VI- Technologies de séparation de l'hydroxytyrosol
par membrane
Dans les applications récentes, la filtration sur
membrane est plus préférable être appliquée en mode
transversal. Dans la filtration à écoulement tangential,
l'alimentation est pompée dans le module à membrane, où il
est séparé en deux courants à savoir le filtrat (ou
perméat) et le rétentat, dans lequel l'espèce retenu a
été concentrée. L'ultrafiltration à courants
croisés diffère de la filtration frontale conventionnelle en ce
que le rétentat s'écoule parallèlement à travers la
surface de la membrane et non perpendiculaire vers celle-ci (Lojkine et al.,
1992). Ce mouvement tangentiel des fluides supprime la majeure partie du
matériau rejeté à partir la surface de la membrane, et
minimise par conséquent, l'accumulation sur la surface de la membrane.
On sait que les technologies membranaires emploient des filtres spéciaux
(membrane) qui sont exploités dans un état fluido-dynamique
particulièr (tangentiel) qui permettent de réduire l'encrassement
du filtre et assure par conséquent un grand flux de perméat en
fonction du temps (Cheryan, 1986). Ces technologies sont définies comme
BAT (Best Available Technology) de l'EPA (Environmental Protection Agency) et
sont également reconnus par l'Union européenne (UE). Les
technologies membranaires sont largement appliquées dans le monde entier
non seulement pour le traitement des eaux usées, mais surtout pour la
récupération de solutés dispersées, souvent
polluant, et pour produire de l'eau purifiée.En outre, le traitement des
margines est basé sur l'application de la technologie
Résultats et Discussion
membranaire dans le but d'extraire et récupérer
le maximum de polyphénols afin de faciliter l'évacuation de ces
déchets (Pizzichini & Russo, 2005; Russo, 2007).
Dans cette étude, le traitement des margines par
l'application de la technologie de membrane a été proposé
dans le but d'extraire et récupérer le maximum de
polyphénols afin de faciliter l'élimination de ces
déchets. Le système hydraulique de traitement de margines avec
les membranes est rapporté dans la figure 47.
MF
UF
Concentration (CC)
70 L 37.5 L
VCR
2.15
VCR
3.95
28 L
VCR
12.72
â-glucosidase
500 IU/ml
143
32.5 L 9.5 L 2.2 L
Rétentat MF Rétentat UF Concentrat
CC
Figure 47 : Processus de la mise en place de la section
membranaire.
La figure 47 montre la voie de traitement par fractionnement
de margine brut. Ce processus de traitement permet la séparation des
margines brutes en quatre fractions liquides dans différents
pourcentages volumétriques. Compte tenu de 70 L de margines, comme
charge de MF, les volumes respectifs de perméat et le concentré
de chaque section de la membrane et le rapport de concentration en volume (VCR)
entre le volume d'alimentation initial/volume de rétentat final de
chaque section de membrane sont rapportés sur la figure 47. Selon le
procédé proposé, le margine est soumis à une
hydrolyse enzymatique par la â-glucosidase pour hydrolyser
l'oléuropéine et des composants verbascosides de margines afin
d'être amélioré en hydroxytyrosol libre dans les margines
(Fig. 42, 43,44, 45). La fraction liquide séparée à partir
des produits de dégradation est ensuite utilisée dans un
système de membrane comprenant la microfiltration tangentielle,
l'ultrafiltration tangentielle et une unité d'évaporation, dans
l'ordre. Tous les deux fractions de rétentat de la membrane,
respectivement 32,5 L de MF et de 9,5 L d'UF constituent les nouveaux produits
raffinés avec l'ajout de l'25,8 litres d'eau purifiée,
après les étapes de concentration et de 2,2 L de volume de
concentré enrichi en polyphénols. Le concentré ultime du
système après évaporation est riche en hydroxytyrosol (7,2
g / L de HT) (Fig. 48, Tableau 16).
144
Résultats et Discussion
Figure 48 : Les chromatogrammes de CLHP de
composés phénoliques (détection à ë = 280 nm)
des extraits de perméat de MF (a), de rétentat MF (b),
perméat de l'UF (c), le rétentat UF (d), avant de concentration
(e) et après concentration (échantillon était dilué
10 fois) (f). 1, hydroxytyrosol, 2, tyrosol, 3, composé non
identifié, 4, oléuropéine.
