. 75,2 ± 0,4 59,3 ± 0,9 43,2 ± 0,5 n.d. 80 ± 3 112 ± 5 67,9 ± 0,5
Acide gallique 2,19 ± 0,03 79 ± 9 98 ± 6 130 ± 4 2,2 ± 0,6 89 ± 8 120 ± 3 124 ± 4
Acide caféique n.d. 1078 ± 44 2763 ± 81 2303 ± 71 n.d. 1589 ± 52 3751 ± 158 3212 ± 4
Acide homovanillique n.d. n.d. 23 ± 1 n.d. n.d. n.d. 38 ± 3 33 ± 31
Acide férulique n.d. 15,3 ± 0,9 12,4 ± 0,6 17 ± 1 n.d. 9 ± 2 12,1 ± 0,9 11 ± 7
Caféoyl glucose n.d. 12 ±1 n.d. 3,4 ± 0,3 n.d. 7,8 ± 0,8 n.d. n.d.
Phloridzine n.d. n.d. 41 ± 1 34,5 ± 0,6 n.d. 17,3 ± 0,9 30 ±1 25 ± 1
Myricétine 0,7 ± 0,2 1240 ± 32 2650 ± 110 2024,3 ± 0,6 0,36 ± 0,01 966 ± 60 2321,4 ±0,3 1864 ± 57
Dyhydroquercétine n.d. 13,9 ± 0,9 19,4 ± 0,40 10,0 ± 0,2 n.d. 11 ± 1 23±74 23,7 ± 0,2
Quercétine 29±6 716 ± 26 3048 ±102 2117 ± 104 13,0 ± 0,7 550 ± 34 2344,3 ± 0,2 1984 ± 65
Kaempférol n.d. 38 ± 1 191 ±8 206 ± 9 n.d. 58 ± 2 248 ± 44 188 ± 3
Isorhamnétine 3,3 ± 0,8 228 ± 6 277 ±11 384 ± 16 3,1 ± 0,3 221 ± 8 326 ± 6 408 ± 2
Quercétine-rhamnoside 15 ± 2 23 ± 1 791 ±0,5 65 ± 1 11 ± 1 45 ± 4 57 ± 5 77 ± 1
Quercétine-glucoside 725 ± 40 1195 ± 17 770 ±29 2202 ± 82 566 ± 15 1464 ± 47 1615 ± 3 2234 ± 88
Taxifoline-glucoside 0,43 ± 25 2,5 ± 0,4 749,9 ± 0,6 2,4 ± 0,6 0,71 ± 0,07 3,4 ± 0,5 6,5 ± 16,5 13,0 ± 0,8
Quercétine-rutinoside n.d. n.d. 729,5 ± 0,1 n.d. n.d. n.d. 3,4 ± 0,3 17 ± 1
Quercétine-diglucoside 528 ± 2 809 ± 24 709 ± 8 1440 ± 38 520 ± 16 1267 ± 54 404 ± 3 1920 ± 36
Isorhamnétine-diglucoside 104 ± 12 384 ± 17 689 ± 2 348 ± 38 125 ± 16 435 ± 19 137 ± 8 595 ± 36
Les résultats sont exprimés en moyenne de triplicata ± écart-type. /n.d non détecté
41
Tableau 4-3 : Profil des polyphénols dans les différentes parties des variétés d’oignons rouges Red emperor et Red wing
Variété Red emperor (mg EAG ou Quercétine/kg matière sèche) Variété Red wing (mg EAG ou Quercétine/kg matière sèche)
Polyphénols Bulbe Racine Pelure Tige Bulbe Racine Pelure Tige
Acide 4-hydrobenzoïque 9,2 ± 0,8 50 ± 3 143 ± 6 44 ± 2 3.8 ± 0.43 44.07 ± 4,60 92.83 ± 7,60 42.62 ± 1,47
Acide protocatéchique n.d 652 ±20 3686 ± 260 1826 ± 2 n.d 639,3 ± 2 5,6 3411,5 ± 371 1463,77 ± 12,68
Acide p-coumarique n.d 124 ± 2 240±11 232 ± 10 n.d 58,54 ± 6,23 226,06 ± 5,19 243,77 ± 23,46
p-Coumarique-hexose 2,9 ± 0,2 20 ± 2 n.d n.d 2,82 ± 0,24 16,92 ± 1,21 n.d n.d
Acide vanillique n.d 96 ± 3 259 ± 10 109 ± 6 n.d 84,49 ± 2,47 157,14 ± 10,3 69,34 ± 5,66
Acide gallique n.d 73 ± 4 119 ± 14 79 ± 4 n.d 81,13 ± 8,45 139 ± 10,01 147,66 ± 3,22
Acide caféique n.d 1397 ± 37 4541 ± 14 2473 ± 31 n.d 1372,9 ± 64,3 4788,1 ± 151 4522,90 ± 13,64
Acide homovanillique n.d n.d 35 ± 1 24 ± 4 n.d 7,43 ± 12,88 49,13 ± 4,52 45,69 ± 4,71
Acide férulique n.d 9 ± 2 22 ± 3 14 ± 2 n.d 10,28 ± 0,80 9,21 ± 1,11 20,86 ± 1,72
Caféoyl glucose n.d n.d 73 ± 4 41 ± 6 n.d n.d 61,38 ± 7,69 45,21 ± 3,19
Phloridzine n.d 10 ± 16 25,1 ± 0,2 22 ± 1 n.d 7,24 ± 0,63 23,45 ± 2,96 19,09 ± 0,83
Myricétine 5,2 ± 0,7 575 ± 1 2738 ± 176 1728 ± 113 2,17 ± 0,02 441,95 ± 8,26 2481,4 ± 166 2458,25 ± 113,4
Dyhydroquercétine 0,2 ± 0,3 53 ± 12 186 ± 8 146 ± 9 n.d 25,24 ± 0,70 89,69 ± 3,37 58,54 ± 2,54
Quercétine 15,1 ± 0,5 393 ± 1 2572 ± 62 2700 ± 143 8,33 ± 0,77 177,41 ± 9,35 1971,6 ± 109 2293,96 ± 44,98
