Étude comparative de cinq méthodes d'extraction de l'huile volatile du gingembre
Zingiber officinale Roscoe est le rhizome frais du gingembre, une plante herbacée vivace de la famille du gingembre, originaire d'Asie tropicale et largement cultivée dans la plupart des pays tropicaux d'Amérique. Le "Shennong Bencao Jing" indique que "les êtres vivants sont de bonne qualité". Une consommation prolongée peut éliminer les odeurs nauséabondes et favoriser le bien-être des dieux. Le "Newly Compiled Materia Medica" indique : "Adoucit l'esprit des dieux, prévient les épidémies et aide à la production de qi, ce qui peut dissiper le vent et les mauvais esprits". Les livres anciens rapportent que la consommation régulière de gingembre permet de chasser le vent et les mauvais esprits, de renforcer le cerveau et de clarifier l'esprit. L'huile volatile du gingembre contient principalement deux types de composés : les monoterpènes et les sesquiterpènes. Les composés les plus abondants sont l'α-gingène, l'α-pinène, l'β-carvacène, le camphène, le laurène, le citronellol, etc. La recherche pharmacologique moderne a montré que le gingembre a des effets pharmacologiques tels qu'anti-inflammatoires, analgésiques, antioxydants, antibactériens, antiémétiques, et qu'il peut également traiter les maladies cardiovasculaires et du système immunitaire. L'équipe de recherche a précédemment confirmé, par le biais de la pharmacologie de réseau, que l'huile volatile de gingembre possède un mécanisme d'action à composantes, cibles et voies multiples dans le traitement de la maladie du vent de tête, ce qui indique qu'elle a un certain effet protecteur sur le système nerveux.
Les méthodes d'extraction couramment utilisées pour l'huile essentielle de gingembre comprennent la distillation à la vapeur, les ultrasons, les micro-ondes, la distillation assistée par enzyme, etc. L'extraction au CO2 supercritique est couramment utilisée dans l'industrie. Li et al. ont utilisé la distillation à la vapeur pour extraire des huiles volatiles de gingembre provenant de différentes régions, avec des rendements en huile allant de 0,14% à 0,41%, et ont identifié 23 à 39 composés. Xie et al. ont utilisé la distillation à la vapeur assistée par flash pour extraire l'huile volatile de gingembre avec un rendement en huile allant jusqu'à 0,665%. Chen et al. ont constaté que le taux d'extraction de l'huile volatile du gingembre varie selon les régions, le gingembre produit dans le Sichuan ayant un taux d'extraction plus élevé et le gingembre produit dans le Shandong ayant un taux d'extraction plus faible. Cependant, il existe peu de rapports sur les différences entre les principaux composants des huiles volatiles obtenues par différentes méthodes d'extraction du gingembre produit dans le Shaanxi. Cette étude a utilisé la GC-MS pour détecter les composants chimiques de l'huile volatile de gingembre obtenue par cinq méthodes d'extraction. L'analyse en composantes principales (ACP) et l'analyse de la carte thermique des grappes ont été utilisées pour comparer les différences entre les composants chimiques et les zones de pics relatives. La microstructure du résidu médicinal a été comparée visuellement, afin de fournir une référence pour la sélection des méthodes d'extraction de l'huile volatile de gingembre et pour la poursuite du développement et de l'utilisation du gingembre dans des applications pratiques.

L'extraction de l'huile volatile de gingembre dans la pharmacopée chinoise (édition 2020) est effectuée selon la méthode de détermination de l'huile volatile (méthode de la règle générale 2204A). Actuellement, l'extraction en laboratoire de l'huile volatile de gingembre utilise généralement la méthode de distillation à la vapeur de la pharmacopée actuelle. Les recherches bibliographiques ont montré que les composants de l'huile volatile de gingembre obtenus par extraction au CO2 supercritique dans l'industrie sont plus complexes que ceux obtenus par distillation à la vapeur, avec des différences de composition significatives, et qu'ils sont susceptibles de se mélanger à d'autres composants non volatils tels que les phénols. Par conséquent, cette étude a principalement utilisé trois types de méthodes de distillation assistée à la vapeur, à savoir l'hydrolyse enzymatique, les ultrasons et les micro-ondes, pour comparer avec la distillation à la vapeur, et a également ajouté l'opération simple de la méthode de pressage pour comparer avec les quatre méthodes susmentionnées.
Les rendements en huile de l'huile volatile de gingembre extraite par cinq méthodes, à savoir la distillation à la vapeur, la distillation à la vapeur assistée par des enzymes, la distillation à la vapeur assistée par des ultrasons, la distillation à la vapeur assistée par des micro-ondes et le pressage, étaient respectivement de 0,18%, 0,19%, 0,21%, 0,18% et 0,10%. Parmi eux, la distillation à la vapeur assistée par ultrasons a donné le rendement en huile le plus élevé et a permis d'identifier le plus grand nombre de types de composants chimiques. Les composants de l'huile volatile détectés par GC-MS dans cette étude étaient similaires à ceux détectés par Li et al. et Gunasena et al. mais il y avait également des différences, qui peuvent être dues à des différences dans l'origine et les méthodes d'extraction du gingembre.
