Les cires de canne à sucre - ResearchGate

44-47cannes4.qxd 19/12/04 16:24 Page 46ScienceLes différents produits et sous-produitsobtenus pour une tonne de canne broyées.SucrerieBagasse320 kgBoues de défécation40 kgMélasse40 kgSucre roux90 kgCires (de boues)2,5 kgDistillerieJus de canne ➥Rhum agricole à 50° Vinasses750 L 100 L 1000 LMélasse ➥Rhum industriel à 50° Vinasses40 kg 20 L 100 L(6) Paturau JM (1989)By Products of the CaneSugar Industry, Elsevier,Amsterdam, Oxford,New-York, Tokyo.* 1 DCO : DemandeChimique en Oxygène© D.R.dont le cycle total dure dequatre à dix ans (5). La tige,qui peut atteindre 4 à 5 mde long pour 4 à 6 cm dediamètre est constituéed’une succession de nœudset d’entre-nœuds où eststocké le saccharose. Laculture de la canne occupeune place de tout premierplan dans l’agriculture desDOM. La récolte s’étale defévrier à juin aux Antilles,et de juillet à décembre à la Réunion. Ramassage ettransport doivent s’effectuer dans les meilleurs délais,afin de préserver la qualité de la canne. Les détériorationspossibles liées à la flore bactérienne sont en effetsusceptibles d’entraîner des modifications chimiquesconduisant à une diminution de la teneur en sucre. Onrecense plus d’une soixantaine de maladies de la cannedont certaines sont causées par des bactéries (gummose),par des moisissures (morve rouge) ou des virus(mosaïque). Certains insectes, comme les borers ou lescigales, les nématodes et les vers blancs s’attaquent àla tige ou aux racines de la plante. Le rat est aussi l’undes grands ennemis de la canne.La canne est aujourd’hui la production agricole laplus importante à l’échelle mondiale avec 1 333 millionsde tonnes cultivées sur 20 419 672 ha. Depuis1960, la surface cultivée a doublé et la production decanne a triplé (figure 1 et 2). Aujourd’hui, les principauxpays producteurs de canne sont le Brésil, l’Inde,la Chine et le Pakistan.Les sous-produits de la filièrecanne-sucre-rhumLe traitement de la canne à sucre génère de nombreuxsous-produits en sucrerie et en distillerie ; les plusimportants sont la bagasse, la mélasse, les boues dedéfécation et les vinasses (tableau).La bagasse est le résidu fibreux obtenu après broyagede la canne pour en extraire le jus. D’une tonne decanne, il subsiste ainsi 320 kg de bagasse. Elle estconstituée de fibres, d’eau et de quantités relativementfaibles de particules solubles. Sa compositiondépend de la variété de la canne, de sa maturité etdes méthodes de récolte. La bagasse est principalementutilisée comme source d’énergie. La bagassepossède un pouvoir calorique supérieur à celui denombreux lignites exploités dans le monde (1850kcal PCI par kg). Ainsi dix tonnes de bagasse équivalentà presque deux tonnes de fuel lourd avecl’avantage d’être moins polluants et d’être renouvelablessur le cycle annuel. La bagasse était déjà utiliséepar l’industrie sucrière traditionnelle dans les chaufferiespour produire de la vapeur et même parfois del’électricité. Dans les DOM, elle est utilisée enassociation avec le charbon, pour la productiond’électricité dans des centrales thermiques.J.M. Paturau (6) mentionne également l’usage de la bagassecomme précurseur de charbons actifs, de méthane, deproduits fibreux (papier, pâte à papier, cartons), de furfural,d’éthanol. Elle peut être également utilisée comme amendementpour le sol et pour l’alimentation du bétail.La mélasse est le résidu après la dernière cristallisationdu sucre. C’est un liquide très visqueux de couleursombre (densité moyenne de 1,4), constitué d’eau,de saccharose (environ 35 %), de composés azotés(protéines et acides aminés) et de cendres (6). La mélassesert essentiellement à la fabrication du rhum industriel(230 litres d’alcool pur/tonne de mélasse).Elle est également utilisée pour la fabrication de matièrespremières pour la chimie (acétone, glycérol…).Viennent ensuite des débouchés dont l’importance estbeaucoup plus réduite et qui sont : l’alimentation dubétail et l’amendement des sols, la production delevures, d’acides aminés ou de protéines.Les boues de défécation sont formées par le dépôt obtenuaprès décantation et clarification du jus de cannelors