Kaempférol n.d 34 ± 7 196 ± 5 143 ± 8 n.d 16,33 ± 1,07 78,62 ± 4,93 106,83 ± 3,02
Isorhamnétine 5 ± 1 341 ± 1 656 ± 34 902 ± 19 2,82 ± 0,46 139,89 ± 6,55 287,9 ± 13,18 383,04 ± 16,12
Quercétine-rhamnoside 8,4 ± 0,8 22 ± 32 44 ± 2 58 ± 4 3,90 ± 0,27 6,51 ± 0,38 7,61 ± 0,86 18,17 ± 1,80
Quercétine-glucoside 598,0 ± 0,8 1430,3 ± 0,9 1744 ± 22 2742 ± 68 496,32 ± 18,94 904,74 ± 11,8 997,58 ± 37,7 1728,01 ± 42,71
Taxifoline-glucoside 7 ± 34 18,66 67 ± 4 135 ± 8 0,73 ± 0,08 3,06 ± 0,93 13,02 ± 0,79 11,81 ± 0,65
Quercétine-rutinoside n.d n.d 32,1 ± 0,8 15 ± 1 n.d n.d 1,76 ± 0,12 7,79 ± 0,37
Quercétine-diglucoside 570 ± 23,76 1320 ± 13 507 ± 13 1440 ± 38 520 ± 16 1267 ± 54 404 ± 3 1920 ± 36
Isorhamnétine-diglucoside 147 ± 11 364 ± 6 296±10 348 ± 38 125 ± 16 435 ± 19 137 ± 8 595 ± 36
Les résultats sont exprimés en moyenne de triplicata ± écart-type.
n.d non détecté
42
Les teneurs totales en composés phénoliques, en flavonoïdes et en flavonols ont été
étudiées et les résultats sont présentés dans le tableau 4-2 pour les oignons jaunes et dans
le tableau 4-3 pour les oignons rouges. Ce qui ressort en premier lieu des résultats, c’est la
prépondérance de la quercétine et de ses dérivés dans les extraits analysés. En effet, que ce
soit dans les extraits d’oignons rouges ou jaunes, la teneur en quercétine et ses dérivés est
la plus élevée par rapport aux autres composés, surtout dans les parties tige et pelure. Par
exemple la concentration de querétine et ses dérivés dans la partie tige de la variété Red
emperor est 7810 mg equivalant quercétine/ kg matière sèche, suivi par l’acide caféique, la
myricétine avec des concertations importantes dans les parties tige et pelure des oignons.
L’acide protocatéchique est présent aussi dans les différentes variétés des oignons étudiés
en quantité importante surtout dans la partie pelure. Cependant, il y a des différences de
pourcentages entre chaque variété d’oignon et chaque partie d’oignon analysée. Ce sont
dans les parties tiges et pelures des oignons rouges que l’on retrouve le plus de composés
polyphénoliques.
Les données phénoliques et flavonoïdes totales rapportées dans des études antérieures sur
le bulbe d'oignon ont montré des valeurs inférieures à celles obtenues dans ce travail (Yang
et al., 2004; Santas et al., 2008; Benitez et al., 2011b). Nous croyons que cela peut être dû
à des différences dans les variétés, dans les conditions de cultures ou encore dans les
conditions d’extractions.
Les pelures et tiges présentaient les taux les plus élevés de composés phénoliques et de
flavonoïdes et les bulbes étaient les plus faibles. Cette tendance a été observée auparavant
chez plusieurs cultivars, bien que la présente étude ait montré un taux plus élevé de
composés phénoliques et flavonoïdes par rapport des autres études (Patil and Pike, 1995;
Prakash et al., 2007). Les flavonoïdes sont le principal groupe de composés phénoliques
dans l’oignon en accord avec d'autres auteurs (Yang et al., 2004; Santas et al., 2008). Six
flavonols différents ont été détectés par UPLC, la quercétine et cinq glucosides de flavonol.
