Améliorer la bio - Groupe des éléments essentiels de Baoding

Scientific Reports volume 13, Numéro d’article: 4606 (2023) Citer cet article

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La rareté de l’énergie et les problèmes d’énergie conventionnelle sont la principale raison de trouver une source d’énergie renouvelable qui est bon marché et respectueuse de l’environnement, par conséquent, la production de biodiesel est l’une des solutions les plus prometteuses à ce problème. En outre, le ricin égyptien est l’une des cultures les plus importantes pour la production d’huile par rapport aux autres cultures oléagineuses couramment utilisées. L’objectif principal de cette étude est d’améliorer la production de bio-huile à partir de graines de ricin égyptiennes en utilisant des micro-ondes et des ultrasons comme prétraitements. Pour ce faire, les effets de la vitesse de la vis d’extraction (20, 40 et 60 tr/min) et de la température (100, 150, 200 et 250 °C) sur le rendement et la qualité de l’extraction de l’huile, les besoins en énergie d’extraction et le temps d’extraction ont été étudiés. Aussi, l’effet des conditions de prétraitement des micro-ondes à trois niveaux de puissance (Low, Med et High) et des temps différents (1, 2 et 3 min) et condition de prétraitement ultrasons avec différentes températures (40, 60 et 80 °C) et différents temps (15, 30 et 45 min) pour les graines de ricin avant extraction avec l’état optimal de la presse à vis sur le rendement d’extraction de l’huile des graines de ricin, l’énergie d’extraction, le temps d’extraction et la qualité de l’huile extraite. Les résultats indiquent que les conditions optimales d’extraction de l’huile par presse à vis étaient une température d’extraction de 200 °C et une vitesse de vis de 60 tr/min. On a pu voir que le rendement en huile d’extraction, les besoins en énergie d’extraction et le temps d’extraction étaient respectivement de 35,59%, 18,68 et 1,86 min. Les prétraitements par micro-ondes avaient un meilleur rendement en huile et en énergie requise pour l’extraction par rapport aux prétraitements par ultrasons, où les prétraitements par micro-ondes enregistraient un rendement élevé en huile et des besoins énergétiques inférieurs à ceux des prétraitements par ultrasons. Le rendement pétrolier variait de 32,67 à 37,41 %, comparativement à 13,29 à 39,83 % dans la littérature. Le temps nécessaire à l’extraction variait de 1,77 à 2,00 et de 1,79 à 2,21 min pour les prétraitements micro-ondes et ultrasoniques, respectivement. Le prétraitement a amélioré les propriétés de l’huile extraite.

Les industries consomment moins d’énergie que celle des bâtiments. Le transport vient au troisième niveau de consommation d’énergie après les bâtiments et les transports. Les activités agricoles, de pêche et forestières sont le faible niveau de consommation d’énergie. La consommation d’énergie est passée à 9,1 Giga tonnes dans toutes ces activités au cours de l’année 20191.

La consommation de carburant pour les transports a doublé au cours des décennies perdues, en raison de l’augmentation de la population, de l’urbanisation et de la mobilité mondiale. Ce secteur a consommé environ 28 % de la demande totale d’énergie. Les mouvements de passagers et de marchandises ont consommé environ 70 % de l’énergie totale consommée dans le transport. En raison de l’utilisation des carburants à base de pétrole dans environ 95% de l’énergie utilisée pour le transport, l’environnement et la sécurité énergétique sont profondément affectés 2.

La pénurie d’énergie est un problème très grave. Le bilan énergétique de l’Égypte en 2022 indique que le secteur industriel consomme la plus grande partie de la consommation finale d’énergie (34,2 %), suivi des transports (24,2 %), des bâtiments résidentiels (18,8 %) et de l’agriculture et des mines (4,7 %), ce qui représente 81,9 % de la consommation totale3. Aujourd’hui, la crise des prix des carburants avec le problème de la sensibilisation est le facteur le plus efficace sur la structure de la consommation d’énergie dans le monde entier. Les chercheurs ont déployé des efforts accrus pour développer une énergie renouvelable. Les énergies renouvelables sont le facteur clé pour l’avenir non seulement pour l’Égypte mais aussi pour le monde entier4. Par conséquent, l’utilisation du biodiesel comme source d’énergie alternative réduit les polluants et les cancérogènes potentiels. Il a de faibles émissions car le carbone organique utilisé dans la photogénération. En outre, il n’augmente pas les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère5,6.

