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CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES HUILES ESSENTIELLES
Propriétés organoleptiques
Aspect : les huiles essentielles sont des liquides assez mobiles, caractérisées par leur tâche sur le papier en chromatographie.
Couleur : les molécules aromatiques sont diversement colorées. Leur couleur varie de l’incolore au brun clair. On retrouve toutes les couleurs du spectre : bleu(cannelle), rougeâtre (thym), vert émeraude (inule odorante), violet (zeste de mandarine) jaune imperceptible pour la plupart des huiles essentielles (28).
Odeur : elle est caractéristique pour chaque huile essentielle (29,30).
Propriétés physico-chimiques
Les huiles essentielles sont habituellement liquides à température ambiante et volatiles, ce qui les différencient des huiles fixes (grasses).
Elles sont plus ou moins colorées et leur densité est généralement inférieure à celle de l’eau sauf pour le HE de cannelle, girofle et sassafras.
Elles ont un indice de réfraction élevé et la plupart devient active sur la lumière polarisée.
Elles sont liposolubles et solubles dans les solvants organiques usuels , entrainables à la vapeur d’eau , très peu solubles dans l’eau. La liposolubilité des HE est une propriété majeure qui leur confère une grande diffusibilité dans l’organisme quelques soit la voie d’administration utilisée.
Elle absorbe le chlore, le brome, l’iode avec dégagement de la chaleur et peuvent se combiner a l’eau pour former des hydrates.
Leur point d’ébullition varie entre 110 à 240 C et chaque HE est caractérisée par son odeur (31).
Elles sont actives sur la lumière polarisée (pouvoir rotatoire) ; certaines, comme Pinus sylvestris et Citrus sinensis sont dextrogyres ; d’autres telles que Cinnamomum verum (écorces) et Mentha piperita sont lévogyres (28).
Variabilités des huiles essentielles
Près de 3000 huiles essentielles différentes ont été décrites. Parmi ceux-ci, environ 300 sont utilisés commercialement sur le marché des arômes et des parfums (17). Cependant, la grande variabilité de la composition chimique des plantes aromatiques pose un problème potentiellement sérieux pour l’industrie de la parfumerie. Pour cette raison, de nombreuses recherches ont porté sur les différents facteurs contribuant à cette variété autres que ceux strictement génétiques. Par exemple, des chercheurs ont décrit des races distinctes de la même espèce, par exemple Melaleuca bracteata, riches en constituants principaux différents produisant chacun une huile essentielle différente contenant du méthyleugénol, du méthylisoeugénol et de l’éléminine (32). De même, il a été découvert que d’autres facteurs peuvent modifier la composition chimique des huiles essentielles, tels que le climat, les précipitations ou l’origine géographique de la plante.
COMPOSITION CHIMIQUE GENERALE
Les huiles essentielles sont composées de métabolites secondaires lipophiles et hautement volatils, atteignant une masse inférieure à 300 Da. Dans les toutes premières définitions d’huiles essentielles, celles-ci étaient fortement identifiées avec les terpènes, principalement les mono et sesquiterpènes. Cependant, avec l’identification d’autres types de composés, en particulier les phénols allyliques et isoallyliques (15,33), les constituants des huiles essentielles sont répartis en trois groupes provenant de trois voies de biosynthèse (34).
• le groupe des terpénoïdes (21,34,35) ;
• le groupe des phénylpropanoïdes (21,34,35);
• le groupe des lipides, issus de la dégradation d’acides gras et de terpènes (34).
BIOSYNTHESE DES HUILES ESSENTIELLES
Les produits chimiques produits par les plantes qui se caractérisent par une distribution limitée et une absence de valeur évidente dans la physiologie de la plante productrice sont appelés métabolites secondaires. La gamme de métabolites secondaires, qui comprend bien sûr les huiles volatiles, est énorme. Les terpènes constituent un groupe majeur, avec plus de 1000 structures monoterpéniques et peut-être 3000 structures sesquiterpéniques connues. En revanche, le nombre de phénylpropènes est faible, moins de 50 d’entre eux étant probablement connus (36) Malgré le grand nombre et la diversité structurelle des métabolites secondaires, presque tous résultent de l’une des trois voies de biosynthèse, ou d’une combinaison de deux ou plus de ces voies.