Les principaux flavonols trouvés étaient la quercétine 4'-glucoside et la quercétine 3,4'-
diglucoside avec des valeurs les plus élevées dans la partie tige de la variété Red emperor,
à 2742 et 1440 mg quercétine/kg matière sèche, respectivement. Ces teneurs étaient
supérieures à celles d'autres cultivars par exemple les oignons de la variété Red wing : la
43
quercétine 3,4'-diglucoside 1910 mg/ kg matière sèche et la quercétine 4'-glucoside 860 mg
/ kg matière sèche (Caridi et al., 2007). Les conjugués mineurs étaient la quercétine-
rhamnoside 57,81 mg quercétine/kg matière sèche et la quercétine-rutinoside 14,64 mg
quercétine/kg matière sèche. Le principal flavonol de l'oignon entier était la quercétine 4'-
glucoside suivi par le 3,4'-diglucoside selon la littérature (Lombard et al., 2005).
La quercétine libre se trouvait principalement dans la partie pelure et la partie tige avec des
valeurs allant de 1971,6 jusqu’à 3048 mg quercétine/kg matière sèche dans les pelures de
variété Red wing et la variété Trekker. Dans les tiges, les valeurs varient entre 1984 et 2700
mg quercétine/kg matière sèche dans la variété Lasalle et la variété Red emperor. La teneur
élevée en quercétine dans ces parties pourrait être due à l'hydrolyse des glucosides de
quercétine lors de la formation de pelures (Patil and Pike, 1995; Benitez et al., 2011b). La
présence de quercétine libre dans la partie bulbe était négligeable, 29 mg quercétine/kg
matière sèche dans la Variété Trekker d’oignon jaune, comme d'autres auteurs l'ont signalé
dans leurs études (Beesk et al., 2010).
Les divergences entre les études peuvent être liées soit aux différences de cultivars, soit à
la préparation des échantillons avant l’analyse (Lombard et al., 2005).
4.5 Conclusion En utilisant une procédure d'analyse avancée, nous avons obtenu des rendements
importants en polyphénols et particulièrement en quércetine et ses dérivés (quercétine 4'-
glucoside et quercétine 3,4'-diglucoside) surtout dans la partie tige d’oignon rouge de la
variété « Red emperor ». Ce qui nous a mené à choisir cette partie, qui est considérée
comme un rejet industriel de l’oignon (Allium cepa L.), pour réaliser le travail
d’optimisation du processus d'extraction des composés phénoliques, dans le but
d’optimiser les paramètres expérimentaux d’extraction (température, concentration du
solvant, temps et ratio soluté/solvant).
44
Optimisation du processus d'extraction des composés phénoliques à partir des rejets industriels de l’oignon (Allium cepa L.)
5.1 Résumé L’objectif de ce chapitre consiste en optimisation de l’extraction des polyphénols de la
partie tige d’oignons rouges de la variété Red emperor (Allium cepa.L), en utilisant la
méthode de surface de réponse. L’éthanol et l'eau ont été utilisés comme solvants
d'extraction. La méthodologie de la surface de réponse a été mise à profit afin d’optimiser
les paramètres d'extraction suivants : la concentration du solvant, le temps, la température
ainsi que le ratio soluté/solvant. Différentes combinaisons de paramètres d’extraction ont
été testées afin d’obtenir une extraction présentant un rendement d’extraction proche de
celle obtenue lors de l’utilisation de solvants pétrochimiques. Après l’analyse statistique,
le paramètre qui a une influence sur l’extraction est la concentration en éthanol dont la
valeur optimale était de 53,75%. L’extraction a été répétée avec les conditions optimisées
et a donné un rendement de 119,45 g de polyphénols totaux/kg de matière sèche.
45
5.2 Introduction Les légumes et les fruits sont la source principale des nutriments pour les êtres humains,
ils leur fournissent les lipides, les glucides, les protéines, ainsi que les vitamines, les
minéraux et les antioxydants.
Les déchets agricoles annuels de la part de monde sont à peu près 40% du total de la
production. La valorisation des déchets et des résidus est une approche attrayante de plus
en plus populaire qui peut offrir une gamme d’alternatives potentiellement utiles pour
traiter les résidus autres que l’élimination et/ou la mise en décharge (Lin et al., 2013). Cette
manifestation a donné un nouveau rôle aux produits alimentaires qui ne se limite pas à la
simple consommation, mais aussi il satisfait des autres besoins cosmétiques, nutritionnels,
pharmaceutiques, énergétiques, matériaux, etc. Dans le secteur alimentaire, de nombreuses
méthodes de préservation des divers types de produits alimentaires ont été développées dès
le début de la civilisation humaine (Arancon et al., 2013; Lin et al., 2013). Pendant
plusieurs années, elles se sont sans cesse développées pour passer à l’échelle industrielle
alors que d’autres elles se limitent à l’échelle artisanale ou du laboratoire (Arancon et al.,
2013).