de la fabrication du sucre. Elles sont composéesd’eau, de fibres, de minéraux utilisés pour la défécation(chaux, manganèse, phosphate), de petites quantitésde sucre, de substances contenues dans la canne(acides organiques, protéines, dérivés phénoliques)et de composés de types lipidiques qu’on désignecomme étant des cires. Les boues de défécation sontutilisées en premier lieu pour l’amendement des solsen raison de leur teneur en phosphate et comme alimentpour le bétail.Les vinasses, sous-produitde l’industrie rhumièreComposante essentielle de la filière canne-sucre-rhum,la production de rhum se partage entre le rhum agricole,obtenu par distillation du jus de canne fermentéet le rhum industriel ou rhum de sucrerie, préparéà partir de mélasse. La production mondiale de rhumest évaluée à environ 20 millions d’hectolitres d’alcoolpur (HAP) (chiffre 2001) de litres. Les principauxpays producteurs sont le Brésil (1,3 milliardsde litres), les Philippines, le Mexique, Porto-Rico,l’Inde et le Vénézuela. Avec une consommation de536 millions de litres, le rhum est le troisième spiritueuxconsommé au monde et occupe 11,4 % du marché.Le rhum industriel représente aujourd’hui environ90 % de la production mondiale de rhum. Le rhumagricole, essentiellement produit aux Antilles françaises,est reconnu pour la spécificité de son arôme,sa saveur et ses procédés de fabrication. Les principauxproducteurs de rhum dans l’Union européennesont les départements d’Outre-Mer ainsi quel’Espagne. La consommation de rhum en Europe estévaluée à 110 millions de litres soit 1/5 e de la consommationmondiale.Les vinasses constituent les principaux effluents desdistilleries (figure 4 p.48) et les déchets les plusproblématiques de la filière canne-sucre-rhum. Cesrésidus de la distillation sont composés d’eau, dematières organiques issues de la canne à sucre et dumétabolisme bactérien, de matières minérales (cuivreissu des plateaux des colonnes de distillation), d’ionsajoutés lors de la fermentation alcoolique, d’antiseptiques…Les vinasses présentent de fortes chargespolluantes : respectivement 950 à 1900 kg DCO/m 3d’alcool pur produit pour le rhum industriel et 250 kgDCO/ m 3 d’alcool pur pour le rhum agricole * 1 (7).Ces effluents sont extrêmement abondants, 20 L/litred’alcool pur en moyenne, et représentent environ,46 BIOFUTUR 251 • JANVIER 2005

44-47cannes4.qxd 19/12/04 16:24 Page 47Figure 2 Les différentes productionsagricoles mondiales.en millions de tonnes en 2003 (Source FAO)Produite principalement à Bahia au Nord-Est du Brésil,elle est un substitut de la cire carnauba dans lesmanufactures de papier carbone et de cirages où sacouleur marron n’est pas un inconvénient.Les cires de canne à sucre© D.R.1333Canneà sucre638Maïs589Riz556Blé311Pommede terre233Betterave189Manioc141OrgeCires de canne est le terme général normalement utilisépour désigner les lipides de la canne. On lesretrouve sur la cuticule de la canne, sous forme depoudre blanchâtre avec une plus grande abondanceau niveau des entre-nœuds.69Banane59SorghoAvequin, apothicaire de la NouvelleOrléans, fut le premier à isoler lescires de canne en 1841 et leurdonna le nom de Cérosine.compte tenu de la production mondiale de rhum,40 milliards de litres par an. Déversées sans précautiondans le milieu naturel, les vinasses génèrent lapollution des eaux et des odeurs nauséabondes. Afinde pallier ces inconvénients, diverses alternatives detraitement des vinasses ont été développées. De parleur composition minérale et organique, elles peuventêtre utilisées comme amendement, à conditiontoutefois de procéder à des contrôles fréquents etrigoureux de la qualité des sols. L’utilisation commecomplément alimentaire, la production de biomassemicrobienne, les traitements physiques (thermoconcentrationet incinération) sont autant de traitementspossibles des vinasses. À cela s’ajoute également laméthanisation, qui consiste à transformer la matièreorganique en méthane et en CO 2 au cours d’une successionde réactions par un écosystème bactériencomplexe. Les gaz produits peuvent être utiliséscomme combustibles.Les cires végétalesLa cuticule des plantes