Influence du procédé de séchage des plantes aromatiques et

5ème Séminaire Maghrébin sur les Sciences et les Technologies du Séchage
(SMSTS'2015)
Ouargla (Algérie), du 22 au 24 Novembre, 2015
Influence du procédé de séchage des plantes aromatiques
et médicinales sur le rendement en huile essentielle
(cas de trois menthes)
Nesrine OUAFI 1, Houria MOGHRANI 1, et Rachida MAACHI 1
1
Laboratoire de Génie de la Réaction, Département de Génie des procédés, Faculté de Génie mécanique et
Génie des procédés, USTHB, BP 32 El Alia, 16075 Bab Ezzouar, Alger, Algérie,
Email: [email protected], [email protected], [email protected].
Résumé
L’objectif de ce travail est d’étudier l’influence du procédé de séchage sur le rendement en huile essentielle
obtenue par entrainement à la vapeur d’eau, pour trois variétés de menthes qui sont facilement dégradables par le
séchage. Pour cela, nous avons choisi d’expérimenter quatre procédés, à savoir le séchage à l’ombre : avec
circulation d’air, activé par ventilation, assisté d’une résistance chauffante et enfin assisté par des lampes à
filament de tungstène. Les cinétiques de séchage ont été étudiées pour chaque procédé. Le séchage à l’ombre
avec circulation d’air a donné un meilleur rendement en huile essentielle mais exige un temps de séchage assez
long et cause la dégradation d’une grande quantité de matière végétale par des moisissures. Le séchage par les
lampes est le plus rapide, il a l’avantage d’empêcher la prolifération des champignons responsables de la
dégradation de la matière végétale, mais le rendement en huile essentielle est nettement diminué. Ce travail a
permis d’optimiser entre la meilleure conservation de la matière végétale, la vitesse de séchage, et le rendement
en huile essentielle.
Mots clés : Séchage, huile essentielle, courbes de séchage, menthe verte, menthe pouliot, menthe poivrée.
1. Introduction
De profondes modifications de l’huile essentielle peuvent intervenir lors de l’exploitation des végétaux
depuis leur collecte jusqu’à leur transformation industrielle. Le mode de récolte, les conditions de transport, de
séchage et de stockage peuvent générer des dégradations enzymatiques. Après la cueillette, les plantes sont soit
utilisées fraîches, mais souvent elles passent à la dessiccation ; le séchage des plantes a pour intérêts d’alléger le
produit et de permettre sa conservation par diminution de l’activité de l’eau. Mais en revanche, le séchage
modifie le produit dans sa forme, sa texture et sa composition ce qui est souvent considéré comme un
inconvénient [1, 2].
Le séchage est une opération caractérisée par les transferts couplés de chaleur, de masse et de quantité de
mouvement [3,4]. Il s’agit d’une séparation thermique, où il faut fournir l’énergie de vaporisation de l’eau pour
qu’elle quitte le produit.
Habituellement, pour conserver les plantes aromatiques et médicinales, le séchage traditionnel est la
méthode la plus commune et fondamentale, il permet la conservation des qualités médicinales de manière simple
et naturelle. Mais ce type de séchage présente des inconvénients comme la contamination de la matière végétale
par des moisissures et un temps de séchage relativement long.
C’est dans ce cadre que nous avons entrepris une étude expérimentale sur trois nouveaux procédés de
séchage : le séchage à l’ombre assisté d’une ventilation, le séchage à l’ombre par résistance et le séchage grâce à
des lampes à filament de tungstène.
Dans ce travail nous avons opté par l’exploitation de trois variétés de menthes : la menthe verte, la menthe
pouliot et la menthe poivrée. Ces plantes ont des vertus thérapeutique aromatique, condimentaire, ornementale
et médicinale [5, 6]. L’extraction des huiles essentielles de ces plantes seront réalisées par entrainement à la
vapeur d’eau.
2. Matériels et méthodes
Nous avons réalisé quatre procédés de séchage pour chacune des trois menthes, pour lesquelles nous
avons suivi la cinétique jour après jour, afin de pouvoir déterminer les courbes de séchage, et le rendement de
l’huile obtenue après chaque procédé de séchage.
2.1. Séchage à l’ombre (Procédé 1)
Pour ce type de séchage, les feuilles des menthes ont été disposées dans de grands tiroirs recouverts de
papier-peint pour éviter l’accumulation des moisissures, ouverts à l’ombre où l’air peut circuler librement
comme le montre la figure 1. La température dans le compartiment de séchage est comprise entre 20 et 22°C.
Figure 1 : Séchage à l’ombre.