145
Résultats et Discussion
Le flux de perméat en fonction du temps, pour les
sections de MF et d'UF sont présentés sur la figure 49.
Figure 49 : Flux de perméat en
fonction du temps des sections membranaires de microfiltration (MF) et
ultrafiltration (UF).
Comme c'est indiqué dans la figure 49, la
réduction de flux de perméat, représente une tendance
classique pour les technologies membranaires, mais les profils de la
productivité des deux sections de filtration baissent lentement, ceci
est une démonstration d'un règlement de paramètre d'un
procédé satisfaisant. Quand un processus de filtration sur
membrane telles que l'ultrafiltration est utilisée, le flux et le
rendement en baisse peut être observé. Les causes sont: i) la
polarisation de concentration (à savoir l'accumulation des
solutés de façon réversible est survenu
immédiatement) et ii) des phénomènes d'encrassement comme
l'adsorption, bouche-pores et le dépôt de solutés
solidifiés, un processus à long terme, et plus ou moins
irréversible. Le résultat de ces deux phénomènes
est une force d'entraînement pour la diminution de la filtration ou d'une
augmentation de la résistance contre le transport du solvant
pénétrant lors de la filtration. Le degré de diminution du
flux dépend de nombreuses variables qui sont les solutions et les
équipements (Van den Berg & Smolders, 1990).
Le tableau 15 résume les conditions opératoires
de chaque section de la membrane. Les flux initiaux de traitement de margine
par MF et UF étaient de 42,85 et 103,89 L/m2h sous des
pressions transmembranaires de 1,8 et 2,2 bar, respectivement.
Tableau 15 : Caractéristiques
techniques des membranes
|
Membrane
|
Process
|
Conformation
|
Cut-off/area
|
DP(bar)
|
T (°C)
|
|
Hexagonal Ceramic, Tami
|
MF
|
MICROLAB 130 S Tubular 19 canals 850 mm length 7 mm in
diameter
|
0.2 um/0,2 m2
|
1-2
|
25-30
|
|
Organic
|
UF
|
18 PCI Ultrafiltration membranes 135 mm diameter 1220 mm
length
|
8KD/0,0825 m2
|
2-3
|
18-20
|
146
Résultats et Discussion
L'efficacité des différentes conditions de
fonctionnement a été évaluée par la
détermination de la demande chimique en oxygène (DCO), le pH, la
conductivité, la concentration de l'hydroxytyrosol, la teneur en
composés phénoliques totaux et la matière séche. La
charge en DCO est due à la teneur en matières organiques,
notamment des composés azotés, des sucres, des acides organiques,
des huiles, de cellulose et des composés polyphénoliques. Elle
est de concentration égale à 165 g/L dans la margines brute. Une
réduction substantielle de la DCO et de matière séche a
été obtenue. La technologie de membrane fournit un perméat
légèrement coloré (données non
présentées), ce qui nécessite nettement moins de DCO pour
son oxydation (3,42% de la DCO initiale) (Tableau 16). La microfiltration
élimine 72,12% des DCO initiale. En effet, le rétentat de
microfiltration contient toute la matière organique dans les margines se
présentant sous la forme d'une suspension de matière insoluble.
Alors que, les composés hydrophiles tels que les sucres réduits,
l'hydroxytyrsosol et les minéraux se trouvent dans le perméat de
MF. Le taux de rejet de l'hydroxytyrosol variait de 8 à 9%. Ce processus
permet de récupérer seulement 24% des hydroxytyrosol dans le
concentré final. Ce pourcentage peut être considérablement
améliorée en prévoyant une dilution de rétentat de
MF et d'UF par de d'eau pure, tout en répétant le processus
(données non montrées).