Parmi les différentes méthodes de valorisation des sous-produits végétaux : l’extraction des
molécules bioactives. L‘extraction de produits naturels est généralement de type solide-
liquide, c'est-à-dire qu‘un solide, le produit végétal, est mélangé avec un liquide, le solvant
d‘extraction. Des méthodes traditionnelles, comme la macération, le Soxhlet,
l‘hydrodistillation, etc., sont jusqu’à maintenant utilisées et considérées comme des
techniques de choix pour extraire les composés bioactifs. Cependant, ces techniques ont
plusieurs inconvénients : temps d’extraction long, couteux et grande quantité de solvant
(Azmir et al., 2013) . Ces dernières années, plusieurs laboratoires ont travaillé pour le
développement de méthodes d‘extraction innovantes « des techniques vertes » qui se
résument en extraction assistée par ultrasons, extraction assistée par micro-ondes,
extraction accélérée par solvant (Azmir et al., 2013) .
Dans ce contexte général, nous présentons dans ce chapitre l‘optimisation d‘extraction des
polyphénols plus précisément la quercétine, par macération à partir des oignons rouges en
46
utilisant la méthode de surface de réponse (RSM), le modèle D-optimal et avec seulement
l'éthanol et l'eau comme solvant d’extraction pour assurer que l’extrait n’est pas toxique.
47
5.3 Matériel et méthodes
5.3.1 Réactifs et solutions
Tous les solvants utilisés étaient de grade HPLC provenant de la société VWR (Ville Mont-
Royal, QC, Canada). L’éthanol 95% et l'acétone utilisés pour l'extraction et la
quantification étaient de qualité ACS et ont été achetés chez Les alcools du commerce
(Boucherville, QC, Canada). De l'eau ultrapure a été utilisée tout au long des expériences
et a été produite en utilisant le système milli-Q de Millipore (Billerica, MA). L’acide
gallique, le chlorure d'aluminium, l'acétate de potassium, le carbonate de sodium, la
quercétine et le réactif de Folin-Ciocalteu ont été achetés chez Sigma-Aldrich (Mississauga,
Ontario).
5.3.2 Matière première
Le travail d’optimisation a été réalisé à partir de la partie tige d’oignon rouge variété Red
emperor de la compagnie Onipro (Sherrington, Canada, 2016).
5.3.3 Méthode
Après avoir caractérisé les polyphénols de différentes variétés d’oignons, l’étape suivante
a été l’optimisation des paramètres d’extraction afin d’extraire le maximum de ces
molécules bioactives en utilisant un solvant de grade alimentaire qui est l’éthanol. Des
expériences préliminaires ont permis de limiter les plages des valeurs des différents
paramètres. Différentes extractions ont été réalisées pour identifier les paramètres
optimaux :
Temps 0, 0,5 et 1h
• Température 22,50 et 78 °C
• Concentration d’éthanol 0,50 et 100 %
• Ratio soluté/solvant 1:10, 1:30 et 1:50
L’extraction des polyphénols dans les sous-produits des oignons a été faite selon le
protocole décrit à la section 4.3.3. Les expériences ont été réalisées sous agitation constante
et en triplicata sur la partie tige d’oignons rouges de la variété Red emperor.
48
5.3.4 Analyse
5.3.4.1 Analyse spectrométrique La quantification des polyphénols totaux a été effectuée selon la méthode de Folin-
Ciocalteu qui consiste à une analyse par spectrophotomètre à 765 nm en utilisant les réactifs
de Folin-Ciocalteu, du carbonate de sodium et l’acide gallique comme standard. La droite
d’étalonnage est obtenue en soustrayant la moyenne du blanc à partir des données
d’absorbance lues grâce aux standards. La concentration en polyphénols est calculée en
utilisant une droite de régression linéaire (Y=a+bX) entre la concentration en acide gallique
(Y) (ppm) et l’absorbance (X).
(CxDxV)/(1000xS)
C = concentration en dans l’extrait (g/l)
D = Facteur de dilution
V = Volume d’extraction
S = Le poids de l’échantillon en grammes
La courbe de régression, en utilisant l’acide gallique comme standard, est Y= 284.75 X
avec r2 = 0,9983.