Celles-ci sont appelées acétate, mévalonate (à base d’acide mévalonique) et shikimate (à base d’acide shikimique). Les terpènes sont entièrement dérivés du mévalonate, alors que les phénylpropènes proviennent de l’acide shikimique (37).
Biosynthèse des terpènes
C’est le groupe le plus important. Il comprend des monoterpènes (10 atomes de carbone dans la molécule), des sesquiterpènes (15 atomes de carbone), des diterpènes (20 atomes de carbone)… Les terpènes sont des molécules organiques constituées par un multiple de 5 atomes de carbone de formule générale [C5H8]n.
L’acide mévalonique est un intermédiaire chimique contenant six atomes de carbone qui se forme dans la plante grâce à la combinaison de trois molécules d’acétate, elles-mêmes dérivées de l’acétyl coenzyme A. Il s’agit d’un processus universel appliqué à toutes les plantes supérieures. aux processus de la vie. La biosynthèse de mono- et de sesquiterpènes à partir d’acide mévalonique implique trois étapes (36,38):
• la conversion de l’acide mévalonique en pyroposphate d’isopentényle (IPP) et en 3,3-diméthylallyl pyrophosphate (DMAPP).
• l’association d’IPP et de DMAPP pour donner du géranyl pyrophosphate (GPP).
• la combinaison de GPP avec IPP pour donner le farnésyl pyrophosphate (FPP). L’IPP est le produit initial formé à partir d’acide mévalonique, qui est ensuite converti en DMAPP par l’enzyme isopentényl pyrophosphate isomérase.
Une molécule d’IPP et une molécule de DMAPP se combinent sous l’influence du géranyl pyrophosphate synthase pour donner le géranyl phyrophosphate (GPP), le premier monoterpène reconnaissable.
Figure 1 : Biosynthèse des terpènes (38)
L’isoprène (CH2=C(CH3)CH=CH2) est donc le précurseur des différents terpènes qui sont des composés avec un squelette hydrocarboné autour d’un assemblage d’au moins 5 unités isoprényles. Ils se caractérisent par des molécules insaturées, cycliques et acycliques. On distingue les :hémiterpènes (C5, isoprène), monoterpènes (C10, α-pinène, limonène, myrcène), sesquiterpènes (C15, β-caryophyllène), diterpènes (C20), sesterterpènes (C25), triterpènes (C30), tetraterpènes (C40), polyterpènes (C5)n.
Synthèse des phénylpropanoïdes
La voie des phénylpropanoïdes commence par un métabolite du fructose: le PEP (PhosphoEnoIPyruvate). Elle aboutit à un très grand nombre de substances aromatiques, via une série d’acides, dont l’acide shikimique (ou acide trihydroxy-3,4,5-cyclohexène-1-carboxylique) et l’acide cinnamique (C6H5–CH=CH–COOH). Les métabolites terminaux, importants en thérapeutique, sont les acides aromatiques suivants: salicylique, cinnamique, et benzoïque, et leurs esters, dont le salicylate de méthyle, et les cinnamates et benzoates, ainsi que certains phénols (eugénol) et dérivés (28). Il existe aussi des lactones ou esters cycliques (par exemple, la coumarine) formés à partir de dérivés de l’acide cinnamique. Parfois, la chaîne aliphatique est réduite à un seul atome de carbone (par exemple, la vanilline) (34).
PROCEDES D’EXTRACTION
Par expression à froid
C’est le procédé le plus ancien et le plus simple pour obtenir une HE. Cependant, il reste limiter car il ne s’applique qu’aux agrumes dont le péricarpe des fruits possède des poches sécrétrices d’essences. Cette technique, née en Sicile et en Calabre, est uniquement mécanique et consiste à broyer, à l’aide de presses, les zestes frais afin de détruire les poches sécrétrices d’essences et donc de libérer l’essence qu’elles contiennent. L’expression à froid permet de limiter l’oxydation en conservant les antioxydants naturels présents dans la fraction non volatile de l’essence. Le produit final obtenu est appelé essence car il n’a subi aucune modification chimique lors de son procédé d’extraction (5,12).