Des plantes telles que les huiles de soja, de maïs, de palme et de ricin sont utilisées pour produire du biodiesel par réaction avec des alcools catalysés. Ces huiles peuvent être comestibles ou non comestibles. L’utilisation d’huiles non comestibles dans le biodiesel est préférable pour aider à résoudre les problèmes de déficit alimentaire. Les prix du biodiesel dépendent du coût du pétrole brut (75 %). L’utilisation de matières premières à bas prix réduit le prix du biodiesel. En Egypte, le prix de l’huile de ricin est moins cher que celui de l’huile de Jatropha7. La différence de prix du pétrole obtenue à partir du ricin est moindre (de 15%) que celle du Jatropha en Egypte.

Le ricin (Ricinus communis) est un arbuste vivace qui peut atteindre 3–5 m de long et que l’on trouve dans toutes les régions tropicales et subtropicales du globe. L’Inde se classe au premier rang mondial avec une production moyenne d’environ 106 t de graines de ricin et de 3,5–5,0 × 105 t d’huile de ricin8,9. Le ricin est une culture très importante et ses graines sont utilisées pour la production d’huile comme source de biodiesel. Il est cultivé sur des terres marginales à faible besoin en eau. Il est résistant aux ravageurs et tolérant à la sécheresse. Les graines de ricin contiennent 40–55%, l’huile qui est très élevée par rapport à d’autres cultures couramment utilisées telles que le soja (15–20%), le tournesol (25–35%), le colza (38–46%), le palmier (30–60%). Il se caractérise par sa teneur élevée en acide ricinoléique qui convient aux applications industrielles plutôt qu’alimentaires. Le ricin est considéré comme une source durable de biodiesel car le coût de production des graines de ricin est inférieur à celui du jatropha, du soja et du colza 5,7,10.

L’huile est extraite par plusieurs méthodes telles que les méthodes mécaniques, chimiques et enzymatiques. L’utilisation de solvants organiques dans l’extraction du biodiesel est considérée comme le meilleur moyen, mais elle affecte l’environnement en raison de l’émission de composés organiques volatils pendant le processus. Du point de vue pratique, l’extraction mécanique est la meilleure méthode car elle est sûre, échantillonnée et moins coûteuse6. Plus d’huile peut être extraite en utilisant un piston à vis entraîné par le moteur (68-80%) contre 60-65% avec l’utilisation d’un piston brut entraîné par le moteur. Le prétraitement des cultures tel que la friture a augmenté le rendement en huile jusqu’à 89 à 91% après double passage6,11.

Les prétraitements micro-ondes de l’extraction de l’huile améliorent le rendement et la qualité de l’huile avec une consommation d’énergie plus faible, un temps plus court et des niveaux de solvant inférieurs par rapport aux méthodes conventionnelles12. L’huile de prétraitement par micro-ondes possède des propriétés similaires à celles de l’huile extraite de manière conventionnelle, telles que l’indice d’acidité, l’indice de peroxyde et la composition de l’huile13. Le rayonnement micro-ondes provoque une fraction qui conduit à l’échauffement. Les graisses ont une faible chaleur spécifique, ce qui les rend vulnérables à ce rayonnement et crée des pores permanents dans les graines, ce qui entraîne des rendements plus élevés et une meilleure qualité. Prétraitements micro-ondes comme alternative à la méthode conventionnelle avec un traitement plus rapide, une consommation d’énergie réduite et un temps d’exposition plus court14.

L’application d’un prétraitement par ultrasons dans l’extraction de l’huile pourrait améliorer l’efficacité de l’extraction de l’huile, la qualité de l’huile extraite et la teneur en composés phénoliques extraits15. L’utilisation des méthodes traditionnelles d’extraction de l’huile entraîne un faible rendement en huile, une faible efficacité d’extraction, une consommation d’énergie élevée et une faible qualité de l’huile extraite, par conséquent, l’utilisation de prétraitements de graines est l’idée principale de ce travail pour améliorer la consommation d’énergie, enfin, améliorer la qualité de l’huile. Les prétraitements micro-ondes et ultrasoniques sont les prétraitements les plus couramment utilisés dans l’extraction d’huile pour les graines.

L’expérience principale a été réalisée au Centre national de recherche de Gizeh, en Égypte. Pendant la saison estivale de 2021.

Les graines de ricin égyptien ont été obtenues dans une ferme privée du gouvernorat du Sinaï. Les graines de ricin ont été utilisées avec l’autorisation des règlements de l’Université de Benha. Le matériel végétal est conforme aux réglementations locales et nationales. Une analyse lipidique a été réalisée montrant le pourcentage d’huile dans les graines. La bio-huile a été extraite des graines de ricin égyptiennes par une presse à vis sans pré-traitements et les pré-traitements ont été réalisés en utilisant des prétraitements micro-ondes et ultrasons pour améliorer la production de bio-huile à partir de graines de ricin. Le diagramme schématique de la Fig. La figure 1 montre la séquence d’extraction de l’huile par presse à vis à partir de graines de ricin.

