Elsevier

Journal of Food Engineering

Volume 65, Issue 2, November 2004, Pages 219-223
Journal of Food Engineering

Optimisation de l'extraction de l'huile essentielle de Cymbopogon citratus grâce à un plan factoriel complet 23

https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.01.018Get rights and content

Résumé

L'hydrodistillation de Cymbopogon citratus a été optimisée selon un plan factoriel complet 23. Huit expériences à 3 répétitions chacune, réalisées après un choix approprié de 3 variables facilement interprétables ont conduit à un modèle mathématique sous forme d'un polynôme du premier degré. Après analyse des effets, ce modèle permet de constater que le facteur le plus influent (en valeur absolue) est la perte en eau de la matière végétale avec une effet négatif (−0,6); le deuxième dans l'ordre, est le facteur de division de la matière végétale avec un effet positif (+0,4); le troisième facteur, le débit de condensation, a un effet négligeable sur la réponse (−0,125). Les interactions entre facteurs sont également négligeables, généralement de l'ordre de 0,2. Le volume d'huile essentielle récupéré à partir de 250 g de feuilles est, en moyenne, de 2,1 ml.

Abstract

The steam distillation of Cymbopogon citratus was optimized according to a complete factorial design 23. Eight triplicate experiments carried out, with a suitable choice of 3 variables, led to a mathematical model in the form of a first degree polynomial. After effect analysis, one notes that the most important factor (in absolute value) is the water loss of the vegetable material with a negative effect (−0,6); the second is division factor of the plant matérial with a positive effect (+ 0,4); flow condensation has a negligible effect on the process (−0,125). Interaction factors are also negligible, generally about 0,2 units. The average essential oil volume recovered from 250 g of plant material is 2,1 ml.

Introduction

Cymbopogon citratus ou lemon grass est l'une des plantes les plus étudiées à travers le monde pour son huile essentielle bon marché qui trouve ses applications dans les cosmétiques “bas de gamme” et les produits d'hygiène (Silou, Mabiala, Loubaki, & Chalchat, 2002).

En Afrique cette plante sert également à préparer une boisson théiforme très prisée ouvrant ainsi un débouché non négligeable en agro-alimentaire.

Déjà la plante fraı̂che ou séchée est vendue sur les marchés urbains en Afrique dans les boutiques spécialisées des diasporas africaines en Europe et en Amérique.

Actuellement sa culture se limite soit sur des petites surfaces, soit dans des petits jardins autour des habitations, malgré le caractère suffisamment lucratif de son commerce en ville. Notre laboratoire essaie d'accompagner le développement de cette filière en s'appuyant sur l'existant, à savoir, la petite exploitation cultivée “traditionnellement”.

C'est ainsi nous avons étudié l'efficacité de l'amendement organique sur la production de la biomasse et des huiles essentielles (Bassissa, 1999; Mabiala, 2001) et l'impact des stress consécutifs à la coupe (Silou & Loubaki, 2003), la sécheresse et le feu (Loubaki, 2003). On a pu ainsi pu identifier les facteurs à contrôler, lors de la culture, pour maximaliser la production; mais l'optimisation de la production de l'essence par la plante en jouant sur la nature du sol et sur les conditions climatiques n'est plus actuellement une condition suffisante pour garantir la rentabilité d'une activité de production d'huile essentielle.

Le coût de production lié à la conduite de l'hydrodistillation devient de plus en plus un des facteurs déterminants.

Nous avons alors entrepris l'optimisation de l'extraction de l'huile essentielle de C. citratus, en commençant par tester la fiabilité du dispositif d'extraction avant d'effectuer des essais expérimentaux pour en déterminer les variables parmi les différents paramètres qui influent sur la réponse (volume d'huile essentielle recueillie). Un plan factoriel complet nous a permis de modéliser le processus étudié.

Le modèle simple du premier degré obtenu donne la représentation de la fonction de réponse (volume d'essence extraite en fonction des variables) et permet d'estimer grossièrement l'optimum de celle-ci. Ce qui est largement suffisant pour l'optimisation d'un procédé à l'échelle artisanale.