2.2. Séchage à l'ombre activé par ventilation (Procédé 2)
Dans ce cas, les feuilles ont été disposées dans des cartons dans lesquels nous avons créée des ouvertures
pour permettre l’arrivée de l’air par le ventilateur, comme indiqué dans la figure 2. La température dans le
compartiment de séchage est comprise entre 20 et 22°C
Figure 2 : Séchage à l'ombre activé par ventilation.
2.3. Séchage à l'ombre assisté par des lampes (Procédé 3)
Les feuilles, disposées sur trois étages, sont soumises aux rayons de deux lampes de 60 Watt par étage
(figure 3). Chaque étage est fermé en laissant une petite ouverture pour permettre l’évaporation de l’eau vers
l’extérieur. La température du compartiment de séchage est de 36°C.
2.4. Séchage à l’aide d’une résistance (Procédé 4)
Grâce à des planches en contre-plaqué, nous avons fabriqué un coffre divisé en trois compartiments de
surface (50 x 50) cm chacun dont l’intérieur est recouvert de papier-peint. Les feuilles sont disposées à
l’intérieur des coffres ouverts vers l’extérieur où se trouve une résistance, comme indiqué dans la figure 4. La
température dans le compartiment de séchage est de 37°C.
Figure 3 : Séchage à l'ombre assisté
par des lampes.
Figure 4 : Séchage à l'ombre assisté
par une résistance.
Pour chaque procédé de séchage et chaque menthe, nous avons pris deux échantillons d’environ deux à trois
grammes disposés dans des boîtes de pétri que nous avons pesées chaque jour à la même heure, sauf pour le
séchage à l'ombre assisté par des lampes et par une résistance où nous avons pesé les échantillons deux fois par
jour étant donné la rapidité du séchage par ces deux méthodes.
Nous avons poursuivi cette opération jusqu’à stabilisation du poids des échantillons, ce qui indique que
l’équilibre est atteint. Une fois le séchage terminé, les échantillons sont mis dans une étuve à 105°C pendant 24 h
afin d’ôter toute trace d’humidité restante dans la plante. [7]
Nous avons suivi la cinétique de séchage pour chaque procédé et chaque menthe.
On détermine les différentes quantités d'eau par gramme de masse sèche par l'équation 1. [8]
X=
m − ms
ms
(1)
Ou: m: masse de la matière végétale (g) à l'instant t ;
m s : masse sèche déterminée après dessiccation (g).
Après le séchage de la matière végétale, nous allons réaliser l’extraction des huiles essentielles de la matière
séchée par entrainement à la vapeur d’eau.
Nous avons déterminé le rendement en huile essentielle en utilisant l'équation (2) :
R% =
ma
∗ 100
mc (1 − y)
(2)
ms
m
(3)
m a est la masse d’huile essentielle obtenue (g) ;
m c est la masse de la matière végétale utilisée (g);
W : Teneur en eau (g d’eau/g de la matière sèche) ;
y est l’humidité de la matière végétale utilisée (%), elle est déterminée par l’équation (3).
y=W
3. Resultants et discussion
3.1. Etude de la cinétique de séchage
Les courbes représentant la teneur en eau des trois menthes en fonction du temps pour les différents
procédés de séchage sont représentées par les figures (5-7).
84 cm
Figure 5 : variation de la teneur en eau
en fonction du temps (Menthe verte).
Figure 6: variation de la teneur en eau
en fonction du temps (Menthe pouliot).
Figure 7 : variation de la teneur en eau
en fonction du temps (Menthe poivrée)
Les courbes obtenues sont identiques, d’allure hyperbolique, elles sont constituées de deux phases.
Première phase : Une diminution rapide de l’humidité de la matière végétale correspondant à l’évaporation
superficielle de l’eau.
Deuxième phase : Pour cette phase, la teneur en eau diminue lentement jusqu’à atteindre l’humidité d’équilibre
qui tend vers zéro, à ce moment, le séchage est achevé.
Les courbes décrivant la variation de la vitesse de séchage de la plante séchée en fonction du temps et de la
teneur en eau ont été obtenues par dérivation des courbes des figures (5-7) pour les différents procédés de
séchage, elles sont présentées par les figures (8-15).
Figure 8 : Vitesse de séchage en fonction
du temps (Ventilateur).
Figure 9 : Vitesse de séchage en fonction du
du temps (Air libre).
Figure 10 : Vitesse de séchage en fonction
du temps (Résistance).
Figure 11 : Vitesse de séchage en fonction du
du temps (Lampes).
Figure 12: Vitesse de séchage en fonction
Figure 13: Vitesse de séchage en fonction
de la teneur en eau (Ventilateur).
de la teneur en eau (Air libre).