Schéma de principe de l’extraction de l’huile par presse à vis à partir de graines de ricin égyptiennes.

L’extraction de l’huile a été réalisée à l’aide d’une presse mécanique à vis spécialement conçue à l’échelle du laboratoire dans le Centre National de Recherche a été utilisée et dont les spécifications sont mentionnées ses pièces expliquées par16. Une photographie de la presse à vis et de ses sont montrées à la Fig. 2.

Photographie de la presse à vis.

La presse à vis a été utilisée dans l’extraction de l’huile car des études ont prouvé son succès et son efficacité dans l’extraction. Les graines de ricin ont été pressées à des températures de 50 à 100 °C et à une vitesse de 40, 80 et 120 tr/min, de sorte que les températures ont été élevées et que les paramètres et les conditions ont été choisis en fonction de la nature et des caractéristiques des graines de ricin. Par conséquent, les expériences ont été menées en arrangement factoriel, avec trois vitesses de 40, 60 et 80 tr / min, à des températures d’extraction de 100, 150, 200 et 250 ° C où trois répétitions ont été faites pour une expérience. Le rendement en huile et le tourteau pesaient. La puissance et la consommation d’énergie ont été mesurées pour chaque traitement par un compteur d’énergie, et le temps nécessaire au pressage pour chaque traitement a également été enregistré.

Un four à micro-ondes d’une puissance de 700 W et d’une capacité de 20 L a été utilisé comme le montre la Fig. 3. L’ACRAI appartient à l’Université Benha et ce travail est effectué selon les règles de cette université. Les traitements ont été sélectionnés en fonction14. Les graines de ricin ont été chauffées au micro-ondes et les échantillons ont été pesés avant et après chauffage pour mesurer la perte d’humidité. Les échantillons ont été chauffés au micro-ondes pendant 1, 2 et 3 minutes à trois niveaux de puissance faible, moyenne et élevée, puis les échantillons ont été pressés dans la presse à vis immédiatement après chauffage dans le micro-ondes aux paramètres optimaux qui ont été déterminés dans la presse à vis. L’énergie nécessaire pour chauffer dans le four à micro-ondes et la puissance de chaque échantillon ont été mesurées par un compteur d’énergie, puis l’huile et le gâteau ont été pesés.

Machine à micro-ondes.

L’appareil à ultrasons (modèle: UD50Sh-2.5LQ, puissance ultrasonique: 50W, puissance de consommation totale: 160W et alimentation: 220 VAC, 50 Hz) a été utilisé comme indiqué dans la Fig. 4. L’Eumax appartient à l’Université Benha et ce travail est effectué selon les règles de cette université. Trois temps d’exposition (15, 30 et 45 min) et températures (40, 60 et 80 °C) différents ont été utilisés. Les échantillons ont été pesés avant et après chauffage pour mesurer la perte d’humidité, puis les échantillons ont été transférés dans la presse à vis aux paramètres optimaux qui ont été déterminés dans la presse à vis. Trois répétitions ont été réalisées pour l’expérience. La consommation d’énergie pour le chauffage dans les ultrasons et la puissance de chaque échantillon ont été mesurées, puis l’huile et le gâteau ont été pesés.

Nettoyeur à ultrasons.

L’essai de chromatographie en phase gazeuse (CG) est une technique utilisée pour mesurer la composition en acides gras d’un échantillon d’huile qui permet de séparer les mélanges en fonction de leur point d’ébullition17. La composition en acides gras a été déterminée par la transméthylation des chaînes graisseuses en esters méthyliques d’acides gras (EMAG) selon la méthode modifiée par18. Les échantillons d’huile de 0,2 g ont été mélangés avec 6 mL de solution d’hydroxyde de sodium méthanolique. Le mélange est reflux pendant 10 minutes, puis ajouté HCl (30 mL) et 20 mL de méthanol et reflux pendant 10 minutes supplémentaires, puis ajout de 10 mL d’hexane, et reflux pendant encore 2 minutes, puis laissé refroidir. Enfin, ajouter de l’eau distillée (10 mL) et verser dans le tunnel de séparation. La couche supérieure est recueillie et séchée avec du chlorure de calcium. Les EMAG ont été séparés par une chromatographie en phase gazeuse HP 6890 plus (Hewlett Packard, États-Unis), à l’aide d’une colonne capillaire Supelco™ SP-2380 (60 m × 0,25 mm × 0,20 μm), (Sigma-Aldrich, États-Unis), d’un détecteur (FID) et la température de l’injecteur et du détecteur était de 250 °C. La température de la colonne était de 140 °C (maintenue pendant 5 min) et montait à 240 °C, à une vitesse de 4 °C/min, et maintenue à 240 °C pendant 10 min. Le gaz porteur était de l’hélium à un débit de 1,2 mL min-1. Le volume de l’échantillon était de 1 μL (en n-hexane) et injecté à travers un injecteur fractionné à un rapport de fractionnement de 100:20. Les EMAG ont été identifiés en comparant leurs temps de rétention relatifs et absolus aux normes authentiques des EMAG (mélange FAME Supelco™ 37component). La composition en acides gras a été exprimée en pourcentage relatif de la surface totale du pic18.