Ce travail se propose donc de mettre à la disposition des petits producteurs une procédure optimisée de la conduite de l'hydrodistillation artisanale des plantes aromatiques.

Section snippets

Description botanique sommaire de C. citratus

C'est une herbe pérenne à courts rhizomes, croissant généralement en touffe qui présente des chaumes dressés de 1–2 m de haut, des feuilles fortement odorantes, une gaine glabre, un limbe linéaire faisant jusqu'à 50 cm de long et plus ou moins rétréci vers la base et effilé vers le sommet raide, une ligule très courte à sommet arrondi ou tronqué et des rares inflorescences.

Matériel végétal étudié

Le matériel végétal utilisé a été produit à partir d'un même pied (touffe) qui a été multiplié pour avoir le nombre

La température

Elle est fixée 100 °C, la température d'ébullition de l'eau.

Le temps

La quasi totalité d'huile essentielle extraite de la matière végétale se fait dans les trente premières minutes, la valeur de cette variable a été fixée à 30 min. (Fig. 1, Tableau 3, Tableau 4)

Le rapport masse de matière végétale/masse d'eau

Nous avons travaillé avec des échantillons de 250 g de matière végétale pour 2 l d'eau.

La perte en eau dans la matière végétale

% eau=[(MfMs)/Mf]100, avec Mf, la masse de la matière humide à la récolte, Ms la masse de la matière sèche à un instant t quelconque.

La perte en eau varie de

Remerciements

Ce travail a été réalisé grâce un appui financier et scientifique de l'Agence pour l'Investissement dans la Recherche à l'Etranger (Aire Développement convention no. B-3-COG-004-1) et l'Agence Universitaire de la Francophonie (Contrat AUF/JER no. 6017). Les auteurs présentent leurs sincères remerciements à ces deux organismes.

Références (9)

  • Bassissa, A. (1999). Culture de Cymbopogon citratus et de Cymbopogon nardus en milieu paysan. Evaluation de la...
  • O.L. Davies

    Design and analysis of industrial experiments

    (1954)
  • E.F.K. Denny

    Field distillation for herbaceous oils

    (1991)
  • J. Goupy

    Introduction aux plans d'expériences

    (2001)
There are more references available in the full text version of this article.

Cited by (19)

  • The application of the full factorial design and Response Surface Methodology in optimization conditions for essential oils extraction from Lavandula stoechas, Carum carvi and Eucalyptus camaldulensis: Effect of plants particle size on the extraction of essential oils

    2022, Sustainable Chemistry and Pharmacy
    Citation Excerpt :

    It has caught interest of a great number of authors dealing with process optimization and modeling through experimental design. Some use FFD which allow factor screening and sometimes produce simple but adequate models, whereas others prefer optimization using response surface designs (Galadima et al., 2012; Silou et al., 2004; Tan et al., 2012; Wognin et al., 2010). The response surface method (RSM) is a statistical method that has been successfully used to study the influence of independent variables to optimize and to model complex processes.

  • The first-order model in the simulation of essential oil extraction kinetics

    2019, Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants
  • Modelling and optimization studies on extraction of lemongrass oil from Cymbopogon flexuosus (Steud.) Wats

    2014, Chemical Engineering Research and Design
    Citation Excerpt :

    Citral is the name given to a mixture of isomeric acyclic monoterpene aldehydes i.e. neral (cis-citral) and geranial (trans-citral) (Rauber et al., 2005). Driven by the potential applications of essential oil obtained from the leaves of lemongrass, attempts were made to isolate essential oil by solvent extraction using hexane and acetone (Sargenti and Lancas, 1997), steam-distillation (Marongiu et al., 2006; Sargenti and Lancas, 1997; Silou et al., 2004) and hydrodistillation (Marongiu et al., 2006; Parikh and Desai, 2011). Though these techniques are well established, they suffer from major drawbacks like energy inefficiency and environmentally unhealthy.

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