5.3.4.2 D-optimal Dans cette étude, la méthode D-optimal a été utilisée pour concevoir les expériences
(Atkinson and Donev, 1992). La conception expérimentale optimale est basée sur la surface
de réponse méthodologique utilisée pour mener la conception des expériences, l’analyse
de la variance et la modélisation empirique. Le logiciel Design-Expert® (version 11 Stat-
Ease, Inc., Minneapolis, MN) a été utilisé. Cette méthode présente certains avantages par
rapport aux autres méthodes de réponse de surface. La méthode D-optimal donne un plus
petit nombre d'expériences pour l’obtention de la surface de réponse. De plus, elle peut
s'attaquer à tous les facteurs inclus dans la conception de l'expérience. Les conceptions
optimales sont préférées en raison de leur applicabilité prouvée en expérimentation
factorielle mixte de niveau mixte exigeant dans la plupart des situations moins
d’expériences que les méthodes conventionnelles (Erickson et al., 2012; Jensen, 2017).
49
L’algorithme D-optimal fonctionne comme suit : « d’abord, un modèle mathématique
approximatif doit être choisi qui définit une forme fonctionnelle de la relation entre la
réponse (Y) et les variables indépendantes (les facteurs). Ensuite, un ensemble de points
candidats possibles est généré sur la base de ce modèle. Enfin, à partir de ces candidats, un
sous-ensemble est sélectionné, cela maximise le déterminant de la matrice XTX. C'est le
design D-optimal définit par Atkinson et Donev (1992). Le critère d'optimalité utilisé pour
générer des plans D-optimaux est celui de maximisation de | XTX |, le déterminant de la
matrice d'information XTX» (Donev and Atkinson, 1992).
Dans la conception D-optimal, la réponse est exprimée sous forme de matrice comme suit
(Chen et al., 2011) :
Équation 5-1
Y = αx + 𝜺
Dans cette équation, x est la matrice des termes du modèle, ε est l'erreur, α est le vecteur
du coefficient de régression, α est déterminé par la méthode des moindres carrés et est
exprimé par l'équation suivante (Chen et al., 2011):
Équation 5-2
α=( XTX)-1XTY
Où XT est la transposée de la matrice X.
Dans l'algorithme de conception D-optimal, les points de conception sont choisis en
utilisant des programmes de calcul qui maximisent le déterminant | XTX | de tous les points
possibles (Chen et al., 2011).
Les variables dépendantes et indépendantes avec leurs niveaux bas, moyens et élevés
étaient sélectionnées sur la base des résultats d'expériences préliminaires. Les plages de
temps d'extraction (X1), de température d'extraction (X2), de concentration de solvant (X3)
et du rapport solvant / matière première (X4) sont utilisées pour préparer les 27 expériences
présentées dans le tableau 5-1. Les effets de ces quatre variables indépendantes (X1, X2,
X3, X4) sur la réponse des polyphénols (Υ) ont été étudiés pour déterminer les conditions
optimales en utilisant le modèle expérimental D-optimal.
50
Tableau 5-1: Matrice des quatre variables utilisées avec le modèle D-optimal pour
l’extraction des polyphénols de la partie tige d’oignon rouge variété Red emperor avec un
mélange éthanol/eau.
Variables codées et non-codées Valeurs
expérimentales
No. X1 X2 X3 X4 Temps
(h)
Température
(˚C)
Éthanol
(%)
Solvant/soluté Polyphénols
(g/kg m s)
1 -1 -1 0 0 0 22 50 30 15,60
2 -1 1 0 0 0 78 50 30 27,70
3 1 -1 0 0 1 22 50 30 64,24
4 1 1 0 0 1 78 50 30 23,38
5 0 0 -1 -1 0,5 50 0 10 31,11
6 0 0 -1 1 0,5 50 0 50 34,51
7 0 0 1 -1 0,5 50 100 10 15,88
8 0 0 1 1 0,5 50 100 50 36,03
9 -1 0 0 -1 0 50 50 10 68,55
10 -1 0 0 1 0 50 50 50 30,27
11 1 0 0 -1 1 50 50 10 31,93
12 1 0 0 1 1 50 50 50 27,98
13 0 -1 -1 0 0,5 22 0 30 35,09
14 0 -1 1 0 0,5 22 100 30 72,25
15 0 1 -1 0 0,5 78 0 30 30,37
16 0 1 1 0 0,5 78 100 30 34,36
17 -1 0 -1 0 0 50 0 30 18,55
18 -1 0 1 0 0 50 100 30 30,94
19 1 0 -1 0 0 50 0 30 24,38
20 1 0 1 0 0 50 100 30 25,71
21 0 -1 0 -1 0,5 22 50 10 31,74
22 0 -1 0 1 0,5 22 50 50 39,51
23 0 1 0 -1 0,5 78 50 10 29,63
24 0 1 0 1 0,5 78 50 50 19,90
25 0 0 0 0 0,5 50 50 30 84,80
26 0 0 0 0 0,5 50 50 30 56,52
27 0 0 0 0 0,5 50 50 30 51,28
La signification statistique a été confirmée par un test F et leur valeur t correspondante au
niveau de signification de 1%.