Distillation par entrainement à la vapeur d’eau ou hydrodistillation
Cette technique utilise l’entraînement des substances aromatiques par la vapeur d’eau. Les plantes sont disposées entières ou broyées (lorsqu’il s’agit d’organes durs comme les racines ou les écorces) dans un appareil de type Clevenger ou dans un alambic (obtention à l’échelle industrielle). Pour l’obtention à l’échelle industrielle, un courant de vapeur d’eau traverse l’alambic et sous l’effet d’une source de chaleur, l’eau se transforme en vapeur qui traverse alors la cuve contenant les plantes aromatiques. La vapeur d’eau ayant volatilisé et entrainé́ l’HE se condense ensuite dans le serpentin du réfrigérant et retourne donc à l’état liquide pour se séparer dans l’essencier ou vase florentin. L’HE étant hydrophobe et souvent moins dense que l’eau, surnage dans la majorité́ des cas à sa surface et est recueillie après décantation. Il est impératif que la distillation soit complète pour que tous les constituants aromatiques de l’HE soient récupères. Par conséquent, les durées de distillation sont généralement longues. Elles varient en fonction des organes distillés de 1 à 24 heures.
Extraction par enfleurage
C’est une méthode plus guère utilisée, car trop complexe sauf pour les fleurs principalement. Celles-ci sont étalées délicatement sur des plaques grasses qui absorberont tout le parfum. Les corps gras vont, ensuite, être épuisés par un solvant.
Une fois l’arôme des fleurs absorbé, nous remettons des fleurs fraiches, et ceci jusqu’à saturation du corps gras. Au bout de 24 heures, le corps gras et les huiles essentielles sont séparés (21).
Figure 4 : Montage d’extraction par enfleurage
Extraction au CO2 supercritique
Ce procédé, très moderne, consiste à faire éclater les poches à essences des végétaux et ainsi entraîner les substances aromatiques en faisant passer un courant de CO2 à haute pression dans la masse végétale (28). On utilise le CO2 car il possède de nombreux atouts : il s’agit d’un produit naturel, inerte chimiquement, ininflammable, facile à éliminer totalement, aisément disponible, peu réactif chimiquement et enfin peu coûteux. Le CO2 a également la capacité́ de fournir des extraits de compositions très proches de celles obtenues par les méthodes décrites dans la pharmacopée européenne. Tous ces avantages permettent à ce procédé de se développer malgré́ un investissement financier important (39).
CARACTERISATION DES HUILES ESSENTIELLES
Chromatographie en phase gazeuse.
La CPG est une méthode d’analyse par séparation qui s’applique aux composés gazeux ou susceptibles d’être vaporisés par chauffage sans décomposition (40). C’est la technique de séparation la plus utilisée dans le domaine des huiles essentielles, car elle permet d’effectuer l’individualisation des constituants à partir d’échantillons de l’ordre du milligramme voire du microgramme. Les progrès technologiques réalisés dans le domaine des colonnes capillaires, des phases stationnaires et des détecteurs (FID) ont contribué à rendre la CPG incontournable pour l’analyse des huiles essentielles (41).
Chaque constituant est caractérisé par des indices calculés à partir d’une gamme d’alcanes ou plus rarement d’esters méthyliques linéaires, à température constante (indice de Kováts) (42) ou en programmation de température (indices de rétention) (43). Les temps de rétention, bien que spécifiques d’un composé, ont tendance à varier d’une analyse à l’autre, notamment du fait du vieillissement des colonnes. Les indices de rétention polaire (Ir p) et apolaire (Ir a) sont comparés à ceux d’échantillons authentiques contenus dans des bibliothèques de référence élaborées au laboratoire, dans des bibliothèques commerciales (44,45) ou répertoriées dans la littérature (41). Les techniques de couplage de la CPG avec des techniques spectroscopiques (SM, IRTF) ont permis une approche beaucoup plus précise de l’identification.
Le couplage de la chromatographie en phase gazeuse avec la spectrométrie de masse (CPG/SM) permet d’effectuer simultanément la séparation et l’analyse des différents constituants d’un mélange complexe. Il existe deux modes d’ionisation : l’ionisation par impact électronique (IE) et l’ionisation chimique (IC). Dans ce dernier cas, on distingue l’ionisation chimique positive (ICP) et l’ionisation chimique négative (ICN) (41).