L’indice de saponification, l’indice d’acide et le poids moléculaire de l’huile ont été déterminés selon 19. L’indice d’acidité de l’huile a été déterminé par titrage de la solution d’huile dans l’éther diéthylique avec une solution alcoolique d’hydroxyde de sodium ou de potassium. Chaque 1 g d’huile est exprimé par la quantité de KOH utilisée pour neutraliser l’huile.

La figure 5 montre l’effet de la vitesse de la vis d’extraction (20, 40 et 60 tr/min) et de la température (100, 150, 200 et 250 °C) sur le rendement en huile des graines de ricin. Les résultats indiquent que le rendement en huile diminue avec l’augmentation de la vitesse de vis et la diminution de la température. On a pu constater que le rendement en huile a diminué de 37,66 à 30,13 (de 19,99%), de 38,13 à 31,88 (de 16,39%), de 39,24 à 35,59 (de 9,30%) et de 40,85 à 30,37 (de 25,65%) % lorsque la vitesse de vis est passée de 20 à 60 tr/min, respectivement, pour 100, 150, 200 et 250 °C. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée de diminution du rendement d’extraction de l’huile (25,65%) a été trouvée pour une température d’extraction de 250 ° C. Cela peut être dû au fait qu’avec une température plus élevée, la sortie d’huile de la cellule est facile17.

Effet de la vitesse et de la température de la vis d’extraction sur le récepteur d’extraction de l’huile.

En outre, la température élevée provoque l’évaporation de l’huile de la cellule, ce qui entraîne une diminution du rendement en huile. Ces résultats concordaient avec ceux obtenus par16 qui ont trouvé la valeur la plus faible de l’extraction du rendement en huile a été trouvée la valeur la plus élevée de la température d’extraction. Les résultats indiquent que la production maximale d’huile est d’environ 40,84% par la presse à vis, ce qui équivaut à 83,41% en fraction massique d’huile dans les graines contre 48,96% en huile dans les graines obtenues à un régime moteur de 20 tr / min et une température de préchauffage de 250 ° C. Ces résultats concordent avec ceux obtenus par1. Cependant, dans ces conditions d’extraction, beaucoup de temps est consommé avec une énergie plus élevée. Le rendement maximal en huile (40,85%) a été obtenu à des températures comprises entre 250 °C et 20 tr/min.

La figure 6 montre l’effet de la vitesse de la vis d’extraction (20, 40 et 60 tr/min) et de la température (100, 150, 200 et 250 °C) sur la consommation d’énergie d’extraction de l’huile des graines de ricin. Les résultats indiquent que la consommation d’énergie d’extraction diminue avec l’augmentation de la vitesse de vis et la diminution de la température. On a pu constater que la consommation d’énergie d’extraction a diminué de 38,67 à 14,00 (de 63,80%), de 42,00 à 17,00 (de 59,52%), de 50,33 à 18,67 (de 62,90%) et de 66,00 à 35,00 (de 46,97%) W.h lorsque la vitesse de vis est passée de 20 à 60 tr/min pour 100, 150, 200 et 250 °C, respectivement. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée de la consommation d’énergie d’extraction (66,00 W.h) a été trouvée de 250 °C température d’extraction et 20 tr/min, tandis que la valeur la plus basse de consommation d’énergie d’extraction (14,00 W.h) a été trouvée de 100 °C température d’extraction et vitesse de vis de 60 tr/min. Ces résultats concordent avec ceux obtenus par20.

Effet de la vitesse et de la température de la vis d’extraction sur l’énergie d’extraction.

La figure 7 montre l’effet de la vitesse de la vis d’extraction (20, 40 et 60 tr/min) et de la température (100, 150, 200 et 250 °C) sur le temps d’extraction de l’huile des graines de ricin. Les résultats indiquent que le temps d’extraction diminue avec l’augmentation de la vitesse de vis et la diminution de la température. On a pu constater que le temps d’extraction diminuait de 5,00 à 1,59 (de 68,20%), de 5,25 à 1,70 (de 67,62%), de 5,76 à 1,86 (de 67,71%) et de 6,45 à 2,68 (de 58,45%) minutes lorsque la vitesse de vis augmentait de 20 à 60 tr/min pour 100, 150, 200 et 250 °C, respectivement. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée du temps d’extraction (6,45 min) a été trouvée de 250 °C température d’extraction et 20 tr/min, tandis que la valeur la plus basse du temps d’extraction (1,59 min) a été trouvée de 100 °C température d’extraction et vitesse de vis de 60 tr/min. Ces résultats concordent avec ceux obtenus par21.