5.3.4.3 Analyse statistique L’analyse de variance (ANOVA) et l'analyse de régression multiple des données
expérimentales ont été menées pour ajuster le modèle polynomial du second ordre :
51
Équation 5-3
𝑌 = 𝛽0 +∑𝛽𝑖 𝑋𝑖 + ∑𝛽𝑖𝑖𝑋𝑖 + ∑ ∑𝛽𝑖𝑗 𝑋𝑖 × 𝑋j
Où 𝑌 étaient la réponse (rendement (%) de polyphénols); β0 le coefficient constant; β𝑖 le
coefficient linéaire; β𝑖𝑖 les coefficients quadratiques; β𝑖𝑗 le coefficient d'interaction à deux
facteurs et 𝑋𝑖 et 𝑋𝑗 les variables indépendantes (Bas and Boyaci, 2007). Les analyses de
régression et de variance ont été réalisées en utilisant la procédure RSREG du Système
d'Analyse Statistique (SAS) (version 9.4, SAS institute Inc, Cary, NC, ETATS-UNIS).
5.4 Résultats et discussions
5.4.1 Résultats
5.4.1.1 Analyse de précision et de variance du modèle de régression Le modèle de régression quadratique de polyphénols a donné un coefficient de
détermination (R² = 0,96), indiquant que seulement 0,04% de la variation ne peut pas être
expliquée par le modèle. Le coefficient de détermination ajusté à R²a = 0,96 a confirmé
que le modèle était hautement significatif. Une valeur t inférieure à 0,0001a été trouvée,
démontrant à nouveau la haute signification du modèle de régression. En négligeant les
termes insignifiants, le modèle donne un polynôme du second ordre.
Équation 5-4
Υ = 7.05-9.19× 𝑋3 +9.39× 𝑋3𝑋3+ 1.52× X3X1
52
Tableau 5-2 : Analyse de variance (ANOVA) du modèle polynomial quadratique de
polyphénols
5.4.1.2 Analyse des effets des paramètres d'extraction sur extraction des polyphénols La courbe tridimensionnelle a été utilisée pour représenter la réponse du modèle et
l’interaction entre les différents paramètres d’extraction. La courbe montre l'interaction
entre deux facteurs tandis que les autres sont maintenus à leur niveau moyen. Les
coefficients de régression et la valeur t pour les rendements estimés en polyphénols sont
présentés au tableau 5-3.
Figure 5-1 : Courbe 3D montrant l'effet d'interaction de paramètres d'extraction temps et
concentration de solvant sur le rendement en polyphénols
Régression Dl Type I Somme des
carrés
R-carré Valeur de
F
Pr > F
Linéaire 2 1125.64 0.13 9.03 0.0015
Quadratique 2 5737.72 0.68 46.01 <.0001**
Produit croisé 1 143.80 0.01 2.31 0.1438
Défaut d'ajustement 12 513.56 42.79
Erreur pure 0 0
Total de modèle 5 7007.18 0.84 22.47 <.0001**
** significatif à 1%
53
Tableau 5-3 : Coefficients de régression pour les rendements estimés en polyphénols
Paramètres Dl Estimation Erreur
standard
Valeur
de t
Pr > |t
|
Estimation de
paramètre à
partir de
données codées
Intercepter 1 11.90 12.09 0.98 0.34 73.07
Temps 1 1.88 16.84 0.11 0.9 4.18
Température 1 0.22 0.44 0.51 0.62 3.18
Concentration 1 1.64 0.17 9.46 <.000
1**
4.72
Ratio 1 1.37 2.68 0.51 0.61 3.43
Temps*Temps 1 -8.91 14.73 -0.60 0.55 -2.22
Température*Temps 1 0.20 0.10 1.86 0.08 2.82
Température*Température 1 0 0 -0.51 0.62 -1.67
Concentration*Temps 1 0.10 0.05 1.84 0.09 2.71
Concentration*Température 1 0 0 1.17 0.26 1.78
Concentration*Concentration 1 -0.01 0 -10.93 <.000
1**
-40.26
Ratio*Temps 1 -0.02 0.75 -0.03 0.97 -0.05
Ratio*Température 1 -0.01 0.013 -0.73 0.48 -1.12
Ratio*Concentration 1 0 0 -1.30 0.21 -1.97
Ratio*Ratio 1 0.04 0.20 0.20 0.84 0.65
** significatif à 1%
La première étape du travail a consisté à filtrer les effets linéaires, quadratiques et croisés
des paramètres d'extraction, afin d'analyser les effets significatifs et de rejeter les effets non
significatifs sur l'extraction des polyphénols. Les valeurs t ont été utilisées pour déterminer
la signification de chaque paramètre et l'effet d'interaction entre chaque variable
indépendante. Pour la variable dépendante, polyphénols, la régression linéaire et
quadratique de concentration d'éthanol a été jugée significative (tableau 5-2).
