7Biorefinery of Schisandra chinensis Vine Waste: An Integrated Green Process Coupling Deep Eutectic Solvent Extraction with Electrodialysis for Lignan Recovery
Cette étude établit un procédé de bioraffinerie intégré et durable qui combine un prétraitement à l'eau, une extraction par solvant eutectique profond assistée par ultrasons et l'électrodialyse pour récupérer efficacement des lignanes de haute valeur à partir de déchets de lianes de *Schisandra chinensis* avec des rendements significativement améliorés par rapport aux méthodes conventionnelles.
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Dans le monde de la médecine et de la nutrition végétales, un défi courant consiste à extraire des composés précieux de matières végétales robustes sans utiliser de produits chimiques agressifs ou gaspiller de l'énergie. Les plantes sont constituées de fibres solides qui retiennent étroitement leurs ingrédients utiles, un peu comme un coffre-fort retient son contenu. Pour extraire ces ingrédients, les scientifiques ont souvent recours à des solvants, qui sont des liquides conçus pour dissoudre des substances spécifiques. Les méthodes traditionnelles reposent fréquemment sur l'eau ou l'alcool, mais ceux-ci peuvent s'avérer inefficaces pour certains composés végétaux huileux ou laisser derrière eux des résidus qui ne sont pas sûrs pour l'alimentation et la médecine. Récemment, une nouvelle classe de liquides appelés solvants eutectiques profonds est apparue comme une alternative plus écologique. Il s'agit de mélanges de substances communes et sûres qui fusionnent pour former un liquide capable de dissoudre des matériaux difficiles, offrant ainsi un moyen d'extraire des ressources précieuses tout en évitant les déchets toxiques.
Des chercheurs de l'Université de Jiamusi en Chine ont appliqué ce concept à un problème agricole spécifique : les déchets laissés après la récolte du fruit de la plante Schisandra chinensis. Cette plante, dont les baies sont connues pour être utilisées dans les aliments santé et la médecine traditionnelle, produit des tiges et des lianes qui sont habituellement jetées. Ces lianes rejetées sont en réalité riches en lignanes, un groupe de composés naturels connus pour leur capacité à calmer le système nerveux, protéger le foie et lutter contre le stress oxydatif. L'objectif de l'étude était de créer un processus propre et efficace pour extraire ces lignanes précieux des lianes de déchets, récupérer le liquide d'extraction pour une réutilisation, et s'assurer que le produit final est assez pur pour des applications à haute valeur ajoutée.
L'équipe a commencé par tester un type spécifique de solvant vert composé de glycine, un acide aminé présent dans les protéines, et d'acide lactique, un conservateur alimentaire courant. Ils ont mélangé ces deux ingrédients de qualité alimentaire dans un ratio spécifique pour créer un liquide capable de dissoudre efficacement les lignanes huileux piégés à l'intérieur des tiges rigides des lianes. Pour rendre le processus encore plus efficace, ils ont introduit une stratégie en deux étapes. Premièrement, ils ont traité les tiges de lianes séchées et broyées avec de l'eau pure. Ce trempage initial à l'eau a agi comme un agent de gonflement doux, ramollissant les parois cellulaires de la plante et éliminant les détritus hydrosolubles comme les sucres et les protéines qui pourraient interférer avec l'étape suivante. Une fois le matériau prétraité et séché, ils ont appliqué le mélange glycine-acide lactique à l'aide d'ondes ultrasonores pour aider le liquide à pénétrer profondément dans les fibres végétales.
Les résultats ont montré que cette approche combinée de l'eau et du solvant était bien supérieure aux méthodes standards. Lorsque les chercheurs ont comparé leur méthode en deux étapes (eau et solvant) par rapport à l'utilisation de l'alcool seul ou de l'eau seule, la différence était flagrante. La nouvelle méthode a produit 2,5 fois plus de composés cibles que l'extraction alcoolique standard et 1,6 fois plus qu'en utilisant le solvant seul. Le prétraitement à l'eau a été la clé ; en desserrant d'abord la structure de la plante, il a permis au solvant spécialisé d'atteindre les lignanes beaucoup plus facilement. En testant soigneusement différentes variables, l'équipe a déterminé que les meilleures conditions impliquaient de faire tremper le matériel végétal pendant 40 minutes à une température de 40 degrés Celsius, avec un ratio spécifique de poudre végétale et de liquide. Dans ces conditions, ils ont réussi à extraire des quantités significatives de cinq types différents de lignanes, incluant le schisandrol A et la schisandrine B.
Cependant, l'extraction des composés n'est que la moitié de la bataille. Si le produit final contient le solvant, il ne peut pas être utilisé dans l'alimentation ou la médecine. Les chercheurs avaient besoin d'un moyen de retirer la glycine et l'acide lactique sans perdre les lignanes précieux ni créer de nouveaux déchets. Ils se sont tournés vers une technique appelée électrodialyse, qui utilise l'électricité pour déplacer les particules chargées à travers des membranes spéciales. Dans cette configuration, le liquide contenant les lignanes extraits et le solvant a été placé dans une chambre centrale. Lorsqu'un courant électrique a été appliqué, les composants chargés du solvant — la glycine et l'acide lactique — ont migré hors du centre vers des chambres latérales séparées, laissant derrière eux les molécules de lignane neutres. Ce processus a permis de récupérer avec succès plus de 92 % de la glycine et près de 87 % de l'acide lactique. Crucialement, les lignanes sont restés sur place dans la chambre centrale, produisant un extrait propre.
L'étude a confirmé que le solvant récupéré pouvait être mélangé à nouveau et utilisé avec une efficacité presque identique à celle d'un lot neuf, prouvant que le processus pouvait fonctionner en boucle fermée sans génération constante de déchets. L'extrait final, désormais exempt de solvant et riche en lignanes, a été testé pour sa capacité à neutraliser les radicaux libres nocifs, une mesure clé du pouvoir antioxydant. L'extrait a montré une forte activité, confirmant que le processus vert et doux a préservé la valeur biologique des composés. En transformant les déchets agricoles en une source de produits naturels à haute valeur ajoutée, cette méthode intégrée offre un modèle durable pour le traitement futur de la biomasse, démontnant que ce qui était autrefois considéré comme des déchets peut être transformé en ressource grâce à une chimie intelligente et propre.
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