Innovative Coupling of Supercritical Carbon Dioxide and Water for the Recovery of Lipids and Polyphenols from Spent Coffee Grounds - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Poster De Conférence Année : 2021

Innovative Coupling of Supercritical Carbon Dioxide and Water for the Recovery of Lipids and Polyphenols from Spent Coffee Grounds

Résumé

Spent coffee grounds (SCG) is the most significant coffee by-product, with 6 Mt of waste generated each year worldwide. In addition, SCG is composed of a wild variety of high value molecules such as lipids and polyphenols. Then, the valorization of SCG has been intensively investigated recently with disruptive technologies such as ultrasound, microwave, subcritical H2O or supercritical CO2 .(1)Supercritical CO2 (SC- CO2 ) extraction is a technology using CO2 in conditions above critical point (31°C and 74 bars). Under those conditions, CO2 is an economical and non-toxic apolar solvent providing hybrid properties such as a gas viscosity and a liquid’s solvation capacity. The SC-CO2 is particularly suitable for lipids extraction. At contrary, it requires the addition of polar co-solvent such as ethanol for polyphenols extraction.(2)The water that naturally occurred in biomasses is an understudied co-solvent for SC-CO2 extractions. Due to brewing, SCG presents a moisture content over 50 wt% with water that can play the role of co-solvent. In another hand, the water can act as a barrier to SC-CO2 diffusion in matrices due to the low solubility of water in SC-CO2 . The aim of this work was i) to identify the parameters influence of pressure, temperature and moisture content of SCG by Response Surface Methodology (RSM), ii) to optimize the extraction of lipids and/or polyphenols and iii) to explain the different phenomena that occur during SC-CO2 extraction of SCG.A Design of Experiments (DoE) has been carried out including three parameters with five levels that are pressure (115.9-284.1 bars), temperature (33.2-66.8 °C) and moisture content (6.4-73.6 wt%). The amount of lipids and polyphenols recovered in extract were defined after purification by liquid/liquid extraction. Lipids have been characterized by their GC-MS, AntiOxidant Capacity (AOC), colorimetric titrations (AV, SV, EV, IV) and their physico-chemical properties. Polyphenols have been characterized by HPLC-DAD to quantify caffeine and chlorogenic acids present in extracts.According to the literature, these results are the first to show the innovative coupling of SC-CO2 / H2O for the simultaneous production of lipids and polyphenols from SCG, which could then find use in the food, cosmetic, nutraceutical or pharmaceutical industries.
Le marc de café (MCF) est le plus important co-produit du café avec près de 6 Mt de déchets générés chaque annéé dans le monde. De plus, le MCF est composé d'une grande variété de molécules à haute valeur ajoutée comme les lipides et les polyphénols. Dès lors, la valorisation du MCF a été largement étudiée ces dernières année avec des technologies non-conventionnelles comme les ultrasons, les micro-ondes, l'eau subcritique ou le CO2 supercritique.(1) Le CO2 supercritique (CO2 -SC) est une technologie se basant sur du CO2 mis dans des conditions au-delà de son point critique (31°C, 74 bars). Dans ces conditions, le CO2 est un solvant apolaire économique et non-toxique possédant des propriétés hybrides avec la viscosité d'un gaz et le pouvoir solvant d'un liquide. Le CO2-SC est spécifiquement adapté pour l'extraction des lipides. En revanche, il requiert l'ajout d'un co-solvant polaire comme l'éthanol pour l'extraction des polyphénols (2). L'eau qui est naturellement présente dans la biomasse est un co-solvant sous-étudié pour l'extraction CO2-SC. Suite à l'étape d'infusion, le marc de café se retrouve avec plus de 50%massique d'humidité, qui peut jouer le rôle de co-solvant. D'un autre côté, l'eau peut jouer un rôle de barrière à la diffusion du CO2-SC dans les matrices à cause de la faible solubilité de l'eau dans le CO2-SC. Les objectifs de ces travaux seront de : i) d'identifier l'influence des paramètres d'extraction que sont la pression, la température et la teneur en humidité du MCF par la Méthode des Surfaces de Réponses (MSR), ii) d'optimiser l'extraction des lipides et/ou des polyphénols and iii) d'expliquer les différents phénomènes qui ont lieu au sein de l'extraction CO2-SC du MCF. Un plan d'expériences a été mené incluant cinq niveau pour trois paramètres que sont la pression (115.9-284.1 bars), temperature (33.2-66.8 °C) and moisture content (6.4-73.6 wt%). La quantité de lipides et polyphénols récupérée dans l'extrait brut a été déterminé après séparation par extraction liquide/liquide. Les lipidess ont été caractérisés par GC-MS, Capacité AntiOxidante (CAO), titrations colorimétriques (AV, SV, EV, IV) et leurs propriétés physico-chimiques. Les polyphénols ont été caractérisés par HPLC-DAD pour quantifier la caféine et les acides hydroxycinnamiques et chlorogéniques présents dans les extraits. Selon la littérature, ces résultats sont les premiers à mettre en avant le couplage innovant du CO2-SC / H2O pour la production simultanée de lipides et polyphénols à partir de MCF, qui peuvent être utilisés dans les domaines de l'agroalimentaire, de la cosmétique, de la nutraceutique ou de la pharmaceutique.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03425615 , version 1 (10-11-2021)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03425615 , version 1

Citer

Alexandre Vandeponseele, Damien Bernard, Micheline Draye, Christine Piot, Gregory Chatel. Innovative Coupling of Supercritical Carbon Dioxide and Water for the Recovery of Lipids and Polyphenols from Spent Coffee Grounds. French-Chinese Conference on Green Chemistry, Oct 2021, Lyon, France. , 2021. ⟨hal-03425615⟩
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