Etude d'un procédé d'extraction en continu des glycosides de stéviol à partir des feuilles de Stévia (Stevia rebaudiana Bertoni)

(Study of a continuous extraction process of steviol glycosides from Stevia leaves (Stevia rebaudiana Bertoni)

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste Jentzer
• Direction : Gérard Vilarem, Luc Rigal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Agroressources
• Date : Soutenance le 20/11/2015
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (Toulouse ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Jan Geuns
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Vilarem, Nicolas Fabre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Farid Chemat, Cédric Bertrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aliments -- Transformation

Stevia rebaudiana

Mots clés libres

Extraction solide-liquide

Stevia rebaudiana Bertoni

Glycosides de stéviol

Procédé continu

Solid-liquid extraction

Stevia rebaudiana Bertoni

Steviol glycosides

Continuous process

Résumé

L’alimentation des pays industrialisés, souvent trop riche en glucides et en lipides, a engendré une augmentation marquée de l’obésité et favorisé le risque de diabète. Face à ce constat, l’industrie agroalimentaire s’est efforcée de développer des produits allégés. Au sucre, ont ainsi été substitués les édulcorants acaloriques, molécules au goût sucré non métabolisées par le corps humain. Ces édulcorants sont souvent obtenus par voie de synthèse chimique comme l’aspartame, l’acésulfame K ou encore le sucralose. S’ils sont autorisés dans la confection de produits alimentaires, la toxicité de ces édulcorants et leur impact sur la santé humaine nourrissent cependant les débats au sein de la communauté scientifique, ainsi des solutions alternatives sont envisagées. Stevia rebaudiana Bertoni est une plante originaire du Paraguay. Son intérêt principal réside dans le fait qu’elle contient des molécules acaloriques au goût sucré, les glycosides de stéviol, dont les plus connus sont le rébaudioside A et le stévioside. Les études effectuées sur ces diterpènes glycosilés tendent à souligner leur innocuité. Ils présenteraient même des vertus thérapeutiques, comme des propriétés anti-hypertensive ou antidiabétique, et semblent ainsi être une alternative prometteuse au sucre et aux édulcorants artificiels. Notre étude s’est orientée sur l’extraction aqueuse des glycosides de stéviol des feuilles de Stévia. A l’échelle laboratoire, nous avons pu mettre en évidence que la cinétique d’extraction des molécules cibles est principalement limitée par la diffusion des solutés dans la matrice solide végétale. Il n’y aurait pas de réaction chimique, de gonflement de la matière ou de modification de la porosité pendant le processus d’extraction. Nous avons également pu souligner que la préparation de la matière (séchage et broyage) et les conditions opératoires (température, ratio liquide-solide et agitation) sont des facteurs prépondérants sur l’efficacité d’extraction des édulcorants. A l’échelle pilote, les résultats obtenus en systèmes discontinu et continu ont pu mettre en exergue des influences similaires de la préparation de la matière et des conditions opératoires ; nous avons de plus pu démontrer que la qualité du mélange des phases solide et liquide était un facteur clé à l’efficacité de l’extraction. Fort de ces résultats nous avons pu développer un procédé d’extraction en système continu, adapté à l’extraction des glycosides de stéviol des feuilles de Stévia, et combiné à une étape de séparation solide-liquide. Au travers de nos différentes expériences, nous avons pu décrire précisément son fonctionnement et optimiser l’extraction afin de pouvoir envisager une transposition à l’échelle industrielle.

Industrialized countries food, often too rich in carbohydrates and fat, has resulted in an important increase in obesity and risk of diabetes. Given this fact, the food industry tries to develop diet products. Sugar was substituted by calorie-free sweeteners, sweet-tasting molecules non-metabolized by the human body. These sweeteners are often obtained by chemical synthesis such as aspartame, acesulfame K or sucralose. Even if they are allowed in the manufacture of food products, the toxicity of these sweeteners and their impact on human health raise debate within the scientific community, so alternatives are being considered. Stevia rebaudiana Bertoni is a plant native from Paraguay. Its main interest lies in the fact that it contains calorie-free sweet tasting molecules, steviol glycosides, of which the most common are rebaudioside A and stevioside. Studies of these glycosylated diterpenes tend to highlight its safety. They even present therapeutic characteristics, such as anti-hypertensive or anti-diabetic properties, and thus seem to be a promising alternative to sugar and artificial sweeteners. Our study focused on the aqueous extraction of steviol glycosides from Stevia leaves. At thelaboratory scale, we were able to demonstrate that extraction kinetics of target molecules are mainly limited by diffusion of solutes in the plant solid matrix. There would be no chemical reaction, swelling of the plant material, or modification of the porosity during the extraction process. We have also shown that the preparation of the plant material (drying and milling) and the operating conditions (temperature, liquid-solid ratio and agitation) are overriding factors on the sweeteners’ extraction efficiency. At the pilot scale, the results obtained in batch and continuous systems could highlight similar influences with the preparation of the plant material and the operating conditions. We have also shown that the quality of the mixing of solid and liquid phase was a key factor in extraction efficiency. With these results we have developed a continuous extraction process, suitable for the extraction of steviol glycosides from Stevia leaves, which has combined with a step of solid-liquid separation. Through our experimentation we have accurately described its operation and optimized the extraction in order to consider a transposition to the industrial scale.