L'utilisation de méthodes traditionnelles telles que la distillation à la vapeur et l'extraction par solvant pour extraire les huiles volatiles des plantes médicinales pose généralement des problèmes tels qu'une consommation excessive d'énergie et de temps, des solvants organiques résiduels et un faible rendement en huiles volatiles, qui sont progressivement remplacés par des technologies émergentes. La distillation à la vapeur assistée par enzymes est une méthode récemment mise au point pour extraire les huiles essentielles des plantes naturelles. En appliquant des enzymes appropriées pour le prétraitement enzymatique des plantes, la paroi cellulaire est complètement hydrolysée, ce qui favorise la libération des métabolites secondaires dans la cellule et augmente le rendement des huiles volatiles. La distillation à la vapeur assistée par ultrasons utilise principalement des effets mécaniques, des effets de cavitation, des effets thermiques et des effets chimiques pour favoriser la séparation rapide des molécules cibles du support, c'est-à-dire pour favoriser la destruction de la structure cellulaire de la plante et promouvoir efficacement l'écoulement des contenus cellulaires tels que les huiles volatiles. Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques qui peuvent favoriser la rotation rapide des molécules polaires dans un champ électrique par le biais d'interactions dipolaires, ce qui permet d'obtenir un chauffage rapide. L'introduction des micro-ondes améliore considérablement le taux de chauffage du système en modifiant la méthode de chauffage dans la distillation des huiles essentielles. Grâce à l'effet synergique du transfert de chaleur et de masse, le taux de séparation des huiles volatiles est effectivement amélioré. Cependant, une puissance d'irradiation par micro-ondes excessive peut facilement entraîner la perte de composants volatils et la dégradation thermique des matières végétales. Par rapport à la méthode de distillation à la vapeur, les trois méthodes auxiliaires de distillation à la vapeur peuvent subir des changements dus à l'instabilité thermique des composants volatils, qui peuvent être affectés par les micro-ondes, les ultrasons et les effets des enzymes, ce qui entraîne des différences dans les composants et les zones de pic relatives.
Dans cette étude, la méthode d'extraction de l'huile volatile de gingembre de la littérature de référence a été utilisée pour l'extraction du jus et le traitement ultérieur afin d'obtenir des composants liposolubles. Lors de l'utilisation du GCMS pour déterminer les huiles volatiles (composants lipophiles) obtenues par différentes méthodes d'extraction, le seuil a été uniformément ajusté à 20, et trois composés ont été identifiés par la méthode de pressage. Par rapport à d'autres méthodes, on suppose que l'extraction de l'huile volatile de gingembre par la méthode de pressage n'est pas incomplète. Cependant, les surfaces relatives des pics d'α - gingérène et de β - sesquiterpène obtenus étaient significativement plus élevées que pour les quatre autres méthodes, et une quantité relativement plus importante de 6-gingérol a pu être obtenue. Il en ressort que la méthode de pressage permet d'extraire facilement et rapidement l'α - gingérène, le β - sesquiterpène et le 6-gingérol du gingembre frais, tout en consommant peu d'énergie et en minimisant la pollution. Le 6-gingérol est un composé phénolique alkyle formé par déshydratation du 6-gingérol, appartenant au gingérol. La structure moléculaire du gingérol contient un groupe fonctionnel 3-méthoxy-4-hydroxyphényle. En fonction des différentes chaînes d'hydrocarbures reliées par ce groupe fonctionnel, le gingérol peut être divisé en différents types tels que le gingérol, le gingérol, le gingérol, le gingérol dicétone, le gingérol diol, etc. La concentration de gingérol est plus faible que celle du gingérol, mais son activité biologique est plus élevée.
Lors de l'observation au microscope des résidus de gingembre obtenus par différentes méthodes d'extraction, il est difficile de trancher manuellement pour garantir des normes d'épaisseur d'échantillon uniformes, et l'échantillon contient un grand nombre de bulles. Par conséquent, l'observation au microscope n'est qu'une méthode simple et intuitive pour vérifier l'effet des différentes méthodes sur l'extraction de l'huile volatile. Par rapport au rendement en huile, le gingembre a de fortes propriétés fibreuses, et les ultrasons et l'hydrolyse enzymatique sont plus propices à la rupture des cellules huileuses et à l'écoulement de l'huile volatile pendant la distillation à la vapeur, améliorant ainsi l'efficacité de l'extraction. Bien que les micro-ondes aient un certain impact sur la structure des cellules du gingembre, elles peuvent entraîner la perte de composants volatils et la dégradation thermique des plantes fraîches.

Cette étude a comparé la composition chimique, la surface relative des pics et la microstructure de l'huile volatile de gingembre obtenue par différentes méthodes d'extraction et a analysé les composants caractéristiques de l'huile volatile de gingembre obtenue par différentes méthodes, afin de fournir une référence pour la sélection des méthodes d'extraction de l'huile volatile de gingembre et pour le développement et l'utilisation du gingembre brut dans des applications pratiques.