Effet de la vitesse et de la température de la vis d’extraction sur le temps d’extraction.

Les résultats indiquent que les conditions optimales de presse à vis pour les graines de coulée extraites étaient de 200 °C pour la température d’extraction et de 60 tr/min pour la vis. On a pu voir que le rendement en huile d’extraction, l’énergie d’extraction et le temps d’extraction étaient respectivement de 35,59%, 18,68 et 1,86 min.

La figure 8a montre l’effet du niveau de puissance micro-ondes (faible, moyen et élevé) et du temps de fonctionnement (1, 2 et 3 min) sur le rendement d’extraction de l’huile des graines de ricin. Les résultats indiquent que le rendement d’extraction d’huile augmente avec l’augmentation du temps de fonctionnement pour les niveaux de puissance micro-ondes faibles et moyens et diminue avec l’augmentation du temps de fonctionnement pour un niveau de puissance micro-ondes élevé. On a pu voir que le rendement de l’extraction de pétrole est passé de 30,24 à 35,43 et de 35,54 à 39,36% lorsque le temps de fonctionnement est passé de 1 à 3 min, respectivement pour les niveaux de puissance micro-ondes faibles et moyens. Pendant ce temps, il a été réduit de 38,05 à 36,06% lorsque le temps de fonctionnement est passé de 1 à 3 min, respectivement, pour un niveau de puissance micro-ondes élevé. Cela est dû au niveau élevé de puissance micro-ondes provoque l’évaporation de l’humidité de l’huile de la cellule, ce qui entraîne une diminution du rendement en huile. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée du rendement d’extraction de l’huile (39,36%) a été trouvée avec un temps de fonctionnement de 3 minutes et un niveau de puissance micro-ondes moyen par rapport au non-traitement, le rendement d’extraction de l’huile était de 35,59% dans les mêmes conditions (température d’extraction de 200 °C et vitesse de vis de 60 tr / min).

a) Effet des micro-ondes sur le rendement de l’extraction de l’huile. b) Effet des ultrasons sur le rendement de l’extraction de l’huile.

La figure 8b montre l’effet de la température ultrasonore (40, 60 et 80 °C) et du temps de fonctionnement (15, 30 et 45 min) sur le rendement d’extraction de l’huile des graines de ricin. Les résultats indiquent que les valeurs de rendement de l’extraction d’huile étaient de 36,26, 35,54 et 34,95, 36,46, 35,71 et 36,93 et 37,03, 36,50 et 37,71% à 15, 30 et 45 minutes, respectivement pour des températures ultrasonores de 40, 60 et 80 ° C. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée du rendement d’extraction de l’huile (37,03%) a été trouvée avec un temps de fonctionnement de 15 minutes et une température ultrasonore de 80 ° C par rapport à l’absence de traitement.

Les résultats indiquent également que le rendement d’extraction d’huile des graines de ricin par prétraitement par micro-ondes était supérieur à celui du prétraitement par ultrasons pour les niveaux de puissance moyens et élevés et les températures moyennes et élevées, tandis que le rendement d’extraction de l’huile des graines de ricin par prétraitement par micro-ondes était inférieur à celui du prétraitement par ultrasons pour les faibles niveaux de puissance et les basses températures. On a pu voir que les valeurs de rendement de l’extraction d’huile étaient respectivement de 32,67, 37,59 et 37,41% pour les niveaux de puissance micro-ondes faible, moyen et élevé, mais elles étaient de 35,59, 36,37 et 37,08% pour les ultrasons de 40, 60 et 80 ° C. En outre, le rendement d’extraction de l’huile des graines de ricin par prétraitement par micro-ondes était supérieur à celui du prétraitement par ultrasons pour une durée de fonctionnement moyenne et élevée, tandis que le rendement d’extraction d’huile pour les graines de ricin extraites des graines de ricin en utilisant le prétraitement par micro-ondes était inférieur à celui du prétraitement par ultrasons pour une faible durée de fonctionnement. On a pu voir que les valeurs de rendement de l’extraction d’huile étaient de 34,61, 36,10 et 36,95% pour un temps de fonctionnement micro-ondes de 1, 2 et 3 minutes, respectivement, mais elles étaient de 36,59, 35,92 et 36,53% pour le temps de fonctionnement ultrasonique de 15, 30 et 45 minutes, respectivement. En général, le rendement en huile des graines de ricin variait de 32,67 à 37,41 %, comparativement à 13,29 à 39,83 % dans la littérature22.