Le paramètre d'extraction concentration d’éthanol est le facteur qui a la plus grande
influence sur la récupération de polyphénols en se basant sur les résultats en tableau 5-3.
Le graphique 5-1 représentant l’influence des deux facteurs, la concentration en éthanol et
le temps d’extraction, sur le rendement d’extraction de polyphénols. La figure indique
qu’une concentration en éthanol de 53.75% et un temps d’extraction de 49min et 20
54
secondes, donnent le meilleur rendement en polyphénols. Le facteur linéaire de temps
d'extraction n'a pas eu d'effet significatif sur l'extraction de polyphénols (valeur t = 0.91),
mais son interaction avec la concentration du solvant a permis d’extraire plus de
polyphénols (valeur t = 0.09).
L'analyse canonique a donc été effectuée pour confirmer la meilleure combinaison des
paramètres. En effet, l'analyse canonique permet de déterminer, à partir des valeurs propres
et des vecteurs propres, si le point stationnaire est un maximum ou un minimum. Dans
notre cas, l'analyse canonique indiquait que le point stationnaire était un point de
maximum. La valeur de récupération de polyphénols optimale obtenue avec l’analyse
canonique est de 107 g de polyphénols/kg matière sèche. La fonction a prédit ces résultats
avec une concentration d'éthanol optimale de 54 % pour un temps d'extraction optimal de
49 min. L'expérience a été répétée dans les conditions optimales prévues par le modèle afin
d'obtenir le meilleur rendement en polyphénols. Le rendement obtenu de polyphénols est
de 119,45 g de polyphénols/kg matière sèche, confirmant que le modèle était adéquat pour
optimiser les paramètres d'extraction pour les polyphénols.
5.4.2 Discussion
Plusieurs facteurs peuvent influencer le rendement d’extraction des polyphénols parmi eux
le type d'extraction. La comparaison entre deux méthodes d’extraction : la décoction et la
macération avec l’acétate d’éthyle a montré que la décoction est 10 fois moins efficace par
rapport à la macération avec l’acétate d’éthyle. La décoction ne peut pas être utilisée pour
extraire le maximum de polyphénols totaux des oignons, car elle comporte une étape
d’ébullition qui entraîne des pertes de 20% de flavonols des oignons (Makris and Rossiter,
2001).
Dans la recherche d'une optimisation efficace de l’extraction des polyphénols à partir de
diverses sources résiduelles, le choix du solvant d'extraction joue un rôle très important
dans l’extraction des polyphénols totaux. Les solvants pétrochimiques acétate d’éthyle et
l'acétone/eau extraient mieux les polyphénols des oignons, avec des teneurs de 139,94 et
108,89 g/kg de matière sèche, respectivement (Pinelo et al., 2004; Jerez et al., 2006; Ko et
al., 2014). Ces résultats sont expliqués par le fait que les rendements d’extraction en
polyphénols sont plus élevés avec les solvants de polarité inférieure à celle de l’eau (Pinelo
55
et al., 2004; Jerez et al., 2006; Ko et al., 2014). L'éthanol et l'eau sont les solvants les plus
utilisés pour des raisons d’innocuité, de toxicité, de qualité et d'abondance. De plus,
l'éthanol est un bio-solvant qui peut être généré par la fermentation de plusieurs matières
premières contenant du sucre ou de l'amidon, avec des possibilités de recyclage. Ainsi, son
utilisation peut être un élément fondamental pour le développement d'un processus durable.
La concentration en éthanol 53.75% trouvée pour une récupération optimale de
polyphénols est proche de celles rapportées pour l'extraction d’autres sources végétales à
composition polyphénolique variable, y compris les feuilles d'olivier (59%) (Japon-Lujan
et al., 2006), cassis (60%) (Cacace and Mazza, 2003), sauge séchée (55-75%) (Durling et
al., 2007), farine de pépins de raisin (55-65%) (Shi et al., 2003), pépins de raisin (50-70%)
(Yilmaz and Toledo, 2006) et pépins de raisin blanc, pelures et tiges (57%) (Makris et al.,
2007).
Concernant la température d’extraction, ce facteur ne présente pas un effet significatif sur
l’extraction des polyphénols. Selon la littérature, l'extraction des composés phénoliques a
des températures élevées (valeur supérieure 80 °C) affecte la stabilité des composés en
raison de la dégradation chimique et enzymatique et/ou des pertes par décomposition
thermique (Moure et al., 2001; Kiassos et al., 2009). À ce stade, le temps d'extraction
devient important, car des périodes d'extraction plus importantes peuvent entraîner des
pertes plus importantes de polyphénols. L'optimisation du facteur temps d’extraction
suggère que l'extraction pourrait être prolongée jusqu'à ce que le rendement maximal en
polyphénols soit atteint (Kiassos et al., 2009).
5.5 Conclusion Nous avons obtenu avec succès un rendement d'extraction élevé de polyphénols qui est
proche des valeurs obtenues avec un solvant d'extraction classique : l'acétate d’éthyle.