La chromatographie liquide haute performance (CLHP)
C’est le développement moderne de la chromatographie d’élution sur colonne à pression atmosphérique. La technique de CLHP est appelée en anglais High Performance Liquid Chromatography ou HPLC. Les phénomènes physiques mis en jeu sont : partage, échange d’ions, exclusion-diffusion, adsorption. Le phénomène de partage interviendra dans le cas des huiles essentielles et des extraits végétaux. Les solutés d’un mélange, principalement ceux non volatilisables, présentent une distribution différente entre la phase mobile liquide et la phase stationnaire liquide ou solide. La technique peut être simple, rapide et éventuellement sélective (34).
La CLHP est indiquée surtout pour les molécules non volatilisables, elle est très utilisée pour le contrôle des médicaments. Les applications pour les huiles essentielles sont peu nombreuses. D’une part, l’efficacité́ des colonnes en CPG est bien meilleure que celles de la CLHP, d’autre part, les huiles essentielles courantes, facilement volatilisables, seront analysées le plus souvent par CPG. Si l’on considère des huiles essentielles riches en terpènes peu volatilisables (diterpènes, triterpènes…), mais également des extraits de végétaux ou des mousses contenant des allergènes, la CLHP sera plus adaptée (34).
Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN)
L’utilisation de la RMN pour l’identification de molécules connues présentes dans une huile essentielle a été non seulement suggérée mais fortement conseillée (46). Afin d’éviter ou tout au moins de réduire étapes de purification, il était donc intéressant de pouvoir utiliser la RMN sans passer par une séparation préalable des constituants, pour l’analyse d’un mélange complexe. Dans cette optique l’utilisation de la RMN du carbone-13 qui permet d’avoir des spectres simplifiés s’imposait. A la suite des travaux précurseurs de Formácek et Kubeczka (47), une méthode d’identification des constituants des mélanges naturels, basée sur l’analyse du spectre de RMN du mélange a été mise au point et développée par l’équipe « Chimie et Biomasse » de l’Université de Corse (48). En fait, jusqu’au début des années 90, la RMN permettait de contrôler la présence d’un composé préalablement identifié ou suspecté par une autre technique (CPG/SM par exemple). L’informatisation de la recherche des structures à partir de bibliothèques de spectres a permis d’en faire une véritable méthode d’analyse appliquée à différentes familles de composés naturels : terpènes dans les huiles essentielles (49–51), acides diterpéniques dans les résines (52) , triterpènes dans les extraits de liège (53), phénols et sucres anhydres dans les liquides de pyrolyse de la biomasse (54,55), sucres dans les miels (56,57), etc…
ACTIVITES LIEES A LA COMPOSITION CHIMIQUE
L’activité biologique d’une huile essentielle est à mettre en relation avec sa composition chimique, les groupes fonctionnels des composés majoritaires (alcools, phénols, composés terpéniques et cétoniques) et les possibles effets synergiques entre les composants. Ainsi, la nature des structures chimiques qui la constituent, mais aussi leurs proportions jouent un rôle déterminant.
L’activité d’une huile essentielle est souvent réduite à l’activité de ses composés majoritaires, ou ceux susceptibles d’être actifs. Évalués séparément sous la forme de composés synthétiques, ils confirment ou infirment l’activité de l’huile essentielle de composition semblable. Il est cependant probable que les composés minoritaires agissent de manière synergique. La valeur d’une huile essentielle tient à son « totum », c’est à dire dans l’intégralité de ses composants et non seulement à ses composés majoritaires (58). Il est connu que ce sont les terpénoïdes et les phénylpropanoïdes qui confèrent aux huiles essentielles leurs propriétés antibactériennes. L’activité de ces molécules dépend, à la fois, du caractère lipophile de leur squelette hydrocarbonée et du caractère hydrophile de leurs groupements fonctionnels. Les molécules oxygénées sont généralement plus actives que les hydrocarbonées (59).
Activité anti inflammatoire
l’activité anti inflammatoirein vitro est étudiée par la méthode de l’inhibition de la dénaturation de l’albumine et la stabilisation membranaire d’un model érythrocytaire, l’huile essentielle de Citrus limon a donné un pourcentage d’inhibition important confirmant sa propriété anti inflammatoire (60).