La figure 9a montre l’effet de la puissance micro-ondes (faible, moyenne et élevée) et du temps de fonctionnement (1, 2 et 3 min) sur la consommation d’énergie d’extraction des graines de ricin. Les résultats indiquent que la consommation d’énergie d’extraction diminue avec l’augmentation du niveau de puissance micro-ondes et du temps de fonctionnement. On a pu constater que la consommation d’énergie d’extraction a diminué de 21,0 à 19,0, de 20,0 à 18,0 et de 19,0 à 16,5 W.h lorsque le temps de fonctionnement est passé de 1 à 3 min, respectivement pour les niveaux de puissance micro-ondes faible, moyen et élevé. D’autre part, l’énergie consommée par les micro-ondes augmente avec l’augmentation du niveau de puissance micro-ondes et du temps de fonctionnement. On a pu voir que l’énergie consommée par les micro-ondes augmentait de 4,33 à 10,67, de 14,00 à 40,00 et de 17,67 à 51,67 W.h lorsque le temps de fonctionnement augmentait de 1 à 3 min, respectivement pour les niveaux de puissance micro-ondes faible, moyen et élevé. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée de l’énergie d’extraction (21,0 W.h) a été trouvée de 1 min de temps de fonctionnement et un faible niveau de puissance micro-ondes. Alors que la valeur la plus basse de l’énergie d’extraction (16,5 W h) a été trouvée de 3 minutes de temps de fonctionnement et de niveau de puissance micro-ondes élevé.

a) Effet des micro-ondes sur l’énergie d’extraction du pétrole. b) Effet des ultrasons sur l’énergie d’extraction.

La figure 9b montre l’effet des températures ultrasonores (40, 60 et 80 °C) et du temps de fonctionnement (15, 30 et 45 min) sur la consommation d’énergie d’extraction des graines de ricin. Les résultats indiquent que la consommation d’énergie d’extraction augmente avec l’augmentation de la température et du temps de fonctionnement des ultrasons. On a pu constater que la consommation d’énergie d’extraction augmentait de 18,0 à 20,0, de 19,0 à 21,0 et de 20,0 à 22,0 W h lorsque le temps de fonctionnement augmentait de 15 à 45 min, respectivement pour une température ultrasonore de 40, 60 et 80 °C. Alors que, l’énergie consommée par les ultrasons augmente avec l’augmentation de la température et du temps de fonctionnement des ultrasons. On a pu voir que l’énergie consommée par les ultrasons augmentait de 11,00 à 34,95, de 12,40 à 36,33 et de 16,33 à 38,00 W h lorsque le temps de fonctionnement augmentait de 15 à 45 min, respectivement pour les ultrasons de 40, 60 et 80 °C. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée de la consommation d’énergie d’extraction (38,0 W h) a été trouvée avec un temps de fonctionnement de 45 minutes et une température ultrasonore de 80 ° C. Alors que la valeur la plus faible de la consommation d’énergie d’extraction (18,0 W h) a été trouvée de 15 min de temps de fonctionnement et de 40 ° C de température ultrasonore.

Les résultats indiquent également que la consommation d’énergie d’extraction des graines de ricin par prétraitement par micro-ondes était inférieure à celle du prétraitement par ultrasons. On a pu voir que la consommation d’énergie d’extraction des graines de ricin était de 20,0, 19,0 et 17,5 W h pour les niveaux de puissance micro-ondes faible, moyen et élevé, respectivement, mais ils étaient de 19,17, 20,17 et 21,00 W.h pour les ultrasons de 40, 60 et 80 °C, respectivement. En outre, la consommation d’énergie d’extraction des graines de ricin par prétraitement par micro-ondes était supérieure à celle du prétraitement par ultrasons pour une durée de fonctionnement moyenne et élevée, tandis que l’énergie d’extraction par prétraitement par micro-ondes était inférieure à celle du prétraitement par ultrasons pour une durée de fonctionnement faible. On a pu voir que la consommation d’énergie d’extraction était de 20,0, 19,0 et 17,33 W h pour un temps de fonctionnement micro-ondes de 1, 2 et 3 minutes, respectivement, mais qu’elle était de 19,0, 20,3 et 21,0 W h pour un temps de fonctionnement ultrasonique de 15, 30 et 45 minutes, respectivement.