terrestres (tiges, feuilles, fruits,fleurs et pétales) est recouverte d’une substancehydrophobe appelée cire, qui sert de barrière au passagede l’eau à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule,prévenant ainsi tant les excès d’eau que la déshydratation.Elle constitue également une protection contreles attaques d’insectes et des parasites fongiques. Cescires sont constituées d’un mélange complexe de composésorganiques à très longue chaîne carbonée quileur confère leur caractère hydrophobe: esters d’acideet d’alcool gras, alcanes, cétones, alcools gras.Les cires végétales les plus connues sont la cirecarnauba, la cire candelilla, et la cire ouricouri. Lacire carnauba importée du Brésil, est la plus utilisée.Elle est obtenue des feuilles du palmier carnaubaet rentre dans la fabrication de cirages, de rouges àlèvres, de crèmes cosmétiques, de papier carbone,d’encres, de bougies, de vernis… La cire candelillaest produite par de petits arbustes de la famille desEuphorbiacées qui croissent à l’état sauvage auMexique et au Texas. Elle est utilisée comme isolantélectrique, pour le traitement du cuir et comme constituantdes chewing-gums. La cire ouricouri est extraitedes feuilles du palmier ouricouri Syagrus coronota.Les usages des cires de canneElles sont essentiellement utilisées en cosmétologie et enthérapeutique. Le mélange d’alcools gras primaires aliphatiquesà très longue chaîne isolés des cires de cannea donné lieu à de nombreuses études pharmacologiques.Commercialisé sous le nom de policosanol, il permet deréduire le taux de cholestérol en empêchant sa biosynthèse(8). Son efficacité dans le traitement de l’ulcère outpour l’amélioration de l’activité sexuelle masculine a égalementété démontrée (9). Les stérols isolés des cires decanne sont également des matières premières dans l’industriepharmaceutique. Ce sont des précurseurs de stéroïdeset d’hormones par dégradation chimique ou transformationmicrobienne (10). Par ailleurs, l’huile extraitedes cires de canne possède des propriétés anti-oxydantes.Reinosa Espinosa et Ramos Lazcanco (11) ont montré untaux d’anti-oxydants plus élevé que dans la plupart desautres huiles végétales. En outre, la littérature mentionnedes propriétés anti-inflammatoires et analgésiques desacides gras contenus dans les cires de canne (12).Extraction des cires de canneDe par leur haute valeur ajoutée, de nombreusesméthodes d’extraction des cires de canne ont étédéveloppées, tant à partir de la cuticule, qu’à partirdes boues de défécation. Les cires de boues diffèrentdes cires de cuticule par leur teneur moindre en aldéhydeset en alcools libres et une plus grande proportiond’esters. Les propriétés des cires de boues sontsimilaires à celles de la cire carnauba, mais sont plusfoncées et contiennent plus d’impuretés (13).D’après la littérature (14), les quantités de cires contenuesdans la canne varient entre 1 et 22 %. Beaucoup de facteurscontribuent à ces variations ; les plus importantssont la variété de la canne qui peut être plus ou moinsriche en cires, les méthodes de récolte et de broyage dela canne, les techniques de clarification du jus et les quantitésde boues produites. Si la canne a été au préalablebrûlée pour éliminer les feuilles sèches, les rendementsen cires peuvent également diminuer. Une extractioneffectuée à froid par le cyclohexane sur des boues dedéfécation locales a permis d’extraire des cires avec unrendement de 1,7 %. L’extraction a été effectuée dansun appareillage type soxhlet, qui fonctionne sur le principeBIOFUTUR 251 • JANVIER 2005 47(7) Fahrasmane L,Ganou-Parfait B (1997)De la Canne au Rhum,Inra, Paris(8) Menandez R et al.(1994) Biol. Res. 27, 199-203(9) Laguna Granja A et al.(1999) US Patent no5856316(10) Guita BK et al. (1985)Research and Industry 30,95-101(11) Reinosa Espinosa O,Ramos Lazcanco R(1995) Rev. CENIC. Cienc.Quim 25-26(1-2-3), 35-38(12) Ledon N et al. (2003)Planta Med. 69(4),367-369(13) Retemar JA,Giacomo G. D (1995)Essenze, Deriv, Agrum.65(3), 352-7(14) Balch RT (1947)Wax and FattyBy-Products fromSugarcane, TechnologyReport Series no 3,Ed Sugar Research Fundation, Inc., New-York.