Activité antibactérienne
Les huiles essentielles possèdent,in vitro, une activité antibactérienne puissante, y compris sur les souches habituellement antibio-résistantes. Le mode d’action n’est pas clairement élucidé mais il semblerait que de par leurs hydrophobicités, les HE puissent se solubiliser dans les membranes et ainsi altérer la structure et la fonctionnalité́ membranaires des bactéries (39).
Sfeir et al. (2013) ont évalué in « in vitro » l’activité antibactérienne de 18 HE à l’encontre de Streptococcus pyogènes en utilisant la méthode de diffusion sur disques. Sur les 18 HE testées, 14 ont montré une activité antibactérienne à l’encontre de Streptococcus pyogènes et en particulier Cinnamomun verum, Thymus vulgaris, origanum compactum et Satureja montana (61).
Andrade-Ochoa et al. (2015) ont évalué « in vitro » l’activité antibactérienne de 8 molécules entrant dans la composition des HE à l’encontre de Mycobacterium tuberculosis . Toutes les molécules testées ont montré une activité antibactérienne contre Mycobacterium tuberculosis. Le carvacrol, le thymol et l’acide cinnamique ont été les molécules les plus actives (62).
Lopez-Romero et al. (2015) ont quant à eux démontré l’activité antibactérienne « in vitro » de plusieurs composants (carvéol, carvone, citronellol et citronellal) à l’encontre d’Escherichia coli et de Staphylococcus aureus (63).
Table des matières
INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE
CHAPITRE 1 : GENERALITES SUR LES HUILES ESSENTIELLES
I. DEFINITION
I.1. Huile essentielle
I.2. L’aromathérapie
II. HISTORIQUE
III. CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES HUILES ESSENTIELLES
III.1. Propriétés organoleptiques
III.2. Propriétés physico-chimiques
III.3. Variabilités des huiles essentielles
IV. COMPOSITION CHIMIQUE GENERALE
V. BIOSYNTHESE DES HUILES ESSENTIELLES
V.1. Biosynthèse des terpènes
V.2. Synthèse des phénylpropanoïdes
VI. PROCEDES D’EXTRACTION
VI.1. Par expression à froid
VI.2. Distillation par entrainement à la vapeur d’eau ou hydrodistillation
VI.3. Extraction par enfleurage
VI.4. Extraction au CO2 supercritique
VII. CARACTERISATION DES HUILES ESSENTIELLES
VII.1. Chromatographie en phase gazeuse.
VII.2. La chromatographie liquide haute performance (CLHP)
VII.3. Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN)
VIII. ACTIVITES LIEES A LA COMPOSITION CHIMIQUE
VIII.1. Activité anti inflammatoire
VIII.2. Activité antibactérienne
VIII.3. Activité antifongique
IX. TOXICITE DES HUILES ESSENTIELLES
X. APPLICATIONS
X.1. En cosmétologie
X.2. En pharmacie
X.3. Dans les industries agro-alimentaires
X.4. Dans l’industrie chimique
XI. Travaux antérieurs sur Melaleuca leucadendra
XI.1. Botanique
XI.1.1. Classification botanique
XI.1.2. Habitat et distribution géographique
XI.1.3. Description botanique
XI.2. Utilisations thérapeutiques
XI.3. Composition chimique des huiles essentielles
XI.4. Propriétés biologiques des huiles essentielles
PARTIE EXPERIMENTALE
CHAPITRE 2 : DETERMINATION DE LA COMPOSITION CHIMIQUE ET DES ACTIVITES ANTIBACTERIENNES ET ANTI-INFLAMMATOIRES DE L’HUILE ESSENTIELLE DE MELALEUCA LEUCADENDRA L.
I. MATÉRIELS ET MÉTHODES
I.1. Cadre d’étude
I.2. Echantillonnage
I.3. Extraction de l’huile essentielle
I.4. Méthodologie d’analyse du laboratoire
I.4.1. Analyse GC et GC/MS
I.5. Matériels pour la détermination des activités biologiques
I.5.1. Activité antibactérienne
I.5.2. Activité anti-inflammatoire
II. RESULTATS ET DISCUSSION
II.1. Composition chimique des huiles essentielles
II.2. Activité antibactérienne
II.3. Activité anti-inflammatoire
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