La figure 10a montre l’effet du niveau de puissance micro-ondes (faible, moyen et élevé) et du temps de fonctionnement (1, 2 et 3 min) sur le temps d’extraction des graines de ricin. Les résultats indiquent que le temps d’extraction diminue avec l’augmentation du niveau de puissance micro-ondes et du temps de fonctionnement. On a pu voir que le temps d’extraction diminuait de 2,00 à 1,88, de 1,95 à 18,82 et de 1,92 à 1,77 min lorsque le temps de fonctionnement augmentait de 1 à 3 min, respectivement pour les niveaux de puissance micro-ondes faible, moyen et élevé. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée du temps d’extraction (2,0 min) a été trouvée de 1 min de temps de fonctionnement et un faible niveau de puissance micro-ondes. Alors que la valeur la plus basse du temps d’extraction (1,77 min) a été trouvée de 3 min de temps de fonctionnement et un niveau de puissance micro-ondes élevé.

a) Effet de l’état des micro-ondes sur le temps d’extraction de l’huile. b) Effet des ultrasons sur le temps d’extraction de l’huile.

La figure 10b montre l’effet des températures ultrasonores (40, 60 et 80 °C) et du temps de fonctionnement (15, 30 et 45 min) sur le temps d’extraction des graines de ricin. Les résultats indiquent que le temps d’extraction augmente avec l’augmentation de la température et du temps de fonctionnement des ultrasons. On a pu voir que le temps d’extraction augmentait de 1,79 à 1,93, de 1,92 à 2,11 et de 2,00 à 2,21 min lorsque le temps de fonctionnement augmentait de 15 à 45 min, respectivement pour des températures ultrasonores de 40, 60 et 80 °C. Les résultats indiquent également que la valeur la plus élevée du temps d’extraction (2,21 min) a été trouvée de 45 min de temps de fonctionnement et de 80 °C de température ultrasonore. Alors que la valeur la plus basse du temps d’extraction (1,79 min) a été trouvée de 15 min de temps de fonctionnement et de 40 ° C de température ultrasonore.

Le tableau 1 montre l’effet du prétraitement (micro-ondes et ultrasons) des graines de ricin sur l’analyse par chromatographie en phase gazeuse par rapport à l’absence de prétraitement dans les mêmes conditions (température d’extraction de 200 °C et vitesse de vis de 60 tr/min). Les résultats indiquent que l’utilisation de micro-ondes pour le prétraitement des graines de ricin a permis d’améliorer les teneurs en huile plus que celles du prétraitement par ultrasons pour les graines de ricin et sans prétraitement. D’autre part, l’utilisation d’ultrasons pour le prétraitement des graines de ricin a amélioré la qualité des propriétés de l’huile plus que celles du prétraitement par micro-ondes pour les graines de ricin et sans prétraitement. On a pu voir que l’acide palmitique, l’acide stéarique, l’acide oléique, l’acide linolénique et l’acide linolénique α étaient respectivement de 1,26, 1,76 et 0,77, 1,35, 2,61 et 1,09, 4,47, 5,12 et 3,43, 5,41, 6,53 et 4,17 et 0,62, 0,54 et 0,49% pour le non-traitement, le prétraitement par micro-ondes et le prétraitement par ultrasons, respectivement. Ces résultats concordent avec ceux obtenus par23,24 qui ont constaté que l’huile de ricin est présente en petite quantité qui comprend l’acide stéarique (1%), l’acide linoléique (4,2%), l’acide linolénique (0,3%), l’acide dihydroxystéarique (0,7%), l’acide oléique (3,0%), l’acide palmitique (1%) et l’acide eicosanoïque (0,3%)17.

Les résultats indiquent également que l’acide ricinoléique était de 86,99, 83,44 et 90,05% pour le non-traitement, le prétraitement par micro-ondes et le prétraitement par ultrasons, respectivement. Ces résultats concordent avec ceux obtenus par6 qui mentionnent que l’acide ricinoléique est un composant majeur de l’huile de ricin où environ 90% de la teneur en acides gras de l’huile de ricin est constituée de triglycérides formés à partir de l’acide ricinoléique. C’est un acide gras oméga-9 insaturé et un acide hydroxylé.

Les résultats indiquent que les valeurs d’acide étaient respectivement de 1,56, 2,11 et 1,13% pour le non-traitement, le prétraitement par micro-ondes et le prétraitement par ultrasons. L’indice d’acidité est l’un des indicateurs importants de la qualité de l’huile26. Omari et coll.27 ont suggéré que l’indice d’acide élevé de l’huile de ricin pourrait être dû au retard dans l’extraction des graines qui a influencé l’enzyme lipase pour hydrolyser les triglycérides en acides gras libres25.

Les valeurs de nombre de saponification étaient de 179,9, 178,7 et 182,4 pour le non-traitement, le prétraitement par micro-ondes et le prétraitement par ultrasons, respectivement. Ces résultats concordent avec ceux obtenus par7,25. En outre, les propriétés physico-chimiques de l’huile telles que la faible valeur acide et le pourcentage d’acides gras libres, l’acide à valeur de saponification élevée indiquent que l’huile de ricin a une bonne qualité d’huile.