L'approche de la méthodologie de la surface de réponse en utilisant la conception de
D-optimal a estimé de façon appropriée les valeurs optimisées pour l'extraction à l'éthanol.
Les résultats ont montré que la récupération de polyphénols est principalement affectée par
la concentration d’éthanol. La température, le rapport du solvant/ matière première et le
temps d’extraction n’ont pas eu d'effet significatif sur leur rendement, présentant un
avantage pour l'industrie alimentaire et pharmaceutique, puisque l'extraction peut être
réalisée à basse température et à courte durée.
56
Les paramètres d'extraction optimaux retenus pour les polyphénols avec l'analyse
canonique étaient de 54% d’éthanol, pendant 49 min. En se basant sur ses résultats, un
protocole de production à l’échelle pilote et industriel peut être établi.
57
Discussion, conclusion et perspectives Discussion La chimie du végétal est l’un des axes principaux de la chimie verte. En fait, l’utilisation
de la matière végétale comme source première de la production de produits bioactifs est
une pratique qui a beaucoup d’impacts dans le monde de la chimie, allant du laboratoire
jusqu’à l’industrie. Ces travaux ont tenté de limiter les impacts négatifs de l’utilisation de
la chimie sur l’environnement ainsi que sur la santé humaine. Ces différents avantages ont
encouragé plusieurs organismes, tel que le gouvernement, des centres de recherche et des
laboratoires universitaires, à investir dans ce domaine en créant un nouveau marché
économique.
Notre projet se déroulait en partenariat avec une entreprise spécialisée dans l’extraction des
molécules bioactifs de végétaux destinés aux marchés pharmaceutiques, aux cosmétiques
et au domaine alimentaire. De fait, les résultats obtenus au court de ce projet devaient
répondre d’une part aux problématiques de recherche, et d’autre part à certaines disciplines
exigées par l’entreprise. En effet, l’entreprise a désiré d’obtenir un extrait avec un
rendement des polyphénols de 3% et sans la présence de résidus des pesticides. Cette
exigence va donc permettre de revenir sur le principal objectif et de définir un protocole
d’extraction qui doit être adapté à l’échelle industrielle.
Le travail d’optimisation d’extraction est basé sur une méthodologie statistique appelée les
surfaces de réponse, et plus précisément, nous avons utilisé le plan d’expérience D-optimal.
Cette méthode statistique étudie la fonction réponse en faisant varier les paramètres
expérimentaux. Elle modélise la réponse par une fonction mathématique polynomiale de
second ordre. Ils permettent l’observation de l’effet des facteurs expérimentaux, dans notre
cas les paramètres d’extractions, sur la variables réponse, ici le rendement d’extraction,
ainsi que les interactions entre ces facteurs.
Nous avons optimisé l’extraction des polyphénols en utilisant un agro-solvant l’eau et de
l’éthanol. Cette partie a permis l’extraction de ces molécules d’intérêts sans nécessiter
d’équipements qui seraient coûteux à l’échelle industrielle. Elle a été réalisée en un court
temps et en utilisant une faible quantité de solvant, tout en assurant la prévention de
l’environnement et du consommateur. Les meilleurs paramètres obtenus ont été de 54%
58
d’éthanol, pendant 49 min pour obtenir un rendement de 3.3%, par conséquence, ce
protocole permettait donc de répondre à l’objectif général qui était d’optimiser un procédé
d’extraction tout en produisant un extrait riche en polyphénols et sans pesticides.
Conclusion Il est très important de mentionner que tous les objectifs de la mémoire ont été atteints,
d’un point de vue recherche et industriel. En effet, des résultats concernant l’efficacité
d’extraction des polyphénols à partir de sous-produits des oignons est plus à ceux obtenus
par macération en solvants pétrochimiques. En effet, cette méthode peut être appliquée à
d’autres sources riches en biomolécules que l’oignon.
Perspectives Les oignons peuvent être valorisés pour leur contenu en d’autres molécules par exemple
les vitamines, les organo-soufrés, les fructooligosaccharides et les saponines.
Une autre perspective serait intéressante de développer une méthode de séparation des
pesticides des extraits de polyphénols des oignons, permettant l’obtention des extraits très
concentrés en composés phénoliques et sans la présence des pesticides. Le développement
de cette méthode est très compliqué puisque les pesticides utilisés en cultivation des
oignons sont polaires et apolaires, donc la problématique que l’heure de son extraction il y
a un risque d’extraire les molécules bioactives avec eux. Il sera très intéressant de trouver
une méthode d’extraction des pesticides tout en préservant les polyphénols.
Enfin, il serait également intéressant d’élaborer une méthode de suivi et de contrôle
d’utilisation des pesticides au niveau des champs de cultivation, de façon que l’utilisation
des pesticides par les producteurs sera limitée.
59
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