Tableau 16: Le pH, la teneur en matière
séche, la conductivité, la demande chimique en
oxygène,
le contenu en phénols simples et la concentration d'hydroxytyrosol avant
et après
l'hydrolyse enzymatique des margines et après la
microfiltration, l'ultrafiltration et la
concentration.
|
Margine Brute Hydrolysed OMW Microfiltration
|
Ultrafiltration
|
Concentration
|
|
P R
|
P
|
R
|
|
|
pH
|
|
|
|
|
|
|
5.03#177;0.2 4.93#177;0.2
|
4.78#177;0.2
|
4.73#177;0.2
|
4.81#177;0.2
|
4.79#177;0.2
|
4.84#177;0.2
|
|
Matière séche (g/100g)
|
|
|
|
|
|
|
9.33#177;0.5 9.23#177;0.5
|
6.28#177;0.5
|
11.12#177;0.5
|
4.71#177;0.5
|
5.72#177;0.5
|
41.95#177;0.5
|
|
Conductivité (ms)
|
|
|
|
|
|
|
11.26#177;0.5 11.25#177;0.5
|
11.17#177;0.5
|
10.62#177;0.5
|
10.29#177;0.5
|
10.7#177;0.5
|
15.11#177;0.5
|
|
DCO (g/l)
|
|
|
|
|
|
|
165.76#177;1.5 165.83#177;1.5
|
57.76#177;1.5
|
119.25#177;1.5
|
48.44#177;1.5
|
59.62#177;1.5
|
nd
|
|
Ortho phénols totaux (g/L)
|
|
|
|
|
|
|
4.5#177;1.2 5.5#177;1.2
|
3.31#177;0.5
|
7.27#177;1.2
|
1.96#177;0.2
|
2.7#177;0.5
|
17.6#177;2.5
|
|
Sucre Reducteur (g/L)
|
|
|
|
|
|
|
26#177;3.2 60#177;4.2
|
nd
|
nd
|
nd
|
nd
|
158.21#177;8.5
|
|
Hydroxytyrosol (g/L)
|
|
|
|
|
|
|
0.23#177;0.2 0.93#177;0.2
|
0.85#177;0.1
|
0.72#177;0.1
|
0.79#177;0.1
|
0.807#177;0.1
|
7.2#177;1
|
P: Perméat ; nd: non determiné ;
R:Rétentat ; DCO : Demande Chimique en Oxygène (g/L)
147
Résultats et Discussion
Les résultats de caractérisation de margine
après séparation membranaire par CLHP sont illustrés sur
la Fig. 48. Ces chromatogrammes identifient un total de 3 composés, le
composé majeur était l'hydroxytyrosol (Fig.48). L'extrait
à l'acétate d'éthyle obtenue après hydrolyse
enzymatique est riche en hydroxytyrosol plus de 1 g/L, mais pauvres en
macromolécules comme l'oleuropéine, le verbascoside et la
ligstroside. En utilisant la technologie des membranes de MF, ainsi que l'UF,
l'hydroxytyrosol et le tyrosol, ayant des poids moléculaires faibles de
154 et 138 g/mol, respectivement, se trouvent concentré dans le
rétentat (Fig.48). Ainsi, la diafiltration est nécessaire pour
récupérer au maximum ce composé. L'élimination de
l'eau par l'évaporation à des températures
modérées a permis l'obtention d'un concentré riche en
hydroxytyrosol. Les résultats obtenus montrent que le
prétraitement enzymatique, MF, UF et la concentration avec
l'évaporation peuvent être utilisés comme un traitement
efficace des margines au processus doux. Un tel prétraitement peut
améliorer efficacement un processus d'extraction ultérieure des
composés phénoliques du perméat et améliore
l'efficacité de tout traitement secondaire. En outre, 41% de
l'enrichissement de phénols totaux est due à la libération
de l'hydroxytyrosol (Tableau 16). Par conséquent, une production durable
et plus propre d'une grande quantité d'hydroxytyrosol peut être
atteint. L'utilisation du procédé à l'échelle
pilote pour la récupération d'hydroxytyrosol naturel est une
méthode alternative prometteuse. Le rétentat de l'unité de
MF et d'UF peut également être utilisé pour y extraire des
composés polyphénoliques ou peut être utilisé dans
l'industrie alimentaire comme additif pour le pain, pizza, etc, mais il est
aussi plus intéressant comme substrat pour la production de
méthane en anaérobiose. Pizzichini & Russo (2005) ont
révélé un processus proche pour récupérer
totalement les composants chimiques des margines en utilisant des technologies
membranaires.
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