44-47cannes4.qxd 19/12/04 16:30 Page 48ScienceFigure 4Les différentesétapesde la distillerie.d’extraction solide-liquide. D’après la littérature, les ciresde boues de défécation sont composées :• d’alcanes de C 25 à C 35 , les alcanes en C 29 et C 31 étantprédominants,• d’alcools gras de C 24 à C 36 , l’octacosanol (C 28 ) étantmajoritaire,• d’acides gras de C 12 à C 36 , les acides palmitique (C 16:0 ),oléique (C 18:1 ), linoléique (C 18:2 ) étant les plus abondants,• d’aldéhydes en C 24 , C 28 et C 36 ,• d’esters aliphatiques de C 34 à C 52 et d’esters de stérol,• de phytostérols (essentiellement campestérol,β-sitostérol et stigmastérol, comme dans la plupart desvégétaux),• de triterpènes (arundoine, cylindrine, sawamilletine).Les cires de vinassesde jus de canneUn procédé a été développé par une distillerie de la Guadeloupedans le but de réduire la charge polluante desvinasses. Il consiste à filtrer les vinasses sur terre d’infusoire,afin d’adsorber la matière organique qu’ellescontiennent. Dans ce contexte, il apparaissait intéressantd’étudier la composition chimique des adsorbats,dans le but d’évaluer le potentiel des vinasses commenouvelle source de cires.L’adsorbat est extrait au moyen d’un solvant apolaire, lecyclohexane, afin de récupérer les cires brutes. Le rendementde l’extraction est d’environ 7 %. Afin d’en séparerplus aisément les constituants, les cires brutes sont© D.R.1% Esters2% StérolsFigure 3 Compositiondes cires brutes de vinassesde jus de canne.en pourcentages (Source FAO)41% non identifié4% Acides gras libres7% Alcanesfractionnées par triturations successives dans des solvantsde polarité décroissante (méthanol, acétone, isooctane).La séparation des constituants de la cire brute met en jeudiverses méthodes de chromatographie en phase liquide(chromatographie sur colonne de silice, chromatographiesur couche mince). Plusieurs familles de composéssont mises en évidence grâce à la résonance magnétiquenucléaire (RMN), la chromatographie en phase gazeuse(CPG) et chromatographie en phase gazeuse couplée àla spectroscopie de masse (CPG/SM). Il s’agit par ordred’importance (figure 3) :• d’acides et d’alcools gras obtenus après saponificationet qui représentent chacun environ 22 % descires brutes. Ces alcools gras sont équivalents auxpolicosanols,• de n-alcanes (7 % des cires brutes),• d’acides gras libres (4 % des cires brutes),• de phytostérols (campestérol, sigmastérol et β-sitostérol)représentant 2 % des ciresbrutes),• d’esters méthyliques et éthyliquesd’acide gras (1 % des cires brutes),• de triterpénoïdes (à l’état de traces).Conclusionet perspectivesAcides gras*Alcools gras * 22%23%*Après saponificationFigure 4 Les différentesétapes en distillerie.48 BIOFUTUR 251 • JANVIER 2005© FAFSEAL’extraction de cires de canne àpartir des vinasses de distillerie adonc pu être réalisée avec des rendementsintéressants. Il y a donclà une voie possible de valorisationpour ces effluents extrêmementabondants et polluants. Laloi du 15 juillet 1975 modifiéepar les lois du 13 juillet 1992 etdu 2 février 1995 stipule que lesdéchets doivent être valorisés parréemploi ou par toute autre actionvisant à obtenir à partir desdéchets des matériaux réutilisables.Elle stipule également qu’àpartir de 2005, les décharges neseront autorisées à accueillir quedes déchets ultimes (qui ne peuventplus être recyclés). Il seradonc impératif de traiter les déchetsde distillerie. Leur exploitationpour la production de ciresde canne pourrait constituer unélément de réponse et mériteraitd’être optimisée. ●