Figure 14 : Vitesse de séchage en fonction
de la teneur en eau (Résistance).
Figure 15 : Vitesse de séchage en fonction
de la teneur en eau (Lampes).
Le tracé des courbes de vitesse en fonction du temps et de la teneur en eau nous a permis de distinguer deux
phases vérifiant la description classique de séchage [9 , 10].
phase 1 : vitesse de séchage constante ; phase 2 : vitesse de séchage décroissante.
Les valeurs des rendements obtenus pour les différents procédés de séchage et chaque menthe sont représentées
dans le tableau 1 :
Tableau 1 : Rendement en huile essentielle.
Type de menthe
Menthe verte
Menthe pouliot
Menthe poivrée
Technique de séchage
Air libre
R(%)
1,85
t(j)
10
R(%)
2.25
t(j)
10
R(%)
1,80
t(j)
10
Ventilateur
1,23
6
1,60
4
1,52
6
Résistance
0,95
5
1,73
5
1,61
5
Lampe
1,05
3
1,05
2
1,27
3
Le séchage à l’air libre donne un grand rendement en huile essentielle mais exige un temps de séchage assez
long et cause la dégradation d’une grande quantité de matière végétale par des moisissures (environ 20 à 25%).
Le séchage à l'ombre activé par ventilation fait gagner 4 à 5 jours mais diminue quelque peu son rendement en
huile essentielle et les moisissures sont moindre par rapport au séchage à l'ombre.
Le séchage à l'ombre assisté par une résistance est très rapide mais cause beaucoup de dégradation par les
moisissures (présence de l’air chaud).
Le séchage à l'ombre assisté par des lampes est le plus rapide, il a l’avantage d’empêcher la prolifération des
champignons responsables de la dégradation de la matière végétale, il garantit une qualité supérieure de la
texture de la matière végétale, néanmoins il provoque la diminution dans le rendement en huile essentielle. Ce
type de séchage est relativement couteux.
Conclusion
La cinétique de séchage pour les procédés proposés et chaque menthe vérifie la
description classique du séchage. Ce travail permet de trouver un optimum entre la
conservation de la matière végétale (empêcher la dégradation de la matière par les
moisissures), la vitesse de séchage, le rendement en l’huile essentielle. En conséquent, le
procédé de séchage à utiliser dépend de l’objectif de l’utilisateur comme la rapidité, le
rendement en huile essentielle, et le prix de revient.
Références bibliographiques
[1] L. Hanna, Optimisation des conditions de séchage pour la maîtrise de la qualité de l’Origanum syriacum,
(DEA), L’Institut de Recherches Agronomiques Liban (IRAL), 2002.
[2] H. Moghrani, M. Legras et R. Maachi, contribution à l’étude de la rentabilité du séchage dans l’exploitation
des plantes aromatiques algériennes, congrès international sur la santé et l’agro- alimentaire, 2009.
[3] D. Djerroud, Modélisation markovienne du séchage continu par contact avec agitation, Thèse doctorat INP,
Toulouse, France, 2010.
[4] A. Gevaudan, Etude du séchage par contact de milieu granulaire agité, Application à l’opération decuissonséchage de manioc, Thèse doctorat INSA, Lyon, France ,1989.
[5] Baba Aissa, F., 1999. Encyclopédie des plantes utiles, Flore d’Algérie et du Maghreb, Librairie moderne,
Algérie.
[6] Beloued, A., 1998. Plantes médicinales d'Algérie, Office des publications universitaire, Algérie.
[7] N. Boudhrioua, M. Kouhila, N. Kechaou, Experimental and mathematical investigations of convective solar
drying of four varieties of olive leaves, Food and bioproducts processing, 86, 176–184, 2008.
[8] M. Aghfir, M. Kouhaila, A. Jamali, L. Ait Mohamed, Séchage solaire convectif pour la conservation des
feuilles de romarin Rosmarinus officinalis, JITH, 2007.
[9] A. Belghit, A. Bennis, Experimental analysis of the drying kinetics of cork, Energy Conversion and
Management, 50 , 618–625, 2009.
[10] A.A. El-Sebaii, S.M. Shalaby, Experimental investigation of an indirect-mode forced convection solar dryer
for drying thymus and mint. Energy Conversion and Management, 74, 109–116, 2013.
Nomenclature
Symbole
Unité
M masse de la matière végétale à l'instant t
m s masse sèche
m a masse d’huile essentielle
m c masse de la matière végétale utilisée
W Teneur en eau
y l’humidité de la matière végétale utilisée
R rendement en huile essentielle
g
g
g
g
g d’eau/g de la matière sèche
%
%