La masse moléculaire (MW) de la valeur de l’huile était de 943,70, 953,06 et 928,45 pour le non-traitement, le prétraitement par micro-ondes et le prétraitement par ultrasons, respectivement. Les matières premières sont converties en biodiesel par une réaction chimique impliquant de l’alcool et un catalyseur. La spécification du poids moléculaire de l’huile végétale est importante pour le processus de production de biodiesel, car la détermination de la quantité de réactifs est calculée en fonction du poids moléculaire de l’huile de ricin28. Les résultats indiquent que le prétraitement par ultrasons de valeur inférieure et le meilleur du poids moléculaire (MW) de l’huile alors sans prétraitement puis prétraitement micro-ondes.

L’expérience a été réalisée pour étudier l’effet de la vitesse de la vis d’extraction (20, 40 et 60 tr/min) et de la température (100, 150, 200 et 250 °C) sur le rendement d’extraction de l’huile des graines de ricin, l’énergie d’extraction et le temps d’extraction. Etudier également l’effet de l’état de prétraitement : micro-ondes (niveau de puissance faible, moyen et élevé et temps de fonctionnement de 1, 2 et 3 min) et ultrasons (40, 60 et 80 °C) et temps de fonctionnement (15, 30 et 45 min) pour les graines de ricin avant extraction dans des conditions optimales de presse à vis (température d’extraction de 200 °C et vitesse de vis de 60 tr/min) sur le rendement d’extraction de l’huile des graines de ricin, l’énergie d’extraction, le temps d’extraction et la composante de la production de pétrole à partir de l’extraction. Les résultats obtenus peuvent être résumés comme suit :

Le rendement optimal de l’huile d’extraction, l’énergie d’extraction et le temps d’extraction étaient respectivement de 35,59%, 18,68 W.h et 1,86 min, à une température d’extraction de 200 ° C et à une vitesse de vis de 60 tr / min.

Les valeurs de rendement de l’extraction d’huile étaient de 32,67, 37,59 et 37,41% à des niveaux de puissance micro-ondes faible, moyen et élevé, respectivement, mais elles étaient de 35,59, 36,37 et 37,08% pour une température ultrasonore de 40, 60 et 80 ° C, respectivement.

La consommation d’énergie d’extraction était de 20,0, 19,0 et 17,33 W.h pour un temps de fonctionnement micro-ondes de 1, 2 et 3 minutes, respectivement, mais elle était de 19,0, 20,3 et 21,0 W.h pour un temps de fonctionnement ultrasonique de 15, 30 et 45 minutes, respectivement.

La valeur la plus élevée du temps d’extraction (2,34 min) a été trouvée avec un temps de fonctionnement de 45 minutes et une température ultrasonore de 80 °C. Alors que la valeur la plus basse du temps d’extraction (1,77 min) a été trouvée de 3 min de temps de fonctionnement et un niveau de puissance micro-ondes élevé.

Le prétraitement a amélioré les propriétés de l’huile extraite. Mais l’utilisation de prétraitements par micro-ondes a eu un effet d’amélioration des propriétés de l’huile meilleur que celui des prétraitements et des non-traitements à ultrasons. Mais, l’utilisation du prétraitement par micro-ondes avait une meilleure amélioration que celle du prétraitement par ultrasons.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l’auteur correspondant sur demande raisonnable.

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son travail est entièrement parrainé par le Centre de soutien et de développement de la recherche scientifique de l’Université de Benha.

Financement en libre accès fourni par l’Autorité de financement de la science, de la technologie et de l’innovation (STDF) en coopération avec la Banque égyptienne du savoir (EKB). Cette recherche a été soutenue par le Centre de soutien et de développement de la recherche scientifique de l’Université de Benha, en Égypte.

Département d’ingénierie agricole et des biosystèmes, Faculté d’agriculture, Université de Benha, P.O. Box 13736, Moshtohor, Toukh, Kalubie, Égypte

El-Sayed G. Khater, Soha A. Abd Allah & Adel H. Bahnasawy

Département de génie mécanique, Division de la recherche en ingénierie, Centre national de recherche, Gizeh, Égypte

Hassan M. Abu Hashish

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E.S.K., A.B., S.A.A. et H.A.H. : Enquête, ressources, rédaction — préparation de l’ébauche originale, rédaction — révision et révision.

Correspondance avec El-Sayed G. Khater.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Khater, ES.G., Abd Allah, S.A., Bahnasawy, A.H. et al. Amélioration du rendement en bio-huile extraite des graines de ricin égyptiennes en utilisant des micro-ondes et des ultrasons. Sci Rep 13, 4606 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31794-3

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Reçu: 25 novembre 2022

Acceptée: 17 mars 2023

Publication : 21 mars 2023

DEUX : https://doi.org/10.1038/s41598-023-31794-3

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